SELECTIA MATERIALELOR

Prof Dr Ing Liviu Brandusan1

Bibliografie

- S Domsa Selectia si proiectarea materialelor Ed UTPres Cluj-Napoca 2006- S Domsa Proiectarea materialelor Baze de date Studii de caz Ed Casa cartii de stiinta2005- M Ashby Materials Selection in Mechanica Design Second Edition Butterworth-Heinemann Oxford 1999- I Mitelea B Radu Selectia si utilizarea materialelor ingineresti Ed Politehnica Timisoara 1998

2

Selectia (si proiectarea) materialelor este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit material pentru o aplicatie data in conditiile satisfacerii tuturor cerintelor si care sa implice cele mai mici costuri cu ralizarea si intretinerea lui in functionare)

INTRODUCERE

Produse Subansamble Piese

bullFormabullDimensiunibullPrecizie dimensionala si de

formabullCalitate a suprafetei

MATERIAL

Selectia (stabilirea) tehnologiei de fabricatie este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit procedeu tehnologic adaptat materialului selectat in vederea obtinerii cerintelor (de mai sus) in conditiile celor mai mici costuri

3

Selectia materialelor si stabilirea tehnologiei de fabricatie este deosebit de dificila deoarece exista intre 40000 si 80000 de materiale (numarul lor se modifica continuu) alaturi de care exista peste 1000 de procedee tehnologice de prelucrare

Materiale metaliceRigiditate ductilitate (plasticitate) si tenacitate buna

temperatura de fuziune si rezistenta la soc termic ridicate

Materiale polimerice (inclusiv elastomeri)

Ductilitate (deformabilitate) si rezistenta la coroziune buna

greutate specifica mica

Materiale ceramice (inclusiv sticle)Rigiditate rezistenta la coroziune limita de curgere (duritate) buna temperatura de fuziune ridicata si

greutate specifica medie

Materiale compoziteRigiditate limita de curgere (duritate)

tenacitate rezistenta la oboseala rezistenta la coroziune buna si greutate specifica mica

4

La obtinerea unui produs se parcurg urmatoarele etape

Cerinta pietei

Conceperea

Proiectarea constructiva (desen ansamblu)

Detaliul (desenul de executie)

Proiectarea tehnologica

Productia

Proiectare produs nou

Reproiectare

Cand se face selectia materialelor

Pe tot parcursul procesului

5

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Bibliografie

- S Domsa Selectia si proiectarea materialelor Ed UTPres Cluj-Napoca 2006- S Domsa Proiectarea materialelor Baze de date Studii de caz Ed Casa cartii de stiinta2005- M Ashby Materials Selection in Mechanica Design Second Edition Butterworth-Heinemann Oxford 1999- I Mitelea B Radu Selectia si utilizarea materialelor ingineresti Ed Politehnica Timisoara 1998

2

Selectia (si proiectarea) materialelor este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit material pentru o aplicatie data in conditiile satisfacerii tuturor cerintelor si care sa implice cele mai mici costuri cu ralizarea si intretinerea lui in functionare)

INTRODUCERE

Produse Subansamble Piese

bullFormabullDimensiunibullPrecizie dimensionala si de

formabullCalitate a suprafetei

MATERIAL

Selectia (stabilirea) tehnologiei de fabricatie este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit procedeu tehnologic adaptat materialului selectat in vederea obtinerii cerintelor (de mai sus) in conditiile celor mai mici costuri

3

Selectia materialelor si stabilirea tehnologiei de fabricatie este deosebit de dificila deoarece exista intre 40000 si 80000 de materiale (numarul lor se modifica continuu) alaturi de care exista peste 1000 de procedee tehnologice de prelucrare

Materiale metaliceRigiditate ductilitate (plasticitate) si tenacitate buna

temperatura de fuziune si rezistenta la soc termic ridicate

Materiale polimerice (inclusiv elastomeri)

Ductilitate (deformabilitate) si rezistenta la coroziune buna

greutate specifica mica

Materiale ceramice (inclusiv sticle)Rigiditate rezistenta la coroziune limita de curgere (duritate) buna temperatura de fuziune ridicata si

greutate specifica medie

Materiale compoziteRigiditate limita de curgere (duritate)

tenacitate rezistenta la oboseala rezistenta la coroziune buna si greutate specifica mica

4

La obtinerea unui produs se parcurg urmatoarele etape

Cerinta pietei

Conceperea

Proiectarea constructiva (desen ansamblu)

Detaliul (desenul de executie)

Proiectarea tehnologica

Productia

Proiectare produs nou

Reproiectare

Cand se face selectia materialelor

Pe tot parcursul procesului

5

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Selectia (si proiectarea) materialelor este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit material pentru o aplicatie data in conditiile satisfacerii tuturor cerintelor si care sa implice cele mai mici costuri cu ralizarea si intretinerea lui in functionare)

INTRODUCERE

Produse Subansamble Piese

bullFormabullDimensiunibullPrecizie dimensionala si de

formabullCalitate a suprafetei

MATERIAL

Selectia (stabilirea) tehnologiei de fabricatie este activitatea prin care se stabileste cel mai potrivit procedeu tehnologic adaptat materialului selectat in vederea obtinerii cerintelor (de mai sus) in conditiile celor mai mici costuri

3

Selectia materialelor si stabilirea tehnologiei de fabricatie este deosebit de dificila deoarece exista intre 40000 si 80000 de materiale (numarul lor se modifica continuu) alaturi de care exista peste 1000 de procedee tehnologice de prelucrare

Materiale metaliceRigiditate ductilitate (plasticitate) si tenacitate buna

temperatura de fuziune si rezistenta la soc termic ridicate

Materiale polimerice (inclusiv elastomeri)

Ductilitate (deformabilitate) si rezistenta la coroziune buna

greutate specifica mica

Materiale ceramice (inclusiv sticle)Rigiditate rezistenta la coroziune limita de curgere (duritate) buna temperatura de fuziune ridicata si

greutate specifica medie

Materiale compoziteRigiditate limita de curgere (duritate)

tenacitate rezistenta la oboseala rezistenta la coroziune buna si greutate specifica mica

4

La obtinerea unui produs se parcurg urmatoarele etape

Cerinta pietei

Conceperea

Proiectarea constructiva (desen ansamblu)

Detaliul (desenul de executie)

