bazele aschierii aranjata

Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor

PREFAŢĂ

Lucrarea „Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor” se adresează studenţilor de la facultăţilor de inginerie de la specializăril de tehnologia construcţiilor de maşini, maşini şi sisteme de producţie, inginerie economică în domeniul mecanic şi, de asemenea specialiştilor din îştreprinderile constructoare de maşini, şi agenţilor economici care execută activităţi productive de prelucrări mecanice, contribuind la pregătirea tehnologică la nivelul unui inginer mecanic.

Generarea suprafeţelor prin aşchiere prin diverse procedee, datorită unor avantaje pe care le prezintă, constituie la ora actuală (cât şi pentru o perioadă îndelungată) principala metodă tehnologică de obţinere a pieselor de precizie din industria constructoare de maşini, reprezentând peste 60 - 75 % din manopera consumată pentru realizarea acestora.

Deşi prelucrarea prin aşchiere are o vechime destul de mare şi este larg răspândită în practica uzinală, unele fenomene de bază nu sunt pe deplin explicate. De aceea apare ca o necesitate obiectivă, studierea şi aprofundarea bazelor fizice şi matematice ale proceselor de prelucrare şi a fenomenelor care le însoţesc în vederea modelării şi optimizării parametrilor de lucru, parametrii ce stau la baza modelării întregului proces tehnologic.

Lucrarea "Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor" este structurată în două părţi şi anume “Bazele generării suprafeţelor” şi “Procedee de generare a suprafeţelor prin aşchiere”. Această lucrare tratează probleme legate de disciplinele fundamentale ce furnizează studenţilor noţiunile de bază pentru disciplinele de specialitate.

Prima parte a lucrării este structurată în 12 capitole şi două părţi.Prima parte, prezintă în capitolul 2 principii generale privind bazele

teoretice şi practice ale generării suprafeţelor prin aşchiere. Mişcările necesare procesului de generare, modalităţi de realizare şi reglare a acestora sunt prezentate în capitolul 3. Parametrii procesului de aşchiere, parametrii geometrici ai sculei elementare şi noţiuni privind principalele materiale utilizate pentru partea activă a sculei aşchietoare sunt prezentate în capitolul 4.

Partea a doua, este destinată analizei fenomenele ce însoţesc şi caracterizează procesul de prelucrare prin aşchiere. Sunt prezentate procesul de formare a aşchiei (capitolul 5), deformaţiile plastice suferite de materialul de prelucrat (capitolul 6), forţele şi puterea de aşchiere (capitolul 7), căldura şi temperatura la aşchiere (capitolul 8), lichide pentru aşchiere (capitolul 9), uzura şi durabilitatea sculelor aschietoare (capitolul 10), dinamica procesului de aşchiere (capitolul 11), calitatea suprafeţelor prelucrate prin aşchiere (capitolul 12).

1

PrefaţăPartea a doua a lucrării "Procedee de generare a suprafeţelor prin aşchiere"

este structurată în 13capitole. Pe parcursul celor 13 capitole sunt prezentate elemente specifice generării suprafeţelor prin cele mai utilizate procedee de prelucrare: rabotare, mortezare, broşare, strunjire, lărgire-adâncire, alezare, frezare, rectificare, superfinisare.

Se prezintă, de asemenea, problematica realizării suprafeţeior elicoidale şi a danturii roţilor dinţate cilindrice şi conice.

Prin modul de redactarea lucrării s-a avut în vedere prezentarea principiilor de bază ce caracterizează procedeele de prelucrare prin aşchiere, astfel ca noţiunile prezentate să permită abordarea cu uşurinţă a disciplinelor de specialitate ce vor fi studiate în continuare.

Aduc mulţumiri anticipate celor care prin sugestii şi observaţii vor semnala eventuale greşeli şi lipsuri ale lucrării.

Autorul

2


CUPRINS

1. ROLUL ŞI EVOLUŢIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE…………….. 9

2. NOŢIUNI PRIVIND GENERAREA SUPRAFEŢELOR PRIN AŞCHIERE...112.1. Suprafeţele pieselor…………………………………………………………..112.2. Generalităţi privind prelucrarea prin aşchiere………………………………..112.3. Generarea teoretică a suprafeţelor……………………………………………122.4. Generarea suprafeţelor reale pe maşinile-unelte……………………………..142.5. Metode de obţinere a curbelor generatoare…………………………………..162.6. Metode de obţinere a curbelor directoare…………………………………….18

3. CINEMATICA PROCESULUI DE AŞCHIERE………………………………213.1. Mişcări necesare la generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte……………….213.2. Lanţuri cinematice ale maşinilor-unelte………………………………………233.3. Reglarea cinematicii maşinilor-unelte………………………………………..24

4. PARAMETRII PROCESULUI DE AŞCHIERE Şl AI SCULEI AŞCHIETOARE…………………………………………………………………..254.1.Generalităţi…………………………………………………………………….254.2. Parametrii ce caracterizează aşchierea ortogonală……………………………254.3. Geometria sculei aşchietoare elementare……………………………………..264.3.1. Sistemul de referinţă constructiv……………………………………………284.3.2. Unghiurile constructive ale sculei elementare……………………………...294.4. Materiale pentru sculele aşchietoare………………………………………….31

5. PROCESUL DE FORMARE A AŞCHIEI……………………………………..335.1. Generalităţi privind procesul de aşchiere……………………………………..335.2. Formarea aşchiei la aşchierea ortogonală…………………………………….335.3. Forma şi dimensiunile zonei de deformare…………………………………...35

3

Prefaţă5.4. Modele privind formarea aşchiei……………………………………………..385.5. Importanţa formei aşchiei…………………………………………………….405.6. Aşchierea liberă, aşchierea complexă, direcţia de curgere a aşchiei…………43

6. DEFORMAŢIILE PLASTICE ALE MATERIALULUI Şl FENOMENE PLASTICE SECUNDARE………………………………………………………..456.1. Metode de apreciere a deformaţiilor plastice…………………………………456.2. Deformarea plastică a aşchiei………………………………………………...466.3. Determinarea mărimii unghiul convenţional de forfecare……………………476.4. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra………………………...48deformării materialului aşchiat……………………………………………………486.5. Fenomenul depunerilor pe tăiş………………………………………………..526.6. Stratul de curgere……………………………………………………………..546.7. Stratul de stagnare…………………………………………………………….556.8. Stratul ecruisat al suprafeţei aşchiate (generate)……………………………...55

7. FORŢELE ŞI PUTEREA DE AŞCHIERE……………………………………..577.1. Generalităţi……………………………………………………………………577.2. Componentele forţei de aşchiere……………………………………………...587.3. Determinarea mărimii componentelor forţei de aşchiere……………………..597.4. Forţa specifică (apăsarea specifică) de aşchiere………………………………627.5. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra forţei specifice şi a componentelor forţei de aşchiere…………………………………...647.6. Relaţii de calcul a componentelor Fc, Ff, Fp………………………………….687.7. Calculul puterii la aşchiere……………………………………………………697.8.Măsurarea componentelor forţei de aşchiere………………………………….69

8.CĂLDURA ŞI TEMPERATURA LA AŞCHIERE…………………………….718.1. Surse de căldură şi bilanţul termic la aşchiere………………………………..718.2. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra temperaturii…………...728.3. Relaţia generală de calcul a temperaturii sculei la aşchiere…………………768.4. Metode şi mijloace de măsurare a temperaturii la aşchiere…………………76

9. MEDII PENTRU AŞCHIERE………………………………………………...799.1. Funcţiile şi proprietăţile mediilor pentru aşchiere…………………………..799.2. Structura lichidelor pentru aşchiere…………………………………………80

4

Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor9.3. Tipuri de lichide pentru aşchiere.…………………………………………...809.4. Modul de acţiune a lichidelor pentru aşchiere………………………………819.5. Alegerea lichidelor pentru aşchiere…………………………………………859.6. Utilizarea lichidelor pentru aşchiere………………………………………...87

10. UZURA ŞI DURABILITATEA SCULELOR AŞCHIETOARE……………89

10.1. Forme de uzură ale sculei aşchietoare……………………………………...8910.2. Cauzele uzării sculelor aşchietoare………………………………………...9110.3. Durabilitatea sculei. Criterii de apreciere a uzurii…………………………9510.4. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra uzurii şi durabilităţii sculei aşchietoare…………………………………………………9610.5. Determinarea durabilităţii sculelor aşchietoare…………………………….10410.6. Mărirea durabilităţii sculelor aşchietoare…………………………………..105

11. DINAMICA PROCESULUI DE AŞCHIERE………………………………11111.1. Fenomene dinamice la aşchiere……………………………………………11111.2. Surse de vibraţii în procesul de aşchiere…………………………………...11111.3. Modalităţi de diminuare şi eliminare a vibraţiilor…………………………113

12. CALITATEA SUPRAFEŢELOR PRELUCRATE PRIN AŞCHIERE……..11512.1. Rugozitatea suprafeţelor prelucrate prin aşchiere………………………….11512.2. Influenta parametrilor procesului de aşchiere asupra rugozităţii suprafeţei prelucrate……………………………………………………………...11712.3. Influenţa calităţii suprafeţei prelucrate asupra comportării piesei în exploatare……………………………………………………………….121

13. GENERAREA PRIN RABOTARE………………………………………….12313.1. Generalităţi…………………………………………………………………12313.2. Generare teoretică a suprafeţelor prin rabotare.……………………………12413.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematicăe……………………...12413.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată…………………….12513.2.3. Generarea suprafeţelor cu generatoare programată………………………12513.3. Dimensiunile aşchiei şi geometria sculei…………………………………..12613.4. Regimul de aşchiere la rabotare……………………………………………12613.5. Forţele şi puterea de aşchiere………………………………………………128

5

Prefaţă14. GENERAREA PRIN MORTEZARE………………………………………..12914.1. Generalităţi…………………………………………………………………12914.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin mortezare…………………………12914.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică………………………13014.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată…………………….13014.3. Geometria sculei…………………………………………………………...13114.4. Regimul de aşchiere la mortezare………………………………………….13114.5. Forţele şi puterea de aşchiere………………………………………………132

15. GENERAREA PRIN BROŞARE……………………………………………13315.1. Generalităţi…………………………………………………………………13315.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin broşarea…………………………...13415.3. Particularităţi constructive ale broşei………………………………………13515.4. Particularităţi ale procesului de broşare……………………………………13715.5. Scheme de aşchiere la broşare……………………………………………..13815.6. Forţele de aşchiere la broşare………………………………………………139

16. GENERAREA PRIN STRUNJIRE………………………………………….14116.1. Generalităţi…………………………………………………………………14116.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin strunjire…………………………...14216.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată…………………….14216.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică………………………14316.2.3. Generarea suprafeţelor cu generatoare programată………………………14416.2.4. Generarea suprafeţelor cu directoare programată………………………..14416.3. Dimensiunile aşchiei şi geometria sculei…………………………………..14516.4. Generarea prin strunjire a diverselor tipuri de suprafeţe…………………...14816.5. Regimul de aşchiere la strunjire……………………………………………14916.6. Forţele şi puterea de aşchiere………………………………………………150

17. GENERAREA PRIN BURGHIERE………………………………………...15117.1. Generalităţi…………………………………………………………………15117.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin burghiere………………………….15117.3. Cinematica burghierii şi dimensiunile aşchiei……………………………..15317.4. Geometria burghiului elicoidal…………………………………………….15417.5. Uzura burghiului elicoidal…………………………………………………15717.6. Regimul de aşchiere la burghiere………………………………………….15817.7. Forţele, momentul şi puterea de aşchiere………………………………….159

6


18. GENERAREA PRIN LĂRGIRE, ADÂNCIRE……………………………..16118.1. Generalităţi…………………………………………………………………16118.2. Lărgirea…………………………………………………………………….16118.3. Adâncirea…………………………………………………………………..16218.4. Regimul de aşchiere………………………………………………………..16318.5. Forţa axială şi momentul de aşchiere………………………………………164

19. GENERAREA PRIN ALEZARE……………………………………………16519.1. Generalităţi…………………………………………………………………16519.2. Dimensiunile aşchiei şi geometria sculei…………………………………..16619.3. Regimul de aşchiere la alezare……………………………………………..167

20. GENERAREA PRIN FREZARE ……………………………………………16920.1. Generalităţi…………………………………………………………………16920.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin frezare…………………………….17020.3. Cinematica frezării şi dimensiunile aşchiei………………………………..17220.4. Geometria frezei……………………………………………………………17420.5. Frezarea cilindrică………………………………………………………….17520.6. Frezarea frontală…………………………………………………………...17720.7. Regimul de aşchiere la frezare……………………………………………..17920.8. Forţele şi momentul de aşchiere la frezare…………………………………180

