Curs 1 14 mobilier tehnologie (1)

CURS 1 MOBILIER DIN LEMN - TEHNOLOGIE Chiar dacă materialele moderne au generat o tendință de înlocuire a lemnului în domeniul amenajărilor interioare, acesta își păstrează locul de cinste în preferințele proprietarilor.

1.1 Structura lemnului  

coaja, reprezintă 5 % din volumul arborelui; lemnul propriu – zis, format din inele anuale, concentrice, ce dispar la speciile tropicale; o alburnul, țesut lemnos la care celulele nu sunt complet îmbătrânite (duramenificate); o duramenul, țesuturi duramenificate, umplute cu celule fibroase ce împiedică circulația sevei și măresc rezistența lemnului; o măduva, țesuturi rarefiate, fără rezistență; Inelele anuale sunt straturi lemnoase formate succesiv, în fiecare an, la speciile lemnoase din zonele temperate și sunt constituite din două zone distincte:  lemnul timpuriu, mai puțin dens, poros, deschis la culoare și format în prima perioadă a sezonului vegetativ;  lemnul târziu, mai dens, compact, mai închis la culoare, format în a doua perioadă a sezonului vegetativ activ.

Speciile lemnoase la care se disting bine cele două zone se numesc „lemne vărgate” și sunt apreciate la fabricarea furnirurilor estetice.

Figura 1.1. Secțiune transversală printr-un arbore Figura 1.2. Secțiune transversală printr-un arbore

1.2. Caracteristici generale        

lemnul constituie 99% substanțe organice, care fac ca la 110 ⁰C să devină instabil, la 200⁰C combustibil iar la 300 ⁰C ia foc fără flacăra; compoziția chimică a lemnului variază în funcție de specie, zonă geografică și vârstă; poate fi distrus din cauza substanțelor organice, microorganisme și insecte (dacă nu este protejat) în maximum 10 ani; cantitatea mare de apă influențează proprietățile mecanice și durabilitatea; structura nu este omogenă ci fibroasa, proprietățile mecanice fiind legate de unghiul dintre fibră și forța mecanică; există două esențe de bază: o foioase, cu compactitate și rezistența mecanică mare, frunze căzătoare; o rășinoase, cu capacitate și rezistența mecanică mică, frunze necăzătoare; Speciile de lemn masiv pot fi o Tari: - foioase (fag, stejar, frasin alb), - rășinoase (pin) o Moi: - foioase (tei, anin, plop, salcie), - rășinoase (brad, molid) Se debitează din fabrici sub formă de cherestea prin grinzi, rigle, dulapi, scânduri și șipci.

1.3. Specii lemnoase folosite la fabricarea mobilei 1.3.1. Specii indigene:  Rășinoasele au capacitate și rezistență mai mică. Lemn ușor, prezintă deformații minime, stabilitate la absorția apei. Dintre speciile frecvent utilizate se amintesc: Bradul (culoare alb – gălbui, fără luciu, cu inele anuale vizibile.), Molidul (alb – gălbui, slab vărgat) Pin silvestru (duramen roșiatic - brun, alburn lat, alb roșiatic, inele anuale bine vizibile) etc.,  Foioasele: lemn greu, duritate mare. Prezintă compactitate și rezistență mecanică mare.

Absorb apa și se usucă ușor. Dintre speciile frecvent utilizate se amintesc: Cireșul (duramen brun roșcat, alburn roșiatic, inele anuale vizibile, textură mijlocie), Fagul (alb – roșiatic), Nucul (brun închis cu dungi negricioase, textură fină cu desene frumoase), Stejarul (brun – gălbui, textură uniformă dar aspră, cu desene frumoase), Teiul (lemn fără duramen, alb gălbui, textura fină, fără desene caracteristice), Arțar, Mesteacăn, Frasin, Salcâm, Ulm, Măr, Păr, Castan nobil etc. În figura 1.3 sunt prezentate câteva din speciile indigene amintite mai sus.

Stejar deschis

Stejar închis

Mesteacăn

Fag

Figura 1.3. specii indigene

Nuc

Cireș

Frasin

1.3.2. Specii exotice: Dintre speciile exotice utilizate se pot aminti; Tecul, lemnul de Mango, Bambusul, lemnul de Santal, Palisandru, Mahon, Framire, Mansonia, Paduc, etc.

Tecul (Teack) este un copac tropical din familia mentei (Lamiaceae), nativ sudului si sudestului Asiei, in special Bangladeshului, Burmei si Thailandei, acesta fiind in mod obișnuit o componentă a vegetației pădurilor musonice. Copacii de tec ajung la înălțimi impresionante de 40m.

Cu toate că este ușor de lucrat, lemnul de tec poate toci foarte repede uneltele ascuțite datorită dioxidului de siliciu pe care îl conține, asta denotând nivelul de duritate al acestuia. El este durabil chiar si fară a fi tratat cu vre-un ulei sau lac, acesta secretându-și propriul ulei protector.

Figura 1.4. Teack

Lemnul de mango este un lemn extrem de dur și dens, fiind excelent pentru piese de mobilier dacă este în prealabil tratat și uscat în cuptoare speciale. Ca rezultat adițional al acestui proces, lemnul de mango este capabil să își mențină diversele tonuri si nuanțe, oferind mobilei posibilitatea de a afișa o variație de culori – de la maro închis la galben deschis – , spre deosebire de alte feluri de lemn. Mult mai mult, tăind lemnul în diferite direcții și moduri și tratându-l cu diferite uleiuri, sunt dezvăluite texturi asemănătoare lemnului de mahon, stejar, tec si ale altor tipuri.

Figura 1.5. Mango

Bambusul este plantă care creste cel mai repede din lume, fiindu-i ușor sa crească până la 60 de centimetri pe zi, mulțumită sistemului unic dependent de rizomi. Există înregistrări uimitoare legate de rata maximă de creștere a bambusului și anume 121 centimetri pe ora .Cu toate acestea, rata sa de creștere este influențată și de către sol si clima. În Asia de est si sud-est, tulpina de bambus este foarte folosita în construcții – fiind un material brut foarte versatil –, iar lăstarii bambusului sunt folosiți ca sursă de hrană.

Figura 1.6. Bambus

"Lemn de santal" este un termen general și nu se refera la o anumita specie de copaci, ci mai degrabă la o anumita familie (Santalum) de copaci aromatici. Lemnul este dens, greu si galben la culoare, deasemenea fiind foarte fin. Acesta conține uleiuri esențiale și este renumit pentru faptul că își poate păstra mireasma distincta timp de multe decenii. Santalul a fost prețuit mult timp pentru aroma sa, ușurința cu care se sculptează, efectele curative si calitățile sale în scop religios.

Figura 1.7. Santal

1.4. Materiale semifabricate pe bază de lemn Materialele semifabricate folosite masiv în amenajările interioare, anulează unele dezavantaje ale lemnului masiv: deformabilitatea și risipa.

Se cunosc următoarele tipuri:  Furnirul reprezintă o foaie subţire (0,08 – 6 mm) de lemn de calitate superioară, folosită în industria mobilei, la acoperirea părţilor din lemn de calitate mai slabă sau ca semifabricat pentru placaje sau panele.

Există următoarele tipuri de furnire: blindul (1-3,5 mm), furnire estetice (0,8-1 mm), microfurnirul (până la 0,8 mm), lamelinul (obținut prin secționarea unor pachete de foi de esențe inferioare încleiate.  Placajul este un semifabricat din lemn (foaie), compus dintr-un număr impar de foi de furnir, aşezate astfel ca direcţia fibrelor lemnoase (longitudinală şi transversală) să alterneze; Este folosit în industria mobilei, a ambalajelor, a ambarcaţiunilor etc. În figura 1.8 sunt prezentate placaje (2500x1250mm) de esență lemn fag + plop.

Figura 1.8. Placaj





Panelul este un semifabricat din lemn constituit dintr-o placă cu un miez de şipci sau scânduri, acoperit pe ambele feţe cu un strat de furnir care se aşează cu fibrele transversal Figura 1.9. Panel faţă de fibrele miezului (figura 1.9). Obs. Şipcile sunt lipite pe furnir, nu între ele.

PAL, PFL, LSD (lemn stratificat densificat), HDS, Plăci celulare, MDF (- Medium Density Fiberboard - Placi din fibre de densitate medie peste care este aplicat furnirul), HDF (Hight Density Fiberboard - Placi din fibre de densitate mare) etc.

1.5. Prelucrarea lemnului 1.5.1. Operații Prelucrarea reprezintă un complex de operații prin care materialul lemnos livrat sub formă de cherestea este transformat în componente, iar apoi in subansambluri și produse finite.

După ce materialul lemnos este apt de prelucrare, sortat, uscat, se trece la următorul șir de operații: 

Măsurare și însemnare Precede orice prelucrare și pornește întotdeauna de la o muchie dreaptă. Operația tehnologică de însemnare se realizează cu ajutorul șabloanelor de însemnat. În figura 1.10. este prezentat un șablon pentru găurire. La îmbinările în colţ sau la cele în T se recomandă folosirea un şablon pentru găurire şi vârfuri de marcare, aşa numite dispozitive de fixare a diblurilor. Numai prin măsurare şi marcare găurile pentru dibluri nu pot fi poziţionate atât de precis încât ulterior să se suprapună exact! Un şablon pentru găurire este un dispozitiv auxiliar care se fixează pe piesa de lucru cu o menghină.

Acesta conduce burghiul, printr-o manşetă metalică, Figura 1.10. Șablon pentru găurire perpendicular pe lemn. Un dispozitiv de fixare a diblurilor constă dintr-un ştift de metal cu un vârf de marcare.  Așchierea Prelucrarea prin așchiere presupune desprinderea (înlăturarea) lemnului sub formă de așchii folosindu-se o gama variata de scule așchietoare și mașini unelte specifice prelucrării lemnului. (Operații frecvente: calibrare, cepuire, croire, fasonare, dăltuire, frezare, găurire, îndreptare, răzuire, retezare, rindeluire, scobire, șlefuire, tivire, zimțuire, etc.)  Deformarea Deformarea presupune modificarea formei materialului lemnos pe baza proprietăților plastice ale acestuia prin presare în șabloane.



Reunirea Constituirea unor complexe, subansambluri sau ansambluri prin gruparea mai multor elemente complexe. (Operații specifice: agrafare, capsare, furniruire, îmbinare, înnădire, încheiere, masivuire, montare.)

1.5.2. Scule așchietoare și mașini unelte specifice prelucrării lemnului Prelucrarea lemnului se poate face artizanal sau industrial.

Prelucrarea artizanală este aplicată, de regulă, când avem de a face cu produse de serie mică și tehnologii tradiționale.

Figura 1.11. Atelier artizanal de tâmplărie cu scule specifice (rindea, ferăstraie, rașpile, ciocane și dălți pentru lemn, mașină de găurit manuală, prese - menghine- simple etc.)

Prelucrarea industrială a lemnului se aplică, de regulă, când seria de prelucrare este mare și utilajele sunt perfecționate. Pentru prelucrarea lemnului se utilizează o gamă variată de mașini unelte care pot fi grupate după operația pe care o execută în următoarele categorii: 

Mașini pentru tăiat, pentru operații de debitare, tivire, fasonare, din categoria ferăstraielor circulare sau cu bandă(panglică). In figura 1.12. sunt prezentate un ferăstrău circular, un ferăstrău cu bandă și detalii privind avansul pentru prelucrarea cu ferăstrăul circular (cu disc) respectiv porțiune dintr-o bandă de tăiere cu dispunerea dinților așchietori.

Figura 1.12. Ferăstrău circular, ferăstrău cu bandă și detalii privind avansul pentru prelucrarea cu ferăstrăul circular (cu disc) respectiv porțiune dintr-o bandă de tăiere cu dispunerea dinților așchietori

 

Mașini pentru rindeluit, pentru operații de îndreptare, rindeluire pe o față sau mai multe. În figura 1.13. este prezentată o mașină de rindeluit.

Mașini de frezat, pentru operații de cepuire, frezare, profilare, copiere etc. Există o gamă variată de mașini de frezat (mașini de frezat verticale, cu consolă, universale cu cap de frezat înclinat, centre de frezare cu comanda numerică etc.). În figura 1.14. sunt prezentate diferite tipuri de freze pentru lemn și modul de generare al suprafețelor cu acestea.

Figura 1.13. Mașină pentru rindeluit

Figura 1.14.

Diferite tipuri de freze pentru lemn și modul de generare al suprafețelor cu acestea.

 Mașini de găurit, pentru operații de găurire necesare la îmbinări sau montări de accesorii.

Burghiele pentru prelucrare în lemn diferă de cele pentru găurirea metalelor, betonului etc. În figura 1.15 este prezentată o mașina de găurit și un burghiu pentru lemn.

Găurirea necorespunzătoare a placajelor subțiri poate duce la exfolieri sau alte probleme în zona de ieșire a burghiului din material. În figura 1.16. este prezentată varianta greșită și cea corectă pentru găurire.

Figura 1.15. Mașină verticală de găurit; burghiu pentru lemn Figura 1.16. Varianta greșită și cea corectă pentru realizarea orificilor în lemn.

 Mașini de strunjit (Strunguri), pentru operații de strunjire. Semifabricatului care este fixat în universalul strungului i se imprimă o mișcare de rotație. Așchierea (generarea suprafeței) se produce prin deplasarea cuțitelor, montate in dispozitivul portcuțite, de-a lungul semifabricatului, frontal sau inclinat cu acesta.

Figura 1.17. Strung pentru prelucrarea lemnului

Cuțitele pentru strunjit în lemn sunt de mai multe tipuri (cuțite pentru avans longitudinal, pentru avans transversal, cuțite pentru caneluri și pentru retezat, cuțite șablon etc.)  Mașini de șlefuit, în care operația se execută fie cu cilindrii, fie cu bandă sau disc. În figura 1.18 este prezentată o mașină orizontală de șlefuit.  Mașini de lustruit la care stratul de lac aplicat se lustruiește pe cale mecanică cu discuri din materiale textile care pe lângă mișcarea de rotație au și o mișcare axială.  Mașini universale, care execută operații multiple. De exemplu, în figura 1.19. este prezentată o mașină universală de tâmplărie cu 5 operații:

Figura 1.18. Mașină orizontală de șlefuit

1. INDREPTARE, 2. RINDELUIRE LA GROSIME, 3. GĂURIRE/SCOBIRE, 4.

FREZARE, 5. FORMATIZARE/SPINTECARE.

 Mașini agregate, care execută toate operațiile pentru constituirea unui subansamblu.  Prese pentru lemn stratificat, pentru lemn masiv, pentru curbare, pentru mulare etc.

Figura 1.19. Mașină universală de tâmplărie cu 5 operații

1.6. Asamblarea componentelor de mobilier 1.6.1. Asamblări fixe Reprezintă gruparea unor componente într-un tot unitar, cu piese intermediare sau noduri constructive din lemn, montate prin încleiere cu adezivi, la rece sau la cald, prin tehnologii diverse.

Tipurile principale sunt cu:  Cep aplicat (cepul poate fi rotund, rotund profilat sau pătrat);  Cep și scobitură ;  Pană aplicată, adică o piesă din lemn de secțiune dreptunghiulară, triunghiulară, în coadă de rândunică etc.;  Lambă și uluc (nut și feder). Lamba reprezintă un element ieșit, cu dimensiunea importantă longitudinală. Poate fi fixă sau aplicată, caz în care poate fi așezată longitudinal sau transversal față de lamele. Ulucul reprezintă scobitura și poate avea diferite secțiuni  Falț și uluc, utilizate mai ales la încheierile în T;  Tăieturi (drepte, oblice, în triunghi etc.);  Dinți. utilizați mai ales la încheierile pe colț, aceștia putând fi drepți sau în coadă de rândunică, străpunși sau ascunși. 

1.6.1.1. Îmbinarea Reprezintă operația de asamblare a două sau mai multe elemente pentru a obține un complex sau subansamblu. Această asamblare, în timpul utilizării transmite în întregime efortul elementelor componente, fără să sufere deformări nefuncționale.

La alegerea tipului de îmbinare se ține cont în principal de material, rezistența necesară și estetica asamblării.

Se cunosc mai multe clasificări după; o Poziția elementelor (în colț, în T, în cruce) o Formă (cu cep aplicat, cu pană aplicată, cu cep și scobitură, cu tăietură) Scobitură Pene

În figura 1.20 este prezentată o îmbinare cu cepuri, o îmbinare cu pene cep și scobitură și una cu cep și scobitură.

Figura 1.20. Exemple de îmbinări (cu cepuri, cu pene-cep-scobitura și cep-scobitura)

o Funcțiune (fixe, demontabile ocazional sau frecvent) o Material ajutător (clei, cuie, șuruburi, legături, diverse auxiliare). 

1.6.1.2. Înnădirea Înnădirea reprezintă operația de asamblare a două sau mai multe elemente în vederea măririi dimensiunii acestora.

Există două categorii de înnădiri: - În lungime (cu cep și scobitură; tăietură); - În lățime (cu lambă aplicată longitudinal, lambă transversală – chingă, pană aplicată, Lambă si uluc)  1.6.1.3. Încheierea Reprezintă operația de grupare si solidarizare a panourilor în vederea alcătuirii unor subansambluri ce reprezintă volume închise OBS!. Informații și imagini 3D cu diferite tipuri de îmbinări si înnădiri pot fi analizate și accesând [4] .

1.6.2. Asamblări demontabile Sunt întrebuințate frecvent în mobilierul modern multifuncțional. Produsele realizate astfel includ operații suplimentare de execuție și măresc prețul de cost și exigența.

Există în principal următoarele tipuri de asamblări demontabile:  Asamblări cu șuruburi pentru lemn Filetul tronconic fixează două piese din lemn prin înșurubare și strângere. Axul șurubului se găsește transversal pe fibra lemnului, (figura 1.21).

Figura 1.21. Prinderea cu șurub a două bucăți de lemn

 Asamblări cu șuruburi mecanice Șuruburile mecanice pot fi utilizate la asamblarea a unor bucăți (repere, subansambluri) din lemn sau la asamblări lemn – material metalic feros sau neferos, lemn – plastic, lemn – sticlă etc.

Asamblările frecvent utilizate sunt cele cu șuruburi obișnuite, cu cap rotund, hexagonal, cu nas pentru fixare, etc., la care se adaugă șaibă piuliță si alte piese auxiliare. În foarte multe situații se recurge la îmbinarea „șurub cu bucșă”, unde șurubul se înșurubează în filetul interior al unei bucșe fixate în piesa de îmbinare. În figura 1.21. este prezentat un fotoliu asamblat prin șuruburi mecanice și cu bucșe iar în figura 1.22. reprezentarea tehnică a unei astfel de îmbinări. (Obs. Programul utilizat pentru reprezentarea tehnică din figura 1.22. a fost AutoCAD2010).

Figura 1.21. Fotoliu asamblat cu șuruburi mecanice și cu bucșe

Figura 1.22. Reprezentarea tehnică a unei îmbinări “șurub cu bucșă”

 Asamblări cu prezoane sau știfturi, când filetul se află la ambele capete sau pe toată lungimea tijei  Asamblări cu șuruburi autofiletante, care își creează singure filetul  Asamblări prin “Design con de clipsuri. brad” Aceste asamblări sunt Șurub special cu întâlnite cu precădere la capăt clips asamblarea reperelor lemn – material metalic, în special neferos (lemn – aluminiu etc). În figura 1.23. sunt prezentate Figura 1.23. Soluții câteva soluții pentru pentru asamblarea cu asamblarea cu clipsuri lemn – clipsuri lemn - aluminiu aluminiu.

1.6.3. Auxiliare în cazul asamblărilor La asamblarea componentelor se folosesc următoarele auxiliare: cleiuri, șuruburi, piulițe, șaibe, legături și diverse accesorii.  Cleiurile, sunt de următoarele feluri: de origine animală (extrase din oase, piele, lapte), de origine vegetală (ce se extrag din albumina plantelor) sau pe bază de rășini sintetice (fenol, melamină, formaldehidă);  Cuiele, sunt de două tipuri; din lemn (pentru mobilier de epocă sau rustic, realizate din același material ca mobilierul respectiv) sau din metal, ce asigură o asamblare rapidă dar au o rezistență slabă și nu permit demontări. În figura 1.24. sunt prezentate câteva variante de asamblare a lemnului prin cuie.

Figura 1.24. Cuie, asamblarea lemnului prin cuie

 Șuruburile, sunt de foarte multe feluri, dintre care se pot aminti: șuruburi pentru lemn – figura 1.25 (cu cap circular semirotund, înecat, semiînecat, cu cap pătrat și cu cap hexagonal.), șuruburi mecanice (cu șaibă si piuliță, capul șurubului putând fi circular, hexagonal, crestat, etc. – figura 1.26), șuruburi cu bucșe (unde șurubul se strânge în filetul interior al unei bucșe fixate în lemn – figura 1.22), șuruburi autofiletante, etc.

Figura 1.25. Șuruburi pentru lemn; autoforant lemn; În figura 1.26 sunt date cateva exemple prezoane lemn. de șuruburi mecanice (forme ale capului), piulițe și șaibe utilizate în construcția de mobilier. Trebuie precizat că în standarde (euronorme) sunt detaliate toate caracteristicile dimensionale, recomandări de utilizare, rezistențe admisibile etc.

Figura 1.26. Șuruburi mecanice, piulițe, șaibe

 Legăturile, asigură rigidizarea la elementele în cadre, rame, sunt din lemn sau metal, fixe sau demontabile. Se montează cu: - Îmbinare cep cu scobitură (figura 1.27 a); - șuruburi pentru lemn (figura 1.27 b); - șuruburi mecanice (figura 1.27 c).

b) c) b) a) Figura 1.27. Legături

 Accesoriile folosite cel mai frecvent sunt: broaștele, balamalele, zăvoarele, opritoarele, mânerele, butonii, șinele, suporturile, etc.

1.7. Finisarea și protejarea lemnului.

Procedeele de finisare pot fi transparente sau opace.

1.7.1.Finisarea transparentă: - evidențiază calitățile naturale ale lemnului sau furnirului; - schimbă culoarea sau creează efecte speciale prin pensulare, imersie, pulverizare etc.

Procesul tehnologic implică două operații principale:  Pregătirea suprafeței lemnului masiv sau furnirului (decolorare, băițuire, umplerea porilor);  Aplicarea peliculei prin următoarele procedee: o Ceruirea; o Uleierea; o Lăcuirea – peliculă de lac pe bază de ulei sau șelac (figura 1.28)+spirt sau emailuri+ solvenți Figura 1.28. Shellack „Astra“

1.7.2. Finisarea opacă Se folosește la suprafețe cu calități estetice inferioare, acoperind structura materialului lemnos cu lacuri pigmentate, vopsele pe bază de ulei, etc. Procesul tehnologic implică următoarele operații:  Curățire chimică;  Șlefuire brută (pentru deschiderea porilor);  Grunduirea, realizată manual sau mecanic pentru aderența următoarelor straturi;  Chituirea;  Vopsirea in două straturi, eventual cu un lac incolor pentru luciu.

Informații suplimentare cu privire la: - Mașini/utilaje – prelucrare lemn; - Scule / organe de asamblare – lemn; - Tehnologii de prelucrare și asamblare lemn; - Produse lemn pentru interior / exterior (Bait, lac, nuanțator, vopsea, protecție-tratare lemn); - Sfaturi – secrete – lemn; - Coloranți pentru lemn; - Tipuri de vopsele; - Cum protejăm suprafețele din lemn; - Diferențe dintre parchetul laminat și cel stratificat; - Protejarea tâmplăriei prin băițuire etc.

Se pot obține accesând cite-urile de la „Referințe” [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22]

Referinte 1. Prof.dr.arh. Cristian Dumitrescu – ”Mobilier – tehnologie‟ – Curs 2. Reader‟s Digest „Wow to do about Anything”, London, 2007 3. SAPA – Manual de design – Succes cu profile de aluminiu 4. www.piatrasilemn.ro/sfaturi_secrete/imbinare (autor - Daniel Morlova) 5. www.danibrum.ro 6. www.bifams.ro 7. www.sculelemn.ro 8. www.centruldeutilaje.ro 9. www.vichimpex.ro 10. www.fatade-ventilate.ro 11. www.ipema.ro 12. www.mrbricolage,ro 13. www.lomilux.ro 14. www.falk.ro 15. www.casamea.ro 16. www.casalife-romania.ro 17. www.my-interior-decoration.ablog.ro 18. www.karinalemn.ro/prod3.php 19. www.fauxpanels.com/includescloseups....-30966C-W 20. www.dedeman.ro/ro/placi-pfl-dur-3mm/C-28-85-800/produs.html 21. http://www.smarttools.ro/organe-de-asamblare-3/suruburi-pentru-lemn-5/holsurub-pentrulemn-sau-palcap-inecat-semi-oval-21 22. www.pilana.com

CURS 2 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE

2.1. Istoric Utilizarea materialelor metalice în construcţia mobilierului se pierde în negura timpului: - în antichitatea egipteană, greacă şi romană acum cca. 3500 ani se cunoştea fierul, cuprul şi bronzul.

- primele realizări de mobilier pe scară industrială folosesc fonta albă turnată, ce nu putea fi prelucrată mecanic sau prin așchiere; - se utilizează apoi fonta cenuşie, mai maleabilă, totuşi piesele sunt grele, rigide şi fragile; - oţelul înlocuieşte fonta, putându-se prelucra şi asambla uşor, având o mare rezistenţă şi elasticitate; - oţelul inoxidabil rezistă la coroziune, are elasticitate superioară şi este uşor de întreţinut; - aluminiul, produs spre sfârșitul sec. XIX iar din sec. XX aliajele cu magneziu sunt folosite parţial în structura mobilierului.