Proiectarea tehnologica

Productia

Proiectare produs nou

Reproiectare

Cand se face selectia materialelor

Pe tot parcursul procesului

5

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Selectia materialelor si stabilirea tehnologiei de fabricatie este deosebit de dificila deoarece exista intre 40000 si 80000 de materiale (numarul lor se modifica continuu) alaturi de care exista peste 1000 de procedee tehnologice de prelucrare

Materiale metaliceRigiditate ductilitate (plasticitate) si tenacitate buna

temperatura de fuziune si rezistenta la soc termic ridicate

Materiale polimerice (inclusiv elastomeri)

Ductilitate (deformabilitate) si rezistenta la coroziune buna

greutate specifica mica

Materiale ceramice (inclusiv sticle)Rigiditate rezistenta la coroziune limita de curgere (duritate) buna temperatura de fuziune ridicata si

greutate specifica medie

Materiale compoziteRigiditate limita de curgere (duritate)

tenacitate rezistenta la oboseala rezistenta la coroziune buna si greutate specifica mica

4

La obtinerea unui produs se parcurg urmatoarele etape

Cerinta pietei

Conceperea

Proiectarea constructiva (desen ansamblu)

Detaliul (desenul de executie)

Proiectarea tehnologica

Productia

Proiectare produs nou

Reproiectare

Cand se face selectia materialelor

Pe tot parcursul procesului

5

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

La obtinerea unui produs se parcurg urmatoarele etape

Cerinta pietei

Conceperea

Proiectarea constructiva (desen ansamblu)

Detaliul (desenul de executie)

Proiectarea tehnologica

Productia

Proiectare produs nou

Reproiectare

Cand se face selectia materialelor

Pe tot parcursul procesului

5

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Selectarea materialelor se face pe baza unor informatii (date) despre material

Date structurate

Date nestructurate

Date numerice

Ierarhizabile(proprietati mecanice)

Date de tip DANU BunRau (logice)

Documentatie specifica

Documentatie nespecifica

(cel mai putin structurate)

Pagini webSoftware ale producatoruluiConsultanti

Studii de cazAnaliza avariilorGhiduri de proiectare

Baze de dateStandardeManuale

6

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Structurarea informatiilor (in baze de date sau nu) poate fi facuta astfel

Domeniul

Materiale

Tehnologii de

fabricatie

Familie

CeramiceSticlePolimeriMetaleCompoziteElastomerietc

ForjareAschiereTurnarePulberietc

Clasa si membri

OteluriFonteAliaje CuAliaje AlAliaje ZnAliaje Nietc

FrezareStrunjireRectificareGaurireetc

Coduri

100020003000400050006000etc

Proprietati

DensitateModul ERmDuritateP electriceRez corozetc

Domeniu de marimeComplexitateTolerantaRugozitateetc

7

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

METODICA SELECTIEI MATERIALELOR

8

Economia de piata (concurentiala)

Caliatatea si costul produsului au o mare

importanta

SELECTIA SI UTILIZAREA OPTIMA A

MATERIALELOR se face stiintific pe criteriul

Maxim de performanta la un Cost minim

Se face in functie debull Performantele produsuluibull Conditiile de prelucrarebull Forma si dimensiunile pieseibull Seria de fabricatiebull Pretul de cost

Trebuie sa se bazeze pebull Promovarea materialelor corespunzatoarebull Ieftine si usor de procuratbull Valorificarea maxima a prelucrabilitatii lor si aducere la forma cerutabull Posibilitatile reale de prelucrare in firma (dotarea si experienta

tehnologica)

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

9

Materialul selectat

Sa aiba proprietatile cerute

Se tine seama de procedeul de prelucrare

Contribuie la definirea proprietatilor finale ale

materialului piesei

Selectia optima a materialului

Este o activitatebull complexabull dificilabull care se deruleaza de la conceptie pana

la fabricatia de serie (si in timpul acesteia)

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

ETAPELE SELECTIEI MATEIALELOR

10

Obiectul selectiei Rolul functional siguranta in functionare

durata de exploatare etc

Analiza cerintelor determinate de rolul functional si de prelucrare

Matricea de cerinte referitoare la reper (piesa)

Matricea de cerinte specifice

materialului

Materiale proprietati comportare in functionare

Testarea materialului sau imbunatatirea lui

(daca este cazul)

Decizia de selectie a materialului (strategii procedee si criterii de selectie

Cerintele nu pot fi indeplinite Cerintele sunt indeplinite partial sau integral

Proiectarea unui nou material sau procedeu de prelucrare

Optimizarea selectiei materialului (a reperului)

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

11

Obiectul selectiei Rolul functional

siguranta in functionare durata de

exploatare etc

Se stabilesc toate proprietatile

materialelor ca rezultat al cerintelor functionare

si de utilizare

PROPRIETATI DE UTILIZARE

ETAPA -I- ANALIZA CERINTELOR FATA DE MATERIAL

Procedeele posibile de prelucrare

PROPRIETATI DE PRELUCRARE

Aceste grupe de proprietati pot fi in acord

sau in contradictie

Matricea de cerinte

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Care si de unde rezulta aceste cerinte

12

+

La proiectarea piesei sau produsului se stabilesc

Cerintele privind performantele cerute materialului bazate pe functionalitatea si performanta impusa piesei (produsului) precum si pe conditiile ambientale in care va functiona aceasta

Cerintele fata de material

Cerinte functionale

Siguranta in functionare

Functionarea in conditii ambientale de exploatare

Cerinte de prelucrabilitate

COSTUL MATERIALULUI

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

13

CERINTE FUNCTIONALE

SIGURANTA IN FUNCTIONARE

Caracteristicile produsului (carora nu intotdeauna li se pot atribui valori cantitative) se coreleaza cu cele mai potrivite proprietati mecanice fizice chimice

Se stabilesc cat mai exat conditiile reale de functionare (rol functional tipul caracterul si valoarea solicitarilor conditii de temperatura si mediu etc)

Probabilitatea piesei (materialului) sa fie exploatata corespunzator fara a ceda sau avaria Precizarea anticiparea posibilelor moduri in care un produs poate suferi o avarie re realizeaza prin analiza avariilor

Cauzele unei avarii (in functionare) sunt atribuite- erorilor de conceptie constructiva- defectelor originale ale

materialului- defecte datorate prelucrarii piesei- conditiile de exploatare

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

14

FUNCTIONAREA IN CONDITII AMBIENTALE DE EXPLOATARE

CERINTE DE PRELUCRABILITATE

(TEHNOLOGICE)

Ambientul in care functioneaza piesa reprezinta un factor important la stabilirea acestor cerinte Mediile corosive temperaturile ridicate sau joase (negative) modifica defavorabil performanta materialelor de uz general