21. GENERAREA PRIN RECTIFICARE……………………………………….18321.1. Generalităţi…………………………………………………………………18321.2. Construcţia sculelor abrazive………………………………………………18421.3. Procesul formării aşchiei la rectificare……………………………………..18621.4. Rugozitatea suprafeţei rectificate…………………………………………..18721.5. Generarea suprafeţelor plane………………………………………………18821.6. Generarea suprafeţelor exterioare de revoluţie…………………………….18921.7. Generarea suprafeţelor interioare de revoluţie……………………………..191

22. GENERAREA PRIN PROCEDEE DE SUPRAFINISARE………………...19322.1. Honuirea……………………………………………………………………19322.2. Superfinisarea………………………………………………………………19522.3. Lepuirea……………………………………………………………………19722.4. Lustruirea…………………………………………………………………..199

7

Prefaţă

23. GENERAREA SUPRAFEŢELOR ELICOIDALE………………………….20123.1. Generalităţi………………………………………………………………..20123.2. Generarea teoretică a suprafeţelor elicoidale………………………………20123.3. Prelucrarea filete lor prin strunjire…………………………………………20323.4. Prelucrarea filetelor cu tarozi şi filiere……………………………………..20523.5. Prelucrarea filetelor prin frezare…………………………………………...20623.6. Prelucrarea filetelor prin rectificare………………………………………..207

24. GENERAREA DANTURII ROŢILOR DINŢATE CILINDRICE………….20924.1. Generalităţi…………………………………………………………………20924.2. Generarea teoretică a danturii roţilor dinţate cilindrice……………………20924.2.1. Obţinerea curbei generatoare…………………………………………….20924.2.2. Obţinerea curbei directoare………………………………………………21224.3. Procedee de prelucrare a danturii roţilor dinţate cilindrice………………...21424.3.1. Prelucrarea cu generatoare materializată (copiere)………………………21424.3.2. Prelucrarea cu generatoare cinematică…………………………………...21424.3.3. Finisarea danturii roţilor dinţate cilindrice……………………………….218

25. GENERAREA DANTURII ROŢILOR DINŢATE CONICE……………….22125.1. Generalităţi…………………………………………………………………22125.2. Procedee de prelucrare a danturii roţilor dinţate conice……………………22225.2.1. Prelucrarea cu generatoare materializatăe………………………………..22225.2.2. Prelucrarea cu generatoare cinematică…………………………………...22325.3. Finisarea danturii roţilor dinţate conice……………………………………228

BIBLIOGRAFIE…………………………………………………………………229

8


9

Rolul şi evoluţia prelucrărilor prin aşchiere

ROLUL ŞI EVOLUŢIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

Prelucrare prin aşchiere este un proces mecanic de îndepărtare sub formă de aşchii a unui strat de material de pe un semifabricat în scopul obţinerii suprafeţelor unei piese.

Pentru realizarea procesului de prelucrare prin aşchiere sunt necesare o maşină-unealtă (MU), una sau mai multe scule aşchietoare (S), dispozitive de poziţionare fixare (D), piesa de prelucrat (P), aparate şi instalaţii pentru controlul tehnic de calitate. Ansamblul MUSDP se numeşte sistem tehnologic.Ponderea prelucrărilor prin aşchiere, la realizarea pieselor, reprezintă în anumite situaţii peste 70% din totalitatea operaţiilor. Această pondere este justificată de următoarele considerente:

- posibilitatea realizării prin aşchiere a unei game foarte diverse de piese sub aspectul formei geometrice, dimensiunilor şi materialelor;

- realizarea relativ uşoară a condiţiilor tehnice impuse suprafeţelor piesei; - productivitate şi cost de fabricaţie ce pot fi realizate, în funcţie de dotare,

de cele mai multe ori la valori optime:- retehnologizarea sistemelor de fabricaţie se poate realiza cu costuri

reduse;- prelucrarea prin aşchiere este cel mai economic procedeu la producţie de

unicate şi serie mică.Prelucrarea prin aşchiere are o vechime considerabilă, evoluţia acesteia

fiind continuă, determinată de progresele realizate în domeniul elaborării de noi materiale pentru realizarea pieselor, sculelor aşchietoare şi perfecţionări ale maşinilor-unelte.

O etapă importantă în evoluţia prelucrării prin aşchiere a constituit-o trecerea de la sculele de mână la sculele de maşină prin realizarea acţionării acestora cu ajutorul maşinilor-unelte.

O altă etapă de dezvoltare este datorată progreselor realizate în domeniul materialelor pentru sculele aşchietoare.

În anul 1907 Tylor şi White pun bazele în S.U.A. a tehnologiei de obţinere a oţelurilor superaliate (9...18% elemente de aliere), denumite oţeluri rapide, care utilizate în construcţia sculelor aşchietoare au permis creşterea vitezei de aşchiere până la 40...60 m/min, faţă de 10...20 m/min, viteză admisă de otelurile obişnuite pentru scule.

1

Între anii 1925...1930 în Germania se dezvoltă tehnologiile de obţinere a carburilor metalice sinterizate utilizate sub formă de plăcuţe (plăcuţe Widia), care au permis creşterea vitezelor de aşchiere până la 200...300 m/min, impunând totodată perfecţionări ale cinematicii maşinilor-unelte.

Începând cu anul 1950 apar materialele mineralo-ceramice pe bază de oxizi (frecvent Al2O3) ce au duritate mai mare decât materialele mineralo-ceramice. Au fost realizate şi combinaţii de materiale metalo-ceramice şi mineralo-ceramice, având denumirea de cermeţi. Aceste materiale permit utilizarea unor viteze de aşchiere foarte mari (300...500 m/min) Ia secţiuni mici de aşchie. Maşinile-unelte trebuie în acest caz să realizeze turaţii mai mari de 3000 rot/min. Materialele metalo-ceramice şi mineralo-ceramice predomină la ora actuală în construcţia sculelor aşchietoare.

Creşterea performanţelor sculelor aşchietoare se realizează la ora actuală prin optimizarea geometriei, îmbunătăţirea performanţelor materialelor existente prin acoperirea cu un strat rezistent la uzură (din TiC sau TiN), începând cu anul 1950, ca materiale pentru partea activă a sculei aşchietoare se utilizează materiale superdure ca nitrura cubică de bor (NCB), safirul, rubinul, diamantul,(natural, sintetic), materiale cristaline pe bază de diamant (PKD).

Paralel cu dezvoltarea tehnicilor de prelucrare prin aşchiere se dezvoltă cercetările teoretice şi experimentele privind optimizarea parametrilor procesului de aşchiere.

Datorită perfecţionării procedeelor de obţinere a semifabricatelor (prin reducerea adaosurilor de prelucrare), se manifestă o tendinţă de scădere a ponderii prelucrărilor prin aşchiere de degroşare, simultan cu creşterea ponderii prelucrărilor prin aşchiere de finisare.

Prelucrările prin aşchiere tind să se perfecţioneze şi să se diversifice datorită utilizării în fabricarea pieselor de materiale cu proprietăţi fizico-mecanice ridicate, greu prelucrabile prin aşchiere.

Acesta impune de asemenea realizarea de scule cu calităţi aşchietoare superioare şi evoluţii în structura cinematică a maşinilor-unelte. Se manifestă tendinţa de lărgire a gamei de maşini-unelte cu comenzi numerice, conducerea cu calculatorul, utilizarea pe scară largă a comenzilor adaptive, extinderea robotizării şi a sistemelor flexibile de fabricaţie.

Înlocuirea procedeelor clasice de prelucrare prin aşchiere cu procedee noi, perfecţionate sau cu procedee neconvenţionale se poate realiza numai pe baza unei atente analize tehnico-economice, analiză ce necesită cunoaşterea fenomenelor caracteristice şi a interdependenţelor dintre acestea.

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchiere

NOŢIUNI PRIVIND GENERAREA SUPRAFEŢELOR PRIN AŞCHIERE

2.1. Suprafeţele pieselor.

Elementele constructive ale instalaţiilor, maşinilor, utilajelor, cunoscute sub denumirea de piese, sunt corpuri solide delimitate în spaţiu de un număr finit de suprafeţe ce au o anumită poziţie reciprocă.

Fiecare suprafaţă componentă a piesei se poate caracteriza prin:- formă geometrică (teoretică);- dimensiuni;- poziţie relativă (faţă de celelalte suprafeţe);- calitate (rugozitate, starea stratului superficial).Condiţiile, de formă stabilesc forma geometrică teoretică pe care trebuie să

o aibă suprafaţa şi abaterile de formă admise de la forma geometrică nominală.Condiţiile dimensionale stabilesc dimensiunile nominale ale fiecărei suprafeţe

componente ale unei piese şi abaterile admise de la dimensiunile nominale.Condiţiile de poziţie relativă stabilesc distanţele şi orientările relative

nominale dintre suprafeţele componente ale piesei, precum şi abaterile admise de la distanţele şi orientările nominale.

Condiţiile de calitate a suprafeţei stabilesc rugozitatea impusă suprafeţelor piesei, iar în unele cazuri şi starea de duritate sau tratamentele termice şi chimice aplicate în scopul măririi rezistenţei la uzură, oboseală, coroziune, etc.

Toate aceste caracteristici, dictate de rolul pe care piesa trebuie să-l îndeplinească, constituie condiţiile tehnice de generare (de execuţie) a suprafeţelor şi sunt precizate în desenul de execuţie elaborat de proiectant.

2.2. Generalităţi privind prelucrarea prin aşchiere.

Generarea prin aşchiere a unei suprafeţe constă din îndepărtarea sub formă de aşchii a unui strat de material denumit adaos de prelucrare.

Suprafaţa de la care se porneşte generarea se numeşte suprafaţă iniţială.Suprafaţa obţinută în urmagenerării se numeşte suprafaţă generată (prelucrată).Partea suprafeţei generată pe piesă ce urmează să fie detaşată la cursa (rotaţia) următoare a sculei sau piesei se numeşte suprafaţă aşchiată (figura 2.1).

11

2

Figura 2.1 Modul de generare a suprafeţei pe piesăPiesa iniţială delimitată în spaţiu de un număr,de suprafeţe iniţiale ce se află

într-o anumită combinaţie se numeşte semifabricat. Semifabricatele pentru prelucrarea prin aşchiere pot fi obţinute prin diverse procedee tehnologice ca: turnare; sudare; deformare plastică la cald sau rece; etc.

Procedeul de prelucrare prin aşchiere este procedeul de generare a suprafeţelor piesei, procedeu ce stă la baza construcţiei maşinilor-unelte, având drept scop generarea unei suprafeţe (suprafaţă generată) prin îndepărtarea adaosului de prelucrare, efectuată de tăişul unei scule aşchietoare, care se deplasează relativ faţă de semifabricat printr-o mişcare rezultantă bine definită.

Procesul de aşchiere constituie ansamblul fenomenelor fizice prin care se produce transformarea adaosului de prelucrare în aşchii, detaşarea acestora şl generarea suprafeţei.

2.3. Generarea teoretică a suprafeţelor.

Suprafeţele din punct de vedere al generării lor pot fi suprafeţe geometrice (teoretice) şi suprafeţe reale (prelucrate).Suprafeţe geometrice (teoretice) sunt acele suprafeţe ce nu au dimensiuni ci numai forme strict teoretice, definite în majoritatea cazurilor prin relaţii analitice. Din punct de vedere matematic, suprafeţele geometrice se pot defini ca pânze imateriale, fără grosime, ce separă două spaţii distincte, fără a aparţine nici unuia dintre ele.

Generarea teoretică a suprafeţelor se poate realiza dacă în timpul generării sunt satisfăcute ecuaţiile lor matematice.

Într-un sistem de axe triortogonal OXYZ forma unei suprafeţe este specificată de relaţia:

S(X,Y,Z)=0 sau Z=f(X,Y) (2.1)Din punct de vedere al principiului generării teoretice există

următoarele moduri de generare;

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchiere- deplasarea în spaţiu a unui punct generator M(X,Y,Z), în condiţiile satisfacerii ecuaţiilor matematice ale suprafeţei (figura 2.2);- deplasarea în spaţiu a unui corp, după o anumită lege, suprafaţa generată fiind înfăşurătoarea poziţiilor succesive ale acestuia (figura 2.3).- intersecţia a doua corpuri;- deplasarea unei curbe în spaţiu.