În imaginile de mai jos se prezintă o selecţie subiectivă a câtorva modele de scaune cu schelet metalic, realizate în secolul XX (figurile 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 și 2.10).

Figura 2.1. Marcel BREUER – „Cesca”, 1927 – 1928, tuburi din oțel cromat, șezut și spătar din piele întinsă

Figura 2.2. Marcel BREUER – „Wassily”, 1925 – 1927, tuburi din oțel nichelat, șezut și spătar piele, țesătură

Figura 2.3. Ludwig MIES VAN DER ROHE „Barcelona”, 1929, schelet din oțel plat cromat, șezut piele capitonată

Figura 2.5. Harry BERTOIA, „Diamond”, 1950 – 1952, suport din fire de oțel sudate

Figura 2.7. Verner PANTON – „Wire cone”, 1960. Fir de oțel cromat, șezut și spătar din burete

Figura 2.4. LECORBUSIER - șezlong, 1928, sașiu tub metalic și tablă pictată, șezut din pânză

Figura 2.6. Arne JACOBSEN – „Scaun”, 1955, suport din tuburi curbate din oțel, șezut din lemn mulat

Figura 2.8. Giancarlo PIRETTI – „Plia”, 1969, oțel cromat, șezut și spătar din plexiglas mulat

Figura 2.9. Philippe STARCK – „Stool”, 1990, fontă de aluminiu lăcuită și sablată

Figura 2.10. Till BEHRENS – „Schalenschwinger”, 1992, tuburi din hotel inoxidabil titanate

2.2. Materiale metalice utilizate în construcţia de mobilier 2.2.1. Definiţie, clasificare şi importanţa lor Material metalic: orice metal sau aliaj metalic care se utilizează la fabricarea maşinilor, componentelor de mobilier şi design, instalaţiilor, etc., Metal: orice element din tabelul periodic al elementelor care are în structura sa electronică pe straturile energetice superioare 1-3 electroni liberi şi a cărui conductibilitate electrică descreşte pe măsura creşterii temperaturii.

Din cele 105 elemente cunoscute (94 elemente naturale) din sistemul periodic al elementelor, majoritatea sunt metale. Metalele la temperatura ambianta se găsesc în stare: 80 solide, 11 gazoase şi 3 lichide (Hg, Cs, Ga). Metalele sunt corpuri simple, au luciu metalic, se pot forja, sunt bune conducătoare de căldură şi electricitate. Începuturile civilizaţiei noastre sunt strâns legate de cunoaşterea şi folosirea metalelor. De la cele 7 metale ale lumii antice Au, Cu, Fe, Pb , Sn, Ag, Hg până la elementul metalic cu numărul atomic 101 numit hafniu au trecut multe milenii şi pe măsură ce metalele au fost descoperite şi cunoscute, omul le-a folosit în scopul satisfacerii nevoilor sale mereu crescânde şi pentru progresul societăţii.

O clasificare a metalelor ar fi: - metale feroase (din grupa fierului); - metale neferoase ( sau colorate) - restul metalelor.

Metalele neferoase, după greutatea specifică (duritate), se împart în: metale neferoase uşoare, cu ρ < 5000 kg/m3 (5 g/cm3 ) - (Litiu, Sodiu, Potasiu, Rubidiu, Cesiu, Beriliu, Magneziu, Calciu, Bariu, Aluminiu), şi metale neferoase grele , cu ρ > 5000 kg/m3 (Cupru, Zinc, Cadmiu, Mercur, Staniu, Plumb, Crom, Cobalt, Nichel) De precizat că în practică (tehnică) metalele se întrebuinţează mai mult sub formă de aliaje. Aliajul metalic este rezultatul solidificării unei topituri formate din metale la care pot fi asociate şi nemetale care prezintă solubilitate totală în stare lichidă şi au sau nu solubilitate în stare solidă. Atenţie! Aliajele metalice pot fi obţinute şi prin sinterizare (metalurgia pulberilor).

Ca şi metalele, aliajele pot fi clasificate în două mari categorii: aliaje feroase - fonte şi oţeluri şi aliaje neferoase – alame (Cu-Zn), bronzuri (Cu-Sn), aliaje pe bază de aluminiu, magneziu, etc.

Aliajele Fe – C pot fi analizate utilizând diagrama de echilibru Fe – Fe3C din figura 2.11.

Figura 2.11. Diagrama de echilibru Fe-Fe3C

Oţelurile sunt aliajele Fe – C cu până la 2,11 %C Fontele albe sunt aliajele Fe – C cu peste 2,11 % C (2,11-6,67) Metale preţioase Un număr de 8 elemente din sistemul periodic al elementelor sunt cunoscute sub denumirea de metale preţioase sau nobile: Au, Ag, Pt, Pd, Ru, Rh, Ir şi Os. Termenul de “nobil” defineşte stabilitatea chimică a elementului, iar termenul de “preţios” defineşte valoarea intrinsecă a metalului. Rezultă, deci, că cele 8 metale nobile sunt şi metale preţioase, dar nu toate metalele preţioase sunt şi nobile.

După unii autori, metalele preţioase sunt Au, Ag, Pt şi metalele platinice.

Def.: Metalele preţioase, Au, Ag, Pt şi metalele platinice ( Pd, Ru, Rh, Ir, Os ) sunt acelea care au un conţinut de 2% sau mai mult de metal preţios fin.

Unitatea de măsură a acestora este Titlul şi Caratul.

Def.: Titlul reprezintă proporţia de metal preţios conţinută de un aliaj, exprimată în miimi.

Def.: Caratul – indică conţinutul relativ al aurului din aliajul respectiv, exprimat sub forma unei părţi de aur la 24 de părţi de aliaj.

Corespondenţa titlu – carat este: Carate

g [%]

Titlu / părţi ‰ aur pur

24 100 1000 22 91,6 916 20 83,3 833 18 75 750 16 66,6 666 14 58,5 585 12 50 500 8 33,3 333 Există 5 culori uzuale obţinute în urma alierii aurului pur cu diferite metale: 1.

2.

3.

4.

5.

ROŞU – Au cu conţinut de Cu; ORANGE – Au cu conţinut relativ egal de Cu şi Ag (cel mai utilizat în România); CITRON – Au cu conţinut mare de Ag; VERDE – Au cu conţinut exclusiv de Ag ( fără Ag ); ALB – Au cu conţinut de Ni, Pd sau Pt.

2.3. Prelucrarea materialelor metalice utilizate în construcția de mobilier (tehnologie, scule, mașini unelte) 2.3.1. Prelucrarea prin așchiere Generalitati: Operatiile de prelucrare prin aschiere au ca scop indepartarea surplusului de material de la suprafata unui semifabricat in vederea obtinerii unui produs finit denumit piesa.

Aceste operatii de prelucrare pot fi realizate: • In plan (prin frezare, rabotare, mortezare etc.)

• Pe suprafete de revolutie (prin strunjire, gaurire, alezare. Brosare etc.)

Sculele așchietoare se pot realiza dintr-o gama extrem de vastă de materiale, oteluri de scule aliate sau nealiate, carburi metalice sinterizate, etc. Proprietatile sculelor aschietoare sunt: • Duritate mare, care asigura sculei aschietoare un tais ce face fata tensiunilor si temperaturilor inalte din timpul procesului de prelucrare • Rezistenta la incovoiere mare, care evita deformarea sau ruperea sculei in timpul aschierii.

• Stabilitate termica ridicata ce mentine capacitatea de aschiere a taisului la temperatura de lucru.

• Conductibilitate termica buna, ce permite evacuarea caldurii din partea activa a sculei.

2.3.1.1. Strunjirea Strunjirea este operatia tehnologica de prelucrare prin aschiere a unui material cu ajutorul unui utilaj numit strung.

Miscarea principala relativa dintre piesa si unealta este miscarea de rotatie.

Aschierea se obtine prin actionarea continua a uneltei (sculei) denumite cutit de strung.

Piesa efectueaza miscarea de rotatie, iar scula efectueaza o miscare de avans, care poate fi paralela cu axa arborelui, perpendiculara pe ea sau oblica, corespunzator celor 3 sanii (sania longitudinala, sania transversala si sania port-cutit). În figura 2.12 sunt prezentate componentele principale ale unui strung normal si tipuri de universale (cu 3 respectiv 4 bacuri)

Figura 2.11. Componentele principale ale unui strung normal; Universal cu 3 bacuri si cu 4 bacuri pentru piese asimetrice

Prin operatii de strunjire se pot prelucra suprafete cilindrice si conice (exterioare si interioare), frontale, filete, etc, ca urmare a combinarii miscarii principale a semifabricatului cu miscarile de avans longitudinal sau transversal al cutitului. Utilizarea de dipozitive speciale permite si strunjirea altor forme de suprafete de revolutie. Astfel, este posibila prelucrarea suprafetelor sferice, daca miscarea de avans a sculei se realizeaza pe o traiectorie circluara, sau a suprafetelor profilate prin deplasarea simultana a cutitului pe directie longitudinala si transversala, rezultand o traiectorie corespunzatoare profilului piesei, sau a suprafetelor excentrice, etc. Ă&#x17D;n figura urmatoare (figura 2.12) sunt prezentate schematic principalele metode de strunjire (Strunjire longitudinala, strunjire frontala, canelare, canelare frontalÄ&#x192;).

Figura 2.12.

Strunjire longitudinal ă Strunjire frontală

Canelare Canelare frontală

Obs! Cursul se v-a completa de către fiecare student cu schemele prezentate in orele de predare (Strunjire interioara, strunjire conica, strunjirea suprafetelor excentrice etc.)

Figura 2.13.

Strunjire cu avans manual pe un strung normal; Strunjire cu sania transversală înclinată.

În cazul prelucrării cu regimuri severe de așchiere se folosesc cutite armate cu placute detasabile din carburi metalice sinterizate. În figura 2.14 sunt prezentate , pe orizontală, două cuțite de interior și, in pozitie verticală, un cutit pentru exterior, cu scula pentru schimbarea plăcutei.

Figura 2.14. Cuțite de strung cu plăcuță amovabilă.

Strungurile sunt de mai multe tipuri si dimensiuni in funcție de natura si dimensiunea pieselor pe care le prelucrează:  Strunguri normale, caracterizate prin pozitia orizontala a axului principal si prin universalitatea prelucrarilor care se pot executa pe ele;  Strunguri frontale, destinate prelucrarii pieselor cu dimensiuni mari(1000-4000 mm) si lungimi mici  Strnguri carusel,caracterizate prin pozitia verticala a arborelui principal si destinate de asemenea prelucrarii pieselor cu diametre mari si lungimi mici  Strunguri revolver, dotate cu un cap revolver avand 6-8 pozitii pentru prinderea unui nr egal de port-scule necesare prelucrarii pieselor dintr-o singura prindere;ele sunt destinate prelucrarii pieselor din bara, precum si semifabricatelor turnate sau forjate de dimensiuni mici;  Strunguri cu mai mute cutite,destinate prelucrarii pieselor in productia de serie si caracterizate de posibilitatea prelucrarii simultane a mai multor suprafete;  Strunguri automate(monoaxe sau multiaxe) la care dupa reglare, prelucrarea pieselor se face complet fara interventia muncitorului;  Strunguri semiautomate, la care prelucrarea se reaizeaza automatizat, cu exceptia prinderii semifabricatului si desprinderii pieselor prelucrate, care sunt facute de muncitori;  Strunguri cu comanda numerica, prevazute cu un echipament CNC, la care prelucrarea se excuta dupa un program realizat manual sau automat.

Figura 2.15. Strung cu comanda numerica (CNC)

Obs. Pentru realizarea de componente de mobilier, de design, strungurile cel mai utilizate sunt cele normale si cu, comanda numerica. În figura 2.16 sunt prezentate piese de șah realizate cu ajutorul unui strung cu comandă numerică.

Figura 2.16. piese de șah realizate cu ajutorul unui strung cu comandă numerică.

2.3.1.2. Frezarea Frezarea este operaţia de aşchiere la care îndepărtarea adaosului de prelucrare se face cu ajutorul unei scule cu mai mulţi dinţi numită freză, care execută o mişcare principală de rotaţie şi o mişcare de avans radial (de regulă).

La această operaţie dinţii nu sunt în contact permanent cu semifabricatul astfel că vom avea o detaşare discontinuă a aşchiei.

Frezarea este de mai multe feluri în funcţie de dispunerea tăişurilor faţă de corpul de rotaţie, frontală în cazul în care tăişurile se află pe partea frontală a frezei, cilindrică, dacă tăişurile sunt pe parte cilindrică sau combinaţia acestora, adică cilindro-frontală când avem tăişuri principale pe ambele zone ale corpului frezei. În figura 2.17 este prezentată schema de principiu a operației de frezare.

Figura 2.17 Schema de principiu a operației de frezare.

Prin frezare, se pot prelucra suprafețe exterioare plane, rotunde și profilate. Principiul de lucru la prelucrarea prin frezare a suprafețelor plane rezultă din figura de mai sus (Figura 2.17, Freza, care este o sculă cu mai mulți dinți, execută mișcarea principala de rotație, iar semifabricatul mișcarea rectilinie de avans.

Fiecare dinte al frezei aschiează cu intermitență numai atât timp cât este în contact cu semifabricatul. Ca urmare a acestui fapt, tăisurile sculei se încălzesc mult mai puțin decat în cazul aschierii continue (strunjire, burghiere, etc) Clasificarea frezelor; Dupa felul suprafeței pe care sunt așezați dintii, frezele se clasifică in: - Freze cilindrice (Figura2.18 a) - Freze cilindro-frontale (Figura2.18 b) - Freze disc (Figura2.18 f, g) - Freze unghiulare (Figura2.18 h) - Freze profilate (Figura2.18 i … m) După directia dinților se deosebesc: - Freze cu dinți drepți (Figura2.18 f), - Freze cu dinți elicoidali (Figura2.18 a,c)

-

Freze cu dinți în direcții diferite (Figura2.18 b) După forma suprafeței prelucrate: Freze pentru prelucrarea suprafetelor plane Freze pentru canale Freze pentru suprafete profilate etc.

Figura 2.18. Tipuri de freze

În figura 2.19 sunt prezentate imagini cu diferite tipuri de freze, iar în figura 2.20 capete de frezat cu plăcute din carburi metalice amovibile, respectiv freze cu plăcute metalice.

Figura2.19

Freze cilindro-frontale

Freză cilindrică

Figura 2.20 Capete de frezat cu plăcuțe amovibile din carburi metalice

Mașinile de frezat utilizate in construcția de mobilier sunt mașinile de frezat cu consolă, mașinile de frezat universale si cele cu comandă numerică. În figura 2.21 sunt prezentate imagini ale unor mașini de frezat.

Figura 2.21 Mașină de frezat cu consolă,

Mașină de frezat universală cu, capul de frezare înclinat

2.3.1.3. Rabotarea și Mortezarea Rabotarea este prelucrarea prin așchiere, executată cu cutitul de rabotat, la care miscarea principala este rectilinie, executata in plan orizontal . In functie de masina – unealta pe care se realizeaza prelucrarea , miscarea principala si cea de avans pot fi executate de catre cutitul de rabotat sau de catre piesa pe masa masinii: - la prelucrarea pe mașina de rabotat cu cap mobil , scula executa miscarea principala, iar semifabricatul miscarea de avans (figura 2.22) - la prelucrarea pe masina de rabotat cu masa mobila , semifabricatul executa miscarea principala , iar scula miscarea de avans - la prelucrarea pe masini de rabotat speciale atat miscarea principala cat si cea de avans sunt executate de catre scula In cazul mortezarii miscarea principala , rectilinie alternativa , se executa in plan vertical de catre scula , iar miscarea de avans de catre semifabricatul prins pe masa miscarii În figura 2.23 este dat un exemplu de realizare prin mortezare a unui canal intr-o piesa.

Figura 2.22 Schema de principiu la prelucrarea de rabotare pe mașina de rabotat cu cap mobil (Șeping); Mașină Șeping.

In cazul mortezarii miscarea principala , rectilinie alternativa , se executa in plan vertical de catre scula , iar miscarea de avans de catre semifabricatul prins pe masa miscarii În figura… este dat un exemplu de realizare prin mortezare a unui canal intr-o piesa.

Figura 2.23 Realizarea unui canal prin mortezare.

Atat in procesul de rabotare cat si in cal de mortezare exista o cursa activa si o cursa de gol .

In timpul cursei inactive scula are timp sa se raceasca , motiv pentru care , la cele doua procedee lichidele de racire se utilizeaza doar in cazuri speciale.

Pentru ambele procedee , la capatul cursei de gol se realizeaza avansul intermitent de generare iar dupa o traiectorie completa , o noua adancime de aschiere se poate obtine prin indexarea avansului vertical executat de scula .

Deoarece , atat pentru cazul masinilor de rabotat cat si a celor de mortezat , viteza miscarii principale este variabila , fiind maxima la mislocul cursei si egala cu capetele acesteia ,prelucrarea cu o viteza maxima la mislocul cursei si egala cu zero la capetele acesteia , prelucrarea cu o viteza apropiata de cea econimica este posibila numai pe o anumita portiune din cursa de-o parte si de alta a centrului acesteia .

Acest lucru , precum si existenta cursei de gol , determina ca prelucrarile prin rabotar si mortezare sa fie caracterizate de o productivitate relativ scazuta , motiv pentru care se folosesc , in general in productia individuala sau de serie mica .

Prin rabotare se pot prelucra suprafete plane ( orizintale , verticale sau inclinate) , precum si suprafete profilate . Rabotarea se utilizeaza in special la prelucrarea suprafetelor inguste si lungi ( ghidaje , canale , marginile tablelor ) unde lipsa de productivitate a procedeului este atenuata de specificul dimensional al pieselor .

2.3.1.4. Prelucrarea găurilor la mașini de găurit și alezat 2.3.1.4.1. Burghierea În general, pe mașinile de găurit se pot efectua lucrări de: burghiere, lărgire, adâncire, lamare (planare), alezare și filetare.

Burghierea este prelucrarea prin așchiere executată cu burghiul, la care în general semifabricatul rămâne imobil iar scula execută mișcarea principală de rotație și mișcarea de avans

rectiliniu (în direcție axiala) sau la care semifabricatul execută mișcarea principală de rotație iar scula execută numai avansul. Ultimul caz corespunde burghierii pe strung.

Operația de burghiere se face cu ajutorul unor scule așchietoare numite burghie.

După construcția lor și domeniul de utilizare, burghiele se clasifică în: - burghie elicoidale (spirale) - burghie late (plate0 - burghie de centruire - burghie pentru găuri adânci.

Figura 2.24. Burghiu elicoidal

Pentru prinderea (fixarea) burghiului în mașina de găurit se folosesc diferite tipuri de mandrine (figura 2.25).

In figura 2.26.este prezentată o mașină de găurit radială iar in figura 2.27 o masină de găurit în coordonate (precizie foarte mare) Figura 2.25. Mandrine

Figura 2.27. Mașină de găurit în coordonate

Figura 2.26. Mașină de găurit radială

2.3.1.4.2. Lărgirea Lărgirea este prelucrarea prin așchiere, pentru mărirea secțiunii transversale a unei găuri.

Această operație se aplică atât la prelucrarea găurilor obținute în prealabil prin burghiere, în scopul îmbunătățirii calității suprafeței, a preciziei dimensionale și a formei geometrice, cât și în cazul găurilor obținute prin turnare sau forjare. Operația se poate face cu ajutorul unor burghie elicoidale sau a unor scule numite lărgitoare.

2.3.1.4.3. Adâncirea Adâncirea este prelucrarea prin așchiere, pentru executarea unei găuri cilindrice sau conice, la extremitatea unei găuri față de care este coaxială. Exemple tipice de suprafețe prelucrate prin adâncire sunt locașele pentru șuruburi înecate cu cap cilindric sau conic (vezi figurile prezentate la orele de curs)

2.3.1.4.4. Lamarea Lamarea (planarea) este prelucrarea prin așchiere, pentru realizarea unei suprafețe plane perpendiculare pe axa unei găuri. Operația se execută cu ajutorul unor scule de lamat.

2.3.1.4.5. Alezarea Alezarea este prelucrarea prin așchiere, pentru a mării precizia dimensională și netezimea unei suprafețe interioare de revoluție, în general în vederea unei asamblări. Sculele folosite în acest scop se numesc alezoare.

2.3.1.4.5. Filetarea Filetarea găurilor pe mașinile de găurit se face cu ajutorul tarozilor. Pentru filetarea suprafetelor cilindrice exterioare (arbori, șuruburi, etc), se utilizează filiere. În figura de mai jos (figura 2.28) sunt prezentate câteva scule pentru filetat (tarozi si filiere)

Figura 2.28. Tarozi și filiere

2.3.1.5 Rectificarea Rectificarea este prelucrarea prin așchiere executată cu ajutorul corpurilor abrazive (figura 2.29. exemple de corpuri abrazive), la care scula execută mișcarea prealabilă de rotație, eventual mișcările de avans, iar semifabricatul numai mișcările de avans sau rămâne imobil. Prin rectificare se îmbunătățește precizia dimensională și calitatea suprafețe, fiind de regulă ultima prelucrare prin așchiere făcută componentelor metalice importante din construcția de mobilier. În figurile următoare sunt prezentate imagini și scheme corespunzătoare rectificării plane și cilindrice.

Figura 2.29. Corpuri abrazive

Figura 2.30. Rectificare plană și cilindrică exterioară

CURS 3 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE 2.3.2. Prelucrarea metalelor și aliajelor metalice prin deformare plastică Deformarea plastică este un procedeu de prelucrare a materialelor metalice aflate în stare plastică sub acțiunea unor forțe dinamice sau statice.

Produsele obținute prin deformare plastică sunt în general semifabricate, iar transformarea lor in produse finite impune prelucrări care să le modifice caracteristicile geometrice si proprietățile fizico – chimice.

După modul în care se realizează curgerea materialului, se pot distinge mai multe tipuri de procedee de deformare plastică. Schemele tehnologice pentru câteva dintre cele mai utilizate procedee de deformare plastică sunt prezentate în continuare.

Procedeele de deformare plastică diferă și funcție de tipul producției (unicate, serie mică, serie mare, masă), de masa pieselor executate sau de utilajele folosite (ciocane, prese mecanice, hidraulice, mașini de forjat orizontal, laminoare, etc.)

Procedee de deformare plastică Clasificarea principalelor procedee de deformare plastică este redata schematic în figura 2.31. Succesiunea acestor procedee de deformare plastică care concură la realizarea semifabricatelor sau produselor metalice poate fi reprezentată conform schemei din figura 2.32.

Figura 2.31. Clasificarea principalelor procedee de deformare

Aceste procedee tehnologice pot fi clasificate în funcție de valoarea temperaturii de deformare comparativ cu temperatura de recristalizare în:  Procedee de deformare plastică la rece (deformarea se realizează la temperaturi mai mici decât temperatura de recristalizare);  Procedee de deformare plastică la cald (deformarea se realizează la temperaturi mai mari decât temperatura de recristalizare); În funcție de forma semifabricatelor prelucrate se poate vorbi despre:  Procedee de deformare volumică;  Procedee de prelucrare a tablelor.

Figura 2.32. Clasificarea procedeelor de deformare plastică, [23].

Conform ASM Metals Handbook, procedeele de deformare plastică volumică sunt:  Forjare;  Laminare;  Extrudare;  Trefilare;  Tragere.

2.3.2.1. Forjarea FORJAREA este procedeul de prelucrare prin deformare plastică ce constă în modificarea formei unui semifabricat datorită creării unei stări tensionale în volumul metalului , prin lovire sau prin presare, însoţită de curgerea metalului pe diferite direcţii.

După modul în care se realizează curgerea materialului, forjarea poate sa fie:  Liberă – curgerea materialului este dirijată liber de către operator;  În matriță – materialul curge în interiorul cavităților matriței.

Procedeele de forjare diferă și funcție de tipul producției (unicate, serie mică, serie mare, masă), de masa pieselor executate sau de utilajele folosite.

In figurile următoare sunt prezentate câteva imagini „istorice”din ateliere pentru forjat:

Anul 1915

1943

1943 Figura 2.33. Ateliere pentru forjat

Forjarea liberă Forjarea liberă este procedeul de deformare plastică a materialelor metalice prin lovire sau prin presare la care modificarea formei semifabricatului se realizează prin curgerea materialului dirijată de către operator prin intermediul sculelor de deformare.

Forjarea libera este foarte des utilizata pentru realizarea de mobilier din fier forjat. De asemenea, prin forjare liberă (dar si in matrița) se realizeaza o gama variata de elemente de decor, design interior, etc. Mobilierul din fier forjat are un farmec aparte fiind, chiar si la ora actuală extrem de căutat.

În figurile următoare sunt prezentate imagini cu diferite faze de prelucrare prin forjare liberă manuală a unor componente metalice, cu rol decorativ, din componența unor corpuri de iluminat (Incalzire + refulare + îndreptare crestare etc.)

Figura 2.34. Forjare liberă manuală a unor componente metalice, cu rol decorativ, din corpuri de

iluminat Operațiile de bază la forjarea liberă sunt:  Refularea;  Întinderea;  Găurirea;  Îndoirea;  Răsucirea;  Crestarea;  Debitarea;  Sudarea Toate aceste operații se pot executa manual sau mecanic Forjarea liberă manuală se aplică la piese unicat de dimensiuni mici. Se utilizează scule acționate manual.

Forjarea liberă mecanică folosește ciocane mecanice cu masa părții căzătoare sub 5000 kg sau prese hidraulice.