Se apeleaza la materiale speciale cu proprietati deosebite mai scumpe dar corespunzatoare

Forma piesei finite (materialului) precizia dimensionala si de forma calitatea suprafetei etc

Procedeul tehnologic de prlucrare

- turnabilitatea- deformabilitatea- aschiabilitatea- capacitatea de a

fi tratat termic

Se elimina materialele cu (ex) deformabilitate imposibila calibilitate insuficienta aschiabilitate slaba etc

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

15

Matricea de cerinte

ETAPA -II- STABILIREA MATRICEI DE CERINTE

Analiza celor patru grupuri de cerinte

Stabilirea unor cerinte tehnice

Costul materialuluicerinte economice

Cuprinde toate cerintele necesar a fi indeplinite de material (atat cerintele tehnice cat si cerintele

economice)

Pentru a lua o decizie corecta privind

selectia materialului se face

ierarhizarea cerintelor

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

16

Cerinte economice

COSTUL MATERIALULUI

Costuri legate cu prelucrare (manopera)

Alte costuri

Costul piesei

Alte costuri (intretinere

exploatare etc)

COSTUL MATERIALULUI controleaza evaluarea materialelor deoarece in multe aplicatii se impune un cost limita pentru materialul care sa satisfaca cerintele aplicatiei Cand limita este depasita produsul se reproiecteaza in vederea modificarii cerintelor fata de material pentru mentinerea acestuia sub limita de cost

Selectia se opreste la materialul care satisface cerintele stabilite (tehnice) de exploatarea piesei si care are costul cel mai scazut

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

17

ASPECTE ECONOMICE ALE MATERIALELOR

Materialul influenteaza costul total al produselor

Costul materialului are cea mai mare pondere din costul total (30-70)

Prelucrabilitatea

Determina- nivelul de

productivitate- investitiile de capital- manopera necesara

obtinerii formei finale

ATENTIE Alegerea unui material ieftin nu este intotdeauna o solutie corespunzatoare daca prelucrarea lui este dificila si costisitoare

Dimensiunile materiilor prime (semifabricatelor pot determina formarea unei cantitati mari de deseuri si implicit costul final

Posibilitatea reciclarii deseurilor ndash element important la selectia materialelor ndash indeosebi la materialele scumpe

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

18

Clasificarea materialelor pe baza costurilor

Materialele ingineresti

Materiale de larga utilizare

Materiale speciale

- ieftine- produse in cantitati mari

- substantial mai scumpe- elaborate pentru satisfacerea

unor cerinte deosebite

ATENTIE Compararea materialelor din punc de vedere a costurilor este dificila deoarece la unele materiale costul este dat in raport cu greutatea la altele in raport cu volumul la altele in raport cu suprafata etc

Compararea materialelor se face in raport cu costul relativ

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

19

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

greutate

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de

volum

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

20

Comparatia materialelor pe baza costului relativ al unitatii de volum

raportat la rezistenta de rupere specifica la tractiune

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

21

Concluzii

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de greutate utilizarea otelului este cea mai avantajoasa

Cel mai mare consum mondial

Materialele polimerice si aluminiu tind sa se apropie de costurile otelului

Din punct de vedere al costului relativ la unitatea de volum costurile materialelor polimerice se apropie de cele ale otelurilor unele fiind mai ieftine

Apare o plaja larga a costurilor materialelor ingineresti

Uneori materialele nu sunt utilizate la adevarata lor capacitate deoarece o cerinta importanta este rigiditatea Din acest punct de vedere betonul are cel mai mic cost

Sunt aplicatii la care se cere rezistenta ridicata si greutate redusa Se constata ca materialele polimerice si piesele turnate din magneziu apar mai ieftine decat otelurile

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

22

In cazul unui produs evaluarea valorii lui se

face prin

Evaluarea calitativa a proprietatilor materialului

Cel mai ieftin

Cel mai usor de procutat

Care sa aiba aceeasi

functionalitate

In cazul selectiei materialelor

Pentru aceeasi functionalitate

La cel mai scazut cost

Sa se selecteze cel mai ieftin material

Sa se selecteze un material mai scump dar

care va simplifica prelucrare (eventual

eliminarea unor etape)

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

23

Otelurile slab aliate cu continut ridicat de mangan si

continut scazut de Ni si Cr

Inlocuiesc otelurile scumpe continand cantitati mai mari de Ni Cr Mo (elemente scumpe)

Acoperirile metalice Inlocuiesc (in conditii mai putin

severe de coroziune) otelurile inoxidabile

Durificarea superficiala sau ecruisarea prin deformare

plastica

Mareste rezistenta la uzare si la oboseala a otelurilor carbon evitand utilizarea otelurilor aliate scumpe

Acoperiri de tipul alitarii cromarii aplicate otelurilor

carbon

Confera rezistenta la temperaturi moderate elimina finisarea

(costisitoare)

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

24

Coeficientul de utilizare a materialului

Minimalizarea costului materialelor

Printr-o proiectare care sa reduca cantitatea necesara de materiale scumpe

Alegerea procedeelor de prelucrare adecvate

Stabilirea formei semifabricatului care sa maximalizeze coeficientul de utilizare a

materialelor in fabricatie

Materiale ieftine

- Cumparate in cantitati mari- Cele care au dimensiuni mari

Cand fabricatia cere piese de mai multe dimensiuni se poate

cumpara stoc mare de semifabricate la dimensiunea

cea mai mare a pieselor

Reulta deseuri si costuri suplimentare de

manopera

Punctul de rentabilitate in aceasta privinta este greu de evaluat

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

25

Coeficientul de utilizare a materialelor pentru diferite procedee de prelucrare este dat in urmatorul tabel

Metoda de prelucrare Coeficientul de utilizare

1 Fara modificarea masei

Turnare 70

Deformare plastica 75

Agregate de pulberi 90

2 Cu micsorare de masa

Aschiere 60

Eroziune 90

3 Prin marire de masa

Depuneri prin sudare 80

Depuneri prin metalizare 90

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

26

Competitia in domeniul materialelor

Odata cu aparitia unor materiale noi si scaderea pretului celor existente apare o COMPETITIE INTRE MATERIALE