Singurul mod de generare teoretică a unei suprafeţe geometrice care corespunde cel mai bine condiţiilor de generare a suprafeţelor reale este cel de a deplasa o curbă în spaţiu.Curba care se deplasează este denumită generatoare (G), iar traiectoria descrisă de un punct M oarecare al ei în timpul deplasării este denumită directoare (D). În cazul generării suprafeţelor pe maşinile-unelte curbele generatoare şi directoare sunt curbe plane, nu îşi schimbă forma în timpul generării, sunt conţinute în câte un plan denumit planul generatoarei (G0) şi planul directoarei (D0).Planul G0 este perpendicular pe planul D0, intersecţia celor două plane, urma oo, face unghiul cu tangenta tp la directoare, în punctul M de sprijin al generatoarei pe directoare (figura 2.4).

13

Figura 2.2 Generarea prin deplasarea unui punct în spaţiu

Figura 2.3 Generarea prin deplasarea în spaţiu a unui corp

VM

Figura 2.4 Panul generatoarei şi planul directoarei

Generarea suprafeţei rezultă prin deplasarea planului G0 pe planul D0, tot timpul acestea trebuie să fie ortogonale, iar punctul M al generatoarei G să se deplaseze pe directoarea D.

Unghiul poate fi constant sau variabil ca mărime în timpul deplasării planului G0.

Dacă este constant, parametrii de deplasare ai planului G0 (mărimea şi sensul lui VM), nu influenţează forma suprafeţei generate.

Dacă unghiul variază în timpul deplasării planului G0, forma suprafeţei este determinată, indiferent de viteza de deplasare a generatoarei, de legile de variaţie a lui şi VM ce au un parametru comun.

2.4. Generarea suprafeţelor reale pe maşinile-unelte.

Obţinerea suprafeţelor reale pe maşinile-unelte impune adoptarea aceluiaşi mod de generare teoretică, adică al existenţei mişcării generatoarei în lungul directoarei.

Cinematica maşinilor-unelte trebuie să fie astfel concepută, încât în funcţie de forma suprafeţei, realizarea simultană a celor două curbe să fie obţinută în urma unor mişcări, curbele rezultând ca traiectorii ale acestor mişcări.

Muchia aşchietoare a tăişului sculei, materializează pe o anumită lungime a sa o porţiune a curbei generatoare a suprafeţei. Această porţiune se numeşte generatoare elementară GE.

Generatoarea elementară GE, trebuie să se deplaseze simultan în lungul generatoarei teoretice G cu viteza vg în scopul realizării traiectoriei G şi în lungul directoarei teoretice D cu viteza vd în scopul realizării traiectoriei D (figura 2.5).


Figura 2.5 Generatoarea elementară şi generatoarea teoreticăMaşinile-unelte trebuie să permită realizarea simultană a fiecărei traiectorii

în scopul generării suprafeţei de formă dată, deci să permită realizarea mişcărilor impuse de legile cazului respectiv de generare.

Pentru realizarea traiectoriilor se folosesc cuple cinematice inferioare de translaţie sau rotaţie constituite din mecanisme sanie-ghidaj (figura 2.6,a) şi fus-lagăr (figura 2.6,b), curbele generatoare şi directoare cele mai simple fiind traiectorii rectilinii şi circulare. Folosirea acestor mişcări simple ar limita gama de suprafeţe reale ce se pot genera pe maşinile-unelte. Pentru a realiza traiectorii generatoare şi directoare de forme mai complicate se folosesc combinaţii ale acestor mişcări simple.

a) b)

Figura 2.6 Mecanism sanie ghidaj şi mecanism fus-lagărCinematica maşinilor-unelte trebuie să asigure respectarea anumitor relaţii

dintre parametrii de viteză ai mişcărilor simple ce se compun pentru a realiza traiectoriile necesare. De exemplu o traiectorie de formă oarecare plană C (figura 2.7), putând fi o traiectorie generatoare G sau directoare D, poate fi obţinută dacă un punct K al său se deplasează cu viteza vk astfel încât să descrie traiectoria C.

15

Figura 2.7 Traiectorie de formă oarecare planăGenerarea traiectoriei C poate fi uşor de realizat pe maşini-unelte,

considerând că punctul K se deplasează simultan pe direcţiile Ox şi Oy, cu vitezele vx respectiv vy, ale căror mărimi se găsesc în raportul:

(2.2)

Relaţia (2.2) este independentă de viteza vk , ci numai de forma traiectoriei (unghiul ). Acest lucru prezintă o mare importanţă pentru construcţia maşinilor-unelte, deoarece viteza vk sau una din componentele ei poate fi impusă, cealaltă componentă va avea valoarea dată de relaţia (2.2).

În cazul coordonatelor polare, o traiectorie polară C, ce poate constitui o traiectorie G sau D, poate fi obţinută cinematic (figura 2.8, a), prin compunerea mişcării de rotaţie de viteză unghiulară ωk, cu mişcarea rectilinie radială cu viteza Vr, condiţionate ca mărime de relaţia:

(2.3)

unde:- ρk – reprezintă raza momentană a punctului generator K;- – unghiul dintre viteza Vx şi viteza normală Vn.

b)

ρk

Figura 2.8 Obţinerea cinematică a unei traiectorii polare “C”Relaţia (2.3) arată că, punctul K se poate deplasa pe traiectoria C cu o viteză

oarecare necondiţionată de forma ei, viteza Vx sau una din componentele ei poate avea ca mărime, mărimea vitezei de avans. Acest caz de compunere a unei mişcări

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchierede rotaţie cu una rectilinie în planul rotaţiei se foloseşte la detalonarea radială prin strunjire a frezelor cu dinţi detalonaţi (figura 2.8, b).

Mişcarea rectilinie (radială) a cuţitului generator Vr, continuă dar intermitentă, este coordonată cu mişcarea de rotaţie na a piesei de detalonat. Prin compunerea celor două mişcări se generează traiectorii generatoare D ce sunt spirale arhimedice.

2.5. Metode de obţinere a curbelor generatoare.

Curbele generatoare se pot obţine numai cu ajutorul sculei aşchietoare sau utilizând cinematica procesului tehnologic şi construcţia sculei aşchietoare, prin două metode:- metoda materializării prin intermediul sculei aşchietoare (generatoare materializate);- metoda cinematică (generatoare cinematice).

Generatoarele materializate prezintă următoarele avantaje:- reducerea numărului de mişcări (la deplasarea G pe D);- creşterea productivităţii şi micşorarea costurilor de prelucrare;- folosirea de executanţi cu calificare redusă;- precizia de prelucrare depinde de precizia de execuţie a sculei.

Dezavantajele generatoarei materializate sunt următoarele:- proiectarea şi tehnologia de execuţie a sculei aşchietoare sunt dificile şi costisitoare (precizia sculei fiind impusă de suprafaţa de generat);- solicitarea sistemului tehnologic MUSDP este mare datorită contactului între întreaga lungime a muchiei aşchietoare şi piesă;- uzura neuniformă şi intensivă,a muchiei aşchietoare;- utilizarea acestei metode este economică numai la producţie de serie şi masă, datorită costului ridicat al sculei aşchietoare.

Sculele aşchietoare care materializează prin muchia lor curba generatoare se numesc scule profilate.

Exemple de generare a suprafeţelor cu generatoare materializată de muchia aşchietoare a sculei sunt prezentate în figura 2.9.

17

Figura 2.9 Generarea suprafeţelor cu generatoare materializatăMişcarea 1 duce la obţinerea directoarei D, iar mişcarea 2 este necesară

transformării adaosului de prelucrare în aşchii. Mişcarea 2 nu participă la generarea suprafeţei Sp. Generatoarea cinematică se utilizează atunci când dimensiunile suprafeţelor

sunt mari şi poate fi întâlnită sub trei variante:- generatoare ca traiectorie a unui punct M al muchiei aşchietoare a sculei (figura 2.10,a);- generatoare ca înfăşurătoare a unei curbe în mişcare (figura 2.10,b);- generatoare realizată prin programare (figura 2.10,c).

Figura 2.10 Moduri de obţinere a generatoarelor cinematiceForma geometrică a generatoarei G se realizează acţionând asupra

componentelor mişcării de generare conform relaţiei (2.2) şi figura 2.6. Pentru a obţine o formă dată a generatoarei G trebuie acţionat asupra raportului dat de relaţia (2.2) şi nu asupra mărimii mişcării de generare, fapt ce reprezintă un avantaj pentru proiectarea şi exploatarea sistemului tehnologic.

Generatoarele cinematice obţinute prin programare pe elemente speciale (camă, şablon, cartelă, bandă magnetică, etc.) se folosesc în cazul suprafeţelor complexe când generatoarele sunt dificil sau imposibil de realizat prin materializare de către muchia aşchietoare a sculei sau pe cale cinematică.

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchiere2.6. Metode de obţinere a curbelor directoare.

Directoarea (D) este traiectoria pe care se deplasează generatoarea în timpul generării suprafeţei de prelucrat. Curbele directoare se obţin cu ajutorul mişcărilor de generare executate de semifabricat şi/sau scula aşchietoare.

Directoarele se obţin prin aceleaşi metode ca şi generatoarele, în practica prelucrărilor prin aşchiere predomină metoda de obţinere pe cale cinematică.

Directoarele cinematice sunt definite în general de curbe analitice simple (cercul, dreapta, elipsa, spirala arhimedică, elicea cilindrică sau conică, epicicloida, evolventa, etc.). Pot fi obţinute prin mişcări simple de rotaţie sau translaţie sau prin combinarea a două mişcări simple de rotaţie şi/sau translaţie, în figura 2.11 se prezintă realizarea printr-o mişcare de rotaţie a piesei, a directoarei circulare D, necesară realizării unei suprafeţe cilindrice. Directoarea elicoidală de tipul elicei cilindrice se obţine prin combinarea unei mişcări de rotaţie şi a unei mişcări de translaţie executate de sculă şi/sau semifabricat (figura 2.12).

Pentru acest exemplu, realizarea elicei cilindrice de pas p, necesită o anumită legătură între cele două mişcări. La o rotaţie completă corespunzătoare mişcării 1, corespunde o deplasare pe direcţia mişcării 2 egală cu pasul elicei p, iar la n rotaţii pentru mişcarea 1, va corespunde o viteză de deplasare v2 = nxp.

Directoarea cinematică ca traiectorie a unui punct

coordonate xy, acţionând asupra raportului exprimat prin relaţia (2.2), în care vx şi vy reprezintă componentele vitezei de deplasare a generatoarei (figura 2.13).

Directoarea cinematică ca înfăşurătoare a unei curbe cinematice C se poate realiza în două variante:

- curba D este materializată ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale muchiei aşchietoare C a sculei (figura 2.14);

- curba D este descrisă prin combinarea unor mişcări executate de către sculă şi/sau semifabricat, fiind necesare una, două sau mai multe mişcări simple (figura 2.15).

Directoarele obţinute prin programare (similar cu obţinerea generatoarelor)

19

Figura 2.11 Obţinerea directoarei prin mişcare de rotaţie

Figura 2.12 Obţinerea directoarei elicoidale

se folosesc pentru suprafeţe complexe, în producţie de serie mare şi masă (figura 2.16).

Figura 2.13 Componentele vitezei de deplasare

a generatoarei

Pentru simplificarea cinematicii sistemului tehnologic, scula aşchietoare poate să materializeze (pe lângă generatoarea G) şi directoarea D.

În figura 2.17 se prezintă cazul prelucrării unui filet cu tarodul. Generatoarea este materializată de profilul dinţilor tarodului, iar directoarea,

de dispunerea dinţilor după o elice cilindrică cu pasul p. În figura 2.18 se prezintă cazul materializării generatoarei şl directoarei la

prelucrarea alezajelor cu alezor monobloc. Mişcările 1 şi 2 sunt necesare asigurării continuităţii generării suprafeţei de

prelucrat.

Figura 2.14 Directoare materializată de poziţiile succesive ale muchiei aşchietoare

Figura 2.16 Directoare obţinută prin programare

Figura 2.15 Directoare obţinută prin combinarea mişcărilor


CINEMATICA PROCESULUI DE AŞCHIERE

Procesul de prelucrare prin aşchiere se poate defini ca un proces mecanic de tăiere-deformare sau rupere, desprindere şi îndepărtare sub formă de aşchii succesive a surplusului de material de pe un semifabricat în scopul obţinerii formei geometrice, dimensiunilor, poziţiei relative şi calităţii suprafeţei generate.

La toate procedeele de prelucrare prin aşchiere, transformarea în aşchii a adaosului de prelucrare se realizează prin acţiunea sculei asupra semifabricatului în prezenţa unei mişcări relative denumită mişcare de aşchiere. Pentru desfăşurarea procesului de aşchiere trebuie îndeplinite următoarele cerinţe:- existenţa unui sistem tehnologic MUSDP, capabil să asigure interacţiunea sculă-semifabricat în prezenţa mişcării de aşchiere;- capacitatea sistemului tehnologic de a asigura generarea suprafeţei conform metodei de generare adoptată;- desfăşurarea procesului de aşchiere în condiţii de eficienţă economică;- capacitatea sculei aşchietoare de a realiza transformarea adaosului de prelucrare în aşchii în prezenţa unor solicitări termomecanice şi de uzură cât mai reduse;- posibilitatea reglării parametrilor de lucru astfel încât să se realizeze condiţiile

21

3

Figura 2.18 Prelucrarea alezajelor cu alezor monobloc

Figura 2.17 Prelucrarea unui filet cu tarodul

tehnice impuse de proiectant.