Operațiile care se pot realiza prin forjare liberă sunt prezentate schematic în figurile urmatoare:

[23]

Întinderea

Găurirea

Întinderea pe dorn

Lățirea pe dorn

Îndoirea

[23]

Crestarea

Despicarea

Debitarea

Sudarea

Figura 2.35. Operații care se pot realiza prin forjare liberă, [23]

Forjarea în matriță Forjarea în matriță sau matrițarea (figura 2.36) este un procedeu de deformare plastică folosit pentru a produce o piesă cu geometrie definită având dimensiuni corecte și o precizie sporită prin comprimarea într-o cavitate formată între două semimatrițe.

Principalul dezavantaj al matrițării îl reprezintă costul ridicat al sculelor utilizate.

Figura 2.36. Reprezentarea schematică a forjării în matriță, [23] În figurile următoare sunt prezentate imagini cu mobilier metalic, diverse elemente de design interior având componente obținute prin forjare liberă și/sau în matriță.

[24]

Obs. Alﾄフuri de balustradele forjate se pot vizualiza detalii din acestea.

Figura 2.37

Scaunele prezentate în imaginile de mai sus sunt ‚modele” 2011. Alte exemple de acest gen pot fi vizualizate pe diverse cituri [25], etc. În încheierea acestui subcapitol „adresat” mobilierului din fier forjat – partea tehnologică – se prezintă, in figura 2.37., modelul KARL FRIEDRICH SCHINKEL ‚Armchair” 1820-1825

Figura 2.37. KARL FRIEDRICH SCHINKEL

‚Armchair” 1820-1825 (Fontă turnată + bare fier forjat)

2.3.2.2. Extrudarea Extrudarea este un procedeu de deformare plastică la care materialul semifabricatului curge, prin spațiile din sculele de lucru, sub acțiunea forțelor de presiune. Schema procedeului este prezentată în figura 2.38.

Figura 2.38.

Schema procedeului de extrudare [23]

Extrudarea se poate realiza la cald sau la rece, iar produsele obținute sunt fie profile închise sau deschise, fie piese. În general se folosesc două variante tehnologice: - Extruziune directă în care materialul curge în sensul forței de deformare (figura 2.38 a) - Extruziune indirectă la care curgerea materialului are loc în sens invers forței de deformare (figura 2.38 b)

Mobilierul poate conține componente extrudate realizate dintr-o gama foarte mare de materiale. Aluminiul și aliajele sale au o pondere semnificativă în ceea ce privește execuția de mobilier. Datorită acestui fapt, în continuare, se prezintă câteva aspecte de bază privind procesul de extrudare al aluminiului si aliajelor sale.

Produsele extrudate constituie mai mult de 50% din piata pentru produsele din aluminiu in Europa, din care industria de constructii consuma majoritatea.

Procesul de extrudare al aluminiului mareste de fapt proprietatile acestuia, deoarece permite crearea unor produse finite care sunt mai puternice si mai rezistente decat componentele care trebuie sa fie asamblate. Permite fabricarea de produse cu diverse specificatii si dimensiuni, cu forme complexe si complicate, fiind in acelasi timp flexibile pentru a permite modificari de design si completari.

Procesul , de asemenea faciliteaza raportul cost-eficienta utilizarii de aluminiu, deoarece creaza produse finite care sunt complete. Procesul creaza o finisare naturala,un strat subtire de oxid de aluminiu.

Procesul de extrudare se refera la actiunea de a forta, a impinge un billet cilindric fierbinte din aluminiu printr-o matrita de o anumita forma.( extrudare directa ,figura 2.38. a) Procesul de extrudare incepe cu un cuptor, unde biletul de aluminiu este incalzit pana la punctul de maleabilitate. Aluminiul sau aliajul din aluminiu este incalzit la temperaturi intre 750925°F, la temperaturi la care actioneaza ca un solid maleabil.

Diferite aliaje au diferite temperaturi de performanta. (ex.6063930°F, 6061-950°F). La aceasta temperatura aluminiul devine un solid moale, care poate fi presat prin matrita.

Un strat subtire de lubrifiant se aplica pe biletul de aluminiu si bara de comprimare pentru a preveni lipirea acestora unul de altul.

Biletul este presat prin deschizaturile, orificiile matritei, preluand forma matritei. In timpul extrudarii temperatura aluminiului este monitorizata cu mare atentie pentru a mentine la temperatura de performanta optima.

Produsul extrudat iesit din matrita este tras de un capat cu un dispozitiv mobil de tragere si este asezat pe o suprafata cu role, in timp ce este racit de ventilatoare sau diverse alte metode de raciere pentru a aduce produsul la temperature mediului ambient si implicit intr-o stare in care forma produsului extrudat isi mentine dimensiunile.

Figura 2.39.

Produse extrudate din Al

Aliaje de aluminiu si extrudarea lor Toate aliajele de aluminiu pot fi extrudate, dar unele sunt mai potrivite pentru aceasta metoda de prelucrare. Cele care nu sunt chiar atat de potrivite pentru procesul de extrudare ar necesita presiuni mai mari, care ar permite numai viteze reduse de extrudare si / sau având o finisare a suprafatei mai putin acceptabila. Cea mai mare cota de piata de extrudare este luatã de clasa de aliaje 6000, seria AlMgSi. Acest grup de aliaje au o combinatie atractiva de proprietãti, relevante atât pentru productie cat si pentru utilitatea semifabricatelor. Acest subiect a fost dezbatut pe larg de

departamentele de cercetare si dezvoltare din multe tãri. Rezultatul acestor dezbateri este un set de materiale variind în rezistenta de la 150 MPa la 350 MPa, toate cu o bunã duritate si formabilitate.

Acestea pot fi extrudate cu usurintã si, în ansamblul lor,capacitatea de extrudare este bunã, dar cele care contin limite mai scãzute de magneziu si siliciu ca de exemplu, 6060si 6063 se extrudeaza la viteze foarte mari - pânã la 100 m / min cu un finisaj de suprafatã bun , anodizabile si cu o complexitate maximã a sectiunii combinata cu grosimi de sectiuni mici .

2.3.2.3. Laminarea Laminarea este procedeul de deformare plastică prin care se obțin profile cu secțiune constantă sau variabilă prin trecerea semifabricatului printre doi cilindri (figura 2.40). Se poate realiza atât la rece cât și la cald.

Deplasarea semifabricatului față de cilindri poate să fie longitudinală, (figura 2.40 a), transversală, (figura 2.40 b), elicoidală, (figura 2.40 c).

Materia primă utilizată la laminare este reprezentată de lingouri sau produse obținute prin turnare continuă.

Figura 2.40. Procedee de laminare: a) laminarea tablelor și benzilor; b) laminarea bilelor;

c)laminarea țevilor; d) laminare planetară, [23] În urma laminării se obțin semifabricate sau produse.

Semifabricatele laminate sunt (figura 2.41): - Blumuri, semifabricate cu secțiune pătrată sau dreptunghiulară la care a/b<2, iar secțiunea a x b > 150 x 150 mm; - Țagle, semifabricate care pot avea secțiune pătrată cu latura între 40 – 140 mm, circulară cu diametrul de 90 – 350 mm sau dreptunghiulară (140 – 280) x (35 – 70 mm); - Șleburi, semifabricate cu secțiune dreptunghiulară la care a x b > 245 x 80 mm - Platine, semifabricate cu secțiune dreptunghiulară la care a x b = (200-280) x (>6).

Figura 2.41. Semifabricate laminate

-

Produsele laminate (figura 2.42) sunt: Table; Profile; Țevi; Produse speciale (bandaje, roți, bile)

În figura 2.43. se prezintă procedeele de laminare necesare pentru transformarea diferitelor tipuri de produse laminate.

Figura 2.43. Procedee

de laminare [23]

Figura 2.42. Produse laminate, [23]

În componentele de mobilier, așa cum a fost prezentat la capitolul „extrudare”,intra o vastă gamă de repere extrudate din diferite materiale (cele mai multe sunt pe baza de Al). Așa cum se va vedea în imaginile următoare (figurile 2.44, 2.45. 2.46), componentele extrudate pentru mobilier se îmbina armonios cu cele laminate sau obținute din alte procedee.

Figura 2.44. Scaun din aluminiu (componente laminate și extrudate); Masă extensibilă, structura

aluminiu satinata și blat laminat.

Figura 2.45. Mobilier de amfiteatru format din scaune rabatabile si pupitre pliabile sau fixe, montate

liniar sau în arc (cu o rază minimă de 5000 mm), prevazut cu sistem de montare pe suprafaţă plană sau în trepte. Distanta interax este reglabilă cu o minimă de 510mm. [25] Structura portantă este realizată din profile extrudate de aluminiu înalt aliat, cu nervuri interne, ce asigură rezistenţă sporită la deformare, şi canale de montare pentru părţile componente (mese şi scaune). Elementele complementare ale structurii sunt realizate din profile de aluminiu extrudat pe structura monolit, Sistemul de ancorare în pardoseală: multipunct, prin picioare de susţinere de 55mm, ce se fixează cu conişpand (pentru pardoselile de beton) sau holşurub (pentru pardoselile de lemn).

Figura 2.46. Mobilier de birou.

Predomina aluminiul si aliaje de aluminiu. Componente extrudate de mobilier se îmbină armonios cu cele laminate sau obținute prin alte procedee

2.3.2.4. Trefilarea Trefilarea este procedeul de deformare utilizat pentru obținerea unor produse pline sau tubulare prin deformarea într-o sculă numită filieră. Semifabricatul se află înfășurat pe o tobă de trefilare (T), iar produsul se obține sub formă de colac (C).

Procedeul (figura 2.48) se utilizează la obținerea firelor cu diametru mai mare de 0.002 mm.

Figura 2.48. Schema procedeului de trefilare

2.3.2.5. Tragerea Tragerea (figura 2.49) se realizează prin trecerea semifabricatului prin orificiul unei matrițe (M), prin tragerea cu ajutorul unui dispozitiv de tragere (DT). Forța necesară de tragere este notată cu F. Produsul este reprezentat de bare sau țevi cu diametru de până la 100 mm.

Figura 2.49. Schema procedeului de tragere

Comparativ cu laminarea, tragerea asigură o precizie mai ridicată și o calitate mai bună a suprafeței.

Un caz particular este reprezentat de tragerea țevilor, la care se pot modifica diametrul exterior și cel interior (tragere fără dorn, figura 2.50 a) sau se poate modifica inclusiv grosimea peretelui (tragere cu dorn, figura 2.50.b).

Tragerea barelor și țevilor se poate realiza atât la rece cât și la cald.

Figura 2.50. Schema procedeului de tragere a țevilor

Referințe [23] Viorel Aurel Șerban, Aurel Rădută – „Știință și ingineria materialelor”, Editura Politehnica Timișoara 2010, ISBN: 978-606-554-044-6 [24] www.mobilierforjat.ro [25] http://eurodidactica.blogspot.com/2010/06/

CURS 4 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE

2.3.2.6. Procedee de prelucrare a tablelor După caracterul deformării, prelucrările prin presare la rece a tablelor se pot clasifica în următoarele grupe: 1. Procedee de tăiere – prin care se separă parțial sau total o parte din materialul de prelucrat de cealaltă; 2. Procedee de îndoire și răsucire, la care are loc deformarea prin încovoiere sau răsucirea materialului prelucrat; 3. Procedee de ambutisare, prin care are loc deformarea complexă a materialului de prelucrat prin trecerea acestuia dintr-o formă plană în una cavă, sau pentru continuarea deformării unui semifabricat cav; 4. Procedee de fasonare prin care se produce deformarea locală a materialului prelucrat fără modificarea grosimii acestuia; 5. Procedee de asamblare prin presare sunt acelea la care prin tăiere și deformarea materialului se realizează îmbinarea a două sau mai multe piese Dintre procedeele amintite mai sus, se prezintă, în continuare, cele mai des utilizate pentru realizarea de semifabricate, repere, ce intră în componența mobilierului.

2.3.2.6.1. Tăierea cu ajutorul ștanțelor (Ștanțarea) Prin procedee de ştanţare se pot fabrica direct piese finite sau se pot executa semifabricate care se prelucrează ulterior prin diferite procedee de deformare la rece (îndoire, ambutisare, fasonare ) in vederea obţinerii piesei finite. În acest ultim caz, prelucrările de ştanţare constituie , în general , primele operaţi ale procesului tehnologic de prelucrare prin deformare la rece, la care au loc decuparea sau retezarea desfasuratei piesei (semifabricatului plan) perforări ale unor găuri , retezarea sau crestarea unor porţiuni din conturul piesei. Există unele cazuri, ca de exemplu la prelucrarea pieselor mici cu matriţe combinate cu acţiune succesivă , când prelucrările de ştanţe sunt plasate, atât la începutul, cât şi la sfârşitul procesului tehnologic, sau în cazul matritării combinate cu acţiune simultan pelucrări de tăiere (de exemplu decuparea si perforarea) şi de deformare ( de exemplu ambutisare) Pricipalele precedee de ştanţare sunt : decuparea (fig 2.51 a) perforarea (fig 2.51 b) retezarea (fig 2.51 c) crestarea (fig 2.51 d) secţionarea ( fig 2.51 e) tăierea marginilor (fig 2.51 f) calibrarea prin tăiere (fig 2.51 g) adică obţinerea pieselor cu dimensiuni precise , cu muchii ascuţite şi cu suprafaţa de tăiere netedă, prin indepartarea unui ados de material prevazut în acest scop

Figura 2.51. Procedee de Č&#x2122;tantare

Debitarea semifabricatelor Prin aceasta operatie se pot obtine piese finite sau semifabricate din benzi, platbande, bare, tevi sau diferite profiluri laminate. Utilajele frecvent utilizate pentru taierea tablelor sau a profilelor sunt: foarfece ghilotina cu lame paralele sau inclinate, care executa o miscare de translatie; foarfece (manual sau mecanic). Stantele de debitare se aseamana principal cu stantele de decupare-perforare.

Decuparea si perforarea semifabricatelor Decuparea este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu ajutorul stantei. La operatiile de decupare-perforare se desting trei faze ale procesului de forfecare, dupa cum urmeaza: -faza elastica, in care semifabricatul este comprimat si indoit putin in cavitatea placii taietoare -faza plastica, in care poansonul patrunde in material pe o anumita adancime provocand presarea acestuia in cavitatea placii taietoare -faza de forfecare, in care se produc microfisuri, si apoi macrofisuri, dupa care are loc separarea piesei de semifabricat.

Stanta de decupare cu actiune simpla (fig. 2.52) este constituita din: 1-locasul in care se introduce banda; 2 â&#x20AC;&#x201C; placi de ghidare; 3-placa de fixare; 4- matrita inferioara (paca activÄ&#x192;); 5- portmatrita inferioara; 6- placa inferioara; 7- poanson de decupare 8-port poanson;

9- placa superioara; 10-coloane de ghidare.

Figura 2.52. Ștanță de decupare cu acțiune simplă

Perforarea- este operatia de separare a unei parti a semifabricatului dupa un contur inchis, partea decupata fiind deseul rezultat dupa formarea gaurii.

Stanta de perforare si decupare cu actiune succesiva (fig. 2.53.) este constituita din: 1matrita de decupare; 2- poanson de decupare; 3- matrita de perforare; 4- poanson de perforare

Figura 2.53. Ștanță de perforare și decupare cu acțiune succesivă

Rezultatul operatiilor de decupare si perforare (fig.2.54) sunt: 1-piesa 2-deseu

Figura 2.54. Rezultatul operațiilor de decupare și perforare

În figura 2.55.sunt prezentate stanțe de perforat și perforat/decupat

Figura 2.55. Ștanțe

În tehnologia modernă de realizare a unor componente de mobilier prin ștanțare (perforare, decupare, etc), se utilizează și instalații (mașini) de ultimă generație prevăzute cu comandă numerică. (CNC-uri – figura 2.56).

Se va prezenta, in format video, o astfel de prelucrare.

Figura 2.56. Ștanțare CNC (Computer Numerical

Control) tablă [26]

2.3.2.6.2. Îndoirea Îndoirea este operația de modificare a formei unui semifabricat prin încovoiere plană în jurul unei muchii rectilinii. Deformarea semifabricatului la îndoire are loc în condițiile modificării curburii în planul de îndoire datorită acțiunii forțelor de deformare care produc un efect de încovoiere. În funcție de seria se fabricație (mica – masă) există o gamă extrem de largă de dispozitive – mașini pentru îndoit. În figurile de mai jos este prezentată o selecție de astfel de mașini – dispozitive precum și câteva exemple de profile îndoite

Figura 2.57. Mașini (dispozitive, scule) – îndoit profile; Profile îndoite

2.3.2.6.3. Ambutisarea Ambutisarea se defineste ca fiind operatia de prelucrare prin deformare plastica efectuata cu scopul transformarii semifabricatului plan într-o piesa cava si de modificare în continuare a piesei prin cresterea înaltimii si reducerea dimensiunilor transversale. Se poate face cu sau fara modificarea voita a grosimii materialului.

Obtinerea piesei cilindrice ambutisate dintr-un semifabricat plan este rezultatul reducerii continue a circumferintei acestuia, pe masura cresterii înaltimii.

Deformarea semifabricatului începe prin apasarea poansonului 1 asupra partii centrale a materialului 2 (se formeaza fundul piesei cave) si se continua prin tragerea treptata a flansei în cavitatea matritei 3 (se formeaza peretele vertical al piesei – fig. 2.58).

Figura 2.58. Schema de principiu a ambutisarii

1 - poanson; 2 - semifabricat; 3 - matrita; 4 - inel de retinere; F - forta de ambutisare; Q forta de retinere La început forta de apasare este mica si da nastere la o deformare locala usoara, iar pe masura ce eforturile cresc materialul intra in curgere plastica si are loc ambutisarea propriu-zisa.

Pentru semifabricatele subtiri se recomanda utilizarea unui inel de retinere 4 care smpiedica formarea cutelor. În functie de starea tensionala si a deformatiilor care se produc, la o piesa ambutisata se disting 5 zone de solicitari (fig.2.58. – dreapta sus). Asupra starii tensiunilor si deformatiilor influenteaza :forma constructiva a sculelor ( raze de racordare, lubrifiantul utilizat etc. ) ;gradul de deformare ; jocul dintre poansonul P si matrita ; apasarea inelului de retinere ; calitatea materialului; viteza de deformare etc.

Neuniformitatea starii de deformatii a semifabricatului la ambutisare se transmite asupra piesei rezultate. În partea superioara, materialul se îngroasa cu cca. 20 - 25% iar în partea inferioara la racordarea peretelui lateral cu fundul piesei, materialul se subtiaza cu cca. 20%,(figura 2.59)

Figura 2.59

Cunoasterea deformatiilor materialului pieselor obtinute prin ambutisare prezinta interes atât în ceea ce priveste stabilirea gradului admisibil de deformare a semifabricatului cât si pentru a se putea aprecia calitatea si precizia pieselor. În figurile 2.30, 2.31 . sunt prezentate imagini cu componente de mobilier sau de design care conțin atât repere/părți obținute prin laminare, extrudare, tragere, etc., (vezi cursul 3) cât și repere stanțate (perforate si/sau decupate), îndoite, ambutisate, etc., operații prezentate în acest curs.

Figura 2.30

Figura 2.31. Componente de mobilier sau de design care conțin atât repere/părți obținute prin laminare, extrudare, tragere, etc., cât și repere stanțate (perforate si/sau decupate), îndoite, ambutisate, etc.. (Studenți vor identifica parțile/reperele – operația de prelucrare!)

2.3.3. Turnarea Introducere Turnarea este cel mai răspândit procedeu, la care un material topit este turnat în golurile unei forme de turnare, ca apoi prin solidificare, să ia forma, dimensiunile şi rugozitatea formei de turnare. Materialele formei de turnare trebuie să reziste la temperaturile înalte asociate topirii unui material. Evident, materialele metalice sunt cele mai răspândite materiale a căror formă primară se obţine prin turnare. La procedeul de turnare intervin două grupuri mari de materiale: materiale de topit şi turnat şi materiale din care se confecţionează formele de turnare. În figura 2.32 este redat fluxul materialelor într-un proces de turnare. Schema este făcută în ipoteza că majoritatea formelor de turnare se confecţionează dintr-un material granular (nisip).

Figura.2.32. Schema circuitelor de materiale la procedeul de turnare Formele de turnare se împart în forme temporare, care se distrug după solidificarea materialului turnat şi forme permanente, care se pot refolosi. 90% din formele de turnare folosite sunt pierdute (temporare), dat fiind faptul că executarea formelor permanente devine rentabilă numai în cazul producţiei de piese de geometrie relativ simplă şi de serie mare.

2.3.3.1. Materiale de formare Materialele metalice se toarnă în aşa-numite FORME DE TURNARE alcătuite din forme şi miezuri asamblate împreună. Formele şi miezurile se realizează din diferite materiale granulare, sub formă de pulberi („prăfoase”) şi lichide. Aceste materiale se numesc materiale de formare.

Se cunoaşte un mare număr de materiale de formare, care se clasifică în: - nisipuri de turnătorie; - lianţi şi acceleratoare de priză; - materiale de adaos.

Aceste materiale trebuie să aibă următoarele caracteristici de bază: - miscibilitate bună; - aptitudine bună de formare după amestecare; - suficientă rezistenţă şi stabilitate dimensională după formare şi adăugarea lianţilor întăritori; - suficientă refractaritate în raport cu metalul ce urmează a se turna;

- grad (posibilitate) de refolosire cât mai ridicat.

Ele nu au voie să: reacţioneze chimic sau mecanic cu metalul lichid cu care vin în contact.

Nisipurile de turnătorie constituie componenta granulară a amestecurilor de formare. Se utilizează: nisipuri de cuarţ (SiO2); zircon (ZrSiO4); olivină [(Mg,Fe)2SiO4]; cromit (FeO·Cr2O3); cromomagnezită granulată (MgO·Cr2O3) şi şamotă granulată (Al2O3·2SiO2).

Temperatura de topire a acestor nisipuri este mare, în jurul a 1725 – 1750°C, cu excepţia zirconului, care are o temperatură de topire semnificativ mai ridicată: 2450°C. În proiectarea formelor de turnare trebuie să se ţină cont, pe lângă temperatura de topire şi de dilatarea termică, care este o altă caracteristică importantă. Ea se modifică cu temperatura. În practica turnătoriilor mici, cu grad redus de mecanizare, se folosesc şi nisipuri de formare naturale, care sunt un amestec natural de granule de cuarţ şi argilă (bogată în caolinit).

Pentru a înţelege mai bine rolul nisipurilor de turnătorie şi a celorlalte materiale de formare, se redă în figura 2.33 schiţa de principiu a realizării unei forme temporare. În prima etapă se aşează pe o masă de formare o ramă de formare. Apoi se presară o pudră de izolaţie în interiorul ramei pentru a împiedica lipirea celor două semi-forme de turnare. Se aşează apoi modelul de turnare sau, aşa cum este schiţat, primul semimodel. Şi acesta este acoperit cu pudră de izolaţie, care împiedică lipirea amestecului de formare (nisip + liant) de model, uşurânduse astfel dezbaterea lui ulterioară. Se cerne amestec de formare peste model (semimodel), amestec care trebuie îndesat pentru ca viitoarea formă să aibă rezistenţa necesară în timpul turnării metalului topit. Îndesarea se poate efectua manual (ca în figură) sau mecanizat.

Figura. 2.33 Schiţa realizării unei forme de turnare temporare

În etapa a 2-a, se întoarce semi-forma şi peste ea se aşează a doua ramă de formare şi se rigidizează cu şuruburi şi ştifturi cu prima. Apoi se aşează a doua semi-formă pe prima, poziţionarea corectă fiind asigurată de ştifturi. Se fixează şi elemente de model pentru reţeaua de alimentare, se presară pudră de izolaţie şi se umple forma cu amestec de formare, care va fi îndesat.

În etapa a 3-a se desfac ramele, se separă semiformele şi se scot semimodelele (simplist, se introduce un ac în modelul din lemn de tei, se bate uşor în ac din mai multe direcţii şi se scoate modelul. Modelul are înclinaţii specifice, care uşurează scoaterea. În final (4) se reasamblează cele două semiforme şi rezultă forma de turnare cu reţeaua de turnare şi golul, care prin umplere va deveni piesa turnată.

Pentru executarea cavităţii formelor se utilizează modele, iar pentru miezuri cutii de miez.

Se fac din materiale foarte diverse.

La proiectarea modelului/cutiei de miez se porneşte de la desenul piesei brut turnate, modificând dimensiunile cu sporul de contracţie. Tâmplarii modelori au rigle de calcul speciale pentru această operaţie.

La piese mai complexe, orificii mai mari se realizează direct prin turnare (fig. 2.34), folosind miezuri. Ele se fixează rigid în forma de turnare cu ajutorul mărcilor, prelungiri cilindrice sau tronconice ale miezului. În formă se practică locaşul mărcii. Etanşarea se face, aşa cum s-a precizat mai sus, cu paste de etanşare.

Figura. 2.34 Schiţa unei forme de turnare cu miez

Metode de executare a formelor Formele de turnare se realizează după diverse tehnologii care depind atât de dotarea turnătoriei cât şi de tipul formei de turnare. După cum s-a amintit, se folosesc în principal forme pierdute (rezistă la o singură turnare), forme semipermanente (se reface numai stratul de amestec de model pe un profil din zidărie – la turnarea clopotelor, de exemplu) şi forme permanente, cochile. Ultimele sunt confecţionate în special din oţeluri refractare sau fonte – se realizează prin aşchiere sau turnare şi aşchiere. Primele forme permanente au fost executate din piatră. Pentru tehnolog este importantă clasificarea după locul în care se realizează cavitatea formei:  În rame de formare;  în solul turnătoriei După modul de obţinere a cavităţii formei există: - formarea cu modele (pline, cu schelet, plăci-model) - formarea cu şabloane - formarea în cutii de miez (forma exterioară se obţine prin cutii de miez).