Intre otel si aluminiu la obtinerea cutiilor

de bauturi

Intre aluminiu si materiale polimerice

(armate) la constructia aeronavelor

Intre materiale polimerice si cupru

plumb fonta la instalatiile de apa

ProprietateaAliaj ZnAl4 turnat sub presiune

Polistiren ABS

Naylon 66

Policar-bonat

Polipr-opilena

Rezistenta la tractiune MNmm2 260 54 52 70 35

Rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 79 1 33 36 16

Rezistenta la fluaj (exprimata ca modul de elasticitate aparent la 100 h MNmm2) 51100 1470 420 2030 308

Rezistenta la oboseala prin incovoiere la 107 cicluri MNmm2 644 154 14 7 182

Temperatura de stabilitate termica la 18 MNmm2 (oC) gt488 345 324 403 332

Modificarea rezistentei la tractiune dupa 500h de expunere in conditii atmosferice ()

+05 -8 +10 -11 -30

Densitatea (relativa) 667 105 114 12 09

Costul unitatii de greutate (relativ Zn=1) 1 21 374 42 14

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune (relativ) 1 21 37 30 16

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la fluaj (relativ) 1 117 183 19 30

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la tractiune prin soc (relativ) 1 27 15 16 09

Costul unitatii de volum raportat la rezistenta la oboseala (relativ) 1 09 18 34 04

In situatia in care piesa are un rol decorativ ndash materialul plastic este

important

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

27

Costul prelucrarii poate juca un rol important in procesul

selectiei

Alama mai ieftina pentru anumite piese decat otelul laminat deoarece se prelucreaza cu viteza mai mare

Costul alamei este mai mare decat a otelului

Aluminiul se prelucreaza mai usor si are greutate specifica mai mica

Poate inlocui fonta otelul si aliajele lui chiar

daca sunt mai ieftine

Materialele plastice se prelucreaza foarte usor si devin economice la

serie mare

Pot inlocui orice tip de material la diferite

aplicatii

Criteriul economic privind costul materialului nu este

concludent la selectarea materialului

Devine important COSTUL REPERULUI

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

28

Costul de baza al materialului

Cheltuieli de dezvoltaresi utilizare a

echipamentelor

Cheltuieli de prelucrareDeterminate de material de procedeu de forma

de precizie

COSTUL REPERULUI

Costurile reperului

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

29

Reper Comportare Costuri

Cheltuieli de intretineresi reparatii cu reperul

UtilizareCheltuieli de exploatare

Durabilitate

ECONOMICITATEA REPERULUI

Economicitatea reperului

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

30

CERINTE IMPUSE MATERIALULUIPIESE

Problema selectiei materialului este complexa

datorita

Varietatii materialelor ingineresti

Severitatii cerintelor functionale impuse

Cerinta diminuarii costurilor

Severitatii cerintelor functionale impuse

Prelucrarile la care este supus materialul

Geometria pieselor

Solicitarile la care este supus materialul

INFLUENTEAZA PROPRIETATILE MATERIALELOR

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

31

Comportarea materialului in produsul finit este sensibil diferita de cea a semifabricatului din care a fost obtinut

Comportarea materialului in piesa

(C)

Proprietatile materialului (M)

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Forma piesei si fortele exterioare la care este

supusa (F)

Arata influenta directa a proprietatilor

semifabricatului a procedeului de prelucrare

a formei geometrice si a actiunii fortelor exterioare

asupra comportarii materialelor in piesa finita

Influenteaza direct comportarea

materialului in piesa

Este foarte important a se apela la criterii de proiectare adecvata

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

32

Influenta procedeului de prelucrare (P)

Prezenta muchiilor ascutite si a filetelor

Rugozitatea suprafetei

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea otelurilor de inalta rezistenta

decat a celor moi

Afecteaza intr-o masura mai mare comportarea materialelor la solicitari

variabile (oboseala) decat la solicitari statice

Interesul se focalizeaza preponderent pe performanta piesei in functionare si mai putin pe comportarea materialului in piesa

Comportarea materialului in piesa (proprietatile piesei)

Performantele piesei in functionare

Comportarea materialului in functionareConditiile de functionare

Factori care influenteaza

performantele piesei in functionare

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

33

CLASIFICAREA CERINTELOR IMPUSE MATERIALELOR

Cerintele impuse materialelor

Cerinte ldquorigiderdquo sau nenegociabile

Cerinte ldquonerigiderdquo ldquorelativerdquo sau

negociabile

Sunt cerintele care trebuie satisfacute obligatoriu de

material pentru a fi luate in considerare la selectie

bull Disponibilitatebull Prelucrabilitatebull Caracteristici minime

In anumite limite sunt supuse compromisului Pot fi comparate dpdv al importantei lor relative pentru o

aplicatie data in cadrul metodelor cantitative de selectie a materialelor

bull Proprietati mecanicebull Densitatebull Costul

In functie de tipul aplicatiei aceste cerinte isi pot schimba caracterul (din ldquonegociabilerdquo in ldquonenegociabile

Modificarea clasei de material selectate in final

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

34

EXEMPLE

Butelie de aragaz

Rezistenta Ductilitate Cost

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Rezistenta Ductilitate ρmic

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Butelii pentru gaze utilizate in aviatie

Costul este nenegociabil Oteluri pentru recipienti sub

presiune la temperaturi joase ndash R37 R44

Greutate cat mai mica (considerata nenegociabila) Materiale compozite (Kevlar 49-matrice epoxidica armata

cu fibre de poliamida)

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

35

MODALITATI DE ABORDARE A SELECTIEI MATERIALELOR SI PROCEDEELOR DE PRELUCRARE

Aparitia unor materiale noi si a competitiei intre materiale

Abordari noi in selectia materialelor si a procedeelor de prelucrare

Materialele plastice folosite la obtinerea pieselor complexe si de buna calitate inalta tehnologie

Materialele compozite au condus la reducerea substantiala a

greutatii produsului

Materiale sinterizate utilizate la obtinerea pieselor fara pierderi de material si consum de enetgie

scazut

Ingineria suprafetelor ofera posibilitati de modificare a

suprafetelor si coferirea unor proprietati deosebite

Cu toate aceste proiectantii se limiteaza la selectia

materialelor si procedeelor de prelucrare cunoscute mai bine

- Evitarea riscurilor- Nu este cunoscuta existenta unor noi materiale- Nu sunt cunoscute noile tehnologii de fabricatie etc

Proiectarea industriala trebuie asociata cu design-ul realizarea unei forme estetice obtinerea unui aspect exterior

placut

Design-ul industrial include mai mult decat o stilizare

Alegerea materialului permite un anumit design sau altul

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

36

La selectarea functiunii produsului (comportarea lui in exploatare-C) a materialelor (M) a

procedeelor de prelucrare (P) a formei (F) trebuie sa se tina seama ca acestea se intrepatrund (trebuie

sa tin seama in acelasi timp de ele)