3.1. Mişcări necesare la generarea suprafeţelor pe maşinile-unelte.

În cazul general al generării suprafeţelor reale pe maşinile-unelte, când cele două curbe ale suprafeţei, generatoarea G şi directoarea D, se realizează pe cale cinematică, elementul generator Ge al sculei trebuie să se deplaseze simultan în lungul directoarei teoretice D cu viteza vd şi în lungul directoarei teoretice G cu viteza vg. Cele două mişcări se compun dând în spaţiu o mişcare rezultantă între elementul generator al sculei şi suprafaţa generată (figura3.1).

Pentru definirea cinematicii procesului de aşchiere semifabricatul (piesa de prelucrat) se consideră în stare de repaus, mişcările fiind executate de carte sculă.Mişcarea rezultantă de aşchiere este mişcarea relativă între semifabricat şi partea aşchietoare a sculei, prin care se realizează generarea suprafeţei.

Direcţie rezultantă de aşchiere este direcţia pe care se produce această mişcare. Viteză rezultantă de aşchiere ve, este viteza cu care se realizează această mişcarea şi reprezintă viteza la un moment dat, în direcţia mişcării rezultante de aşchiere, a unui punct considerat pe tăişul sculei.

Figura 3.1 Generarea suprafeţelor cu generatoare şi directoare cinematicăMişcare de aşchiere este deplasarea elementului generator Ge al sculei în

lungul directoarei D (în urma căreia se îndepărtează aşchii). Direcţie de aşchiere este direcţia pe care se produce această mişcare. Viteza de aşchiere vr este viteza cu care se realizează mişcarea de aşchiere şi este viteza la un moment dat, în direcţia mişcării de aşchiere, a unui punct considerat pe tăişul sculei. Mărimea vitezei de aşchiere vc este dată de relaţiile:

[m/min] (3.1)

[m/min] (3.2)

unde: - D [mm], diametrul piesei/sculei care execută mişcare de rotaţie; - n [rot/min], turaţia piesei/sculei care execută mişcare de rotaţie; - k, raportul între vitezele de deplasare în cursa inactivă şi activă;

- L [mm], lungimea cursei active (de aşchiere);

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchiere- ncd [cd/min], număr de curse duble pe minut ale mişcării de aşchiere.Pentru cazul k =1 (vitezele active şi inactive sunt egale), relaţia (3.2) capătă

forma: [m/min] (3.3)

Relaţia (3.1) este pentru mişcările de aşchiere circulare (rotaţie), iar relaţiile (3.2), (3.3) pentru mişcările de aşchiere rectilinii alternative.

Mişcarea de avans este deplasarea (poziţionarea repetată) a elementului generator Ge al sculei în lungul generatoarei G (în urma căreia se aduc noi straturi de material în faţa părţii aşchietoare a sculei). Direcţie de avans este direcţia pe care se produce mişcarea de avans. Viteza de avans vf este viteza cu care se realizează mişcarea de avans şi reprezintă viteza la un moment dat, în direcţia mişcării de avans a unui punct considerat pe tăişul sculei. Avansul de aşchiere este mărimea cursei de avans la o frecvenţă a mişcării de aşchiere (rotaţie sau cursă dublă) şi se exprimă în mm/rot pentru mişcările de aşchiere circulare (rotaţie) şi în mm/cd pentru mişcările de aşchiere rectilinii alternative. Avansul pe dinte fd, se defineşte pentru sculele aşchietoare cu un număr z dinţi şi este dat de relaţia:

[mm/rot] (3.4)

Viteza de avans vf, este viteza cu care se realizează mişcarea de avans şi reprezintă viteza la un moment dat, în direcţia mişcării de avans a unui punct considerat pe tăişul sculei.

Mărimea vitezei de avans vf este dată de relaţiile: [mm/min] (3.5)

[mm/min] (3.6)Relaţia (3.6) reprezintă viteza de avans pentru sculele aşchietoare cu un

număr z de dinţi. Mişcările necesare generării suprafeţei (mişcarea de aşchiere, mişcarea de avans) se pot realiza simultan sau alternativ. În majoritatea cazurile practice de generare a suprafeţelor pe maşinile-unelte, viteza vg = vf este mult mai mică ca mărime faţă de viteza ve, iar viteza vd - vc este mai apropiată ca valoare de ve.

Pentru desfăşurarea procesului de aşchiere, pe lângă mişcările necesare generării suprafeţei, mai sunt necesare mişcări auxiliare, strict necesare pentru pregătirea desfăşurării procesului de aşchiere.

Aceste mişcări sunt următoarele:- mişcarea de apropiere, mişcarea relativă între piesă şi sculă, prin care scula este apropiată de piesă în vederea efectuării mişcării de reglare;- mişcarea de reglare, mişcarea relativă între piesă şi sculă, prin care se stabileşte mărimea stratului de prelucrare cu care urmează a se începe prelucrarea;- mişcarea de compensare, mişcarea relativă între piesă şi sculă, prin care se corectează poziţia sculei, modificată prin uzură, sau prin deformare termică, în vederea realizării unei prelucrări corespunzătoare;- mişcările de comandă, se referă la realizarea pornirii sau opririi, mişcărilor de lucru, schimbarea frecvenţei mişcărilor de lucru;

23

- mişcările de automatizare, au în vedere comanda mişcărilor de comandă.

3.2. Lanţuri cinematice ale maşinilor-unelte.

Toate mişcările necesare desfăşurării procesului de aşchiere, inclusiv mişcările auxiliare sunt realizate de lanţuri cinematice. Lanţul cinematic are rolul de bază de a transfera mişcarea de la elementul conducător (sursa de mişcare) la elementul final de execuţie. Structura lanţului cinematic constă dintr-o succesiune de mecanisme legate în serie.

Clasificarea lanţurilor cinematice se poate realiza funcţie de mişcările pe care le realizează:- lanţuri cinematice de lucru sau generatoare (de aşchiere şi de avans);- lanţuri cinematice auxiliare;- lanţuri cinematice de comandă;- lanţuri cinematice de automatizare.

Lanţurile cinematice generatoare (de lucru), formate dintr-un număr mai mare de mecanisme, asigură deplasarea generatoarei pe directoare, prin combinarea unor mişcări pe traiectorii diferite, menţinând raporturi constante între componentele vitezelor. Lanţurile cinematice auxiliare sunt alcătuite dintr-un număr redus de mecanisme. Trebuie să asigure deplasări cu viteze cât mai mari pentru reducerea timpilor neproductivi. Pentru fiecare mecanism independent se defineşte un raport de transfer între o mărime de ieşire xe şi o mărime de intrare xi, dat de relaţia:

(3.7)

În cazul unui lanţ cinematic format din k mecanisme legate în serie (figura 3.2), prin dezvoltări succesive, se obţine relaţia dintre raportul de transfer al lanţului cinematic şi rapoartele de transfer ale mecanismelor componente:

(3.8)

Raportul de transfer / al lanţului cinematic este egal cu produsul rapoartelor de transfer ale mecanismelor componente legate în serie.

Figura 3.2 Lanţ cinematic format din “n” mecanisme

3.3. Reglarea cinematicii maşinilor-unelte.

Prin reglarea cinematicii maşinii-unelte se înţelege obţinerea mişcărilor sculei şi/sau a semifabricatului (piesei) la valorile impuse de condiţiile de lucru.

Noţiuni privind generarea suprafeţelor prin aşchiereDomeniul de valori pentru care se face reglarea cinematică se numeşte

gamă de reglare. Pentru fiecare maşină-unealtă se definesc game de reglare frecvenţă (turaţie), viteze şi avansuri, prin relaţiile:

(3.9)

Funcţie de modul cum este acoperită gama de reglare se deosebesc două game de reglare cinematică:- metoda de reglare în trepte;- metoda de reglare continuă.

Reglarea în trepte acoperă cu valori distincte gamele de reglare Rn,Rv, Rf.Reglarea continuă poate realiza orice valoare cuprinsă între nmax şi nmin, vmax

şi vmin, fmax şi fmin. Este preferată reglarea continuă,dar maşinile-unelte ce au această posibilitate prezintă un preţ de cost mai ridicat. Cea mai răspândită reglare în trepte este reglarea cu ajutorul lanţurilor cinematice de natură mecanică formate din roţi dinţate, curele, lanţuri, came, etc., care alcătuiesc cutia de viteze sau cutia de avansuri. La maşinile-unelte, lanţurile cinematice sunt legate între ele pentru obţinerea diferitelor rapoarte de transmitere şi pentru transmiterea mişcării în diferite puncte ale maşinii unelte.

25

Parametrii procesului de aşchiere şi ai sculei aşchietoare

PARAMETRII PROCESULUI DE AŞCHIERE Şl AI SCULEI AŞCHIETOARE.

4.1.Generalităţi.

Procesul de aşchiere constă din îndepărtarea unui strat de material sub formă de aşchii de pe un semifabricat în scopul obţinerii unei suprafeţe ce trebuie să îndeplinească anumite condiţii impuse, îndepărtarea materialului este realizată de către scula aşchietoare, care prin intermediul lanţurilor cinematice ale maşinii-unelte, este apăsata pe semifabricat.

Procesul de aşchiere (figura 4.1), este un proces complex de deformare plastică însoţit şi de alte fenomene. Scula aşchietoare deplasându-se cu viteza v, rupe legătura dintre atomi (prin intermediul muchiei aşchietoare ma) şi stratul de material de grosime a este deformat pe faţa D a sculei sub formă de aşchie.

Figura 4.1 Deformarea plastică ce se produce în procesul de aşchiereForţa necesară desfăşurării procesului de aşchiere Fd este formată din trei

componente şi este dată de relaţia: Fd = F0 + FN + F [N] (4.1)unde: - F0, forţa de coeziune dintre atomi;

- FN, foia de deformare plastică;- F, forţa de frecare.Pentru a înţelege mecanismul procesului de aşchiere, acesta trebuie analizat

pentru situaţii simple, elementare, urmând a se deduce concluzii valabile pentru celelalte situaţii.

4.2. Parametrii ce caracterizează aşchierea ortogonală.

Aşchierea ortogonală, este procesul de aşchiere simplă, de regulă a unei suprafeţe plane, care îndeplineşte următoarele condiţii:

- muchia aşchietoare a sculei este normală pe direcţia mişcării relative dintre sculă şi semifabricat, denumită mişcare de aşchiere;

25

4

- lungimea muchiei aşchietoare este mai mare sau cel puţin egală cu lăţimea semifabricatului b;- dimensiunile a şi b ale stratului de material ce urmează a fi îndepărtat de sculă sunt constante;- mişcarea de aşchiere este realizată cu o viteză de aşchiere v constantă.

Pentru a se realiza procesul de aşchiere ortogonală, se vor utiliza următorii parametri:- parametrii geometrici ce caracterizează forma muchiei sculei aşchietoare;- parametrii geometrici ce caracterizează stratul de material ce urmează a fi îndepărtat (aşchia nedetaşată);- parametrii geometrici ce caracterizează aşchia detaşată.

Definirea parametrilor geometrici ai sculei aşchietoare se face utilizând sistemul de referinţă constructiv (vezi § 4.3);- , unghiul de degajare, unghiul dintre planul normal la suprafaţa aşchiată şi suprafaţa sculei pe care se degajă aşchia (faţă de degajare):- , unghiul de aşezare, pozitiv, unghiul între suprafaţa aşchiată şi suprafaţa sculei orientată spre suprafaţa aşchiată (faţă de aşezare}:- , unghiul de ascuţire, între faţa de degajare şi faţa de aşezare;- rn, raza de ascuţire (bontire/rotunjire) a muchiei aşchietoare;- bs, lungimea muchiei aşchietoare.

Parametrii ce definesc aşchia nedetaşată sunt:- a, grosimea aşchiei nedetaşate;- b, lăţimea aşchiei nedetaşate;- l, lungimea aşchiei nedetaşate.

Parametrii ce definesc aşchia detaşată sunt:- a1, grosimea aşchiei detaşate;- b1, lăţimea aşchiei detaşate;- l1, lungimea aşchiei detaşate.