După modul de îndesare a formelor se disting forme îndesate cu bătătorul (manual sau pneumatic), sau prin presare mecanică (pneumatică sau hidraulică), respectiv prin scuturare (masă vibrantă) şi presare, sau prin suflare (împuşcare) şi prin aruncare centrifugală. Un loc aparte îl ocupă turnarea amestecului de formare lichide peste model sau în cutia de miez. Nu trebuie uitata nici tehnologia de realizare a formelor cu modele pierdute descrisă mai sus.

Principalele metode de formare sunt:  Formarea cu model în solul turnătoriei.  Formarea cu model schelet în solul turnătoriei.  Formarea cu şablon în solul turnătoriei.  Formarea în rame.

Figura 2.35 Turnarea manuală în forme confecţionate în rame de formare

        

Formarea cu şablon în rame.

Formarea în rame înguste, cu model în stivă.

Formarea în rame cu placă – model.

Formarea în rame demontabile.

Formarea cu şablon a formelor semipermanente Formarea cu amestecuri de formare fluide.

Forme obţinute în miezuri.

Forme coji cu suprafaţa de separaţie Forme coji fără suprafeţe de separare obţinute cu modele uşor fuzibile.

Detalii despre toate aceste metode se pot obține accesând referința [29] Metode de executare a miezurilor Realizarea miezurilor se face asemănător cu realizarea formelor, numai că se face în cutii de miez confecţionate din lemn, răşini epoxidice sau din metal şi că intervin uneori reţete pentru amestecul de formare care diferă de la cele pentru forme, de exemplu, cantitatea de liant poate fi mai mare. Gradul de îndesare, împreună cu particularităţile compoziţiei amestecului, asigură caracteristici de rezistenţă mai mari, necesare asigurării rigidităţii miezurilor. Îndesarea se face:  manual,  prin scuturare sau scuturare şi presare mecanică,  aruncare centrifugă a amestecului,  suflare continuă sau cu detentă,  şablonare pe armături, zidărie, rotativ sau prin translaţie,  împingerea amestecului cu un mecanism cu melc,  turnare, dacă se folosesc amestecuri fluide.

SDV-uri folosite în turnătorii La formarea manuală şi mecanizată turnătorii – formatorii utilizează o serie de scule şi SDV – uri. Astfel se utilizează linguri, lansete, rigle şi lineale (fig. 2.36) pentru executarea reţelei de turnare la forme mici precum şi la repararea formelor de orice mărime. Bătătoarele sunt manuale (fig. 2.33) sau scule care se montează în capul ciocanelor pneumatice şi servesc la îndesarea amestecului de formare.

Fig. 2.36 Îndepărtarea surplusului de

amestec de formare după îndesare cu ajutorul unei rigle sau lineal Ramele de formare sunt fie executate din tablă – construcţie sudată, fie turnate, de multe ori din aliaje de aluminiu, ca să fie uşoare. Cu toate că formele şi dimensiunile au fost standardizate, acest lucru nu s-a impus, deoarece ramele au fost confecţionate pentru a răspunde cazurilor concrete.

După folosire se depozitează în magazie, pentru a fi utilizate în cazuri asemănătoare. Un exemplu de rame cu ştifturi de centrare este redat în figura 2.37.

Figura 2.37. Rame de formare [29]

Figura 2.38. Formă de turnare cu miezuri, [29]

Rețele de turnare Prin reţea de turnare se înţelege ansamblul de canale şi cavităţi executate în forma de turnare în scopul introducerii prin turnare a metalului lichid în cavitatea formei. O reţea de turnare de complexitate medie este redată în figura 2.37.

Figura 2.37. Formă şi reţea de turnare de complexitate medie [29] 1 – Cupe de alimentare (în faţă, cupa este îndepărtată); 2 – Distribuitoare – colectoare de zgură; 3 – Alimentatoare; 4 – Maselote; 5 – Răsuflătoare (aerisitoare) 6 - Răcitoare

Se remarcă îndepărtarea unor elemente (maselote, aerisitoare) din figura 2.37, pentru a se realiza o mai bună vizibilitate, locul elementelor îndepărtate fiind însă clar indicat. În figurile 2.37 si 2.38 se prezintă imagini din procesul de turnare (topire aliaj metalic, turnare în diferite forme, etc.)

Figura 2.37. Topire aliaj metalic + turnare în forme de turnare

Figura 2.38. Imagini din procesul de turnare (topire aliaj metalic, turnare ĂŽn diferite forme, etc.)

În figura 2.39 sunt date câteva exemple de mobilier care conțin componente obținute prin turnare

b) a) c)

e)

d) Figura 2.39. Exemple de mobilier care conțin componente obținute prin turnare (partea

metalica este obținuta prin turnare din fontă cenușie, a),b) c) d) respectiv aluminiu, e).)

[26] http://www.prelucrare-tabla.ro/produse [27] http://www.sm-tech.ro/pbt.htm [28] http://www.sm-tech.ro/files/Profilbiegetechnik%20%20PBT%202010-2011%20%20SM%20TECH.pdf [29] Laurențiu Roland CUCURUZ – Turnarea – Ed. Politehnica Timisoara 2009, ISBN 978-973625-879-4

CURS 5 + 6 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE

2.4. Asamblarea componentelor de mobilier realizate din materiale metalice În practică se întâlnesc două mari tipuri de asamblări:  Asamblări nedemontabile, la care, în urma desfacerii pieselor asamblate are loc deteriorarea a cel puțin uneia dintre ele (asamblări prin sudare, lipire (brazare), încleiere, nituire, chituire, încastrare, etc.);  Asamblări demontabile, la care, în urma desfacerii pieselor asamblate nu are loc nici o deteriorare a vreuneia dintre piese [asamblări prin filet (șurub - piuliță, etc), asamblări prin formă (pene, caneluri, diverse profile), asamblări prin frecare, asamblări elastice, etc.]

2.4.1. Asamblarea prin sudare Prin sudare se înțelege unirea, împreunarea a două obiecte, din materiale de obicei metalice sau termoplastice, utilizând căldura sau presiunea - cu sau fără ajutorul unor materiale de adaos.

Atunci când îmbinarea este realizată în urma schimbării de fază (topirii) a materialului, procesul se numește sudare prin topire. Sudării prin topire îi este specifica apariția unei zone denumite zona influențată termic (ZIT), în care pot apărea modificări microstructurale ce conduc la reducerea rezistenței produsului metalic sudat. Se recomandă ca această zonă sa fie cât mai mică pentru a nu afecta proprietățile mecanice ale celor doua materiale ce trebuie îmbinate prin sudare. Îmbinarea este asigurată de cordonul de sudură (CS), care este un volum de material solidificat care realizează continuitatea structurii cristaline a celor două materiale. În figura 2.40 sunt prezentate cele trei zone (Materialul de baza, MB, zona influențată termic, ZIT, și cusătura sudată, CS) Figura 2.40. Zonele specifice îmbinării

sudate prin topire (Cusătura sudata, CS, zona influențată termic, ZIT, și materialul de bază, MB), colorate sugestiv, în ordinea prezentata, cu nuanțe tot mai deschise de gri.

2.4.1.1. Materiale utilizate la sudare Materiale supuse procesului de sudare sunt materialul de bază (MB) și material de adaos (MA), care este opțional. De obicei materialul de adaos este prezent în operația de sudare doar atunci când rostul (spațiul dintre componente) care trebuie umplut este mare sau când materialele ce trebuie îmbinate nu sunt compatibile metalurgic. Trebuie astfel ales un material care să interacționeze (formeze soluții solide sau constituenți nefragili) atât cu un material, cât și cu celălalt material, astfel încât materialul de adaos să realizeze puntea de legătură între cele două materiale.

Materialul din care se confecționează electrodul (ME) este un alt factor important care afectează operația de sudare. Alegerea acestui material depinde de natura materialelor utilizate în proces și de caracteristicile (duritate, tenacitate, rezistență la coroziune, etc) pe care trebuie sa le aibă cordonul sudat.

2.4.1.2. Procedee de sudare 

Procedeul de sudare electrică manuală cu electroni înveliți, SEM - este de fapt procedeul tradițional de sudare, la care cordonul de sudura (Cusătura sudată) se formează prin solidificarea comună a materialelor de bază și a materialului de adaos. În figura 2.41 este prezentat schematic procedeul SEM.

Figura 2.41. Procedeul SEM (Sudarea electrică manuală cu electrozi înveliți)

Sudarea efectivă este realizată cu ajutorul unei surse de tensiune/curent. Această tensiune este aplicată unui electrod. Piesa ce urmează să fie sudată este conectată la masa sursei de tensiune.

Prin apropierea electrodului de piesa legata la masă, se închide circuitul electric prin intermediul unei scântei. Intensitatea curentului este reglabilă și este cea care determină cât de tare va fi pătruns materialul de sudat. La acest procedeu materialul de adaos folosit este furnizat de către electrodul de sudare. Sudarea cu electrod (inițial de cărbune) a fost îmbunătățită de Kjellberg în 1902 ajungânduse la sudarea cu electrod învelit. 

Procedeul de sudare automată sub strat de flux - este o metodă automatizată de sudare prin energie electrică la care învelișul pulverulent existent pe suprafața electrodului este înlocuit cu o pulbere fină, denumită flux ce se presară înainte de trecerea electrodului pe suprafața materialului.



Procedeul MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Activ Gas)- este o îmbunătățire a procesului de sudare SEM. Cu toate că procesul de sudare este asemănător, totuși aparatele de sudare precum și pistoletul de sudare se deosebesc semnificativ.

În figura 2.42 este prezentat schematic procedeul MIG/MAG.

Figura 2.43. Procedeul MIG/MAG

Diferența majora o constă introducerea de gaz protector la locul sudării care înlocuiește învelișul electrodului. Gazul protector, cum reiese și din denumirea lui, are rolul de a proteja zona de sudare efectivă (arcul electric și baia metalică). Deoarece majoritatea metalelor reacționează cu aerul formându-se oxizi, care deteriorează grav caracteristicile mecanice ale îmbinării, este necesar ca în imediata vecinătate a procesului de sudare să nu fie aer. Acest lucru se realizează prin intermediul gazului protector. Acest gaz poate fi de două tipuri MIG (Metal Inert Gas) sau MAG (Metal Activ Gas). Gazele inerte, de exemplu Argonul, Heliul sau amestecuri ale lor se folosesc la sudarea metalelor și aliajelor reactive cum sunt cuprul, aluminiul, titanul sau magneziul. Gazele active se folosesc la sudarea oțelurilor obișnuite, de construcții sau înalt aliate. În cazul proceselor de sudare MIG/MAG electrodul folosit este așa-numita sârmă de sudură. Aceasta este împinsă în baie de către un sistem de avans. În vecinătatea băii, înainte de contactul mecanic ea trece printr-o diuză de curent de la care preia energia electrică a sursei de curent necesară creării arcului și topirii materialului. Diuza de curent este poziționată în interiorul diuzei de gaz. Astfel prin orificiul dintre cele două diuze va curge gazul protector. Tensiunea aplicată arcului electric este cu mici excepții continuă, cu formă de undă staționară sau pulsată Rata de depunere ajunge în aplicațiile industriale curente la 3 - 4 kg/h.

O evoluție nouă a procedeului MIG-MAG este Procedeul MIG/MAG Tandem dezvoltat de firma CLOOS (Germania) care a introdus subprocedeul "MIG/MAG-TANDEM", ca pe o unealta tehnologica de mare productivitate. Aceasta reprezintă o versiune flexibila si performanta a procedeului de sudare MIG/MAG cu doua arce, la care cele doua sârme electrod sunt avansate pe direcții concurente, intr-o baie topita comuna. Pentru a permite un transfer dirijat, cu un grad de stropire cat mai redus, cele doua surse de sudare sunt sincronizate electronic. In același timp parametrii celor doua surse pot fi reglați individual, astfel ca e posibil sa se sudeze de exemplu cu doua diametre de sarma, sau chiar cu doua procedee diferite (normal si pulsat). Ca rezultat se pot obține cusături sudate având o calitate deosebita, rate mari de depunere si în același timp o stropire redusa, toate acestea la viteze de sudare care ating frecvent 3~4 m/min. La sudarea tablelor subtiri (2-3 mm) procesul TANDEM poate asigura chiar viteze de pana la 6 m/min. La sudarea tablelor medii/groase se pot obține cote ale îmbinărilor de colț de pana la 8 mm, dintr-o singura trecere. Rata de depunere, de pana la 26 kg/h face din acest procedeu o alternativa foarte avantajoasa la sudarea sub flux (UP).



Procedeul WIG - (Wolfram Inert Gas) sau sudarea cu electrod nefuzibil in mediu de gaz inert este o alta varianta derivata din sudarea SEM. La acest procedeu arcul arde intre un electrod de Wolfram si piesa care se sudeaza (de unde si denumirea Wolfram Inert Gas). Acest electrod are doar rolul de electrod si nu are un rol de material de adaos; ca atare se uzeaza foarte lent in comparatie cu un electrod invelit. Prin procedeul WIG se realizeaza topirea celor doua componente ce urmeaza a fi sudate. Eventual, in unele cazuri, este necesara folosirea unui material de adaos pentru a realiza o îmbinare cu geometrie si caracteristici mecanice mai bune . În figura 2.44 este prezentat schematic procedeul WIG

Figura 2.44 Procedeul WIG

Avantajul procedeului WIG este ca poate fi folosit la majoritatea materialelor sudabile (otelurile carbon si aliate, aluminiul, cuprul, nichelul si aliajele acestora). In unele cazuri mai speciale se folosește la sudarea materialelor cu afinitate mare la gaze ca titanul, tantalul si zirconiul.

Pentru a suda astfel de materiale este nevoie de un spațiu inert în care nu poate pătrunde aer (o atmosfera controlata de argon de exemplu) sau duze de gaz protector cu design special. 

Procedeul de sudare cu flacără oxi-acetilenică - este un procedeu de sudare care face parte din categoria procedeelor de sudare prin topire.

Sursa de căldură este o flacără oxi-gaz. Uzual, cele două gaze sunt acetilena și oxigenul. Acetilena este obținută din reacția a doi constituenți chimici: carbidul și apa și se poate produce in-situ, în generatoare, sau livrată în butelii. Acetilena este un material inflamabil, cu viteză ridicată de ardere.

Pentru sudare se folosește flacăra primară (nucleul flăcării). Temperatura ridicată a flăcării este asigurată de arderea cu oxigen.



Procedeul de sudare cu fascicul de electroni - este un prodeceu de sudare prin topire la care sursa de energie este un fascicol de electroni.

Acesta se realizeaza prin descarcarea intr-un spatiu vidat, denumit tun electronic, a unei energii sub forma unui fascicul de electroni, comandata cu ajutorul unor lentile electromangnetice necesare pentru focalizarea si deplasarea fascicolului de electroni pe suprafata materialelor de sudat. 

Procedeul de sudare cu fascicul de fotoni, denumit neștiințific Sudarea cu laser.



Procedeele de sudare prin presiune - sunt o familie de procedee de sudare la care activarea energetică a procesului de sudare este realizată preponderent prin aplicarea unor presiuni de contact ridicate.

Sudarea electrică prin presiune poate realiza in puncte sau in linie.



Sudarea electrică prin presiune în puncte - Imbinarea sudata se realizeaza prin trecerea curentului intre electrozi si piesele de sudat. Nucleul punctului sudat se formeaza la suprafata de separatie dintre cele doua (sau mai multe) materiale de sudat.

Sursa de putere poate fi unul sau mai multe transformatoare sau mai nou, invertoare. Strangerea electrozilor se poate face mecanic, pneumatic sau hidraulic. Prin acest procedeu se pot suda o gama larga de materiale (table, sarme, etc.), de diferite tipuri de otel sau neferoase. In functie de tehnologie si dimensiunile produselor se proiecteaza (alege) masina.



Sudarea electrică prin presiune în linie - Îmbinarea sudata se realizeaza prin trecerea curentului intre două role - electrod si piesele de sudat. Se formează o serie de nuclee (puncte) sudate care se pot suprapune (sudură etanșă) sau nu la suprafata de separatie dintre cele doua (sau mai multe) materiale de sudat.

Sursa de putere poate fi unul sau mai multe transformatoare sau mai nou, invertoare. Strangerea electrozilor se poate face mecanic, pneumatic sau hidraulic. Prin acest procedeu se pot suda o gama larga de materiale (table, sarme, etc.), de diferite tipuri de otel sau neferoase. In functie de tehnologie si dimensiunile produselor se proiecteaza (alege) masina. Gama de echipamente se intinde de la clesti de sudare portabili de putere mica 2 kVA si 11 kg pana la masini stationare de 630 kVA si sute de kilograme. 

Sudarea prin fricțiune – FSW Sudarea prin fricțiune exploatează capacitatea materialului de a rezista la deformare plastică extremă la temperaturi ridicate dar care nu depășesc punctul de topire. Suprafețele metalice curate ale profilelor care sunt îmbinate sunt încălzite de fricțiunea generată de o unealta rotativă și sunt presate la temperaturi foarte mari. Această combinație de presiune și căldură creează o structură nouă, omogenă.

Schematic, procedeul de sudare prin fricțiune este prezentat în figura 2.45.

Figura 2.45. Sudarea prin fricțiune – FSW […]

Figurile 2.46, 2.47 Č&#x2122;i 2.48 prezintÄ&#x192; diferite elemente de decor, design interior, mobilier, realizate din diferite materiale metalice Č&#x2122;i ĂŽmbinate prin sudare

Figura 2.46

Figura 2.47

Figura 2.48.

ﾃ始 figura 2.49 sunt prezentate imagini din procesul de sudare al unor componente de mobilier realizate din materiale metalice.

Figura 2.49

Figura 2.50 prezintă detalii ale unor zone sudate

Figura 2.50. Detalii ale unor zone sudate

2.4.2. Asamblarea prin lipire (brazare) Tehnologia lipirii moi şi a lipirii tari Brazarea si lipirea au fost folosite la scara larga de secole, dar diferenţa dintre lipire, brazare si lipirea prin sudura este mai puţin cunoscuta. Lipiturile se întâlnesc destul de des în asamblarea componentelor de mobilier.

Secretul lipirii, brazării si a sudurii prin lipire este ca deschiderea îmbinării sa fie mica. Cu cat este mai mica cantitatea de metal de adaus, cu atât este îmbinarea mai puternica.

In lipire materialele sunt unite prin intermediul unui material de adaus cu punctul de topire scăzut, sub 450-500 ⁰C, si sub punctul de topire al materialelor ce urmează a fi unite. In lipirea tare materialul de adaus are punctul de topire peste 450 -500 ⁰C pana la 1000 ⁰C, si unealta de lipire este de obicei o flacăra. Materialul de adaus este distribuit intre cele doua suprafeţe apropiate ale îmbinării prin acţiune capilara. Lipirea moale este folosita pentru cuprul si aliajele sale, zincul, otel si aluminiul si aliajele sale. Cel mai comun material de adaus este pe baza de staniu, insa materiale speciale de adaus sunt necesare pentru aluminiu.

Comparativ cu lipirea tare, lipirea moale duce la îmbinări mai moi. Daca materialul de adaus este aliat cu argint, rezistenta rezultata este considerabil mai buna. Sudura prin lipire este procesul de unire a metalelor unde temperatura de topire a materialelor de adaus este peste 450 ⁰C dar sub punctul de topire al materialelor de lipit. Materialul de adaus nu este distribuit de acţiunea de capilaritate, dar este aplicat pe metalele de îmbinat de pe o vergea de sudura. Sudarea prin lipire este încă folosita extensiv pentru repararea componentelor turnate. Atât lipirea moale cat si lipirea tare pot fi automatizate. O flacăra oxi-gaz este de obicei folosita in aplicaţiile de lipire moale si tare, cu gazul combustibil adaptat cerinţelor procesului.

Lucrul cu gazele combustibile si oxigenul poate fi periculos daca personalul care utilizează aceste echipamente nu are suficiente cunoştinţe cu privire la instalarea, utilizarea si îngrijirea acestora. In funcţie de temperatura de topire a aliajului de lipit, se deosebesc două procedee de lipire: lipire moale, când temperatura de topire a metalului de adaos este sub 500°C; lipire tare sau brazare când temperatura de topire a metalului de adaos depăşeşte 500°C. Esenţialul în această clasificare îl constituie faptul că la acelaşi metal de bază rezistenţa mecanică a lipiturii este cu atât mai ridicată cu cât metalul de adaos are o temperatură de topire mai mare.

Lipiturile moi sunt utilizate în special la tinichigerie pentru lipirea tablelor de Zn, de alamă, de oţel cositorite etc. In acest caz, metalul de adaos se topeşte cu ajutorul ciocanului de lipit. Aliajele de lipit depind de natura materialului pieselor de asamblat (oţel. cupru, staniu etc.). Fluxurile mai utilizate sunt:colofoniul (la lipirea cuprului şi a alamei), stearina (la lipirea aliajelor de plumb), clorura de zinc dizolvată în apă (pentru oţel şi aliaje de cupru), acidul clorhidric dizolvat în apă (la lipirea zincului).

Lipiturile tari, numite şi brazuri sunt lipiri cu aliaje greu fuzibile (punct de topire înjur de 850°C = l 123 K,). Ele se folosesc unde intervin eforturi mai mari şi permit obţinerea unei îmbinări rezistente la piesele pe care, din diferite motive, nu le putem suda.

Aliajele de lipit, destinate acestor lipituri tari, sunt diferite în privinţa compoziţiei chimice şi sunt determinate de natura materialelor ce se lipesc (aliaj Al-Zn, pentru lipirea aluminiului şi a aliajelor sale, aliaje Cu-Zn şi Ag-Cu- Zn pentru aliaje feroase etc.). Fluxurile au la bază, în general, boraxul care reduce oxizii metalici la căldură şi dau naştere unei mase sticloase. Acestea se îndepărtează apoi, prin ciocănire sau pilire. a) La lipiturile manuale se folosesc ciocane de lipit simple, electrice de uz casnic sau industrial, pistol electric de lipit, arzătoare cu gaz metan sau butan, lampa de lipire cu benzină, etc. (figura 2.51) b) La lipirile mecanizate se folosesc echipamente de lipire cu flacără multipost (6...8 posturi) rotative, echipamente de lipire cu flacără multipost (10....12 posturi) cu bandă transportoare (viteza benzii fiind de 0,5...2 m/min), cuptoare de lipit cu trecere continuă a benzii de transport (v = 3...8 m/h), instalaţii de cositorit cu rezistenţe de încălzire în băi cu flux continuu, băi de cositor termostate cu temperatură maximă de 350°C şi timp de încălzire lent (30 min), etc

Figura 2.51 Scule utilizate pentru lipirea manuală

In vederea obţinerii unor lipituri de calitate, se impune ca zonele de lipit să nu se deplaseze în timpul efectuării operaţiei. Pentru aceasta se folosesc dispozitive (figura 2.52) care menţin aliniate şi bine fixate piesele de lipit (exemplu: juguri, dispozitive pe suporturi fixe. reglabile sau orientabile, adaptate la elementele de forme diferite ce urmează a fi lipite).

Figura 2.52. Dispozitiv pentru lipire

2.4.3. Asamblarea prin nituire Nituirea este îmbinarea nedemontabilă a pieselor de metal realizată cu ajutorul niturilor. Exemplu de nituri este prezentat în figura 2.53.

Figura 2.53. Nituri

În tabelul de mai jos sunt prezentate principalele operații , lucrări, SDV-uri aferente operației de nituire.

Figura 2.54 prezintă doua piese de mobilier la care predomină operația de asamblare prin nituire.

Figura 2.54

2.4.4. Asamblări prin filet (surub – piuliță) Asamblarile prin suruburi fac parte dintre cele mai raspândite asamblari demontabile. Ele au în compunere cel putin doua piese cu filet si cea de-a treia cu/sau fara filet.

Filetul reprezinta urma (suprafata) lasata de un profil oarecare (triunghiular, patrat, trapezoidal, circular) pe un cilindru sau con în deplasarea axiala a acelui profil (figura 2.54) Filetul constituie caracteristica a surubului.

partea

1. Dupa forma si rolul functional filetele pot fi: a) de fixare, respectiv de strângere de obicei filetul triunghiular; Figura 2.54

b) de strângere si etansare, pentru tevi (filetul triunghiular fara joc la vârfuri, filetul conic); c) de miscare (filetul dreptunghiular, trapezoidal în forma de ferastrau, rotund; 2. Dupa sensul de înfasurare: a) spre dreapta; b) spre stânga (pentru reglarea coincidentei sensulului strângerii piulitei si cel al rotatiei unui arbore spre a nu se slabi în timpul exploatarii, filetul de la buteliile de aragaz, etc.); 3. Dupa numarul de începuturi: a) cu un singur început; b) cu mai multe începuturi (la suruburile de miscare pentru îmbunatirea randamentului); 4. Dupa forma lui : a) triunghiular cu unghiul la vârf 60⁰ (filete metrice) sau de 55⁰ (la suruburile în toli Whitworrh) (fig. 2.55.a); b) patrat sau dreptunghiular (fig. 2.55.b) c) trapezoidal (fig. 2.55. c) d) fierastrau (fig. 2.55..d) e) rotund(fig. 2.55 .e) Figura 2.55

În figura 2.56 se poate vizualiza reprezentarea tehnică a unor asamblări prin filet (asamblări filetate)

Figura 2.56

Așa cum se vede, la o asamblare filetată, organele principale de asamblare sunt șuruburile și piulițele. Exista o gama variata de tipodimensiuni ale acestor organe de asamblare. In standarde sunt bine definite toate tipurile de șuruburi și piulițe. Așa cum se vede în figura 2.57 șuruburile și piulițele diferă atât ca formă cât și ca dimensiuni. Tot în figura 2.57 sunt prezentate și câteva tipuri de șaibe, care așa cum se vede în reprezentarea tehnică de mai sus (figura 2.56) fac parte componentă a unei asamblări filetate.