Dificil Pot fi urmate diferite

succesiuni

Succesiunea CFMP prezinta urmatoarea

ordine de luare in considerare

-functionalitatea produsului (C)-forma piesei-materialul piesei-procedeul de prelucrare

Pot exista diferite succesiuni

Conduce la solutii diferite

Cadrul face conexiunea intre roti

saua bicicletei pedale ghidon

EXEMPLU Succesiunea CFMP

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Teava de aluminiu

Sudare

Succesiunea CFPM

Functionalitatea si forma sunt aceleasi

Sudare Teava de otel-se sudeaza mai bine

Succesiunea CMPF

Functionalitatea este aceeasi

Ca material se poate alege unul compozit

Sudare lipire

Forma aceeasi sau nu

Succesiunea CPMF

Poate fi aleasa presarea unui material superplastic

Alegerea ca material aluminiul

Forma S asimetrica plata

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

37

Pe baza functiunilor impuse produsului proiectantul schiteaza o serie de solutii tinand seama

de-materialele ce pot fi folosite-procedeele de fabricatie ce pot fi aplicate-formele potrivite ca functionalitate si design

Fiecare combinatie materialprocedeu de prelucrare conduce la diferite forme

Pot fi generate un numar

diferit de forme

Este o abordare CPMF sau CMPF

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

38

STRATEGII DE SELECTIE A MATERIALELOR

O strategie de selectie are doua componente

Formularea marimi prin care sa se evaluare un set de cerinte impuse materialului

Un procedeu de evaluare a marimii cerintelor prin care sa

se poata face ierarhizarea acestora in functie de masura in

care acestea sunt indeplinite

Strategiile cauta cai de implementare a procesului si anume de a converti un set de date ldquode intrarerdquo (cerintele proiectarii)

intr-un set de date ldquode iesirerdquo- alegerea materialului si a procedeului de prelucrare

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

39

Cerintele proiectarii

Materiale si procedee de prelucrare selectate

Strategii de selectie

Date initiale Functie de transfer Date finale

Strategia 1 Cautare libera implicand analiza rationala

Strategia 2 Bazata pe chestionare Este o selectie prin expertiza

Strategia 3 Analogie bazata pe cazuri anterioare

Posibila inovatie

Ofera solutii cunoscute

Ofera solutii similare cu situatia prezenta

Ofera mare libertate de selectie dar putina ghidare in proces

Ofera multa ghidare in proces dar putina libertate de selectie

Ofera idei ale solutiilor anterioare pentru probleme similare

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

40

SELECTIA LIBERA BAZATA PE ANALIZA RATIONALA

Este rapida si eficienta

Ofera o mare libertate pentru aplicatii

Ofera solutii noi si inovative

Avantaje

Are nevoie de date de intrare precis detaliate intr-o forma ce pot fi analizate prin metode ingineresti

standard

EXEMPLU

Gasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

Cerinte pentru proiectare

ANALIZA SCHITEIFunctia Ce trebuie sa faca piesaObiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizatConstrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indepliniteVariabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

41

Functia Ce trebuie sa faca piesa

Obiective Ce trebuie maximalizat sau minimalizat

Variabile libere Care variabile ale proiectului sunt libere (cerinte nerigide)

De a rezista la momente de incovoiere trebuie sa suporta incarcatura pentru care a fost proiectata fara a se deforma

Constrangeri Ce conditii esentiale trebuie sa fie indeplinite

Lungimea L data Tigiditatea S data Sa reziste si sa nu se deformeze la temperatura T

Trebuie minimalizata greutate

Aria sectiunii Costul

Procesul de selectie a avea 3 pasi

Filtrarea Se folseste de constrangeri pentru inlaturarea materialelor care nu indeplinesc cerintele

IerarhizareaSe folseste de marimea performantelor materialelor ramase in discutie pentru a le ordona

Documentarea

Analizeaza informatiile nestructurate le structureaza si le introduce in structura ierarhizata realizand o fisa cu informatii care ajuta selectia finala a materialului

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

42

Ierarhizarea se face parcurgand mai multe faze

Identificarea unuia sau a mai multor indici de performanta corespunzatori functiei obiectivului si constrangerilor

Indicele de performanta permite optimizarea selectiei

Pentru identificarea acestor indici se parcurg urmatoarele etape

Transpunerea intr-o relatie a obiectivului (entitatea) ce trebuie minimalizata sau maximalizata

Analiza grupului de proprietati (indicele de performanta) care maximalizeaza obiectivul

Eliminarea din aceasta relatie a variabilelor libere utilizand constrangerile (ex valoarea impusa rigiditatii a incarcarii limita a unui moment a presiunii a temperaturii de lucru sau al tenacitatii

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

43

EXEMPLU

TEMAGasiti un material pentru o bara de lungime L care sa

suporte o forta F la temperatura T si sa fie cat mai usoara

b

b

Lδ

F

Sageata

Sectiunea

CERINTELE PROIECTARIIFunctia Bara incarcata la incovoiereObiectiv Minimalizarea greutatiiConstrangeri Lungimea L data Rigiditatea S data Temperatura de exploatare T data (500deg)Variabile libere Aria sectiunii A Materialul de selectat

Se alege masa ldquomrdquo ca indice de performanta (trebuie sa fie minimalizat)

Masa barei este

Constrangerea privind rigiditatea va determina aria sectiunii ASageata unei bare simplu rezemata (forta actionand la mijloc) este data de relatia

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

44

unde E-modulul de elasticitate al materialului barei I-momentul de inertie al sectiunii grinzii

CL-reprezinta o constanta ce depinde de modul de distributie a fortei F (CL=48)

Rigiditatea barei este data de relatia

Din aceasta ultima relatie rezulta aria sectiunii A

Prin substitutia acestei relatii in relatia de determinare a masei grinzii se obtine indicele de performanta m

Valorile S L CL sunt date de proiect

Cea mai usoara bara este acea realizata dintr-un material care are cea mai mare valoare pentru

raport numit si ldquoindice de materialrdquo

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

Functia Incarcarea ConstrangeriIndici de

performantaRelatia

indicelui

Structuri de masa minima

Tija

BaraStatica

Rigiditate

Tractiune Eρ

Compresiune Eρ

Incovoiere E12ρ

Torsiune E12ρ

Rezistenta

Tractiune σrρ

Compresiune σcρ

Incovoiere σr23ρ

Torsiune σc23ρ

Dinamica

Panou

45

Exista mai multi indici de performanta fiecare realizand o combinatie dintre obiectiv si constrangere