4.3. Geometria sculei aşchietoare elementare.

Diversitatea procedeelor de prelucrare impun o gamă largă de scule aşchietoare. Sculele aşchietoare sunt caracterizate prin următoarele părţi componente:- partea aşchietoare (activă);- partea de poziţionare-fixare pe maşina-unealtă;- corpul sculei.

Partea aşchietoare a sculei este partea ce formează aşchia, ca urmare a mişcărilor relative între sculă şi semifabricat şi participă în mod direct la generarea suprafeţei prelucrate.

Partea de poziţionare-fixare pe maşina-unealtă serveşte la aşezarea sculei faţă de semifabricat, este constituită din cozi cilindrice, conice, prismatice sau alezaje cilindrice sau conice.

Parametrii procesului de aşchiere şi ai sculei aşchietoare Corpul sculei, prismatic sau de revoluţie are rolul de a reuni într-un

ansamblu unitar şi rigid partea activă de partea de poziţionare-fixare.Geometria părţii aşchietoare a sculei este definită în general prin standarde. Principalele elemente constructiv-geometrice ale părţii active a sculei (figura 4.2), sunt feţele (suprafeţele) de aşezare, de degajare, muchia aşchietoare.

Figura 4.2 Elemente constructiv-geometrice ale părţii active a sculeiFaţa de aşezare este suprafaţa părţii aşchietoare a sculei orientată spre

partea prelucrată a semifabricatului. Se deosebesc următoarele feţe de aşezare (figura 4.3):- faţa de aşezare principală A, suprafaţa sculei orientată spre suprafaţa aşchiată, la mişcarea sculei în direcţia de avans. Când faţa de aşezare se compune din mai multe suprafeţe, acestea se notează cu A1, A2,…. Aq,- faţa de aşezare secundară A’, suprafaţa sculei orientata spre suprafaţa generată (în urma aşchierii). Poate fi formată din mal multe suprafeţe (faţete) notate cu A’1, A’2,.... , A’q. Lăţimea faţetelor de aşezare, măsurată în planul feţei de aşezare, perpendicular pe tăiş, se notează cu b1, b2, … , bq. Faţa de degajare A este suprafaţa părţii aşchietoare pe care alunecă aşchiile şi poate fi o suprafaţă plană sau curbă (figura 4.3). Când faţa de degajare se compune din mai multe suprafeţe, acestea se notează diferit, A1, A2,.... , Aq. Lăţimea feţelor de degajare măsurată în planul feţei de degajare, perpendicular pe tăiş, se notează cu b1, b2, … , bq.

Figura 4.3 Tipuri de feţe de aşezare şi degajare

27

Liniile de intersecţie ale feţelor de aşezare şi degajare ale diedrului care formează partea aşchietoare a sculei, se numesc muchii aşchietoare şi pot fi drepte, curbe sau linii frânte. Muchiile aşchietoare împreună cu suprafeţele limita adiacente formează tăişul. Tăişul principal T, este partea din tăişul sculei începând din punctul unde unghiul r este egal cu zero şi care are cel puţin o parte destinată formării suprafeţei aşchiate. Muchia de aşchiere principală, ce are corespondent fizic tăişul principal, este formată din intersecţia feţei de aşezare principală cu faţa de degajare. Tăişul secundar T’, partea care rămâne din tăişul sculei începând din punctul unde unghiul r este egal cu zero, în direcţia opusă tăişului principal.

Vârful sculei este partea care leagă două tăişuri consecutive şi de orientare diferită (tăişul principal de tăişul secundar). Poate avea o formă rotunjită sau dreaptă. Raza de vârf r, a sculei, este mărimea rotunjirii vârfului tăişului şi se măsoară în planul de bază constructiv. Faţeta de vârf b, este mărimea ieşiturii executate la vârful tăişului şi se măsoară în planul de bază constructiv. Raza de ascuţire/rotunjire a tăişului rn, este raza nominală a racordării la intersecţia feţei de aşezare cu faţa de degajare, măsurată în p!anul normal la muchia aşchietoare.

4.3.1. Sistemul de referinţă constructiv.

Are rolul de a defini unghiurile constructive ale sculei când aceasta se execută, se montează pe maşina-unealtă sau când se măsoară.

Este un sistem de axe rectangulare Xf (Pr Pp), Yf (Pp Pf), Zf (Pf Pr), formând un triedru ortogonal drept, de sens pozitiv, având originea într-un punct oarecare pe tăişul principal.(figura 4.4).

Axa Xf este în general axa geometrică a sculei şi se consideră pozitivă în direcţia ce se îndepărtează de vârful sculei. Axa Zf este axa principală constructivă şi se consideră pozitivă în direcţia ce se îndepărtează de suprafaţa aşchiată pe piesă. Axa Yf este perpendiculară pe celelalte două şi se consideră pozitivă în direcţia opusă direcţiei probabile de aşchiere.

Sistemului de referinţă constructiv este determinat de următoarele plane:- planul de bază constructiv Pr, trece prin punctul considerat pe tăiş, este paralel cu suprafaţa de sprijin a sculei şi perpendicular pe direcţia probabilă de aşchiere;- planul de lucru Pf, trece prin punctul considerat pe tăiş, este perpendicular pe planul de bază al sculei, orientat după direcţia mişcării de avans. Este determinat de direcţia probabilă de aşchiere şi direcţia probabilă de avans;- planul posterior al sculei Pp, perpendicular pe planul de bază şi planul de lucru în punctul considerat pe tăiş;- planul muchiei aşchietoare PT, este tangent la tăişul principal în punctul considerat şi perpendicular pe planul de bază;- planul normal la muchia aşchietoare Pn, este perpendicular pe muchia aşchietoare în punctul considerat;- planul de măsurare constructiv Po, este perpendicular pe planul de bază şi pe planul muchiei aşchietoare în punctul considerat.


Figura 4.4 Sistemul de referinţă constructiv

4.3.2. Unghiurile constructive ale sculei elementare.

Unghiurile constructive ale sculei elementare sunt definite în raport cu planele sistemului de referinţă constructiv şi sunt prezentate în figura 4.5.Unghiul de atac r al tăişului principal, este unghiul dintre planul muchiei aşchietoare PT şi planul de lucru Pf, măsurat în planul de bază constructiv Pr. Unghiul de atac ’r al tăişului secundar, este unghiul dintre planul tăişului secundar P’T şi planul de lucru Pf, măsurat în planul de bază constructiv Pr. Unghiul complementar de atac al tăişului r, este unghiul dintre planul muchiei aşchietoare PT şi planul posterior Pp, măsurat în planul de bază constructiv Pr. Unghiul de vârf al tăişului r, este unghiul dintre planul muchiei aşchietoare PT şi planul tăişului secundar P’T, măsurat în planul de bază constructiv Pr.

Relaţiile matematice între unghiurile măsurate în planul de bază sunt:r + r = 90° r+ r + ’r = 180°

Unghiul de înclinare al tăişului T, este unghiul dintre muchia tăişului şi planul de bază Pr, măsurat în planul muchiei aşchietoare PT.Unghiul de degajare normal n, este unghiul dintre faţa de degajare A şi planul de bază al sculei Pr, măsurat în planul normal la muchia aşchietoare Pn.

Unghiul de degajare lateral f, este unghiul dintre faţa de degajare A şi

29

planul de bază al sculei Pr, măsurat în planul de lucru Pf. Unghiul de degajare posterior p, este unghiul dintre faţa de degajare A şi planul de bază al sculei Pr, măsurat în planul posterior al sculei Pp. Unghiul de degajare ortogonal o, este unghiul dintre faţa de degajare A şi planul de bază al sculei Pr, măsurat în planul de măsurare Po. Unghiul de ascuţire normal n, este unghiul dintre faţa de degajare A şi faţa de aşezare A, măsurat în planul normal la muchia aşchietoare Pn. Unghiul de ascuţire lateral f, este unghiul dintre faţa ele degajare A şi faţa de aşezare A, măsurat în planul de lucru Pf. Unghiul de ascuţire posterior p, este unghiul dintre faţa de degajare A şi faţa de aşezare A, măsurat în planul posterior Pp. Unghiul de ascuţire ortogonal o, este unghiul dintre faţa de degajare A şi faţa de aşezare A, măsurat în planul de măsurare Po. Unghiul de aşezare normal n, este unghiul dintre faţa de aşezare A şi planul muchiei PT, măsurat în planul normal Pn. Unghiul de aşezare lateral f, este unghiul dintre faţa de aşezare A şi planul muchiei PT, măsurat în planul de lucru Pf. Unghiul de aşezare posterior p , este unghiul dintre faţa de aşezare A şi planul muchiei PT, măsurat în planul posterior al sculei Pp. Unghiul de aşezare ortogonal o, este unghiul dintre faţa de aşezare A şi planul muchiei PT, măsurat în planul de măsurare Po.

Figura 4.5 Unghiurile constructive ale sculei aşchietoare

4.4. Materiale pentru sculele aşchietoare.


Oţelurile carbon pentru scule. Reprezintă materialul cel mai ieftin, fiind utilizat pentru scule ce lucrează la viteze mici de aşchiere, a sculelor manuale (tarozi, pile, alezoare, filiere). Otelul carbon de scule conţine în general 0,7...1,4% carbon, ceea ce îi asigură în stare recoaptă o structură ferito-perlitică sau perlitică cu carburi în exces, iar în stare călită, o structură martensitică dură.

Oţelurile aliate pentru scule. Au performanţe superioare în raport cu otelurile carbon de scule, datorită prezenţei în componenţa lor a unor elemente de aliere cum sunt cromul, wolframul, vanadiul, manganul, molibdenul, titanul, etc.

Procentajele de wolfram până la 6%, de mangan până la 2%, de crom până la 13%, le asigură oţelurilor aliate termostabilităţi de până la 350...450 °C. Tratamentul termic variază de la material, funcţie de compoziţia chimică. Se utilizează în construcţia sculelor nedeformabile, rezistente la uzură la rece, care lucrează la viteze de aşchiere şi temperaturi moderate, cum sunt broşele, filierele sau tarozii.

Otelurile rapide şi superrapide. Descoperirea în 1898 de către Taylor şi White a temperaturilor de călire foarte înalte, a permis mărirea procentajului de wolfram în compoziţia otelurilor aliate de scule până la 20%, aceste oţeluri căpătând o termostabilitate foarte ridicată şi o rezistenţă ridicată la uzură la cald. Prezenţa carbonului, de max. 1%, determină în cea mai mare măsură duritatea, rezistenta mecanică, rezistenta la şocuri, rezistenta Ia uzură la rece, etc.

Cromul, determină o ridicare a călibilităţii, creşterea peste 5...6% duce la scăderea pronunţată a prelucrabilităţii.

Wolframul, ca principalul element de aliere, în proporţie de 18...20%. se prezintă sub formă de forma carburilor complexe de wolfram şi fier, în care se dizolvă vanadiul. Aceste carburi asigură calitatea esenţială a fiecărui material pentru construcţia sculelor aşchietoare şi anume termostabilitatea (cea. 600 °C), duritatea ridicată (63...65 HRC) şi rezistenta la uzură la rece şi la cald.

Tratamentele termice aplicate oţelurilor rapide sunt călirea, revenirea şi uneori tratamente cu răciri sub 0 °C. Călire oţelurilor rapide are drept scop obţinerea structurii martensitice. După călire, oţelul rapid este compus din martensită, austenită reziduală şi carburi nedizolvate. Sculele a căror parte activă este din oţel rapid pot realiza viteze de aşchiere de 40...50 m/min.

Carburile metalice sinterizate. Punerea la punct de către Karl Schroter şi colaboratorii săi, a procedeului de sinterizare a carburilor dure de wolfram în cobalt, a dus la obţinerea carburilor metalice sinterizate.

Aceste materiale se caracterizează prin faptul că se obţin prin sinterizarea carburilor de wolfram, de titan, de tantal, cementarea realizându-se prin intermediul unui liant, care de obicei este reprezentat de cobalt.

Conţinutul ridicat de carburi de wolfram (până la 90...98%) de carburi de titan (5...60%) greu fuzibile, asigură acestor materiale o termostabilitate foarte ridicată (750...900 °C) şi o rezistenţă foarte mare la uzură la rece şi la cald. Vitezele de aşchiere la care pot fi utilizate aceste materiale de scule sunt de 100...300

31

m/min.Materiale mineralo-ceramice. Au început să fie folosite pe scară industrială

din 1950. Sunt obţinute prin sinterizare, au la bază oxizii de aluminiu Al2O3 şi prezintă o serie de avantaje faţă de carburile metalice sinterizate: termostabilitate ridicată (1100...1200 °C), rezistenţă la uzură sporită. Dezavantajele importante ale acestor materiale sunt: rezistenţă mică la încovoiere şi întindere, fragilitate ridicată, plasticitate scăzută, prelucrabilitate foarte scăzută. Domeniile de utilizare al materialelor mineralo-ceramice îl constituie operaţiile de finisare.