Figura 2.57 Tipodimensiuni de șuruburi, piulițe si saibe

Figurile 2.57 …2.65 prezintă câteva exemple de asamblări mecanice aplicabile în industria constructoare de mobilier. (orificii pentru șuruburi, șanțuri pentru piulițe) Figura 2.57. Un profil tubular se îmbină

cu un alt profil cu ajutorul unui orificiu de șurub. Pentru a evita deformări în îmbinare, șurubul este condus direct prin partea de jos a profilului tubular. Un singur șurub este suficient - flanșa profilului tubular stabilizează designul. (gaura prin care se introduce șurubul poate fi acoperită cu un dop de plastic0 [3].

Figura 2.58. Aceeași soluție, dar fără profil

tubular. Profilul U are șanțuri care permit, de exemplu, inserția unei benzi de metal laminat sau a unei folii laminate. [3].

Figura 2.59. Un mod de a evita găurirea în

trepte și găurile vizibile este înlocuirea profilului tubular cu două profile cu sistem de fixare. Această soluție este adesea aleasă pentru balustrade. [3]

Figura 2.60. Soluții care utilizează șuruburi speciale care

umplu orificiile pentru jocul capului șurubului sunt des întâlnite în industria mobilei. [3]

Figura 2.61. Această așezare a orificiilor șuruburilor

mărește rezistența la încovoiere

Figura 2.62. Inserție filetată [3]

Figura 2.63. Un șanț permite prinderea

oriunde pe toată lungimea fără a prelucra mecanic profilul. [3]

Figura 2.64. Dacă un șurub standard este prea lung

nu este întotdeauna necesar să găsim unul mai scurt. Șanțul pentru piuliță poate fi ușor proiectat așa cum este arătat. [3]

Figura 2.65. Dacă se cere o anumită distanța între găurile

șuruburilor o platbandă cu găuri poate fi pusă în șanț. [3]

2.4.5. Asamblări prin clipsuri de prindere În foarte multe cazuri, pentru crearea unor piese de mobilier se recurge la asamblări prin clipsuri de prindere. Aceste tipuri de asamblări sunt aplicabile doar în cazul materialelor metalice cu o anumită elasticitate (de exemplu mobilier din Aluminiu) Figurile 2.66 și 2.67 prezintă câteva exemple de asamblări mecanice prin clipsuri de prindere aplicabile în industria constructoare de mobilier.

Figura 2.66. Exemple de îmbinări prin clipsuri [3]

Figura 2.67. Exemple de îmbinări prin clipsuri [3]

2.4.6. Asamblarea profil la profil 2.4.6.1. Asamblarea cap la cap Figurile 2.68 și 2.69 prezintă câteva exemple de asamblări cap la cap

Figura 2.68. Exemple de asamblări cap la cap [3]

Figura 2.69. Exemple de asamblﾄビi cap la cap [3]

2.4.6.2. Asamblări telescopice Figurile 2.70 și 2.71 prezintă câteva exemple de asamblări telescopice

Figura 2.70. Exemple de asamblări telescopice [3]

Figura 2.71. Exemple de asamblări telescopice [3]

2.4.6.3. Asamblări prin balamale Figurile 2.72, 2.73 și 2.74 prezintă câteva exemple de asamblări prin balamale

Figura 2.72. Exemple de asamblări prin balamale [3]

Figura 2.73. Exemple de asamblﾄビi prin balamale [3]

Figura 2.74. Un profil de cauciuc este utilizat

aici pentru a permite deschidere și închidere silențioase.

2.4.6.4. Asamblări în T Figurile 2.75 și 2.76 prezintă câteva exemple de asamblări în T

Figura 2.75. Exemple de asamblări în T [3]

Figura 2.76. Exemple de asamblări în T [3]

2.4.6.5. Îmbinări în colț Figurile 2.77, 2.78 și 2.79 prezintă câteva exemple de asamblări în T

Figura 2.77. Exemple de asamblări în colț [3]

Figura 2.78. Exemple de asamblări în colț [3]

Figura 2.79. Exemple de asamblări în colț

[3]

CURS 7 + 8 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE 2.5. Tehnologii specifice ingineriei suprafețelor În domeniul designului interior, la concepția și producția de mobilier se utilizează tot mai des componente atent pregătite în ceea ce privește ingineria suprafețelor Tratamente ale suprafețelor sunt aplicate la multe componente de mobilier și decor, având ca scop îndeplinirea următoarelor funcții:  Păstrarea aspectului „ca nou” și prelungirea în acest fel a duratei de viață a finisajului;  Îmbunătățirea rezistenței la coroziune;  Crearea unei suprafețe care respinge mizeria, care satisface cele mai drastice standarde de igienă;  Furnizarea unei suprafețe decorative, cu culoare și luciu durabile;  Crearea unei suprafețe plăcute la atingere;  Furnizarea unei suprafețe practice, a unei suprafețe rezistentă la uzare;  Furnizarea de suprafețe cu un strat de protecție electrică;  Furnizarea unei baze pentru aplicarea adezivilor sau a cernelurilor serigrafice, etc.

Straturile protectoare cu materiale anorganice (metale, emailuri și ceramice ), sau organice (materiale plastice lacuri și vopsele) se realizează prin următoarele metode: chimică, electrochimică, și termochimică.

Proprietățile (funcțiile) straturilor protectoare sunt realizate dacă se iau în considerare următorii factori: - proprietățile materialului de protejat; - starea suprafeței care urmează să fie protejată (curată și cu o anume rugozitate pentru o bună aderență a stratului); - compoziția (proprietățile) materialului de acoperire; - metoda de acoperire.

Dacă un singur factor nu este respectat sau aplicat corespunzător, calitatea stratului protector este influențată nefavorabil.

Realizarea unei protecții eficace (corespunzătoare) și durabile presupune îndepărtarea impurităților (oxizi, grăsimi, uleiuri sau alte substanțe organice, incluziuni nemetalice: nisip, zgură etc.) prin degresare și decapare chimică (electrochimică) sau pe cale mecanică (sablare, periere, rectificare - șlefuire și superfinisare – lustruire), metoda mecanică realizând și rugozitatea cerută de procesul tehnologic de acoperire. În figura 2.80 se prezintă schematic clasificarea principalelor tehnologii specifice ingineriei suprafețelor.

Tehnologiile, din domeniul celor „fără modificarea compoziției chimice” (in speță, călirile superficiale) precum și acele tratamente de difuziune din domeniul celor „cu modificarea compoziției chimice‟ au fost prezentate în cursul 7.

2.5.1. Acoperiri cu straturi de conversie Straturile de conversie rezultă în urma reacției dintre un reactant și suprafața metalică formându-se o peliculă de compuși aderentă la suprafață, care asigură o creștere a rezistenței la coroziune, la uzare, coeficient de frecare scăzut, izolare termică și electrică, ușurarea deformării plastice la rece (tragerea prin filiere a sârmelor ), rol decorativ.

Aceste straturi se obțin prin conversie chimică, sau electrochimică. Prin conversie chimică, suprafața metalică reacționează cu o soluție apoasă, rezultând o peliculă de produși de coroziune aderentă și relativ compactă, care izolează suprafața de mediul coroziv. Procedeele de conversie chimică sunt: fosfatarea, cromatarea, sulfurarea și oxidarea. Conversia electrochimică constă în formarea unui strat superficial de oxid al metalului de bază, ca urmare a acțiunii oxigenului rezultat prin electroliză, strat rezistent la coroziune, la uzare, la oboseală și cu proprietăți decorative, și de izolare termică și electrică a substratului. Procedee de formare a oxidului : anodizarea aluminiului (eloxarea), cu formarea Al 2O3 ; anodizarea altor metale cu formare de strat de oxid al metalului respectiv, sulfurarea electrolitică, cu formare de sulfură de fier.

2.5.1.1. Fosfatarea Fosfatarea este un procedeu de acoperire protectoare ce constă în formarea pe suprafața metalului de protejat, a unor fosfați foarte greu solubili în apă ( practic insolubili), dar solubili în acizi minerali.

Acoperirea se poate prezenta sub două aspecte fizice : fosfatarea propriu-zisă, cu structura cristalină, și pasivarea, caracterizată printr-o acoperire amorfă și se aplică pieselor din oțel, fontă, zinc, cadmiu, magneziu, aluminiu și din aliajele lor în mai multe scopuri:  pentru obținerea unei bariere protectoare față de coroziunea atmosferică;  ca substrat pentru vopsire, drept acoperire finală, sau pentru realizarea unei finisări decorative;  ca purtătoare absorbante pentru lubrifianți; Fosfații acoperitori rezultă în urma reacției între metal și acidul fosforic H 3 PO4 reacție însoțită de degajare de hidrogen, iar reacția generală de fosfatare este:

3MeH 2 PO4 2  Fe  Me3 PO4 2  FeHPO4  3H 3 PO4  H 2 Procedeele de obținere a straturilor acoperitoare se clasifică în:  fosfatare chimică prin imersare, pulverizare, sau pensulare;  fosfatare electrochimică (catodică, anodică sau în curent alternativ).

Indiferent de procedeu, succesiunea operațiilor pentru obținerea acoperirilor pe bază de fosfați este următoarea: - degresarea piesei în solvenți organici; - sablarea pentru îndepărtarea zgurii, sau decaparea în acizi pentru îndepărtarea oxizilor; - spălarea în apa rece curgătoare; - fosfatarea într-un amestec de conversie (soluția de fosfatare ); - spălarea cu apă și pasivare cu cromat, sau vopsire.

După durata procesului se cunosc două tipuri de fosfatare: lentă (neaccelerată) și rapidă (accelerată).

Băile de fosfatare neaccelerată conțin fosfați metalici primari ( de Fe, Zn Mn) și acid fosforic liber (Tabelul 2.1).

Natura fosfatării Chimică, prin imersare

Componența băii Dihidro-ortofosfat de fier și magneziu; Oxid de zinc; Azotat de sodiu; Acid fosforic

Compoziția, g/l

30 60 5 1

Tabelul 2.1. Băi de fosfatare Durata, min Temperatura, ⁰C

95

10

Chimică, prin pulverizare

Electrochimică

Hexametafosfat de sodiu; Oxid de zinc; Acid azotic; Azotit de sodiu; Acid fosforic Fosfat trisodic; Oxid de zinc; Acid fosforic; Densitate de curent: 34 A/dm2; Tensiune: 15-20 V

0.5 134 96 0.25 396 25 9 22

20

1.5

65…70

5…8

Băile trebuie încălzite la temperatura de regim înainte de începerea lucrului, iar piesele mari sunt preîncălzite în apă fierbinte. Aciditatea băii și temperatura de lucru trebuie riguros controlate, deoarece scăderea temperaturii duce la formarea straturilor cu structură macrocristalina , în timp ce mărimea provoacă impurificarea stratului cu nămol, provenit de la precipitarea fosfaților în soluție. Pentru mărirea vitezei de fosfatare (accelerare ), în soluții se introduc catalizatori (azotit sau azotat de sodiu etc.), care înlătura efectul de polarizare al hidrogenului.

Figura 2.81. Elemente de design din zinc, fosfatate

Figura 2.82. Arcuri din mangan, fosfatate

Fosfatarea electrochimică se realizează fie cu ajutorul curentului continuu, piesa jucând rolul de catod, fie trecând prin baie un curent alternativ care, în etapa anodică dizolvă fierul, iar în cea catodică ușurează degajarea hidrogenului. Prin procedeul electrochimic rezultă un strat monocristalin dens. Straturile de fosfați au proprietăți nemetalice și nu au conductibilitate electrică și prezintă un aspect (culoare de la gri deschis la gri închis) cristalin.

Dintre aplicațiile industriale mai importante ale fosfatării sunt cele care vizează pregătirea suprafeței pieselor în vederea aplicării de vopsele, protecția anticorozivă.

2.5.1.2. Cromatarea Cromatarea este procedeul de formare a unor straturi protectoare de cromați pe suprafața metalelor neferoase (Zn, Al, Mg, Cd, Cu) și a unor aliaje ale lor. Stratul de cromat insolubil se realizează prin atacul suprafeței metalice cu o soluție apoasă de acid cromic (anhidrida cromică), acid fluorhidric sau sărurile sale, acid sulfuric, acid fosforic și alte săruri. În tabelul 2.2, sunt date condițiile de lucru pentru cromatarea zincului și aluminiului, respectiv pentru cromatare cu fosfatare. În figura 2.83. sunt prezentate produse (piese/componente) cromatate din aluminiu, iar în figura 2.84, produse cromatate din zinc. Pentru producție de serie mare cromatarea se face automatizat (se folosesc dispozitive speciale, uneori chiar roboți pentru manipularea pieselor) dar,

în producția de serie mică sau unicat manipularea se face de către operatori, care au echipament de protecție adecvat (figura 2.85).

Tabelul 2.2. Condiții de obținere a straturilor de cromați.

Compoziția băii Cromatarea zincului Cromatarea Cromatarea cu aluminiului fosfatare Anhidridă cromică 150 g/l 3 – 7 g/l 5 g/l Acid sulfuric 4 g/l Bicromat de potasiu 3 – 6 g/l 4 g/l Fluorură de potasiu 1 g/l 4 g/l Acid fosforic 18 g/l 25 35 35 Temperatura, ⁰C 5 - 10 120 - 300 120-300 Durata procesului, s

Figura 2.83. Produse cromatare aluminiu

Figura 2.84. Cromatare zinc

Mecanismul cromatării este legat de dizolvarea ( solubilitatea ) metalului care are loc simultan cu reducerea ionilor de crom hexavalent Cr 6 . Rezultă un strat de cromați micști, alcalini, neporos, lucios, cu aspect decorativ și cu proprietăți protectoare bune.

După cromatarea zincului, suprafața este lucioasă, argintie cu nuanțe albăstrui, iar după cromatarea aluminiului suprafața are un aspect argintiu foarte plăcut. Cromatarea se aplică în industria mobilei, automobilelor și mașinilor agricole, în construcții civile și industriale, în industria de armament etc.





Figura 2.85. Baie de cromatare

2.5.1.3. Eloxarea Eloxarea ( anodizarea aluminiului ) este procedeul de formare și creștere a peliculei de oxid de aluminiu ( Al 2O3 ) , în scop protector, protector-decorativ, de a crea o izolație electrică bună, sau ca substrat pentru acoperirea prin vopsire. Oxidarea anodică a aluminiului și aliajelor sale se efectuează în diverși electroliți pe bază de acid sulfuric, acid cromic (anhidrida cromică), acid boric, acid oxalic etc. În tabelul 2.3 se prezintă compoziția diferiților electroliți și regimul de lucru.

Compoziția electrolitului Anhidridă cromică

Tabelul 2.3. Condiții pentru oxidarea anodică a aluminiului și aliajelor de aluminiu Concen – Densitatea Temperatura, Durata, Grosimea Aspectul trația, % de curent, min peliculei, peliculei ⁰C 2 A/dm µm 2.5 – 10

0.3 – 0.6

40

5 – 35

2–8

Gri mat,

Acid sulfuric Acid sulfamic Acid oxalic

10 – 20

1.3 – 2

20 – 30

15 – 45

8 – 25

5 10 - 13

1.5 – 5 1 – 3.5

35 – 45 15 - 35

20 10 - 30

20 10 - 30

transparent, nuanțe de galben

Piesa din aluminiu se leagă în baie la anod, drept catozi folosindu-se bare din plumb (electrolit: acid sulfuric), oțel inoxidabil, sau grafit (electrolit : acid cromic sau acid oxalic) . La trecerea curentului electric prin electrolitul utilizat, pe suprafața aluminiului se degajă oxigen, care reacționează cu metalul, formând o peliculă de oxid de aluminiu. În figura 2.86. este prezentată schematic o instalație de eloxare.

Aluminiu si aliajele de aluminiu sunt des utilizate la componente de mobilier sau la elemente de decor. La expunerea în aer pe suprafața proaspăt curatată a aluminiului se formează o pelicula de oxid de numai 0.01 m. În atmosfera normală grosimea peliculei creste atingând 0.02 – 0.2 m. Straturi de Al2O3 mai groase si mai uniforme cu rezistenta mai mare la coroziune se pot obține prin oxidarea chimica, și mai eficient prin oxidarea electrochimică a aluminiului. Prin eloxare grosimea peliculei atinge 2 – 30 m, în functie de conditiile de lucru (compozitia baii de electroliza, densitate de curent, durata electrolizei). În cazuri speciale, pentru anumite destinatii se depun pelicule până la 200 - 300 m (anodizarea dură).

Peliculele de Al2O3 obținute prin oxidarea anodica sunt aderente la substratul metalic, elastice, termorezistente, stabile la coroziunea atmosferica si în anumite medii corozive, dar au porozitati mari (SR 7043/1-93, SR 7043/5-90).

Procesul de eloxare este împărțit în pregătire, eloxare, colorare (dacă este cazul) și etanșare. Succesiunea etapelor este prezentată în figura 2.87.

Figura2.86. Instalație de eloxare

1.celula de electroliza 2. catod de plumb 3. anod de aluminiu 4.ampermetrul 5.sursa de curent 6. potentiometrul 7.voltmetrul

Figura 2.87. Procesul de eloxare – succesiunea etapelor [3]



OBTINEREA PELICULEI DE AL2O3 PE CALE ELECTROCHIMICA

H2SO4 fiind un electrolit tare, disocierea în ioni este aproape totala:

Apa este un electrolit slab:

La electrozi au loc urmatoarele reactii electrochimice:

La catod (-):

La anod (+):

Reacții secundare:



COMPACTIZAREA SI COLORAREA ÎN SCOP DECORATIV A STRATULUI DE AL2O3

Stratul de Al2O3 format prin oxidarea anodica a aluminiului este poros. Pentru reducerea porozității și eventual a capacitatii de absorbție se aplică tratamentul de hidratare a peliculei de Al2O3. Prin introducerea piesei eloxate în apa fierbinte la 95-98 C timp de 15 minute, în pori se formeaza oxid de aluminiu hidratat cu volum mare care astupa porii.

Un alt procedeu de compactizare a peliculei de Al2O3 constă în introducerea piesei acoperită cu stratul de oxid în solutie apoasă de bicromat de potasiu. Se formează oxicromatul de potasiu Al2O3 CrO4 care închide porii și are o acțiune pasivantă asupra aluminiului.

Stratul de Al2O3 format prin oxidarea anodica este incolor si translucid. El poate fi colorat atunci când se cere o finisare decorativa. Colorarea se poate realiza prin urmatoarele metode (SR 7043/1-93): o Colorarea stratului de Al2O3 prin adsorbție de coloranți; o Colorarea printr-un procedeu electrochimic de depunere a oxizilor metalici colorați în porii stratului; o Oxidarea anodica a aluminiului într-un electrolit adecvat, care produce direct un strat de oxid colorat pe anumite aliaje de aluminiu. În tabelul 2.4. sunt prezentate soluțiile în care trebuie introduse succesiv piesele eloxate pentru a se colora în albastru, brun, galben, galben auriu, negru. Firmele producătoare de repere, profile de aluminiu pot asigura o gamă variata de colorare. În figura 2.88 este prezentată gama de culori (eloxare) din catalogul firmei „SAPA”, cu precizarea tipului de eloxare (eloxare naturală sau dură) respectiv a metodei de colorare.

Tabelul 2.4. Soluții utilizate pentru colorarea pieselor eloxate Culoare Albastru Brun Galben Galben auriu Negru

Solutia I Ferocianura de potasiu Ferocianura de potasiu Bicromat de potasiu Tiosulfat de sodiu Acetat de cobalt

Solutia II Clorura ferica Sulfat de cupru Acetat de plumb Permanganat de potasiu Permanganat de potasiu

Figura 2.88. Gamă de culori eloxare - Catalog „SAPA” [3]

În figura 2.89. sunt prezentate diferite produse eloxate.

Baie de eloxare

Figura 2.89.

Produse eloxate (Eloxare natrală, eloxare dură, eloxare colorată)



VERIFICAREA CALITĂȚII STRATULUI DE AL2O3

Rezistenta la coroziune a peliculei de Al2O3 se verifica cu o solutie apoasă de bicromat de potasiu, K2Cr2O7 si HCl. Se măsoară timpul în care o picatura din solutia de K2Cr2O7 si HCl îsi schimba culoarea de la galben la verde. Schimbarea de culoare se datoreaza reducerii ionului Cr6+ la Cr3+ dupa distrugerea peliculei de Al2O3. Se considera că pelicula este suficient de protectoare dacă timpul de modificare a culorii este de cel puțin 5 minute la temperatura de 18 – 21 C si 3.5 minute la temperatura de 22 – 26 C.

Continuitatea stratului de Al2O3 se verifica cu ajutorul solutiei de CuSO4, prin picurare pe suprafata eloxată, prin punerea în evidență a punctelor negre care apar la locurile neacoperite din stratul de oxid unde are loc o cuprare a aluminiului. Verificarea se considera corespunzatoare daca pe suprafata testata nu a aparut cupru metalic. Verificarea nu se aplica decât straturilor subtiri cu grosime de max. 5 m.

2.5.1.4. Sulfurarea Sulfurarea electrochimică a oțelurilor la temperaturi joase se realizează în băi de săruri, piesa metalică fiind legată la anod. Pe parcursul electrolizei are loc conversia electrochimică a suprafeței și formarea unui strat de sulfură de fier aderentă la substrat.

Parametrii tehnologici ai sulfurării electrochimice sunt : - densitatea de curent: 3,2 A / dm2 ; temperatura: 195°C; durata maximă 10 minute. Stratul de sulfură de fier rezultat are coeficient de frecare redus, rezistență la uzare, la oboseală și permite deformarea plastică a asperităților în timpul frecării, ceea ce conduce la diminuarea rugozității. Sulfurarea electrochimică se aplică la angrenaje, pinioane, roți dințate, șuruburi, la piese mecanice cu funcționare severă ( în cutiile de viteze, la transmisii) etc.

2.5.1.5. Oxidarea (Tratamente termochimice de protecţie anticorozivă prin oxidare superficială) Prin acest tratament se urmărește în special creșterea rezistenței la coroziune atmosferica. Se aplică pieselor în stare finită, executate în special din aliaje Fe – C. .

Această protecție se asigură prin formarea pe suprafața pieselor respective a unei pelicule de magnetită (Fe3O4) a cărei grosime este, obișnuit, de ordinul micronilor, peliculă care se poate obține fie printr-o oxidare într-o baie alcalină pe bază de hidroxid de sodiu, tratamentul purtând denumirea de brunare, fie printr-o oxidare într-o atmosferă de abur supraîncălzit (feroxare). Pe lângă mărirea rezistenței la coroziune atmosferică se asigură și un aspect plăcut.

Magnetita este un mineral din grupa oxizilor de fier cu proprietăți feromagnetice, fiind oxidul de fier cel mai rezistent față de acizi și baze, cristalizează în sistemul cubic, cu formula chimică Fe3O4. (figura 2.90). Ionul de fier din mineral poate fi fier bivalent sau trivalent, de aceea magnetita este prezentată ca oxid de fier(II,III); duritatea mineralului pe scara lui Mohs este 5,5 - 6,5, culoarea neagră, urma neagră cu un luciu mat, metalic.

Figura 2.90. Magnetita (mineral)

Brunarea se executa într-o soluție alcalină pe bază de hidroxid de sodiu care mai conține și azotat, azotit si clorură de sodiu. Parametrii tehnologici se determina în funcție de calitatea oțelului tratat (%C) și de grosimea stratului de oxid dorită. De regulă, se lucrează la temperaturi cuprinse intre130...150 °C, duratele de menținere variind între 20…120 min., după care se lasă 15...20 sec deasupra băii pentru scurgerea soluției. Pentru un asemenea regim termic nu sunt de semnalat transformări structurale și deci nici modificări de proprietăți, fapt care permite ca brunarea să se aplice cu rezultate bune și la OSC-uri ( la acestea se aplică în mod normal reveniri joase).

Pentru îndepărtarea urmelor de soluție alcalină se face spălarea în două etape, întâi în apă rece curgătoare apoi în apă caldă la 70 °C circa 0,5 ..1 min. Următoarea operație este cea de pasivizare, care se realizează într-o soluție de săpun –pastă (10 ± 2 %) , având temperatura de 60...70 °C, în care se mențin 3...5 min. După pasivizare se aplică „uleierea” , care asigură formarea unui film de ulei aderent la stratul brunat, în acest fel asigurându-se suprafețelor brunate un luciu plăcut.

Feroxarea se aplică în aceleași scopuri ca și brunarea, însă se realizează într-o atmosferă de abur supraîncălzit la temperatura de 550…600 °C. Se supun feroxării, îndeosebi produse din oțel

aflate în stare finită. Piesele care urmează să fie supuse feroxării se supun acelorași operații pregătitoare ca și pentru brunare, după care se introduc într-o retortă în care sunt apoi închise etanș și încălzite timp de 20...30 min la temperaturi 350...370°C, temperaturi la care se admite aburul în incinta de lucru. După o menținere de circa 30 min. se continuă încălzirea la temperatura de regim unde are loc o menținere de 30 ...60 min când se produce oxidarea suprafeței, conform reacției: 3Fe  4H 2O  Fe3O4  H 2 .