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

46

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

47

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

48

METODE CANTITATIVE DE SELECTIE A MATERIALELOR CANDIDATE

Materialele candidat sunt materialele care satisfac cerintele cuprinse in matricea de cerinte rezultate dinbull Cerintele functionalebull Siguranta in functionarebull Functionarea in conditii ambientale de exploatarebull Cerintele de prelucrabilitatebull Economicitatea piesei

Care din aceste materiale vor fi luate in considerare la realizarea piesei

Evaluarea materialelor candidat

Evaluarea presupune compararea materialelor candidat care indeplinesc cerintele negociabile cu caracteristicile efective ale materialului in vederea selectarii celui optim pentru o aplicatie data

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

49

Evaluarea materialelor candidat

Este mai simpla pentru metodele cantitative de evaluare

Trebuie sa tina seama de anumite avantaje (usurinta procurarii materialului distanta pana la furnizor seriozitatea furnizarii constanta in calitatea produselor etc) care pot introduce anumite limitari determinand anumite compromisuri

In cele mai multe cazuri metodele cantitative de selectie conduc la materialul optim pentru o aplicatie

Metodele cantitative pot fi reluate odata cu schimbarea importantei relative a cerintelor negociabile

ATENTIE Cerintele nenegociabile trebuie satisfacute in totalitate si intocmai

Daca niciun material nu satisfac cerintele negociabile atunci fie ca acestea trebuie relaxate fie se impune reproiectarea produsului

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

50

Selectia este o operatie complexa

Numar mare de materiale cu o plaja larga de proprietati

Daca se face intamplator

Apare riscul de a omite anumite materiale candidate

Reducerea riscului prin adoptarea unei metode sistematice de selectie a materialelor

Metodele cantitative

Permitbull analiza unui numar ridicat de datebull a multor specificatii implicate in selectia materialelorbull pot fi adaptate pentru o selectie asistata de calculator

dintr-o baza de date

Metodele nu elimina capacitatea de analiza si experienta ingineruluiAceste metode sprijina inginerul in alegerea optima

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

51

METODA COSTULUI RAPORTAT LA UNITATEA DE PROPRIETATE

Economicitatea piesei

Costul initial al materialului

Costul prelucrarii si montarii

Costul functionarii si intretinerii

Unele dintre aceste costuri cresc odata cu cresterea

valorii proprietatilor altele scad

Proprietatea (Rm)

Costul piesei

Alte costuri

Costul total

Cos

tul

Cost minim

Odata cu cresterea rezistentei- Prelucrare mai dificila- Greutatea pe piesa scade- Durabilitatea in exploatare

creste si deci numarul de piese in utilizate in timp mai mic

Costul total este suma costului piesei si a celorlalte costuri

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

52

Valoarea optima a proprietatii (aici Rm) apare la costul minim

In piata costul materialului este legat de greutatea sau volumul (dupa caz) materialului

Se poate stabili o comparatie a materialelor intre proprietatile relative (proprietatea raportata la

greutatea specifica) De exemplu rezistenta rigiditatea modul de elasticitate etc

Criteriul esential este costul raportat la unitatea de rezistenta la tractiune

C=pρσ

C- costul asigurarii unei rezistente de 1 MPap- costul unitatii de proprietate a materialului

ρ- densitatea materialului

σr- rezistenta la tractiune

Cu cat valoarea lui ldquoCrdquo este mai mica cu atat materialul

este mai economic

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

53

Relatii asemanatoare pot fi obtinute si pentru alte proprietati cum ar fi- limita la curgere- modulul de elastuicitate- factorul de intensitate a tensiunii etc

Costul unitatii de proprietate pentru diferite moduri de solicitare

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

54

Compararea materialelor privind aceste costuri este esentiala

Se compara materialele intre ele

Este dificilSe ia un material de referinta

Costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului candidat ldquoirdquo raportat la costul relativ pe unitatea de proprietate a materialului de referinta ldquobrdquo este dat de relatia

Daca CR este subunitar materialul candidat este mai ieftin decat materialul de referinta

Materialul de referinta este eliminat si materialul candidat se ia ca material de referinta pentru urmatoarea comparatie

Daca CR este supra unitar materialul candidat este mai scump decat materialul de referinta

Materialul de referinta se ia ca material de comparatie pentru urmatoarea analiza

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

55

METODA PONDERARII PROPRIETATILOR

Este o metoda pentru rezolvarea unor solutii mai comlexe de materiale materiale si proprietati

Fiecarei proprietati a materialului i se acorda o pondere rdquoαrdquo

Ponderea este proportionala cu importanta relativa a proprietatii pentru performanta in exploatare a materialului pentru aplicatia data

Ponderea proprietatii este egala cu produsul dintre valoarea numerica a proprietatii materialului ldquoprdquo si ponderea ei ldquoαrdquo

γ=pα

Insumand toate aceste produse pentru un material se obtine un indice de performanta ldquoPrdquo al materialului

Aceasta metoda ia in considerare toate proprietatile materialului

Comparand mai multe materiale prin indicele de performanta se poate gasi cel mai performant material pentru o aplicatie

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

56

Dezavantajul acestei metode consta in faptul ca in cazul unei proprietati care are o valoare ridicata aceasta v-a avea o influenta mai mare asupra indicelui de performanta decat ponderea ei

Exemplu Un material A care are Rm=370 MPa si o duritate de 350 HRB si un alt material B care are Rm=400 MPa si o duritate de 300 HRBStabilind ponderea proprietatii de 100 pentru rezistenta si 90 pentru duritate se obtine un indice de performanta de 68500 pentru material ul A si 67000 pentru materialul B

Inseamna ca impotriva importantei rezistentei la tractiune (ca fiind primul criteriu de selectie) si care este mai mare pentru materialul B indicele de performanta al materialului A este mai mare si deci acest material v-a fi selectat

La evaluarea materialelor candidat se va lucra cu valori relative ldquoβrdquo ale unei anumite proprietati celei mai mari valori a proprietatii atribuindu-se valoarea 100 iar celelalte valori relative se determina cu relatia

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

57

Pentru proprietatile materialelor care nu se exprima in mod obisnuit prin valori numerice (rezistenta la uzare sudabilitatea aschiabilitatea diferite proprietati tehnologice etc) evaluarea se poate face relativ la una dintre proprietati astfel