Materiale abrazive. Sunt materiale de duritate ridicată sub formă de granule cu muchii ascuţite, servind la construcţia sculelor abrazive şi sub formă de pulbere sau pastă abrazivă. După natura lor sunt de două categorii, naturale şi artificiale (sintetice). Din categoria materialelor naturale fac parte cuarţul (SiO2), şmirghelul (25...30% Al2O3 + Fe2O3 + silicaţi) şi corindonul natural (până la 95% Al2O3). Utilizarea acestor materiale este relativ restrânsă.

Materialele abrazive artificiale se sinterizează în cuptoare electrice la temperaturi de 1800...2050 °C. Din această categorie fac parte electrocorindonul, carborundul, carbura de bor şi nitrura cubică de bor.

Diamantele industriale. Principala proprietate a diamantului este duritatea sa, cea mai ridicată dintre toate materialele. De asemenea diamantul are modulul de elasticitate şi conductivitate termică ridicate, coeficient de frecare redus. Diamantele industriale şi sculele armate cu diamante industriale s-au dezvoltat apreciabil în ultimii ani. Folosirea diamantelor industriale naturale sau sintetice permite mărirea productivităţii şi calităţii operaţiilor de ascuţire a plăcutelor metalo-ceramice şi asigură creşterea preciziei prelucrărilor prin strunjire a pieselor fine.

Procesul de formare a aşchiei

PROCESUL DE FORMARE A AŞCHIEI

5.1. Generalităţi privind procesul de aşchiere

Prelucrarea prin aşchiere este un procedeu de obţinere a suprafeţelor unei piese prin transformarea treptată a adaosului de prelucrare în aşchii. Realizarea procesului de aşchiere presupune participarea următorilor factori:- scula aşchietoare, confecţionată dintr-un material adecvat şi cu o geometrie corespunzătoare;- regimul de aşchiere cu parametrii săi;- materialul de prelucrat, sub forma unui semifabricat cu calităţile tehnologice şi mecanice necesare;- mediul de aşchiere (în particular lichidul pentru aşchiere);- maşina-unealtă ca suport al procesului de aşchiere.

Condiţiile în care trebuie să se desfăşoare procesul de aşchiere, rezultă din îndeplinirea următoarelor cerinţe:- productivitate corespunzătoare, respectiv un anumit volum de aşchii detaşate în unitatea de timp;- cost minim, incluzând toate costurile elementelor ce participă la procesul de aşchiere;- calitate optimă a suprafeţei prelucrate (rugozitate, transformări în stratul superficial al suprafeţei prelucrate);- condiţii bune de muncă.

Dimensionarea optimă a procesului de aşchiere se poate realiza prin determinarea corectă a ponderii fiecărui fenomen participant.

5.2. Formarea aşchiei la aşchierea ortogonală

Datorită complexităţii procesului de aşchiere, studiul teoretic şi experimental, al acestuia, se realizează pentru anumite situaţii simple, urmând a se deduce concluzii valabile pentru celelalte cazuri.

Analiza esenţei procesului de aşchiere are la bază studiul celui mai simplu proces de aşchiere, cel ortogonal sau liber în care muchia aşchietoare este normală pe direcţia vitezei de aşchiere vc, care este constantă, tăişul sculei este cel puţin egal cu lăţimea piesei b, iar grosimea a, a stratului de material ce urmează a fi îndepărtat este de asemenea constantă (figura 5.1).

33

5

Scula acţionează cu o forţă F, asupra adaosului de prelucrare, solicitând materialul din faţa sculei la comprimare (figura 5.2,a). Dacă adaosul de prelucrare ar fi separat de restul semifabricatului, atunci acesta ar fi solicitat la compresiune uniaxială (figura 5.2,b).

Figura 5.1 Proces de aşchiere ortogonal

a) b)

Figura 5.2 Modul de acţiune al sculei asupra adaosului de prelucrare

Figura5.3 Forma liniilor de alunecareDatorită apăsării cu forţa F, vor apare deformaţii elastice, urmate de cele plastice,

în material vor lua naştere linii de alunecare după direcţiile în care eforturile tangenţiale sunt maxime. Datorită legăturii adaosului de prelucrare cu restul semifabricatului şi faptului că faţa de degajare a sculei este înclinată cu unghiul , liniile de alunecare vor avea o formă complexă (figura 5.3).


Formarea aşchiei începe după linia OA, ce reprezintă înfăşurătoarea fascicolului de linii de alunecare ce pornesc din vârful sculei. Această curbă corespunde celor mai mari eforturi tangenţiale şi normale şi se află la limita inferioară a zonei în care se formează aşchia. Curba OA se îndreaptă spre suprafaţa iniţială a semifabricatului sub un unghi de înclinare 2 mai mare sau mai mic în funcţie de fragilitatea respectiv tenacitatea materialului semifabricatului. Deasupra liniei OA liniile de alunecare vor fi înclinate cu unghiul 1 > 2.

Ţinând seama de direcţiile reale de deformare, s-a convenit ca planul ce conţine tăişul (punctul O) şi intersecţia planului suprafeţei semifabricatului (suprafeţei iniţiale), cu planul spatelui aşchiei (punctul M) să se numească plan convenţional de forfecare.

Unghiul de poziţie a planului convenţional, de forfecare se numeşte unghi convenţional de forfecare (figura 5.4).

Figura 5.4 Unghiul planului convenţional de forfecare

5.3. Forma şi dimensiunile zonei de deformare.

Zona care cuprinde materialul din faţa sculei în care se manifestă deformaţiile plastice produse de forţa de deformare Fd, se numeşte zonă plastică la aşchiere. În această zonă materialul de prelucrat se află într-o continuă transformare, ca urmare a acţiunii muchiei aşchietoare şi suprafeţei de degajare, prin unghiurile , r, T şi prezenţei mişcării de aşchiere.

Capacitatea de deformare plastică a materialului aşchiat (ductil/fragil) şi parametrii regimului de aşchiere dictează în mare măsură dimensiunile zonei plastice.

Zona plastică face legătura dintre materialul de aşchiat şi, aşchie (figura 5.5). Această zonă se pune în evidenţă studiind la microscop probe metalografice ale rădăcinii aşchiei obţinute prin oprirea instantanee a procesului de aşchiere.

Zona plastică reală este mărginită la partea inferioară de o suprafaţă curbă, sub care nu acţionează forţele de deformare, denumită limită inferioară (M1M2), la partea superioară de o suprafaţă curbă, peste care nu mai au loc deformaţii plastice, denumită limită superioară (N1N2).

Legătura între aceste două limite se face printr-o suprafaţă curbă, denumită limită intermediară (M1N1).

35

Considerând linia LL’ se pot distinge trei zone:- LM, linie dreaptă, paralelă cu suprafaţa semifabricatului. Materialul de prelucrat nu este afectat de procesul de aşchiere;- MN, linie curbă, raza de curbură descreşte de la M la N;- NL’, linia este sensibil paralelă cu suprafaţa internă a aşchiei.

În zona plastică se disting următoarele domenii:- domeniul l, cuprins între M1M2 şi N1N2, în care are loc deformarea plastică a materialului;- domeniul II, un strat subţire din aşchie, în contact cu scula, este supus la o deformare suplimentară (datorită frecării aşchie/sculă);- domeniul III, materialul de prelucrat este împiedicat să curgă;- domeniul IV, suprafaţa generată este deformată sub acţiunea frecării sculei.

În mod simplist se poate afirma că formarea aşchiei se face în principal în porţiunea XYN1N2.

Figura 5.5 Zona de legătură dintre materialul de aşchiat şi aşchieCorespunzător deformaţiilor plastice, în zona plastică, aşchie şi suprafaţa

aşchiată s-au pus în evidenţă, prin cercetări metalografice, cel puţin patru structuri (texturi) de deformare (figura 5.6):- structură (textură) de deformare caracteristică zonei plastice (P);- structură (textură) de deformare caracteristică aşchiei (A);- structură (textură) de deformare caracteristică contactului aşchiei cu faţa de degajare a sculei (AD);- structură (textură) de deformare caracteristică stratului superficial al suprafeţei aşchiate (SS).


Figura 5.6 Structuri de deformare la aşchiereStructura (textura) zonei plastice (P), se referă la forma geometrică şi

dispunerea cristalelor în materialul din faţa sculei. Această structură este în continuă transformare, gradul de deformare este mai mare în vecinătatea muchiei aşchietoare şi a limitei superioare şi mai mic în vecinătatea limitelor inferioară şi intermediară.

În ipoteza că înaintea deformării, cristalele sunt de formă sferică, mecanismul formării texturii zonei plastice, este prezentat în figura 5.7. În prezenţa mişcării de aşchiere şi a forţei de deformare Fd, cristalul nedeformat (poz.1) se deplasează treptat până în zona de deformare iniţială (poz.2). În interiorul zonei plastice cristalul este deformat (sub formă de elipsoid) din ce în ce mai mult, astfel că în vecinătatea limitei superioare (poz.3) se transformă într-un elipsoid şi suportă o rotire datorită tendinţei de frânare cauzată de forţa de frecare F de pe faţa de degajare. Această tendinţă de rotire (şi alungirea) este mai accentuată în vecinătatea feţei de degajare (poz.3’) şi mai puţin accentuată în vecinătatea limitei intermediare (poz.3"). Axele elipsoizilor 3', 3, 3", formează cu direcţia de aşchiere unghiurile ’ > > ’’. În momentul ieşirii din zona plastică (poz.4), deformarea cristalelor încetează.

Figura 5.7 Mecanismul formării texturii zonei plastice

37

Structura (textura) aşchiei (A), se referă Ia forma geometrică şi dispunerea cristalelor în aşchie, după deformarea plastică prin aşchiere. Această textură ce caracterizează aşchia formată, se manifestă deasupra limitei superioare Oln. Materialul din aşchia formată va curge cu viteza V1, cât timp durează procesul de aşchiere. Sunt posibile şi transformări structurale datorită procesului de răcire cu mediul de aşchiere, modificări ce duc la durificarea şi fragilizarea materialului din aşchie. Structura (textura) contactului aşchiei cu faţa de degajare a sculei (AD) şi, structura (textura), de deformare caracteristică stratului superficial al suprafeţei aşchiate (SS), se caracterizează prin deformaţii suplimentare datorate forţelor de frecare la interfeţele aşchie/sculă şi sculă/suprafaţă prelucrată (figura 5.6).

5.4. Modele privind formarea aşchiei.

Natura formării aşchiei conţine informaţii importante asupra modului cum decurge procesul de aşchiere. Experimental s-a constatat că aşchiile sunt formate dintr-o succesiune de elemente de aşchie care se deplasează pe fata de degajare a sculei independent sau legate (ferm/mai puţin ferm) între ele. Caracteristicile fizico-mecanice ale materialului de aşchiat, starea de eforturi şi temperatura din zona plastică influenţează în cea mai mare măsură procesul de formare a aşchiilor.

Fenomenul ruperii constă din două faze: iniţierea microfisurilor şi dezvoltarea acestora. Funcţie de natura eforturilor care le determină, ruperile pot fi de forfecare şi/sau de smulgere. Ruperile de forfecare (ductile) sunt cauzate de eforturi tangenţiale . Aceste ruperi sunt precedate de puternice deformaţii plastice.

Ruperile prin smulgere (fragile/casante) au loc sub acţiunea eforturilor normale şi nu sunt precedate la scară macroscopică de deformaţii plastice. Natura materialului de aşchiat şi condiţiile de aşchiere determină două tipuri de aşchii: aşchii ductile (de deformare plastică) şi aşchii fragmentate (de smulgere).

Aşchiile fragmentate (de smulgere), sunt determinate de acţiunea eforturilor normale o şi sunt specifice aşchierii materialelor fragile. O temperatură de aşchiere scăzută şi un coeficient de rigiditate mic duce la formarea acestor tipuri de aşchii la prelucrarea materialelor semifragile. Aceste aşchii sunt formate din elemente succesive izolate ce se deplasează independent pe faţa de degajare. Fiecare element are forma geometrică şi dimensiunile fragmentului de material desprins (figura 5.8).

Figura 5.8 Mecanismul formării aşchiilor fragmentate

Procesul de formare a aşchieiAşchiile ductile rezultă ca urmare a unor puternice deformaţii plastice,

cauzate de acţiunea eforturilor tangenţiale . Se pot obţine şi la prelucrarea materialelor fragile dacă prin temperatură şi starea de eforturi se asigură fenomenul de tranziţie fragil-ductil.