Figura 2.91. Ciclograma tratamentului de feroxare

Ridicarea temperaturii la valori mai mari nu se acceptă deoarece, poate duce la apariția oxidului Fe2O3 mai puțin rezistent la coroziune si mai fragil, și chiar la diminuarea durității piesei supuse feroxării. Răcirea șarjei se face lent pana la 350 °C în prezenta aburului, cu sau fără menținerea la această temperatură, după care se oprește admisia aburului. Când piesele feroxate au ajuns în jur de 100 °C sunt imersate într-o baie de ulei pentru uleiere iar apoi șterse cu rumeguș. In figura 2.91., este prezentată ciclograma tratamentului de feroxare. În figura 2.92. este prezentat desenul de ansamblu al unei instalații de feroxare.

Figura 2.91. Desenul de ansamblu al unei instalații de feroxare

În figura 2.92. sunt prezentate (3D) principalele părți componente ale instalației de feroxare.

Tablou de comandă

Generator de abur

Traductor de presiune

Fig. 2.92. a) Tabloul de comandă și generatorul de abur (vedere laterală și din față)

Fig. 2.92. b) Condensatorul, 3D + secțiune

Serpentină admisie abur Termocupla

Cuva de feroxare (cu capac)

Manta metalică

Zidărie cuptor

Rezistență electrică

Fig. 2.92. c) Cuptorul electric (cu și fără cuva de feroxare)

Manta metalică capac Zidărie capac Ventilator Motor ventilator

Fig. 2.92., d) Capac

Fig 2.92., (a,b,c și d) Principalele părți componente ale instalației de feroxare.

Obs: Elementele componente ale instalației de feroxare sunt prezentate în figura 2.92., la scări diferite, neexistând o anume corelație între dimensiunea acestora. Corelația dimensională între elementele componente ale instalației de feroxare se poate vedea in desenul de ansamblu (figura 2.91)

CURS 9 MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE În cursul 8 au fost prezentate acoperirile cu straturi de conversie, cu accent pe fosfatarea, cromatarea, sulfurarea și oxidarea (eloxatea, brunarea si feroxarea). Imagini din procesele de tratament precum si exemple(imagini) cu componente de mobilier sau elemente de design au fost expuse pentru fosfatare, cromatare aluminiu, cromatare zinc și eloxare colorată. S-au putut vizualiza detaliile macroscopice (culoarea, natura suprafetei, etc). În figurile următoare (2.93 și 2.94) se pot vizualiza anumite detalii macroscopice (culoare, natura suprafetei – lucioasa sau mata – etc) pentru componente de mobilier sau elemente de design, decorative, tratate superficial (protejate superficial) prin eloxare, brunare sau feroxare.

Figura 2.93. Exemple eloxare (anodizarea aluminiului)

Figura 2.94. Exemple brunare – feroxare. Suprafetele protejate prin brunare – feroxare sunt doar cele colorate brun-cenusiu. (In imaginea cu scara, brunat este doar suportul metalic pe care sunt fixate treptele din lemn; In imaginile cu suruburi – piulițe, brunate sunt doar cele închise la culoare, etc)

Acoperiri (depuneri) cu(de) straturi metalice Acoperirile metalice, după destinația (scopul ) lor pot fi : - acoperiri decorative (aspect lucios sau mat și colorație specială); - acoperiri de protecție anticorosivă; - acoperiri speciale (straturi cu anumite caracteristici fizico-chimice și mecanice: susceptibilitate magnetică, conductivitate termică și electrică, refractaritate, sudabilitate, rezistență la uzare, la fricțiune).

Metodele de depunere a straturilor metalice pe suprafețe metalice sunt: 2.5.2. Depuneri electrolitice și chimice Depunerile electrolitice se realizează prin electroliza soluțiilor apoase de săruri simple sau complexe,care conțin ionul metalului ce urmează a fi depus. Piesa de acoperit constituie catodul, iar anodul sursei de curent continuu poate fi un metal inatacabil – inert (la electroliza cu anod insolubil) sau metalul de acoperire care se dizolvă în soluție sub formă de ioni (la electroliza cu anod solubil), se deplasează și se descarcă (se depun) la catod, formând stratul metalic protector (figura 2.95. procesul de electroliză). Electrolitul (baia de electroliză) conține un compus al metalului, care se depune în concentrație bine determinată, substanțe tampon, pentru menținerea constantă a acidității (pH-ului ) soluției, substanțe anorganice, pentru mărirea conductivității electrice, precum și adaosuri speciale, pentru a îmbunătăți porozitatea, aderența, luciul, sau structura stratului protector.

Calitatea acoperirii depinde de finisarea suprafeței și de parametrii de lucru: compoziția electrolitului, densitatea de curent, temperatura băii, agitarea soluției etc.

Figura 2.95. Procesul de electroliză În continuare este prezentată pe scurt, o selecție cu principalele procedee de depunere electrolitică și chimică.

2.5.2.1. Alitarea (aluminarea) Alitarea (denumire ca depunere galvanică) poate fi numită și aluminarea, la fel ca: zincarea, stanarea, cromarea, nichelarea etc. Aluminizarea fiind difuzia aluminiului ). Aluminiul are un caracter pronunțat electronegativ și o mare capacitate de reacție. Băile de galvanizare ( neapoase

) sunt pe bază de clorură, bromură și hidrură de aluminiu în solvenți organici, cele mai simple fiind cele pe bază de bromură de aluminiu în benzen, toluen, xilen etc. Aceste băi se utilizează pentru acoperirea cu o peliculă (oglinda ) de aluminiu a suprafeței interioare a farurilor, a unor corpuri de iluminat (pentru reflexie) sau a unor elemente de încălzire.

2.5.2.2. Cadmierea Cadmierea electrochimică se efectuează atât din electroliții de tip sulfat, sulfamat, fluoroborat și cianurici. Pentru a se evita pasivizarea anozilor, densitatea anodică de curent trebuie să fie egala, sau mai mică decât cea catodică. Straturile acoperitoare de Cd au rezistență bună la coroziune în atmosferă umedă (industrială), în climat marin, în prezența dioxidului de carbon, a hidrogenului sulfurat și a gazelor de ardere; sunt mai puțin rezistente în contact cu apa distilată, hidroxizi, amoniac, clor, acizi organici și minerali. Anozii utilizați sunt din cadmiu 99,9%. În funcție de mediul de pasivare, straturile de cadmiu se vor colora în galben, albăstrui sau verde oliv. Alte avantaje ale straturilor de cadmiu sunt: rezistența electrică de contact scăzută, ductiltate superioară, calități de semiungere, ușurința la lipire etc. Aplicații industriale: piese și contacte electrice, piese solicitate mecanic: arcuri, șaibe Grower, corpuri de bujii. Cadmiul este toxic și nu se folosește în industria alimentară.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cadmiului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31] 2.5.2.3. Cositorirea Cositorirea (stanarea) electrochimică se realizează din electroliții acizi cu săruri solubile de 2+ Sn (săruri stanoase), sau electroliți alcalini în care staniul se află sub formă de Sn4+ , folosindu-se anozi solubili de staniu pur. Pentru a împiedica oxidarea Sn2+ la Sn4+, la electroliții de tip sulfat se adaugă acid crezol - sulfonic, iar pentru realizarea unor depuneri netede, în electroliții acizi sulfat și fluoroborat se adaugă  - naftol și gelatina. Aderența depunerilor de staniu din băi acide este inferioară depunerilor din băi alcaline. Electrolitul sulfat are putere de pătrundere scăzută, straturile de staniu sunt macrocristaline, în timp ce electrolitul fluoroborat are o putere de pătrundere mai mare, depunerile de staniu având o structură microcristalină și un aspect alb lucios. Staniul se depune pe piese din cupru și din aliajele sale, precum și pe piese din oțel care, în prealabil, au fost cuprate sau alamite, pentru mărirea aderenței.

Acoperirile de staniu au o bună rezistență la coroziune în atmosferă, la acțiunea produselor alimentare ce conțin apă (Sn nu este toxic, fiind folosit pentru acoperirea tablelor din care se confecționează recipienți pentru păstrarea unor produse alimentare), în apă de mare, în amoniac, acizi organici diluați, combustibili lichizi. Ele sunt puternic atacate de acizi minerali și de hidroxizi (baze tari). Aplicații industriale: în industria constructoare de mobilier, electronică și electrotehnică, pentru protecția unor suprafețe împotriva tratamentelor termochimice.

Figura 2.96. Exemple Cositorirea (stanarea) - Baie pentru stanare, componente stanate

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a staniului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31] 2.5.2.4. Cromarea Cromul se depune electrochimic (catodic ) din soluții ale combinațiilor cromului hexavalent, prin electroliza, cu anozi insolubili executați din aliaje: plumb - stibiu, plumb – staniu, sau otel plumbuit electrolitic (pentru cromarea dură).

Pentru a obține o distribuție uniforma a stratului depus, distanța optimă anod - catod este de 100-150 mm. Înainte de pornirea procesului electrochimic de cromare, anozii se tratează sub curent în baia de cromare, în vederea formării pe suprafața lor a unei pelicule negre de dioxid de plumb, care protejează anodul de atacul chimic al electrolitului, favorizând oxidarea Cr3+ și Cr6+, și are o bună conductivitate electrică. Straturile de crom depuse pe oțel, fontă , nichel, cupru, zinc, aluminiu și aliajele lor, în grosimi de ordinul micrometrilor (cromarea decorativă ) până la un milimetru ( cromarea dură) , se caracterizează prin rezistența mare la coroziune, coeficient mic de frecare, duritate și respectiv rezistență mare la uzare și printr-un aspect decorativ. Cromul decorativ se depune pe suprafețe, în prealabil cuprate și nichelate, iar cel dur direct pe oțel.

Aplicații in industria constructoare de mobilier: obiecte sanitare (baterii, suporturi de prosoape, etc), componente „picioare, rame” scaune, mese, obiecte de decor, etc. (figura 2.98,

2.99).

Figura 2.97. Băi de cromare

Figura 2.98. Obiecte sanitare cromate

Figura 2.99. „Picioare” scaune, mese, cromate.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cromului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31] 2.5.2.5. Nichelarea Acoperirile de nichel au o largă utilizare datorită aspectului lor decorativ și rezistenței la coroziune atmosferică și la acțiunea alcaliilor, a soluțiilor de săruri, a acizilor organici slabi.

Ele sunt puternic atacate de acizii: clorhidric, sulfuric, azotic, de clor și de compușii sulfului.

Nichelul are culoarea alb - gălbui. Nichelarea electrochimică se efectuează în electroliți sulfat,

sulfat - clorură, fluoro - borat, sulfamat, folosind anozi solubili de nichel laminat sau turnat (99,5%) , pentru nichelarea mată și anozi de nichel electrolitic (99,9%), pentru nichelarea lucioasă. Pentru a evita pasivarea anodului, în electroliți se introduc diverse substanțe active. Straturile de Ni se depun pe oțel și fontă, după ce în prealabil ele au fost cuprate sau alamite, pe aluminiu zincat și cuprat, sau pe aluminiu zincat și alamit, pe cupru, zinc si alamă.

Nichelarea aluminiului și aliajelor sale are o mare importanță în industria constructoare de mobilier (figura 2.30), deoarece aluminiul este mai puțin rezistent la acțiunea agenților chimici și la frecare. Depunerea de straturi înaintea nichelării are rolul de a mări aderența stratului de nichel la substrat. Stratul de Ni are duritate de 550 HV și este magnetic.

Aplicații industriale: în industria constructoare de mobilier. în industria autovehiculelor, a bunurilor de larg consum, în industria alimentară, galvanoplastie, și ca strat intermediar pentru cromare.

Figura 2.30. Scaune (fotolii) din aluminiu nichelat Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a nichelului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

2.5.2.6. Zincarea Zincarea electrochimică se realizează din electroliți acizi și alcalini cu cianuri. Procesul (electroliza) se desfășoară cu anozi solubili de zinc metalic 99,9% , pentru zincarea lucioasă și cu puritate 99,8% pentru zincarea mată.

Electroliții cu cianuri asigură o microstructură cristalină fina a depunerii și o grosime uniformă a stratului, deoarece au o putere de pătrundere foarte bună. Aceștia fiind toxici pot fi înlocuiți cu electroliți pe bază de zincat, care au o putere de pătrundere apropiată. Tipul de electrolit se alege în funcție de complexitatea piesei de protejat și de aderența impusă stratului depus, care este pur și simplu mecanică. Acoperirile de zinc au un aspect alb - albăstrui. Zincul are un pronunțat caracter electronegativ, este maleabil și ductil între 100-200°C, dar casant sub 100°C. Aplicații industriale: protecție anticorozivă a pieselor din oțel, sau fontă ( tuburi, table, sârme, cuie etc.); depunerile de Zn nu se utilizează în industria alimentară ( Zn toxic).

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a zincului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

Figura 2.31. Zincare (echipament laborator); Șuruburi zincate (cele deschise la culoare) 2.5.2.7. Cuprarea Depunerea electrochimică a cuprului se realizează din electroliți acizi cu sulfați și fosfați și electroliți bazici, cianurici, la care se adaugă unele substanțe pentru îmbunătățirea calității stratului depus și mărirea randamentului de curent. Anozii sunt din cupru solubil aliat cu 0,02-0,05% P , pentru cuprarea lucioasă, iar pentru cuprarea mată anozii sunt din cupru laminat, sau cupru electrolitic ( 99,9%). Pentru cuprarea mată, electroliții cianurici au pH =12,3-13, iar cel pirofosforic pH=8,5.

Stratul de Cu este bun conducător termic și electric, are coeficient redus de frecare.

Straturile de cupru (straturi catodice) depuse pe oțeluri și fonte nu constituie o protecție anticorosivă, deoarece potențialul normal standard al cuprului în soluții apoase este mai pozitiv și mai mare decât cel al fierului cu 0,77V, fapt ce duce la formarea de pile locale de coroziune electrochimică a substratului (piesei). Stratul de Cu nu poate fi folosi nici cu scop decorativ, deoarece se acoperă cu carbonați, sau cloruri sub acțiunea CO2.

Aplicații în industria constructoare de mobilier: ca strat intermediar la cositorire, cromare, nichelare, în galvanoplastie, ca protecție împotriva unor tratamente termochimice etc.

Pentru mai multe detalii (condiții de depunere electrochimică a cuprului, tipul depunerii, tipul electrolitului, compoziția electrolitului, concentrația, depunerea de curent, temperatura) se poate accesa referința [31]

Figura 2.32. Cuprare, ca strat intermediar pentru nichelare si cromare

Figura 2.33. Cuprare decorativă (mai rar întâlnită)

2.5.3. Acoperirea (depunerea) prin imersare în baie de metal topit: este metoda cea mai economica pentru obtinerea unei depuneri relativ groase. Obiectul de acoperit, dupa o pregatire preliminara (sablare, decapare, degresare) se imerseaza intr-o baie cu metal topit si dupa scurt timp se scoate si se raceste in aer.

2.5.4. Metalizarea (depunerea) prin pulverizare termică: se realizeaza prin pulverizarea metalului protector, sub forma de particule fine, pe suprafata fierbinte a obiectului cu ajutorul aerului comprimat. Metalul pulverizat este retinut mecanic pe suprafata piesei sub forma unor depuneri aderente, grosiere si lipsita de pori. Inainte de acoperire, piesele se degreseaza si se sableaza pentru a retine particulele fine de metal. Metoda are avantajul ca se poate aplica si pe teren.

Pentru mai multe detalii (pregătirea suprafeței piesei, tehnologia metalizării prin pulverizare, depunerea prin pulverizare cu flacără, depunerea prin pulverizare cu arc electric, depunerea prin pulverizare cu jet de plasma, depunerea prin pulverizare cu jet supersonic de gaze, depunerea prin pulverizare cu pistol de detonatie) se poate accesa referința [31]

2.5.5. Depunerea prin placare: se realizeaza prin aplicarea de foi de metal rezistent la coroziune pe suprafata ce trebuie protejata, aderenta dintre cele doua metale se asigura prin presare, laminare sau sudare. Inainte de placare, suprafetele de contact trebuie degresate si decapate. Sub influenta presiunii si temperaturii, aderarea celor doua suprafete este ridicata datorita difuziei celor doua metale. Uneori placarea se face pe ambele parti ale obiectului (placare tip sandwich). Placarea este unul dintre cele mai eficace procedee de protectie, deoarece stratul metalic este neporos si asigura o buna rezistenta mecanica si la coroziune. Ansamblul placat poate fi prelucrat ulterior.

Obs. Prin placare dar si prin procedee galvanice sau de altă natură se pot realiza acoperiri cu metale pretioase (Au, Ag, Pt, Pd, Ru, Ir, Os). În figura 2.34. se prezintă o instalație pentru acoperire (depunere electrolitichimică) cu Au , Ag. In orele de curs se va vizualiza un filmuleț, o depunere, cu Au, folosind instalația de mai jos.

Instalație acoperire Au, Ag

Figura 2.34. Instalație acoperire Au, Ag; Obiect sanitar aurit.

Figura 2.35. Acoperire Ag, Au – Ag. 2.5.6. Tehnologii avansate pentru obținerea straturilor subțiri Prin straturi subțiri se înțeleg straturile realizate prin condensarea materialului de depunere adus la suprafața materialului suport (de orice natură) sub formă de particule atomice sau moleculare. Astfel, materialul de acoperire (depunere) a suprafețelor cu straturi subțiri se rețin următoarele;  Procedeul CVD ( Chemical Vapour Deposition = depunere prin reacții chimice din

vapori), la temperaturi înalte și moderate sau asistat de plasmă;  Procedeul PVD (Physical Vapour Deposition = depunere prin procese fizice din vapori), prin pulverizare in vid, pulverizare catodică sau implantare ionică.

Pentru mai multe detalii cu privire la procedeele CVD și PVD se poate accesa referința [31] 2.5.7. Acoperirea cu straturi de natură organică, cum sunt lacurile, emailurile, vopselele (vopsire) Detalii privind principalele tipuri de vopsele folosite în industria constructoare de mobilier (Vopselele alchidice, vopselele clorcauciuc ,vopselele vinilice, vopselele acrilice, vopselele siliconice, vopsele pe baza bitum si gudron, vopsele epoxidice, vopselele poliuretanice, vopselele pe baza de apa, etc) sunt prezentate în [32], [33], [34] Principalele tehnologii de vopsire (vopsirea prin pulverizare, vopsirea electrostatică, avantajele vopsirii cu pulberi, principiul vopsirii in câmp electrostatic etc), sunt prezentate in [36], [37].

Figura 2.36. Vopsire cu vopsea pulbere în câmp electrostatic

[ 30 ] http://www.zincaj.ro/zincare-metode.html [ 31 ] Livius Udrescu, Tratamente de suprafață și acoperiri, Editura Politehnica Timișoara, 2000, ISBN 973 – 9398 – 74 - 0 [ 32 ] http://pdc.medeeaweb.com/index.php?pag=cms&id=144&p=type-of-paints-and-coatings.html [ 33 ] http://www.casamea.ro/casa/constructii/materiale/tipuri-de-vopsele-572 [34]http://www.timisconstruct.ro/articole-si-noutati/articole-de-specialitate/tipuri-diferite-devopsele.html [35] http://www.lackro.ro/ [36] http://www.cees-tech.ro/servicii?gclid=CKCHuej_6KwCFcuHDgodAAsNJQ [37] http://www.briofresh.ro/despre-vopsirea-electrostatica.php OBS. Anumite aliaje metalice (de ex oțelurile inoxidabile) nu reclamă acoperiri decât în cazuri speciale. (protecția lor este asigurată prin aliere). Prețul acestor aliaje este destul de ridicat.

CURS 10 3. MOBILIER DIN MASE PLASTICE - TEHNOLOGIE Materialele plastice, utilizate la început timid în producția de mobilier, au în momentul de față o mare căutare.

3.1. Istoric Masele plastice sunt produse sintetice de natură organică, anorganică sau mixtă, care se pot prelucra ușor în diferite forme, la cald sau la rece, cu sau fără presiune. Primele materiale plastice au fost produse din transformarea materialelor naturale. În anul 1859 au apărut fibrele vulcanizate, în 1869 a apărut celuloidul și în 1897 galitul. Primul material sintetic apărut (1908) a fost rășina fenolformaldehidică numită bachelita.

Figura 3.1 Charles EAMES – „Scaun”, 1948, Începând din anul 1950 s-a acordat o atenţie cochilie din poliester mulat cu fibre de sticlă, suport crescândă fabricării şi utilizării materialelor oţel şi lemn macromoleculare polimerice. Calităţile acestora le fac de neînlocuit atât în viaţa cotidiană a oamenilor cât şi în anumite domenii ale tehnologiei de vârf ale tehnicii actuale. Principalul avantaj al plasticelor este valoarea cea mai ridicată a raportului dintre rezistenţa mecanică şi densitatea acestora. În plus, dacă se recurge la ramforsarea maselor plastice cu materiale ce au o rezistenţă mecanică ridicată, obținând compozitele, se poate îmbunătăţi considerabil acest raport. Aceste aspecte explică ritmul ridicat de creştere a producţiei mondiale de materiale plastice Avantajele utilizării materialelor plastice în Figura 3.2 Eero SAARINEEN – „Tulip”, 1956, producția de mobilier au fost și vor mai fi valorificate suport de aluminiu acoperit cu plastic, cochilie de designeri. În imaginile următoare sunt prezentate din fibră de sticlă creații din ultima jumătate de secol XX, realizate din OBS! Aceste modele de scaune au fost utilizate în serialul original “Star trek” (1966–69). mase plastice: Figura 3.1 Charles EAMES – „Scaun”, 1948, cochilie din poliester mulat cu fibre de sticlă, suport oţel şi lemn; Figura 3.2 Eero SAARINEEN – „Tulip”, 1956, suport de aluminiu acoperit cu plastic, cochilie din fibră de sticlă; Figura 3.3 Verner PANTON – „Panton”, 1960, primul scaun mulat prin injecţie din poliuretan într-un bloc; Figura 3.3 Verner PANTON Figura 3.4 Peter – „Panton”, 1960, primul Figura 3.4 Peter GHYCZY – scaun mulat prin injecţie din GHYCZY – „Garden egg”, „Garden egg”, 1968, cochilie din poliuretan cu poliuretan într-un bloc 1968, cochilie din poliuretan cu fibre de sticlă. fibre de sticlă.

3.2 Considerații generale privind masele plastice. Felul si proprietățile lor.

Materialul plastic este, de fapt, un amestec de doi sau mai mulți polimeri legaţi prin intermediul unor aditivi, care le conferă anumite proprietăţi specifice. Un polimer este un compus obţinut printr-o înlănţuire a unui număr mare de molecule simple numite „‟monomeri‟‟. Reacţia chimică prin care are loc această înlănţuire se numeşte reacţie de polimerizare. În funcţie de modul de legare a monomerilor deosebim polimeri liniari, caracterizaţi prin existenţa macromoleculelor riguros liniare şi Figura 3.5. Polimeri liniari / ramificaţi polimeri ramificați (tridimensionali, reticulaţi), la care legăturile sunt multiple, realizându-se o reţea distribuită în spaţiu, constituind practic o moleculă gigant. În figura 3.5 sunt reprezentate cele două tipuri de polimeri.

Există o diferenţă importantă între polimerii liniari şi cei tridimensionali, astfel un polimer liniar poate fi topit sau dizolvat într-un solvent, pe când un polimer cu structură tridimensională, nu este nici solubil, nici fuzibil , ceea ce împiedică reciclarea acestuia.

Din punct de vedere structural un polimer poate fi considerat amorf sau poate fi considerat cristalin. Starea de agregare a polimerilor amorfi poate fi: lichidă; vâscoelastică (cauciucată); vitroasă (sticlă organică).

Existenţa uneia dintre stările de mai sus este favorizată de temperatura considerată. Polimerii nu sunt decât în foarte rare cazuri 100% cristalini, practic este vorba de un amestec de fază amorfă, şi fază cristalină, capacitatea lor de a cristaliza fiind apreciată prin gradul de cristalinitate. Astfel, putem considera polimerul cristalin drept semicristalin, structura acestuia fiind asemănătoare cu cea a unui material compozit , Figura 3.6. Polimer matricea –reprezentată de materialul amorf, iar elementele de ranforsare semicristalin cristalele cufundate în acesta. În figura 3.6 este prezentată schematic structura unui polimer semicristalin.

Din punct de vedere tehnologic cunoaşterea structurii unui polimer este deosebit de importantă. Liniaritatea sau neliniaritatea unui polimer este, de asemenea, un aspect de care trebuie să se ţină seama în alegerea tehnologiilor de punere în operă a plasticelor.

Funcție de comportarea termomecanică, masele plastice se împart în două categorii: - mase plastice termoplaste; - mase plastice termorigide (termoreactive sau reactoplaste).

Prin încălzire, polimerii termoplastici se înmoaie, putând lua forma dorită prin turnare sau presare. La răcire ei își Figura 3.7. polistiren mențin forma, fără a-și pierde proprietatea inițială de a se dizolva în dizolvanți și de a se înmuia sub acțiunea căldurii.

Din categoria termoplastelor amintesc: etc.

polistiren de uz general PS (figura 3.7) - Amorf; polistiren de rezistenţă la şoc HIPS - Amorf; copolimer acrinolitil-butadien-stirenic ABS - Amorf; polietilenă de joasă densitate LDPE - Semicristalin; polietilenă de înaltă densitate HDPE - Semicristalin; polipropilenă şi poliamidă PP (figura 3.8) si PA; polimetacrilat de metil PMMA - Amorf; policlorură de vinil PVC şi policarbonati PC - Amorf,

Compușii macromoleculari termoreactivi, obținuți prin sinteza normală, sunt solubili și fuzibili.