Astfel fiecarei proprietati I se acorda o importanta egalasi ea va influenta indicii de performanta ai materialelor doar comparate doar in masura ponderii acordate

Pentru proprietati ale caror valori se doreste a fi cat mai mici (densitatea pierderea de greutate prin coroziune etc) evaluarea se face printr-un raport invers

ProprietateaMateriale alternative

A B C D

Sudabilitatea Foarte buna Buna Buna Satisfacatoare

Evaluarea relativa 5 3 3 1

Valoarea scalata 100 60 60 20

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

58

Exemplu In ceea ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru rezistenta la tractiune a materialului A este de 925 Pentru al doilea material aceasta valoare este de 100 In ce priveste valoarea relativa a proprietatii β pentru duritate aceasta este de 100 pentru materialul A si de 857 pentru materialul B

Acest lucru poate schimba situatia ierarhica a materialelor sau le poate apropia atat de mult indicele de performanta incat sa se puna problema luari in considerare si a altor elemente pentru selectie

Astfel indicele de performanta a materialului este dat de relatia

unde P reprezinta indicele de performanta a materialuluildquoirdquo este suma celor ldquonrdquo proprietati considerate a materialul ui

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

59

Ponderea α poate fi considerata ca αilt1 astfel incat

(cazul cel mai frecvent) sau ei I se poate aloca o plaja de valori valoarea cea mai mare

corespunzand proprietatii cu cea mai mare importanta

Costul materialului poate fi considerat ca o proprietate (chiar importanta) acordandui-se o pondere ldquoαrdquo

In cazul luarii in considerare a unui numar mare de proprietati costul poate fi considerat un factor de corectie al indicelui de performanta a materialului rezultand indicele de merit al acestuia

in care ldquoprdquo reprezinta costul unitatii de greutate a materialului

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

60

Cand se doreste compararea mai multor materiale candidat (i) cu unul de baza (de referinta) se calculeaza indicele relativ de merit al fiecarui material astfel

Daca RMgt1 respectivul material candidat ldquoirdquo corespunde mai bine cerintelor decat materialul de referinta ldquobrdquoIn cazul in care Mb reprezinta minimul cerintelor impuse Materialele candidat avand RMlt1 pot fi eliminate de la inceput ca fiind necorespunzatoare

Cand trebuie luate in considerare mai multe proprietati ale materialului pentru evaluarea indicelui de performanta este dificila evaluarea ponderii acestora Rezolvarea aceste probleme poate fi realizata printr-o evaluare prin programe numerice

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

61

METODA CRESTERII INCREMENTALE

In anumite situatii pot aparea mai multe materiale care indeplinesc cerintele minime impuse de o anumita aplicatie

Dupa analiza acestor materiale se poate presupune ca performantele pieselor prelucrate sunt proportionale cu indicii de performanta ldquoPrdquo In acelasi timp costul piesei variaza proportional cu costul materialului si al prelucrarii acestora

Daca se doreste selectarea piesei care are cea mai mare performanta la cea mai rezonabila crestere a costului se poate face o analiza beneficiu-cost Procedeul se ia indeosebi cand se doreste inlocuirea unui material utilizat deja in fabricatie

Materialul cu cel mai scazut cost (1) se ca element de baza si este comparat cu materialul care are costul imediat superior (2) Comparatia se face determinand cresterea indicelui de performanta (ΔP=P2-P1) si a costului ldquoprdquo pe unitatea de volum (Δpρ=p2ρ2-p1ρ1)

Daca ΔPΔpρlt1 materialul 1 corespunde mai bine decat materialul 2 pentru aplicatia data si materialul 2 va fi eliminatDaca ΔPΔpρgt1 materialul 1 va fi eliminat deoarece materialul 2 corespunde mai bine cerintelor aplicatieiSe continua compararea cu al treilea material si rand pe rand vor fi eliminate materialele mai putin corespunzatoare ajungand la materialul optim

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

62

EXEMPLU DE SELECTIE A MATERIALELOR

Tema Realizarea piesesei din figura dintr-un otel ldquoOL37rdquo intr-o serie mare de fabricatie-Este o piesa cilindrica cu dimensiunile date-Are un butuc-Prezinta o gaura lunga si de diametre mic

oslash200oslash50

150oslash20

Se poate realiza din bara rotunda prin strunjire

Se poate realiza din bara rotunda prin forjare

80

Coeficientul de utilizare a materialului 055

Coeficientul de utilizare a materialului 098

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

63

Diametrul mm Inaltime mm Volum mm3 Volum mm3Coeficientul de

utilizare a materialului

Semif Pornire 200 150 4710000 4710000

Strunjire

200 80 2512000

2602275 055=5550 35 137375

20 150 47100

Forjare

200 80 25120002649375

098=9850 35 137375

20 150 47100 2602275

Coeficientul de utilizare a materialului K=greutatea piesei finitegreutatea materialului utilizat pentru realizarea lui (a semifabricatului de pornire)

In calcul s-a lucrat cu volumul materialului deoarece G=VρAdaosuriele de prelucrare s-u luat ca fiind egaleApare un mult mai bun grad de utilizare a materialului pentr prelucrarea prin forjare

PIESA SE VA REALIZA PRIN FORJARE

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

64

1

2

3

5

6

4

9

8

F

107F

1-semimatrita superioara2-semimatrita inferioara3-cavitatea semimatritei sup4-cavitatea semimatritei inf5-canalul de bavura6-canalul de refulare7-prinderea semimatritei sup8-prinderea semimatritei inf9-elemente de ghidare (stifturi)10-planul de separare

TEMA Sa se stabileasca materialul optim pentru realizarea elementelor active ale matrtei de forjare din figura Se urmreste obtinerea piesei prin forjare la cald

CERINTE PENTRU PROIECTARE

Analiza schiteiFunctia Elemete (semimatrite) de matrita de deformare plasticaObiectiv Trebuie maximalizata tenacitatea (rezilienta)Constrangeri Dimensiunile cavitatii matritei (depind de marimea piesei) dimensiunile exterioare si sistemul de prindere (depind de utilaj temperatura de lucruVariabile libere material

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

65

Se cauta in sursele de informatii structurate si nestructurate materialele care respecta cerintele

Elemente de matrita

Rezistente la cald

Tenacitate Duritate

Metale

Ceramice

Compozite

Polimeri

Selectie finala

Materialele potrivite sunt metalele si aliajele lor

-Materialele ceramice nu au tenacitate-Materialele polimerice nu au rezistenta la cald-Materialele compozite sunt scumpe si nu au tenacitate