În funcţie de deformaţiile plastice care le preced, aceste aşchii se obţin într-o gamă largă de forme şi dimensiuni şi pot fi grupate în trei forme distincte: aşchii elementare, aşchii în trepte (de forfecare,articulate), aşchii de curgere (continue).

Aşchiile elementare (figura 5.9,a), constau dintr-o succesiune de elemente care au suferit deformaţii plastice, elemente ce nu sunt legate între ele. Suprafaţa de forfecare este vizibilă macroscopic, iar dimensiunile elementelor sunt diferite de dimensiunile zonei din care au fost detaşate. Sunt caracteristice prelucrării cu viteze mici a materialelor ductile şi prelucrării cu viteze foarte mari a materialelor semifragile. Valorile negative ale unghiului de degajare favorizează formarea acestor aşchii la aşchierea materialelor ductile. Ca formă aceste aşchii fac trecerea de la aşchiile fragmentate la aşchiile ductile.

Aşchiile în trepte (de forfecare, articulate), sunt reprezentative pentru categoria aşchiilor ductile (figura 5.9,b). Sunt formate dintr-o succesiune de elemente care au suferit deformaţii plastice, elemente ce sunt legate între ele prin suprafeţele de forfecare. Spatele acestor aşchii este în trepte, iar suprafaţa în contact cu faţa de degajare a sculei este o suprafaţă continuă lucioasă. Aceste aşchii rezultă în urma unor puternice deformaţii plastice şi temperaturi ridicate ce asigură legătura dintre elemente. Se obţin la prelucrarea cu viteze relativ mici a materialelor ductile.

Aşchii de curgere (continue), se prezintă sub formă de benzi (figura 5.9,c) de grosime apropiată de grosimea stratului aşchiat, la care suprafeţele de forfecare nu sunt vizibile macroscopic. Spatele acestor aşchii este zimţat, iar suprafaţa în contact cu faţa de degajare a sculei este o suprafaţă continuă, lucioasă. Se formează la aşchierea cu viteze mari (v > 60 m/min) a materialelor ductile.

Figura 5.9 a) aşchii elementare, b) aşchii în trepte, c) aşchii de curgere

39

5.5. Importanţa formei aşchiei.

În anumite situaţii, forma, dimensiunile şi modul de detaşare a aşchiilor, sunt impuse ca restricţii ale desfăşurării procesului de aşchiere.

Clasificarea aşchiilor ca favorabile sau nefavorabile se realizează pe baza unor criterii ca: volumul ocupat; protecţia operatorului, maşinii-unelte, sculei, piesei; operaţia de prelucrare; tipul producţiei; etc.

Această clasificare, reglementată prin standardele ISO 3685-77 şi STAS 12046/2-84 şi prezentată în figura 5.10, este realizată pe criteriile privind uşurinţa evacuării aşchiilor, protecţia sculei, maşinii-unelte şi a operatorului.

Aşchiile continue lungi şi încâlcite, eliciodale lungi şi sub formă de ace sunt nefavorabile. Ocupă un spaţiu mare, nu pot fi evacuate automat, se înfăşoară în jurul piesei sau sculei, sunt periculoase pentru operator, maşină, sculă şi necesită dispozitive speciale de balotare.

Aşchiile cu volum mic (aşchii scurte în general), sunt favorabile desfăşurării procesului de aşchiere şi nu prezintă inconvenientele celor de mai sus.Obţinerea unei forme convenabile de aşchii se realizează prin acţiunea factorilor participanţi la procesul de aşchiere (figura 5.11).

Principalii factori ce influenţează mecanismul formării şi detaşării aşchiilor sunt:

- proprietăţile tehnologice ale materialului de prelucrat;- condiţiile de aşchiere;- materialul şi geometria sculei aşchietoare.Materialul de prelucrat. O rupere favorabilă a aşchiei poate fi abţinută prin

reducerea capacităţii de deformare a materialului şi creşterea gradului de deformare a aşchiei.

Elementele de aliere ca, fosforul, sulful, zirconiul şi plumbul duc la formarea de aşchii de rupere, scurte, motiv pentru care se introduc în compoziţia oţelurilor ce urmează a se prelucra pe maşini-unelte automate.

Structura materialelor influenţează forma aşchiilor prin mărimea grăunţilor cristalini, natura constituenţilor structurali, incluziunile structurale. Ferita conferă o plasticitate ridicată oţelurilor, ducând la obţinerea de aşchii continui, lungi, dificil de evacuat. Pentru a îmbunătăţi forma aşchiilor se recomandă tratamente termice (normalizare, recoacere).

Materialele ce au în structura de bază constituenţi duri şi grăunţi cristalini mari se aşchiază cu aşchii neuniforme, uşor de sfărâmat.

În cazul otelurilor moi, cu conţinut scăzut de carbon, existenţa acestuia sub formă legată în cementită şi perlită, produce efectul de fragilizare a aşchiilor.


Clasificarea formelor aşchiilorForma aşchiei Favorabile Nefavorabile

1. Aşchie tip bandă (dreaptă)

2. Aşchie tubulară (curbură orientată în principal, în sus)

3. Aşchie spirală (curbură orientată, în principal, în sus)

4. Aşchie elicoidală (curbură orientată, în principal, lateral)

5. Aşchie elicoidal-conică (curbură orientată, în principal, în sus)

6. Aşchie tip arc (curbură orientată, în principal, în sus şi lateral)

7-8. Aşchii rupte natural

Notare: STAS 12046/2-84 Anexa G / ISO 3685 Anexa GFigura 5.10 Clasificarea formelor aşchiilor

Condiţiile de aşchiere. Modificarea condiţiilor de aşchiere, în vederea obţinerii de forme avantajoase de aşchii, se poate face cu unele restricţii impuse de economicitatea prelucrării. Parametrii regimului de aşchiere influenţează forma aşchiilor prin gradul de deformare suferit de stratul aşchiat şi aşchie. Capacitatea de deformare depinde de temperatura produsă în zona de aşchiere.Reducerea vitezei de aşchiere duce la obţinerea de aşchii sfărâmate scurte. La viteze mari de aşchiere se formează aşchii de curgere cu rază de curbură din ce în ce mai mare. Modificarea avansului poate schimba esenţial forma aşchiei. Avansurile mici asigură aşchii elicoidale lungi. Avansurile medii şi mari, duc la obţinerea de aşchii fragmentate datorită creşterii gradului de deformare plastică.

41

Figura 5.11 Tipuri de aşchii şi determinarea formei aşchiilorMediile de aşchiere (fluidele pentru aşchiere), prin proprietăţile de răcire şi

ungere, contribuie substanţial la modificarea formei aşchiei prin reducerea gradului de deformare a materialului, a temperaturii şi a coeficientului de frecare la interfaţa sculă/aşchie. Materialul şi geometria sculei aşchietoare. Materialul părţii active a sculei aşchietoare influenţează forma aşchiei prin tendinţa de lipire a aşchiei de sculă, tendinţă ce determină coeficientul de frecare la interfaţa sculă/aşchie. Această tendinţă este mai pronunţată cu cât materialul de prelucrat şi materialul sculei, au mai multe elemente de aliere comune. Modificările de geometrie ale sculei pot duce la obţinerea de forme diverse, avantajoase desfăşurării procesului de prelucrare. Forma feţei de degajare influenţează direct forma şi direcţia de curgere a aşchiei, prin creşterea gradului de deformare a materialului din aşchie.

Creşterea gradului de deformare se manifestă prin curbarea puternică a aşchiei. Aceasta se poate realiza prin micşorarea unghiului de degajare sau prin utilizarea unui sfărâmător de aşchii, ce poate fi de forma unui canal, prag sau plăcuţă fixată mecanic (figura 5.12). Deformarea suplimentară a materialului din aşchie (creşterea grosimii aşchiei), datorată sfărâmătorului, va provoca o tensiune mai mare în suprafaţa aşchiei în contact cu scula, favorizând fragmentarea. În afara soluţiilor mecanice de fragmentare a aşchiilor, se pot utiliza vibraţii controlate pe direcţia mişcării de avans, vibraţii produse cu dispozitive speciale.


Figura 5.12 Folosirea sfărâmătorului de aşchiiUzura, formarea craterului pe faţa de degajare, duce la modificarea

geometriei active a sculei, cu influentă asupra formei aşchiei. La aşchierea cu scule prevăzute cu plăcuţe din aliaje dure, fără sfărâmător de aşchii, prin creşterea adâncimii craterului, se micşorează raza de curbură a aşchiei şi creşte gradul de deformare, aşchia rupându-se mai uşor.

5.6. Aşchierea liberă, aşchierea complexă, direcţia de curgere a aşchiei.

Funcţie de numărul de tăişuri active şi de poziţia acestora faţă de viteza de aşchiere, se definesc aşchierea liberă şi aşchierea complexă. Aşchierea liberă are loc atunci când la aşchiere participă numai partea centrală a unui tăiş rectiliniu (figura 5.13). Tăişul rectiliniu (AD), participă la aşchiere cu o porţiune centrală (BC).

Figura 5.13 Aşchierea liberăÎn raport cu poziţia tăişului activ faţă de direcţia de aşchiere, se pot defini

două tipuri de aşchiere liberă:- aşchierea liberă ortogonală, tăişul activ (T) este cuprins în planul de bază (T = 0), iar viteza de aşchiere este perpendiculară pe tăiş (figura 5.14,a);- aşchierea liberă oblică, tăişul activ (T) nu este cuprins în planul de bază (T 0), iar viteza de aşchiere face cu tăişul un unghi diferit de 90 (figura5.14,b).

Figura 5.14 a) aşchierea liberă ortogonală, b) aşchierea liberă oblică

Aşchiile curg pe o direcţie, ce coincide cu direcţia pe care rezistenţa la 43

deplasare este minimă. La aşchierea liberă, aşchia curge pe o direcţie normală pe tăiş. Aşchierea complexă, frecvent întâlnită în practică, are loc atunci când muchia aşchietoare activă este formată din două sau mai multe tăişuri (figura 5.15).

Figura 5.15 Aşchierea complexăAcest tip de aşchiere este impus de forma geometrică a suprafeţei de

generat, procedeul de prelucrare, metodele de obţinere a generatoarelor şi directoarelor.

Aşchierea complexă se desfăşoară cu forţe de deformare plastică şi de frecare mai mari şi din acest motiv se caută posibilităţi de diminuare a caracterului complex, acţionând asupra tehnologiei de. prelucrare şi/sau asupra parametrilor procesului de aşchiere.

Direcţia de curgere a aşchiilor prezintă importantă pentru protecţia operatorului, a suprafeţei generate, pentru siguranţa evacuării aşchiilor şi pentru solicitarea termomecanică a sculei.Pentru un tăiş rectiliniu direcţia de curgere a aşchiilor poate ocupa una din poziţiile (D1, D0, D2) prezentate în figura 5.16.

Unghiul de deviere , faţă de normala la tăiş (N), se consideră pozitiv sau negativ, în funcţie de valorile unghiului de înclinare al tăişului .

Teoretic, dacă T = 0, aşchia ar trebui să se deplaseze pe direcţia D0. În realitate, direcţia de curgere este diferită şi se poate admite ipoteza că direcţia de curgere este coliniară cu forţa de frecare pe faţa de degajare a sculei.

Figura 5.16 Direcţii de curgere a aşchiilor pe un tăiş rectiliniu


DEFORMAŢIILE PLASTICE ALE MATERIALULUI Şl FENOMENE PLASTICE SECUNDARE

Mărimea deformaţiilor plastice ale materialului de prelucrat şi modul de formare a aşchiei, caracterizează procesul de aşchiere, furnizând o serie de informaţii utile referitoare la modul de desfăşurare cât şi pentru rezultatele aşchierii.

6.1. Metode de apreciere a deformaţiilor plastice.

Pentru aprecierea mărimii deformaţiilor plastice şi modului de formare a aşchiilor, se folosesc metode experimentale, teoretico-experimentale şi analitice.

Metodele experimentale şi teoretico-experimentale se pot utiliza în timpul aşchierii sau după oprirea instantanee a procesului de aşchiere.

Metoda observării laterale. Pe suprafaţa laterală a unei piese care se aşchiază liber, se trasează o reţea de linii ortogonale (figura 6.1). După întreruperea instantanee a procesului de aşchiere, se studiază la microscop aspectul reţelei trasate anterior. Aspectul reţelei obţinute, poate evidenţia forma şi dimensiunile zonei plastice, deformaţiile suplimentare suferite de materialul din aşchie sau din suprafaţa generată.

Metoda metalografică. După întreruperea instantanee a procesului de aşchiere, zona rădăcinii aşchiei se pregăteşte ca o probă metalografică sau ca o probă pentru măsurarea microdurităţii. Studiul la microscop sau măsurarea microdurităţii probei, pune în evidenţă gradul de deformare (comparativ cu materialul nedeformat) şi dă posibilitatea, aprecierii deformaţiilor în interiorul masei de material (figura 6.2).