Figura 3.8. Polipropilenă Carbon – albastru; Hidrogen - gri

În prezența unor adaosuri (uneori fără adaos), prin încălzire, ei devin reactivi, și în urma unor reacții capătă structură tridimensională transformându-se în produse termorigide, insolubile și infuzibile.

Dintre termoreactive fac parte: - rășini de diferite tipuri (poliesterice, apoxidice, fenol-formaldehidice, etc.); - prafuri de presare ureo-formaldehidice, melamino-formaldehidice (aminoplaste, etc.).

3.3. Avantajele/dezavantajele componentelor de mobilier realizate din mase plastice Avantaje: În cele mai multe cazuri nu necesită prelucrări ulterioare și pot avea o formă suficient de complicată.  Permit executarea de găuri și adâncituri în orice secțiune, precum și presarea de filete.  Pot fi metalizate (numai ABS-ul natur), metalizarea fiind o acoperire galvanică și poate fi efectuată în diferite variante de culori, în variantă mată sau lucioasă.  Aspectul piesei este plăcut, designerul reușind să-și impună cu ușurință punctul de vedere, întrucât se poate realiza orice cerință estetică: joc de umbră și lumină prin alternări de suprafețe mate și suprafețe lucioase, suprafețe în relief sau în adâncime, suprafețe striate sau cu rizuri, etc.  Piesele rezultate se pot obține într-o mare varietate de culori, ce pot fi: obișnuite și metalizate. Aceste culori fie că se realizează conform mostrarului de culori transmis de către fabricantul de masă plastică, fie că este creat un mostrar nou de către designer împreună cu tehnologul de masă plastică.  Piesele din mase plastice se pot vopsi (de regulă se preferă ca vopsirea să aibă loc în aceeași culoare ca masa plastică, astfel încât, dacă piesa este zgâriată, sau prin frecare se îndepărtează stratul de vopsea, să nu fie vizibil acest defect de discontinuitate a stratului de vopsea).  Se pot efectua injecții de două sau trei mase plastice de diferite culori, în vederea obținerii de diverse efecte estetice sau având ca scop obținerea de piese cu rezistență la uzură mai mare (vezi cazul tastaturii de calculator), sau cu alte scopuri.  Un mare avantaj al maselor plastice constă în faptul că acestea pot fi înfoliate. Această operație constă în acoperirea la cald, prin presare, a suprafețelor în relief (în jurul acestor suprafețe nu trebuie să existe alte porțiuni de suprafețe care să fie la aceeași cotă sau la o cotă peste nivelul celei ce urmează a fi înfoliate, deoarece fie se obține înfolierea unor zone ce nu au fost indicate de către designer, fie se deformează zonele ce depășesc cota respectivă, fie înfolierea nu va fi de calitate). Aceste folii pot fi mate sau lucioase, pot fi albe, negre, imitație furnir, argintii, aurii, sau în diferite alte culori.  Inscripționarea pieselor din mase plastice se poate efectua fie direct din sculă, fie aplicânduse ornamente din metal (aluminiu, oțel laminat, etc.),sau din masă plastică. Inscripționarea din sculă se realizează prin efecte speciale (joc de umbră și lumină care se realizează prin porțiuni alternante de suprafețe mate și lucioase, sau prin alternări de suprafețe striate cu porțiuni mate, sau cașerate, etc.). Un alt procedeu de inscripționare este cel rezultat din sculă (deci direct din injecție), aceasta nemaifiind la același nivel, ci în relief sau în adâncime. Inscripționarea este rodul activității creatoare a designerului, el fiind cel care va hotărî caracterul, modul de inscripționare sau dacă aceasta urmează a fi înnobilată prin înfoliere sau nu.  Un alt procedeu de inscripționare a maselor plastice este acela prin serigrafie, după desenul ciocan executat de către designer, cu ajutorul sitelor serigrafice și în varianta de culori serigrafice indicată de designer.  Se pot utiliza în situații în care se dorește reducerea frecării, ele comportându-se bine chiar și în absența lubrifiantului. Astfel, există situații în care se execută piese ce urmează a efectua mișcări de rotație sau de translație ( roți dințate, lagăre, etc.), fie ca elemente cinematice de interior, fie ca elemente de antrenare, de comandă (manete, butoane, volane, pedale). 

Acolo unde, din motive de rezistență sau în vederea realizării unor contacte electrice se impune utilizarea de piese metalice, se pot executa piese mixte, prin injecție de masă plastică pe reperul din metal.



Dezavantaje:    

Variație a rezistenței mecanice în raport cu temperatura; Inflamabilitate variabilă; Îmbătrânirea (modificarea nefavorabilă a proprietăților fizico-mecanice, chimice și de aspect); În urma procesului de injecție pot apărea o serie de defecte care se datorează fie unor greșeli de proiectare, fie nerespectării parametrilor regimului de injecție (presiune, temperatură).

Aceste defecte pot fi: supturi, retasuri, flori de gheață, injecții incomplete, deformări, etc.

3.4. Procedee de prelucrare a maselor plastice.

Funcție de comportarea lor la temperatură, exista mai multe posibilități de prelucrare a polimerilor, atât a celor termoplastici, cât și a celor termoreactivi. Principalele metode de prelucrare sunt: turnarea, presarea, ambutisarea, laminarea (calandarea), extrudarea, ștanțarea, înspumarea, injectarea, formarea pneumatică, formarea la rece, modelarea, peliculizarea, etc. Frecvența folosirii principalelor procedee de prelucrare este prezenta in tabelul 3.1.

Dintre procedeele de prelucrare amintite, cel mai frecvent utilizate pentru realizarea de componente ale mobilierului sau elemente de decor sunt: Formarea prin injecție; Formarea prin extrudare/injecție – suflare; Formarea prin rotație, Extrudarea, Formarea pneumatică prin vacuum, vacuum cu presiune de aer, Laminarea, Înspumarea și Ștanțarea. În continuare se prezintă câteva particularități ale acestor procedee.

Tabelul 3.1 Principalele procedee de prelucrare a maselor plastice Starea de Forma de Procedeu de Polimeri Polimeri agregare prezentare prelucrare termoplastici termorigizi la prelucrare Aschiere Curent Curent Solid-elastică Stantare Modelare Semifabricate Elasto - plastică Formare Rar pneumatica

Vasco-plastică sau solidă

Masa

Ambutisare Presare

Curent

Curent

Injecție Extrudare Turnare

Curent Curent Relativ rar

Rar Rar -

3.4.1. Formarea prin injectie a maselor plastice 3.4.1.1.

Noțiuni generale privind procesul de injectie

Acest procedeu de prelucrare se aplică în general termoplastelor și într-o măsură mai redusă termoreactivelor. Se pot obține piese de o forma complicată, cu greutate până la 20 kg. Productivitatea mașinilor de injecție este foarte mare. La piesele cele mai grele ciclul unei injecții fiind de 1-2 minute.

Funcție de construcția sculei de injectat, se pot obține mai multe piese la o singură injecție (1-60 buc.).

Procesul de injecție se caracterizează prin: durata redusă o ciclului de fabricație a produselor; automatizarea completă a procesului tehnologic; regim de fabricație sever.

Formarea prin injecție comportă mai multe faze: - F1: plastifierea materialului prin căldura; - F2: introducerea materialului în sculă sub acțiunea răcirii (la termoplaste), sau a încălzirii (la termorigide).

Pentru ca procesul de fabricație să decurgă în condiții optime, sculele de injectat sunt termostatate.

La injectarea termoplastelor, termostatarea se face cu ajutorul unui lichid (apă sau ulei) la temperatura de lucru a sculei și care circulă în interiorul acesteia. În cazul sculelor de injectat materiale termoreactive, termostatarea se face prin încalzirea sculelor cu ajutorul unor rezistente electrice.

Matrițele de injecție sunt montate pe mașini speciale care prepară materialul plastic, realizează injectarea acestuia și în final deschiderea sculei și extragerea piesei injectate. Întregul proces se desfășoară în ciclu automat. În figura 3.9 sunt prezentate: o schema a unei mașini de formare prin injecție, imagini reale cu doua astfel de mașini și subansamble ale unor matrițe de injecție.

Granule plastic

Pâlnie Corp de încălzire Cavitate matriță Matrita (formă)

Șurub

Buncăr

Duză

Subansamblu mobil

Figura 3.9.

Masini de formare prin injecție + subansamble matrițe înjecție

Materialul plastic sub formă de granule sau pulbere, depozitat în buncărul mașinii, este încălzit de către agregatul de injectare până la fluidizarea sa și apoi injectat în interiorul matriței, unde, prin intermediul unor canale de alimentare, este condus în locașurile de formare. La intrarea în fiecare locaș, canalul se îngustează formând un prag.

Sub acțiunea presiunii de injecție, masa plastică ia forma cavității matriței și apoi, datorită încălzirii (la termoreactive) sau răcirii (la termoplaste), ea se întărește. Întărirea are loc în zonele de secțiune minimă, respectiv la praguri, astfel în momentul în care presiunea ulterioara (presiunea care se exercita asupra sculei după întreruperea injectării) încetează să acționeze, materialul care nu s-a solidificat

complet, și care se găsește sub presiune, este împiedicat să iasă afară din cuiburi, prin canalele de alimentare.

3.4.1.2.

Procedee de injectare

Există mai multe variante prin care se poate realiza injectarea termoplastelor. Dintre acestea principalele procedee sunt prezentate în continuare: a)

Injectarea directă

Acest procedeu se foloseşte la realizarea pieselor de dimensiuni mari , cu pereţi groşi şi pentru materialele care au vâscozităţi ridicate la injectare . Schematic, procedeul este prezentat în figura 3.10.

Figura 3.10. Procedeul de injectare directă

Se observă, că plasticul pătrunde într-un canal conic , cu baza conului lipită de suprafaţa de injectare. La evacuare, culeea va rămâne ataşată de piesă , îndepărtarea ei realizându-se prin frezare.

Dezavantajul procedeului constă în aspectul inestetic al urmei rezultate prin frezare , existenţa tensiunilor interne în acel loc şi creşterea timpilor auxiliari de fabricaţie. Avantajele ar fi, în primul rând, simplitatea constructivă a reţelei de injectare şi faptul că se permite injectarea termoplastelor cu vâscozitate mai ridicată.

b)

Injectarea punctiformă

Prin acest procedeu se elimină dezavantajele de la injectarea directă, şi anume se evită operaţia de frezare ulterioară şi, în acelaşi timp, urma lăsată pe suprafaţa piesei este minimă, fiind punctiformă. Dimensiunile reduse ale punctului sigilare permit ruperea canalului injectare la desprinderea piesei. În cazul injectării punctiforme directe apare necesitatea practicării unor canale de alimentare cu ştrangulare, ceea ce implică realizarea de matriţe cu desprinderea în trepte. Acest inconvenient este înlăturat prin folosirea procedeului de injectare cu anticameră fixă sau mobilă (figura 3.11).

c)

Figura 3.11. Injectare punctiformă cu anticamera fixă

Injectarea tip umbrelă

In figura 3.12. este prezentat schematic acest procedeu. Se poate observa culeea în formă de pâlnie sau în formă de disc, configuraţii utilizate pentru obţinerea pieselor tubulare, oferind avantajul parcurgerii uniforme a unui volum minim la umplerea cuibului.

Figura 3.12. Injectare tip umbrelă

d)

Injectare inelară

Este un alt procedeu prin care se poate realiza injectarea pieselor tubulare. După cum se observă în figura 3.13. de la un canal central materialul ajunge la un canal inelar şi apoi, printr-un disc inelar pătrunde uniform pe circumferinţa cilindrului.

Figura 3.13. Injectarea inelară

e)

Injectarea pelicular centrală

Procedeul se foloseşte la injectarea pieselor cu suprafeţe mari , ideea fiind ca alimentarea suprafeţei să se realizeze printr-un număr mai mare de puncte . figura 3.14..

Figura 3.14. Injectarea pelicular centrală

f)

Injectarea multicuib cu canale de distribuţie

Reprezentarea schematică a procedeului este realizată în figura 3.15. Procedeul se utilizează la fabricarea simultană a mai multor piese într-o matriţă multicuib.

Există mai multe reguli în ceea ce priveşte amplasarea cuiburilor: drumul parcurs de la culee până la canalul punctiform să fie minim; umplerea cuiburilor să aibă loc concomitent; trecerea de la canalul central (culeea) la canalele de distribuţie să se facă cu Figura 3.15. Injectarea multicuib cu canale de raze de curbură. distribuție Aici, trecerea de la canalul de distribuţie la cuib se face printr-o ştrangulare, numită dig, care are rolul de a mări viteza de pătrundere a materialului plastic în cuib, fluidizându-l.

g)

Injectarea cu canale tunel

Particularitatea procedeului constă în faptul că la deschiderea matriţei se realizează retezarea materialului plastic în zona de contact dintre cuib şi canalul tunel. Reprezentarea schematică a procedeului este realizată în figura 3.16.

Figura 3.16. Injectarea cu canale tunel

h)

Injectarea cu canale izolate Eficiența procedeelor de injectare multicuib este compromisă de cheltuielile însemnate legate de reciclarea reţelei de distribuţie, care uneori are un volum mai mare chiar decât al piesei care se injectează.

Prin intermediul procedeului cu canale izolate se reduce prin ramificarea de la duză centrală spre cuiburi canale cu secţiunea deosebit de mare. Astfel se creează o peliculă superficială, solidificată pe peretele interior al canalului, care are capacitatea de a izola termic miezul fluid din canal, miez care este înlocuit la fiecare nouă injectare. Schema de principiu este prezentată în figura 3.17.

Dacă în cazul prevăzut în figura 3.17., se pot injecta numai materiale plastice cu un interval relativ mare de prelucrare (PE, PP, etc) , în cazul procedeului cu patron de încălzire se pot injecta şi materiale plastice mai greu fuzibile (PA,PC), prin faptul că energia termică se concentrează în punctul de injectare. Acest procedeu este, de fapt, un compromis între varianta cu canale Figura 3.17. Injectarea cu canale izolate izolate şi varianta cu canale încălzite.

Injectarea cu canale încălzite Procedeul de injectare cu canale încălzite este considerat a fi cel mai modern datorită avantajelor pe care le oferă, în ciuda complexităţii relativ ridicate a matriţei. Principalul avantaj este acela că oferă posibilitatea unei funcţionări continue , neexistând situaţii în care , chiar în cazul ‟‟îngheţării‟‟ accidentale a termoplastului, să fie necesară evacuarea reţelei de distribuţie şi reciclarea ei. În figura 3.18., este prezentată o matriță de injectat cu două cuiburi (reprezentare tehnică 2D), evidențiindu-se elementele sale componente, iar în figura 3.19 o matriță de injectat cu patru cuiburi (reprezentare 3D). i)

l - tijă de aruncare; 2 - bucşă de conducere; 3 - şurub; 4 - placă de prindere; 5 - placă aruncătoare; 6 - placă portaruncătoare; 7 - şurub; 8 - placă distanţieră; 9 - placă suport; 10,11 - placă de formare; 12 - bucşă de ghidare; 13 - placă de prindere; 14-coloană de ghidare; 15,16-pastilă; 17-poanson; 18-duză de injectare; 19 - inel de centrare; 20 - bucşă centrală; 21 - ştift; 22 - ştift tampon; 23 – şurub;24 - ştift readucător; 25 - aruncător central; 26 - aruncător; 27 - şurub; 28 - inel de centrare Figura 3.18. Elementele component ale unei matrițe de injectat

Figura 3.19. Matriță de injecție (3D)

Schematic, procedeul de injecție este prezentat în figura 3.20

Figura 3.20 a) Matriță deschisă

Figura Matriței

3.20

b)

Închiderea

Figura Matriței

Figura Matriței

3.20

3.20

c)

d)

Umplerea

Deschiderea

Figura 3.20 e) Deplasarea tijelor aruncătoare; desprinderea produsului injectat

Figura 3.20 f) Eliminarea (căderea) produsului injectat

Figura 3.20. Etapele injectării multicuib - schematic -

Figura 3.21. prezintă etape, în ordine cronologică, de obținere prin injecție a unui picior pentru scaun rotativ de birou.

Figura 3.21 a) Matriță închisă

Figura 3.21 b) Matriță deschisă; Operatorul se pregătește sa extragă piesa

Figura 3.21 c) Matriță deschisă; Operatorul extrage piesa

Figura 3.21 d) Matriță deschisă; Piesa a fost extrasă

Figura 3.21 e) Piesa extrasă

Figura 3.21 f) Pregatire pentru realizarea unui orificiu (prin burghiere)

Obs. În ora de laborator aferentă capitolului „mobilier din mase plastice” se vor prezenta, in funcționare, utilaje specifice de injecție, dar și piese obținute prin injecție precum si diverse exemple cu ceea ce rămâne in urma solidificării materialului plastic din canalele (rețelele) de injecție si care trebuie eliminate.

CURS 11 MOBILIER DIN MASE PLASTICE - TEHNOLOGIE Un exemplu de matrița de injecție material plastic pentru obținerea unor produse gen „pahare sau cupe”, cu 6 „cuiburi” este dat in figura 3.22.

Figura 3.22. a) Matriță închisă

Figura 3.22. b) Matriță deschisă

Figura 3.22. c) Deplasarea plăcii port aruncătoare respectiv acționarea aruncătoarelor care desprind produsele

Figura 3.22. d) Căderea in gol (eliminarea) produselor.

Figura 3.23. prezintă parte dintr-o matrița deschisă utilizată la obținerea unor scaune din material plastic.

Figura 3.23. Parte dintr-o matriță pentru realizarea de scaune din material plastic Figura 3.24. prezintă schematic etapele de realizare prin injecție a unui scaun din material plastic (deschiderea matriței și eliminarea – aruncarea – produsului injectat)

Figura 3.24 a). Deschidere matriță

Figura 3.24 b). Matrița deschisă

Figura 3.24 c). Deschidere semimatriță

Figura 3.24 d).

Acționare aruncătoare, Desprindere scaun din matrița.

3.4.2. Formarea prin extrudare/injecție – suflare a maselor plastice (blow molding) Procedeul este folosit la realizarea de repere (piese) (fără miez-goale) din masă plastică cu pereții subțiri prin formarea, în primă fază a unui semifabricat (formare prin extrudare sau prin injecție), care este mai apoi introdus într-un dispozitiv (matriță) încălzit (în domeniul vâscoplastică) și în care se introduce aer sub presiune. În final se realizează răcirea formei (matriței), desfacerea acesteia și eliminarea produsului. Metoda este utilizată, de regulă, la obținerea recipientelor din masă plastică gen sticle de unică folosință, butoiașe dar și la realizarea de componente pentru decor, cu pereții subțiri, frecvent având forme de revoluție.

Figurile următoare prezintă cronologic etapele formării prin extrudare/injecție – suflare al unui produs din masa plastică, gen sticlă de unică folosința:  Formarea semifabricatelor: Semifabricatele utilizate sunt prezentate în figura 3.25.

Acestea se pot obține prin injecție (IBM - Injection Blow Molding), folosind matrițe pentru injecție de genul celor prezentate la punctul 3.4.1., sau prin extrudare, figura 3.26., (EBM - extrusion blow molding).

Suflarea (fixarea semifabricatului în mașina de formare, introducerea aerului sub presiune, mularea materialului plastic după forma matriței) (figura 3.27.)

miscare de rotație

Șurub antrenat în



Pâlnie

Figura 3.25. Semifabricat

Granule plastic

Cilindru (buncăr) Figura 3.26. Obtinerea semifabricatului prin extrudare (EBM)

Figura 3.27. Suflarea

Corp încălzire

Matrița (filieră)

Miez de formare

Figura 3.28. Imagine din procesul de formare a unor produse prin metoda blow molding

3.4.3. Formarea prin rotație (încălzire - rotație – răcire) a maselor plastice. (Rotational molding) Procedeul se aplică pentru produse asemănătoare cu cele obținute prin extrudare/injecție – suflare, adică produse fără miez (goale) cu grosimea peretelui relativ mică, DAR mult mai complexe ca formă. Așa cum se vede în imaginea din figura 3.29., prin acest procedeu, se pot obține elemente de decor cu forme complexe, cu o calitate a suprafeței foarte bună, ce sunt utilizare destul de des de către designeri.

Itinerariul tehnologic presupune introducerea materialului plastic în cavitatea unei matrițe, după care, prin elementele de încălzire (figura 3.30 – zona de încălzire) se modifică starea materialului plastic din solidă în vâscoplastică, materialul pliindu-se pe „fundul” matriței. În etapa imediat următoare, matriței i se imprimă o mișcare de rotație (după două axe perpendiculare), cu viteză din ce în ce mai mare. Starea materialului plastic și existența forțelor centrifuge asigură mularea materialului plastic pe întregul Figura 3.29. Flamingo contur al matriței. Etapa imediat următoare este Formare prin rotație (rotational molding) corespunzătoare deplasării matriței în zona de răcire. Dușul de răcire, de regulă cu apă, asigură întărirea materialului plastic (figura 3.30. – zona de răcire). După răcire matrița se desface (de cele mai multe ori fiind realizată din două bucăți simetrice) eliminându-se produsul obținut.

Deschidere matriță (eliminare produs)

Produs obținut

Matriță

Zona de încălzire

Zona de răcire

Duș de răcire

Rotații după 2 axe

Elemente de încălzire

Figura 3.30. Formarea prin rotație (rotational molding)

Figura 3.31. Utilaj pentru formarea prin rotaČ&#x203A;ie (rotational molding)

Figura 3.32. Mobilier realizat prin metoda â&#x20AC;&#x17E;rotational moldingâ&#x20AC;?

Figura 3.33.

Mobilier realizat prin metoda „rotational molding”

Figura 3.34. Mobilier realizat prin metoda „rotational molding”

3.4.4. Extrudarea Extrudarea se realizează prin presare în filiere a polimerilor aduși în stare plastică și răcirea la ieșire, dacă există riscul de deformare a profilelor. Se pot obține profile (forma profilelor este data de geometria orificiului filierei), fire îmbrăcate (cauciuc + policlorură de vinil), țevi etc. În figura 3.35., este prezentată o mașină de extrudat.

Pâlnie Filieră

Cilindru Alimentare Șurub alimentare

Conductă alimentare

Motor pentru acționarea surubului

Figura 3.36 . Mașină pentru extrudat mase plastice

3.4.5. Formarea pneumatică prin vacuum (Vacuum forming) Este o tehnologie simplă, prin care o folie(placă) de plastic este încălzită până la temperatura de formare și apoi întinsă pe suprafața de formare (matriță) și ținută în această poziție. Prin aplicarea vacuumului între matriță și folie se realizează mularea celei din urmă, respectiv obținerea formei dorite (figura 3.37). Procedeul se aplică în special materialelor termoplastice.

Suprafața de formare (matriță)

Folie (placa) material plastic

Figura 3.37. „Vacuum forming”

3.4.6. Laminarea Laminarea se efectuează prin trecerea polimerilor termoplastici printr-o serie de valțuri încălzite, obținându-se folii sau plăci (figura 11.27. plăci din plastic de mai multe culori obținute prin laminare). Se pot obține și suprafețe gravate, plăci în mai multe straturi, folii pe diferiți suporți.

Figura 3.37. . Plăci din plastic obținute prin laminare

3.4.7. Înspumarea Înspumarea (obținerea de spume din polimeri) se aplică în scopul obținerii unor polimeri cu pori numeroși prin degajarea de gaze, bulele rămânând prinse în topitură datorită vâscozității sale mari.

Figura 3.38. Spumă

3.4.8. Ștanțarea Ștanțarea reprezintă decuparea unor forme plane din plăci, prin presarea unui contur tăios (poanson de perforare sau decupare).

Procedeul de ștanțare a fost în detaliu analizat la capitolul „ Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastică – prelucrarea tablelor”. În cazul ștanțarii materialelor plastice se utilizează semifabricate aflate în stare solida (uneori solidă-elastică). Se poate aplica atât polimerilor termoplastici cât și celor termorigizi. În figura 3.39. se prezintă câteva exemple de repere ștanțate din materiale plastice.

Figura 3.39. Repere ștantate 3.5. Asamblarea componentelor din mobilier realizate din mase plastice.

Piesele din mase plastice se pot asambla mecanic cu ajutorul șuruburilor și piulițelor, cu ajutorul șuruburilor autofiletante ( se pot executa în masa plastică bosaje, ce sunt niște găuri normalizate în funcție de dimensiunea șurubului ), cu clicuri elastice, popici elastici, prin presare, prin bercluire, profile conjugate, prin lipire cu ajutorul adezivilor, etc. De asemenea se pot utiliza și în cazul creării de produse din materiale mixte, permițând asamblarea cu: lemnul, sticla, cauciucul, metalul, etc.

Detalii și reprezentări tehnice ale îmbinărilor nedemontabile și demontabile au fost prezentate în cursurile anterioare.

Referințe ICLĂNZAN, T.– ’’Tehnologia presării şi injectării maselor plastice’’, UPT – 1994.

CURS 13 5. MOBILIER DIN MATERIALE TEXTILE/ PIELE - TEHNOLOGIE

În partea introductivă a acestui curs se prezintă noțiuni de baza cu privire la ce anume se afla intr-un material textil (lana, bumbac sau un amestec) si cum este facut acesta, pentru a stabili pentru ce anume (component de mobilier) s-ar potrivi.