Depinde de compozitia lor

Se cauta materiale cu destinatie precisa Materiale pentru scule de deformare

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

66

Din baza de date se constata ca urmatoarele materiale satisfac

cerintele rigide adica sa poata fi utilizate la prelucrarea la cald

Sunt materiale cu destinatie precisaDaca nu sunt materiale cu destinatie

precisa se cauta in grupa materialelor cu destinatie generala

Material Rm min MPa HV A5 KCU Jcm3

C120 890 265 8 60

VMoC120 870 265 8 68

VC06 870 230 6 68

VCW85 870 265 6 80

MoCN15 830 250 7 75

VMoCN17 870 265 7 73

VSCW20 790 235 5 78

OSC7 640 195 12 56

OSC8 640 195 10 58

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

67

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU Jcm3 βKCU Indicele de

performanta PC120 890 265 8 60 101450

VMoC120 870 265 8 68 100650

VC06 870 230 6 68 97400

VCW85 870 265 6 80 101750

MoCN15 830 250 7 75 96750

VMoCN17 870 265 7 73 101100

VSCW20 790 235 5 78 92400

OSC7 640 195 12 56 74950

OSC8 640 195 10 58 75050Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza peoprietatii

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

68

Material Rm min MPa βRm HV βHV A5 βA5 KCU

Jcm3 βKCU Indicele de performanta P

C120 890 100 265 10000 8 6667 60 75 25017000

VMoC120 870 9775 265 10000 8 6667 68 85 2835015356

VC06 870 9775 230 8679 6 5000 68 85 2126563155

VCW85 870 9775 265 10000 6 5000 80 100 2501682022

MoCN15 830 9326 250 9434 7 5833 75 9375 2735970124

VMoCN17 870 9775 265 10000 7 5833 73 9125 2663140356

VSCW20 790 8876 235 8868 5 4167 78 975 2032758226

OSC7 640 7191 195 7358 12 10000 56 70 3501237545

OSC8 640 7191 195 7358 10 8333 58 725 3022070878Ponderea

proprietatii 80 90 50 100

Calculul indicelui de performanta pe baza proprietatii relative

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

69

Material Indicele de performanta P

VSCW20 2032758226

VC06 2126563155

VCW85 2501682022

C120 25017000

VMoCN17 2663140356

MoCN15 2735970124

VMoC120 2835015356

OSC8 3022070878

OSC7 3501237545

Material Indicele de performanta P

OSC7 74950

OSC8 75050

VSCW20 92400

MoCN15 96750

VC06 97400

VMoC120 100650

VMoCN17 101100

C120 101450

VCW85 101750

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile proprietatii materialului

ordonate crescator

Rezultatele obtinute utilizand in calcul valorile relative ale proprietatii materialului ordonate crescator

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

70

Luand in considerare ca unele materiale sunt aliate cu siguranta acestea sunt mai scumpe

Daca luam in considerare costul unitar pentru otelurile carbon de scule iar densitatea de 785 (corespunzatoare fierului) se obtine indicele de merit

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

OSC7 74950 1 95477707 114

OSC8 75050 1 956050955 114

VSCW20 92400 14 840764331 100

MoCN15 96750 14 880345769 105

VC06 97400 12 103397028 123

VMoC120 100650 13 986281235 117

VMoCN17 101100 14 919927207 109

C120 101450 15 861571125 102

VCW85 101750 14 925841674 110

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea proprietatii materialului

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

71

Material Indicele de performanta P

Costul unitatii de greutate p

Indicele de merit M

Indicele de merit

relativ RM

VSCW20 2032758226 14 184964352 100

VC06 2126563155 12 225749804 122

VCW85 2501682022 14 227632577 123

C120 25017000 15 212458599 115

VMoCN17 2663140356 14 242323963 131

MoCN15 2735970124 14 248950876 135

VMoC120 2835015356 13 277806502 150

OSC8 3022070878 1 384977182 208

OSC7 3501237545 1 446017522 241

Se ia in considerare indicele de performanta pentru valoarea relativa a proprietatii materialului

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

72

Selectati materialele potrivite pentru piesele din imagine

Randul I 1 Serie mare de fabricatie-6p Randul II Serie mica (unicat) de fabricatie-6p

Randul I 2 Criterii de selectie a materialelor-1p3 Etapele selectiei materialelor ndash 1p4 Economicitatea piesei ndash 1p5 Strategii de selectie a materialelor ndash 1p

Randul II 2 Tipuri de date utilizate la selectia materialelor-1p3 Cum se face minimalizarea costurilor-1p4 Perofmantele piesei in functionare ndash 1p5 Care sunt cerintele fata de material ndash 1p

SUBIECTE EXAMEN

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

73

Date privind principalele proprietati tehnologice ale unor materiale

Material

Valorile proprietatii

Aschiabilitate Turnabilitate Sudabilitate Cost

F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba F buna Buna Slaba $tona

Otel de constructii (OL) X X X 140

Otel carbon de calitate (OLC) X X X

260

Fonte obisnuite (Fc) X X X 160

Punctaje 60 30 10 60 30 10 60 30 10

Avand in vedere ca pretul creste odata cu rezistenta la tractiune calculati costul fiecarui material prin inmultirea costului de baza cu valoarea proprietatii si impartiti la 100

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74

74

Materiale ce pot fi luate in considerare spre analiza

Material Rm HV A Material Rm HV A Material Rm HV A

OL30 310 95 32 OLC8 324 140 33 Fc100 100 105 2

OL32 310 93 33 OLC10 321 150 31 Fc150 150 145 3

OL34 330 105 31 OLC15 373 155 27 Fc200 200 180 4

OL37 360 112 25 OLC20 410 165 25 Fc250 250 190 4

OL42 410 130 22 OLC25 450 175 24 Fc300 300 210 5

OL44 430 135 22 OLC30 490 180 21 Fc350 350 220 6

OL50 500 160 21 OLC35 530 195 21 Fc400 400 240 6

OL52 510 160 21 OLC40 570 200 19

OL60 590 185 16 OLC45 610 220 18

OL70 690 215 11 OLC50 640 230 16

OLC55 670 240 14

OLC60 700 255 14

Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50 Ponderea 70 30 50

Proprietatea tehnilogica intra cu o pondere de 100

VA UREZ SUCCES

• SELECTIA MATERIALELOR
• Bibliografie - S Domsa Selectia si proiectarea materialelor
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74