Exista doua tipuri de materiale: 1. materialele naturale 2. materialele sintetice

Atat materialele naturale cat si cele sintetice au calitati pozitive. Cele sintetice, de exemplu, sunt foarte rezistente si nu se deterioreaza repede daca sunt expuse mult timp la soare. Asta nu inseamna ca materialele naturale sunt mai putin bune. Rezistenta materialelor depinde, de cele mai multe ori, de calitatea tesaturii si de eventualele tratamente aplicate ulterior. Bumbacul, de exemplu, are fibre mai groase si o tesatura mai densa, astfel ca se va comporta mai bine in timp.

In unele cazuri, un amestec de sintetic cu natural poate fi cea mai buna solutie pentru tapiserii, pentru acoperirea podelelor si/sau a ferestrelor. Amestecurile de fibre sunt calitativ superioare, pentru ca au rezistenta materialelor sintetice si calitatile celor naturale.

Din puctul de vedere al tendintelor, sunt la moda materialele naturale, poate si ca o reactie la multele aspecte artificiale din lumea care ne inconjoara. Se pare ca acum are loc un proces de redescoperire a naturalului, iar in ceea ce priveste materialele, este important cum ''cad'' acestea in interior.

5.1. Materialele textile naturale Bumbac Este un material foarte versatil si, in acelasi timp, cel mai rezistent din fibrele naturale, cu exceptia lanei (dar cine ar dori sa doarma in asternuturi de lana?). Bumbacul rezista foarte bine daca este vopsit. In plus, aerul trece foarte usor prin tesatura - in jargonul din industria tesaturilor se zice ca bumbacul ''respira'' bine.

Aplicatii: pentru capitonari, faptul ca bumbacul lasa sa treaca aerul este un avantaj absolut.

Pentru o camera in care oamenii stau mai mult timp - un living, de exemplu - acest lucru va mari gradul de comfort al mobilierului. Daca va place aspectul cret, sifonat, care este mai mereu la moda si caracteristic verii, atunci niste huse de bumbac sunt exact ceea ce va trebuie. Daca va doriti si durabilitate, atunci alegeti un amestec de bumbac cu fibra sintetica. Bumbacul este de asemenea o alegere buna pentru husele de perne sau cuverturi. In camerele mai putin formale, ferestrele pot fi acoperite cu draperii de bumbac.

Panza Facuta din fibre vegetale, aceasta are un luciu fin. Este foarte rezistenta cand vine vorba de patare, dar se sifoneaza foarte usor.

Aplicatii: Panza este excelenta ca fata de masa pentru ca este usoara.

Matase Este creata de viermi, iar rezultatele sunt magnifice. Partea negativa cand vine vorba de matase, e ca nu se comporta bine daca este expusa la soare. Matasea este de mai multe tipuri, poate avea gramaje diferite si calitatea ei se poate observa la atingere. Gradul de uzura al matasii este dat in cea mai mare parte de calitatea tesaturii (tesatura mai grosiera este mai rezistenta).

Aplicatii: matasea este potrivita pentru decorarea ferestrelor, dar si pentru capitonarea unor piese de mobilier, deoarece este destul de rezistenta. Sa nu uitam ca inainte de aparitie fibrelor sintetice, matasea si bumbacul erau folosite din plin. Multe din cele mai fine covoare orientale sunt facute din matase si au durat sute de ani. matasea este perfecta pentru husele de perna.

Lana Dintre toate fibrele naturale, lana este cea mai rezistenta. Ea poate fi destul de aspra, dar tine de cald; totusi, exista unii oameni alergici la lana (si cainii mai pot avea aceasta reactie la covoarele si tapiseriile de lana).

Aplicatii: covoarele fabricate din lana sunt cu adevarat fabuloase. De asemenea, pielea de oaie, cu tot cu blana, neprelucrata, este materia prima ideala pentru covorasele care se aseaza langa pat, in mijlocul living-ului sau in fata semineului. O tapiterie din lana va dura pana la viitoarea era glaciara, atat de rezistenta este.

5.2. Materiale textile sintetice Acril Se coloreaza foarte usor si este rezistent la pete. In plus, nu se deterioreaza foarte repede la actiunea indelungata a soarelui, calitate care nu este des intalnita la fibrele textile naturale. In schimb, este ceva mai greu de curatat dec창t lana si se poate acoperi de scame.

Aplicatii: este de cele mai multe ori combinat cu fibre naturale pentru a le conferi rezistenta.

Nylon Este printre cele mai rezistente materiale. Nu se pateaza, insa ii lipseste calitatea cea mai importanta: nu ''respira''.

Aplicatii: soliditatea tesaturii de nylon si faptul ca tine de cald face ca materialul sa nu fie foarte placut de folosit la capitonari, huse, fete de perna, etc.

Polyester Acest material sintetic este format din fibre rasucite, impletite intre ele. Nu isi pierde culoarea usor, dar este mai greu de curatat decat nylonul si lana. Si nu este la fel de rezistent ca celelalte materiale.

Aplicatii: este deseori folosit ca o parte din amestecul de fibre care e folosit la capitonari.

Acetat Este un material rezitent si putin afectat de umiditate. E mai usor decat celelalte fibre sintetice si in plus nu se sifoneaza usor si nu face scame.

Aplicatii: se foloseste mai ales ca draperii, pentru ca nu se sifoneaza.

5.3. Alegerea materialelor pentru tapițeria canapelelor, fotoliilor, scaunelor.

Tapiseria canapelelor, fotoliilor, scaunelor ofera tonul unei incaperi. Tocmai din acest motiv alegerea materialelor pentru tapiserie este una foarte importanta.

Stilul ales pentru tapiserii trebuie sa fie acelasi cu cel al cadrului canapelei. O canapea cu un design clasic trebuie sa fie tapisata cu materiale textile cu un model clasic. De asemenea modelul materialului utilizat pentru tapiserie trebuie sa fie in relatie directa cu dimensiunile incaperii. Spre exemplu, materialele cu modele mari, repetate, arata mai bine intr-o incapere cu suprafata mare.

Culoarea tapiseriei trebuie aleasa in functie de stilul de amenajare al incaperii si de atmosfera pe care dorim sa o cream. Pentru o atmosfera calda sunt ideale culorile precum crem, bej, maro, iar pentru o incapere cu un aspect formal putem alege gri, alb-negru. Culoarea tapiseriei trebuie aleasa insa tinandu-se cont de beneficiari. In cazul in care aveti un copil mic - este ideala alegerea unei culori inchise.

5.4. Recunoasterea tesaturilor Cea mai simpla metoda de recunoastere a fibrelor textile este proba de ardere si anume se supune la flacara un fir sau cîteva fire atît din batatura, cât si din urzeala, din materialul care ne intereseaza. Rezultatul va fi diferit dupa natura fibrei.

Datorita comportarii diferite a fibrelor de origine animala si vegetala fața de reactivi, fibrele pot fi identificate si prin metode chimice. Astfel, daca se încalzeste o solutie de hidroxid de sodiu (soda caustica) 10% în care se introduc esantioanele de tesaturi, se poate observa ca fibrele animale se dizolva usor (dispar) în timp ce fibrele vegetale nu sunt atacate.

Bumbacul, inul, cînepa, iula, ramia (fibre naturale, de origine vegetala) ard repede, cu flacara, degajînd un miros de hîrtie arsa si se transforma într-o cenusa alba, inconsistenta. Aceste fibre au rezistenta scazuta la actiunea acizilor, în special a acizilor anorganici (clorhidric, sulfuric etc.). Solutiile diluate ale acestora însa (2-4 g/l) nu ataca fibra la rece. Dupa tratamentele facute în mediu acid tesatura trebuie clatita foarte bine.

Lina, parul de capra, mohairul, parul de camila (fibre naturale, de origine animala) ard lent, locul arderii scînteioza si fibra arsa lasa un scrum rigid (sub forma unui fir negru, întortocheat) dar sfa-rîmicios. Mirosul este neplacut, da corn ars. Una, în comparatie cu bumbacul, inul, cînepa, iuta si ramia, nu rezista la actiunea substantelor alcaline. Amoniacul ars actiune mai redusa, prezentînd avantajul ca fiind volatil se îndeparteaza prin uscare. De asemenea, nu rezista ia actiunea acidului sulfuric concentrat.

Matasea naturala (fibra naturala, de origine animala) se recunoaste usor dupa aspect, are luciu si un fosnet caracteristic. Arde ca si lina cu miros de corn ars, locul aprins se umfla, formînd o mica gamalie. Aceasta fibra se dizolva, chiar la rece, în solutii concentrate de acizi anorganici (clorhidric, sulfuric etc.). Acizii organici (acetic, formic) in concentratii reduse (1%) nu ataca fibra

nici chiar la fierbere. Matasea naturala nu rezista la actiunea substantelor alcaline concentrate. Solutiile foarte diluate de soda calcinata si cele de amoniac nu-i produc degradari însemnate la cald (95°C).

Matasea viscoza, matasea cuproamoniacala (bem-berg), matasea acetat si lîna artificiala sînt fibre artificiale. Matasea de viscoza si matasea cupro-amoniacala ard ca si fibrele naturale de origine vegetala cu flacara si miros de hîrtie arsa, lâsind o cenusa alba. In comparatie cu bumbacul, arderea este mai vie si mai rapida. Aceste tesaturi sînt mult mai sensibile la actiunea acizilor decît bumbacul. Se recomanda sa se spele cu detergenti, fara adaos de substante alcaline (soda calcinata etc.), pentru a se evita degradarea lor.

Matasea acetat are luciu placut asemanator cu al matasii naturale. Arde cu miros întepator, lasînd un rest mineral consistent. Se dizolva în acetona. Nu rezista în acizi concentrati si în alcalii.

Lina artificiala prezinta însusiri asemanatoare linii naturale. La ardere emana acelasi miros caracteristic de corn ars, iar firul ars prezinta o gamalie sfarîmicioasa. La fabricarea tesaturilor textile industriale se foloseste în amestec cu lina naturala.

Fibrele poliamidice, poliesterice, poliuretanice elastomere, poliacrilonitrilice, polipropilenice, din policlorura de vinii si din alcool polivinilic sînt fibre sintetice. Poliamidele (relon, nailon etc.) se folosesc in tricotaje, la fabricarea ciorapilor, a lenjeriei de corp, a îmbracâmintii exterioare, de asemenea, pentru tesaturi tehnice, frînghii, furnituri pentru încaltaminte etc. Aceste fibre au rezistenta foarte buna la substantele alcaline, chiar în solutii mai concentrate si la cald. Sunt sensibile însa la acizi, rezistînd numai în solutii diluate de acizi si la rece. Nu rezista la actiunea substantelor oxidante ca apa oxigenata sau hipoclorit de sodiu. Ard cu flacara si se topesc formînd la capatul fibrei o gamalie, care se întareste la rece. Se dizolva în fenol si în acid formic concentrat.

Fibrele poliesterice, cunoscute la noi in tara sub denumirea comerciala de terom, se folosesc în tricotaje, la fabricarea perdelelor, a tricotajelor pentru lenjeria de corp, la diferite tesaturi, cravate.

Se folosesc si în amestec cu lîna si cu bumbacul pentru tesaturi care prezinta o buna revenire din sifonare. Rezista la actiunea solutiilor diluate de acizi, dar sînt mai putin stabile la alcalii. De asemenea, au o buna stabilitate fata de substantele oxidante (apa oxigenata etc.). Se dizolva în fenoli. Ard, se topesc si formeaza o gamalie care se întareste la rece.

Fibrele poliacrilonitrilice, fabricate la noi în tara sub denumirile comerciale de melana, PAN, (PNA), orlon, acrilan, se folosesc în tricotaje, ca înlocuitori ai lînii sau în amestec cu fibre celulozice, în tricoturi si tesaturi. Poseda o buna stabilitate la acizi si la actiunea substantelor oxidante. Fata de substantele alcaline sînt mai putin rezistente decît poliamidele. Ard ca si celelalte fibre sintetice.

Fibrele polipropilenice se folosesc în industria textila în tricotaje si la fabricarea covoarelor si, de asemenea, în industria electrotehnica. Prezinta o foarte buna rezistenta la actiunea substantelor chimice (acizi, alcalii, solventi organici etc.) si la putrezire.

Fibrele din policlorura de vinii sînt hidrofobe (nu au afinitate pentru apa), ceea ce le face improprii pentru industria textila, unde se folosesc numai în cazuri speciale la tricotaje pentru produse antireumatice. Aceste fibre nu ard, nu putrezesc, sînt rezistente la actiunea acizilor, alcaliilor, substantelor oxidante, solventilor organici. Sînt atacate însa de amoniac si sînt solubile în eteri si esteri.

Fibrele din alcool polivinilic sînt sifonabile, se folosesc de obicei pentru înlocuirea bumbacului. Sînt mai stabile la acizi decît fibrele celulozice, prezinta o rezistenta slaba la substantele alcaline si nu sînt atacate de substantele oxidante.

5.5. Mobilier din materiale textile Se realizează in special următoarele tipuri: - Perne de diferite forme și grosimi; (figura 5.1.)

Figura 5.1. Perne de diferite forme si grosimi În prezent se realizează perne în forme paralelipipedice cu îmbrăcăminte textilă și umplutură, în special burete sau forme cilindrice din module ce pot ocupa diferite poziții spațiale, în ambele cazuri pentru mobilier de șezut și odihnă.

- Hamace; (figura 5.2.)

Figura 5.2. Hamace

- Părți componente ale pieselor de mobilier fixate de un cadru (în construcția scaunelor, fotolilor, canapelelor, etc.) (figura 5.3)

Figura 5.3. Scaune, fotolii, canapele tapițate 5.5.1. Asamblarea componentelor de mobilier din materiale textile Pentru realizarea si/sau asamblarea componentelor de mobilier din materiale textile se folosesc scule și masini/utilaje specifice ( cutite/lame/foarfeci pentru taiat/croit, capse/cuie tapițerie, mașini de capsat, mașini de cusut etc.) (figura 5.4, 5.5)

Figura 5.4. Cuie tapițerie

Figura 5.5. Mașini (pistoale) de capsat capse/cuie, mașină de cusut liniară cu arc Figura 5.6. prezintă, în ordine cronologică, fazele/operațiile specifice pentru realizarea unei canapele cu suport din lemn, cu componente din materiale textile și tapițată cu piele ecologică.

Figura 5.6. a) Croire

Figura 5.6. b) Punctare

Figura 5.6. c) Asamblare cadru lemn (vezi curs 1 – mobilier din lemn)

Figura 5.6. d) Cadru canapea

Figura 5.6. e) Capsare pneumatică

Figura 5.6. f) Capsare pneumatică

Figura 5.6. g) GÄ&#x192;urire burete

Figura 5.6. f) Acoperire cu material textil

Figura 5.6. g) Capsare material textil

Figura 5.7. f) Fixare baza Č&#x2122;ezut (cu cuie)

Figura 5.7. g) Fixare bază șezut

Figura 5.7. h) Fixare plasă metalică

Figura 5.7. i) „împănare” plasă cu material textil

Figura 5.7. j) Realizare față perini

Figura 5.7. k) Coasere față perini

Figura 5.7. l)

Asamblarea tapițeriei

folosind cuie cu cap sub formă de calotă sferică

Figura 5.7. m) Asamblarea tapițeriei folosind cuie cu cap sub formă de calotă sferică

Figura 5.7. n) Lustruire cu scop decorativ (colorare)

Figura 5.7. o) Realizare (umplere) perini

Figura 5.7. p) Așezare perini

Figura 5.7. r) Canapea – final Figura 5.6. fazele/operațiile specifice pentru realizarea unei canapele cu suport din lemn, cu componente din materiale textile și tapițată cu piele ecologică 5.6. Mobilier din piele Pielea este un material care indiferent de ceea ce îl înconjoară, domină, fascinează și impune respect.

Toate părerile, mai mult sau mai puțin avizate, conduc spre aprecierea mobilierului din piele. Fie că vorbim de simplele scaune de bucătărie, de fotoliile superconfortabile, de covoare sau de canapeaua extrem de elegantă, pielea transmite lux, stil și forță.

Fiind un material clasic nu se demodează niciodată. Doar liniile pieselor de mobilier sunt cele care fac diferența între un interior modern și unul tradițional.

Cusăturile scot în evidență frumusețea mobilierului, reprezentând o marcă. Fie sunt foarte puternice, atrăgând atenția, fie sunt extrem de discrete, chiar invizibile, lăsând impresia că o singură bucată de piele a fost suficientă pentru îmbrăcarea obiectului respectiv.

Se spune că dacă se dorește lux mobilierul din piele este cel mai indicat să transmită această stare. Poate și datorită faptului că domină spațiul din jur, are caracter, imprimă stilul într-o încăpere și nu are nevoie de alte accesorii pentru a da personalitate unui interior. De fapt, este chiar recomandată asocierea între mobilierul din piele și simplitatea obiectelor din jur.

Piesele din piele se potrivesc peste tot: în bucătărie, dining, living, dormitor.

Figura 5.8. Mobilier din piele Specificul fiecărei încăperi determină tipul de mobilier ales. De obicei livingul este spațiul unde mobilierul din piele se afișează cel mai bine, pentru că oferă un impact vizual puternic. Chiar și o simplă canapea din piele netedă, fină va echilibra interiorul și va aduce un plus de stil. Pentru

accesorii se poț folosi veioze cât mai simple, o măsuță joasă preferabil din lemn masiv sau draperii somptuoase.

Patul imens din dormitor, îmbrăcat în piele, va atrage toate privirile și va constitui piesa de rezistență a acestei încăperi. Îndrăzneț, senzual și nicidecum discret, acest element este indicat în spațiile largi, generoase, alături de un mobilier din lemn masiv.

Un dining accesorizat cu scaune din piele va lăsa întotdeauna impresia de rafinament.

Perfecțiune. Eleganță. Prezentare impecabilă. Pielea își lasă amprenta asupra fiecărui obiect pe care îl modelează și se poate adapta doar stilurilor de viață rafinate.

Pentru realizarea si/sau asamblarea componentelor de mobilier din piele se folosesc scule și masini/utilaje specifice, de genul celor prezentate în subcapitolul 5.5.1 ( cutite/lame/foarfeci pentru taiat/croit, capse/cuie speciale, mașini de capsat, mașini de cusut, mașini/prese pentru lipit etc.).

Referințe http://www.121.ro/content/article_print.php3?article_id=4283&page_nr=1 http://www.incasa.ro/Mobilierul_tapitat__panza_sau_pieleA_6011_595_1.html http://www.mobirom.ro/material-textil-tapiterie-mobilier.htm http://www.amenajari-interioare.eu

CURS 14 6. MOBILIER DIN MATERIALE COMPOZITE - TEHNOLOGIE Materialele compozite sunt o categorie noua de materiale, folosite și in industria constructoare de mobilier, care au la baza principiul utilizarii in cadrul unui singur material avantajelor si a caracteristicilor a două sau mai multor materiale care pot fi metalice, nemetalice, polimerice, etc. O alta definitie a materialelor compozite ar fi aceea ca ele reprezinta o asociere de două sau mai multe materiale diferite din punct de vedere al compozitiei chimice si cu o suprafata de separatie bine definita intre ele.

Deci materialele compozite sunt o combinatie de materiale care pot fi sintetízate in felul urmator: Dupa arhitectura lor interioara materialele compozite pot fi: a) b) c)

Materiale compozite cu particule disperse; Materiale compozite durificate cu fibre; Materiale compozite stratificate

Figura 6.1. Tipuri de materiale compozite a)Materiale compozite cu particule disperse: Sunt alcatuite din particule uniform dispersate in materialul de baza care formeaza matricea. Drept particule se pot utiliza oxizi, carburi, nitruri, boruri etc. Particulele uniform dispersate se opun miscarii dislocatiilor si ca atare contribuie la ridicarea caracteristicilor de resistenta si a durificarii matricei.

Exista mai multe tipuri de asemenea materiale (Materiale compozite cu Al sunt formate din Al durificate cu particule disperse de Al2O3. Ele pot înlocuii cu succes otelurile inoxidabile si aliajele pe baza de Ti, mult mai scumpe; Materiale disperse cu Ni: sun alcatuite din Ni, durificat cu particule de bioxid de afniu sau toriu; Materiale compozite cu baza de W si particule de ThO2; etc. b)Materiale compozite durificate sau armate cu fibre: Sunt alcatuite dintr-o matrice in care sunt introduce fibrele durificatoare. Matricea poate fi metalica, ceramica si polimerica. Fibrele pot fi de carbon, sticla , bor, etc. Matricea are rolul de a lega fibrele intre ele si de a le feri de actiunea factorilor exteriori .Fibrele dau caracteristicile de rezistenta a materialului si in consecinta rezistenta compozitului e functie de rezistenta fibrelor.

Dupa orientare si dimensiunea lor fibrele pot fi lungi sau scurte orientate intr.-o singura directie sau mai multe, sau pot fi fibre tesute.

Exista o categorie foarte mare de asemenea materiale:

1) Materiale compozite cu fibre de carbon si/sau sticla inglobate intr-o matrice de polimeri. Sunt utilizate foarte des în industria constructoare de mobilier. Figura 6.2. prezintă, în ordine cronologică, fazele/operațiile specifice pentru realizarea unor scaune din material polimeric armat cu fibre de sticlă 2) Materiale compozite cu fibre de carbura de Si si B inglobate intr.-o matrice de Al. 3) Materiale compozite cu fibre ceramice inglobate intr.-o matrice metalica sau de altă natura. etc.

Figura 6.2. a) Fire din fibră de sticlă

Figura 6.2. b) Fragmentarea fibrelor

Figura 6.2. c) Semifabricate obținute prin presarea la cald a fragmentelor din fibră de sticlă

Figura 6.2. d) Turnarea materialului polimeric (matricea compozitului) aflat în stare topită peste semifabricatul din fibre de sticlă.

Figura 6.2. e) Presare în matrită

Figura 6.2. f) Extragerea manuală a materialului compozit

Figura 6.2. g) Curățare (tăiere) a materialului în exces

Figura 6.2. h) Produsul final din material compozit. Pentru finalizarea scaunelor urmează montarea picioarelor.

Figura 6.2. i) Scaune, după montarea picioarelor (Pentru scaunele din imagine nu s-a folosit material polimeric de culoare neagră.

Culoarea aleasă a fost crem) Tehnici de preparare a fibrelor: Experimental sa constatat ca cu cat diametrul fibrelor este mai mic , rezistenta la rupere a acestora e mai buna, deci e bine ca diametrul sa fie cat mai mic. Exista urmatoarele tehnici de obtinere a fibrelor:

-formarea din faza solida -formarea din faza lichida -folosirea unor metode chmice.

Figura 6.3. prezinta moduri de formare a fibrelor din faza lichida.

Figura 6.3. Moduri de formare din faza lichida

Mai intai materialul fibrelor este adus in stare lichida la o anumita temperatura , iar apoi trecut printr-o diuza cu diametrul interior de cativa μm. Trecerea materialului prin diuza se face prin intermediul unei presiuni ridicate. La iesirea din diuza fibra se solidifica rapid ( fig.a).Tot procesul se desfasoara in vid.

Conform figurii 6.3. b) materialul lichid trecut prin diuza e proiectat pe un disc de cupru racit cu apa.

Conform figurii 6.3. c) materialul trecut prin diuza e colectat printr-un tambur racit in permanenta cu apa.

Tehnica de obtinere a compozitelor cu fibre: Exista 2 metode de obtinere a materialelor compozite cu fibre: -metode indirecte -metode directe Cele directe sunt solidificarea unidirectionala si deformarea plástica unidirectionala, dar deosebit de scumpe.

Metodele indirecte au la baza formarea fibrelor, aranjarea lor prin aliniere sau dupa o anumita configuratie geométrica si consolidarea lor prin: -injectarea matricei cu masa plastica -topirea in plasma a matricei -turnarea matricei (vezi figura 6.2.)

-amestec de pulberi ( metalurgia pulberilor) -deformarea plástica În figura 6.4. se prezinta două tehnici de obtinere a compozitelor:

Figura 6.4. Tehnici de obtinere a compozitelor

In figura 6.4. a) se prezinta tehnica obtinerii compozitelor prin infiltrarea continua.

Compozitul este trecut prin 2 valturi care elimina excesul de matrice dispusa rezultand o banda de compozit care apoi este prelucrata prin operatii de prelucrare la cald sau la rece intr-o piesa finita.

In figura 6.4. b) se prezinta tehnica laminarii pentru realizarea compozitului dintr-un singur strat de fibre. In aceasta situatie manunuchiul de fibre este cuprins intre 2 folii ale matricei deformate plastic in vederea obtinerii compozitului unistratificat. Dupa iesirea din valturi, pentru o legare mai puternica a fibrelor de matrice se recurge la incalzirea locala cu fascicol de electroni sau laser. c)Materiale compozite stratificate: Se obtin prin aplicarea la suprafata materialului de baza a unui strat dintr-un alt metal sau aliaj.Aplicarea acestui strat cu proprietati diferite de cele ale metalului sau aliajului de baza se poate realiza prin turnare (cel mai des) incarcare prin sudare, laminare, placare, etc. Materialele astfel obtinute fiind constituite din strat de metal sau aliaj, au capatat denumirea de bimetal sau trimetal functie de numarul de straturi pe care il contin:

Figura 6.5. Materiale compozite stratificate Principala caracteristica a materialelor bimetalice o constituie faptul ca metalul de baza si metalul aplicat reprezinta un tot monolit in cadrul caruia se asegura o aderenta puternica pe intreaga suprafata de separatie. Exemplu: -otelul carbon placat cu otelul inox devine bimetal rezistent la coroziune -duraluminiul placat cu aluminiu duce la imbunatatirea impotriva coroziunii

CADRU DIDACTIC TITULAR Sl.dr.ing. Sebastian DUMA