Observarea şi analiza curgerii şi formei aşchiilor, filmarea procesului de aşchiere, măsurarea eforturilor de aşchiere, sunt metode frecvent utilizate pentru

45

6

Figura 6.1 Vedere laterală a deformaţiilor plastice la aşchiere

Figura 6.2 Analiza metalografică a deformaţiilor plastice la aşchiere

aprecierea mărimii deformaţiilor plastice produse la aşchiere.

6.2. Deformarea plastică a aşchiei

Transformarea stratului de material aşchiat în aşchie (figura 6.3), are drept consecinţă modificarea dimensiunilor aşchiei detaşate (l1, a1, b1), faţă de dimensiunile stratului aşchiat (l, a, b).

Figura 6.3 Transformarea materialului de prelucrat în aşchieDeformarea plastică a aşchiei este frecvent utilizată la aprecierea gradului

de deformare plastică a materialului aşchiat. Din condiţia constanţei volumului de material aşchiat, deformarea plastică a aşchiei, poate fi exprimată cantitativ prin următorii coeficienţi adimensionali:- coeficientul de comprimare (scurtare) a aşchiei, definit ca raportul între lungimea drumului parcurs de sculă pentru formarea aşchiei l şi lungimea aşchiei detaşate l1;

(6.1)

- coeficientul de îngroşare a aşchiei, definit ca raportul dintre grosimea aşchiei detaşate a1 şi lăţimea aşchiei nedetaşate a;

(6.2)

- coeficientul de lăţire a aşchiei, definit ca raportul dintre lăţimea aşchiei detaşate b1 şi lăţimea aşchiei nedetaşate b;

(6.3)

Aceşti coeficienţi dau o imagine a procesului de deformare plastică în timpul aşchierii. Pentru determinarea valorilor coeficienţilor de deformare plastică a aşchiei se folosesc metode experimentale (măsurarea dimensiunilor aşchiei detaşate) şi metode analitice. La aprecierea mărimii deformaţiilor plastice la aşchiere se foloseşte frecvent kl, deoarece valorile sale se pot determina mai uşor prin măsurare. Coeficientul kb, la aşchierea ortogonală, are valori apropiate de unitate şi de aceea se neglijează.

6.3. Determinarea mărimii unghiul convenţional de forfecare

Prin studiul metalografic al rădăcinii aşchiei s-a constatat că valorile

Procesul de formare a aşchieiunghiului convenţional de forfecare (definit în capitolul 5), depind de mărimea deformaţiilor plastice ale materialului aşchiat. Pentru valori mici ale unghiului convenţional de forfecare deformaţiile sunt mari şi invers. Unghiul convenţional de forfecare (figura 6.4) poate fi utilizat în mod direct la aprecierea mărimii deformaţiilor plastice.

Pentru determinarea valorilor sale se pot folosi metode experimentale şi metode analitice.

Metoda analizei metalografice este o metodă frecvent utilizată în analiza zonei de deformare la aşchiere, pe rădăcina aşchiei, obţinută prin oprirea instantanee a procesului de aşchiere. Poziţia planului de forfecare (valoarea unghiului ) se poate determina cu ajutorul unui microscop optic cu putere de mărire relativ mică, prevăzut cu un disc gradat.

Determinarea prin calcul a unghiului convenţional de forfecare, pentru aşchierea ortogonală, se poate face cu ajutorul geometriei sculei şi coeficienţilor de deformare plastică a aşchiei.

Figura 6.4 Unghiul convenţional de forfecare

Din figura 6.4 se poate vedea că: (6.4)

de unde: (6.5)

deci: (6.6)

Explicitând unghiul se obţine: (6.7)

Relaţia (6.7) ne arată că odată cu creşterea gradului de deformare (creşterea coeficientului ka), unghiul convenţional de forfecare scade.

6.4. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra deformării materialului aşchiat.

Determinarea modului în care fiecare parametru al procesului de aşchiere 47

influenţează asupra deformării materialului de prelucrat, permite stabilirea condiţiilor de lucru, astfel ca aşchierea să se desfăşoare cu eforturi şi deformaţii minime. Gradul de deformare se apreciază frecvent prin coeficientul de comprimare (scurtare) a aşchiei kl.

Influenţa materialului de prelucrat. Cercetările experimentale au demonstrat că mărimea deformaţiilor plastice depind sensibil şi de proprietăţile tehnologice ale materialului de prelucrat (ductil/fragil).

Aprecierea modului de comportare a poate fi realizată prin:- Capacitatea de deformare plastică, definită prin relaţia,

(6.8)unde:

- r, alungirea specifică corespunzătoare rezistenţei la rupere r,- c, alungirea specifică corespunzătoare rezistenţei la curgere c,- Modulul de plasticitate (coeficientul de ecruisare) M,

(6.9)

Materialele deformabile vor prezenta un coeficient de comprimare ridicat, aşchiile rezultate vor fi de tip continuu, lamelar sau de forfecare, funcţie de intensitatea ecruisării caracterizată de coeficientului M.

În figura 6.5 este prezentată variaţia proprietăţilor mecanice ale materialului de prelucrat funcţie de conţinutul în carbon. Deformarea aşchiei obţinută în aceleaşi condiţii de aşchiere, scade cu creşterea rezistenţei şi durităţii.

Figura 6.5 Variaţia proprietăţilor mecanice ale materialului prelucrat în funcţie de conţinutul de carbon

Structura formată din grăunţi mari, determină o rezistenţă la curgere mai redusă şi deci o capacitate de deformare mai mică.Căldura dezvoltată în timpul aşchierii duce la scăderea lui r, c şi creşterea lui r fapt ceduce la o deformare mai uşoară, rezultând aşchii de curgere.

Influenţa parametrilor regimului de aşchiere. Gradul de deformare al materialului de prelucrat depinde în mod diferit de valorile parametrilor regimului de aşchiere.

Adâncimea de aşchiere ap, influenţează într-o măsură relativ mică asupra

Procesul de formare a aşchieicoeficientului de comprimare a aşchiei kl (figura 6.6). Pentru aşchierea complexă (neliberă), creşterea adâncimii de aşchiere duce la o uşoară scădere a lui kl. Fenomenul se explică prin creşterea căldurii dezvoltate la aşchiere şi a masei de material ce preia această cantitate de căldura. Influenţa asupra lui k, poate fi

exprimată printr-o relaţie de forma: (6.10)

Avansul ft respectiv grosimea aşchiei (a), influenţează mai mult gradul de deformare al materialului. La avansuri mici deformaţiile sunt mari, prin creşterea avansului, cresc forţele şi căldura la aşchiere şi gradul de deformare-scade (figura 6.7). Influenţa avansului de aşchiere asupra lui k, poate fi exprimată printr-o relaţie

de forma: (6.11)

Viteza de aşchiere

6.8) prin temperatura la aşchiere, forţele de frecare şi natura contactului aşchiei cu faţa de degajare. La prelucrarea materialelor care nu au tendinţa formării depunerilor coeficientul k scade cu creşterea vitezei, la început mai rapid apoi mai lent, datorită modificării condiţiilor de frecare dintre aşchie şi faţa de degajare. La viteze foarte mari de aşchiere se produce încălzirea puternică şi instantanee a materialului aşchiat care curge ca un lichid foarte vâscos, ceea ce corespunde unui coeficient de comprimare plastică aproape unitar (kl 1).

La materialele ce formează depuneri pe tăiş se constată un minim local corespunzător vitezei (vc 25 m/min) la care depunerea pe tăiş este maximă. La depuneri mai mari deformaţiile sunt mai mici ca urmare a creşterii unghiului de degajare real, care determină micşorarea forţelor de frecare şi creşterea temperaturii în zona plastică (depunerea fiind un scut termic). Creşterea în continuare a vitezei, duce la reducerea şi dispariţia fenomenului depunerii pe tăiş, variaţia comprimării aşchiei fiind asemănătoare cazului materialelor ce nu produc depuneri pe tăiş.

Pentru domeniul vitezelor mari (vc > 50 m/min) şi foarte mari influenţa lui vc asupra lui kl poate fi exprimată printr-o relaţie de forma:

(6.12)

49

Figura 6.6 Influenţa lui ap asupra lui kl Figura 6.7 Influenţa avansului asupra grosimii aşchiei

Figura 6.8 Influenţa vitezei V asupra coeficientului Kl

Influenţa geometriei sculei aşchietoare. Se manifestă prin forma tăişurilor active şi prin forma şi poziţia feţei de degajare.

Unghiul de degajare . Prin creşterea unghiului de degajare are loc o reducere a deformaţiilor, deci o scădere a coeficientului kl, la valori mari ale unghiului de degajare aşchiile obţinute fiind aşchii de curgere. Unghiurile de degajare mici sau negative duc la scăderea capacităţii de taiere a dintelui aşchietor, iar viteza de curgere a aşchiilor este mai mică, cea ce are ca efect creşterea deformaţiilor plastice sub acţiunea forţei de frecare pe faţa de degajare. Aşchiile obţinute fiind aşchii de forfecare sau de rupere.

Influenţa unghiului asupra lui kl, poate fi exprimată printr-o relaţie de

forma: (6.13)

Unghiul de înclinare al tăişului T. În domeniul valorilor negative influenţa lui λT asupra lui k, este mai mică decât pentru domeniul valorilor pozitive.

Rezultatele experimentale au permis stabilirea unei relaţii de forma:

(6.14)

Unghiul de atac principal r. Prin creşterea unghiului de atac r, creşte grosimea aşchiei şi scade lăţimea, deformarea materialului (kl) scade (figura6.9). Pentru valori r > 60° se constată o creştere a deformaţiilor datorită accentuării caracterului complex al aşchierii (creşte influenţa razei de ascuţire a tăişului rn). Pentru muchia aşchietoare formată din două tăişuri rectilinii, cu rn = 0, dependenţa poate fi exprimată prin relaţia:

(6.15)


Raza de vârf a sculei r

prezentată în figura6.10 şi se explică prin mărirea zonei curbe a tăişului. Aşchierea devine mai complexă. Dependenţa se poate exprima prin relaţia:

(6.16)

Raza de ascuţire/rotunjire a tăişului rn. Prin creşterea razei rn unghiul de degajare al zonei de racordare a celor două feţe (degajare, aşezare) este negativ (figura 6.11), fapt ce duce la creşterea deformaţiilor.

Influenţa este mai accentuată la valori mici ale grosimii stratului aşchiat (a 3rn) faţă de cazul când a > 3rn (figura 6.12). Dependenţa se poate exprima prin

relaţia: (6.17)

Influenţa mediului (lichidului) de aşchiere. Comparativ cu aşchierea în aer,

utilizarea lichidelor pentru aşchiere duce la obţinerea de deformaţii plastice mai mici. O reducere semnificativă a deformaţiilor se obţine în cazul utilizării uleiurilor neemulsionabile aditivate, la care pe lângă efectul de ungere se manifestă şi efectul de microaşchiere prin fenomenul de adsorbţie superficială sub acţiunea componentelor capilar active din structura mediului de aşchiere. Influenţa mediului de aşchiere asupra mărimii deformaţiilor plastice poate fi apreciată şi prin forma aşchiilor. Utilizarea uleiurilor neemulsionabile aditivate la prelucrarea oţelurilor, duce la obţinerea de aşchii continue mai puţin curbate faţă de cele obţinute la

51

Figura 6.9 Influenţa unghiului χr asupra coeficientului Kl

Figura 6.10 Influenţa razei la vârf rε asupra coeficientului Kl

Figura 6.11 Modficarea unghiului de degajare γ cu raza rn

Figura 6.12 Influenţa razei rn asupra coeficientului Kl

prelucrarea fără lichid sau cu ulei neemulsoinabil neaditivat.

6.5. Fenomenul depunerilor pe tăiş.

Acest fenomen cunoscut şi sub denumirea de tăiş de depunere sau adaos pe tăiş, este un fenomen plastic secundar caracteristic aşchierii materialelor ductile cu viteze relativ mici de aşchiere (vc = 20...60 m/min).

Depunerea pe tăiş este procesul de formare ciclică, pe faţa de degajare în zona tăişului sculei, a unei depuneri de material sub formă de pană (figura 6.13). Sub acţiunea forţelor de frecare dintre materialul aşchiat şi faţa de degajare, în zona tăişului, unele particule de material sunt puternic tasate şi aderă, în mod continuu, la faţa de degajare. Structura depunerii nu este omogenă ci stratificată, datorită modului de dezvoltare.

Depunerea pe tăiş creşte în timp până la atingerea unor dimensiuni critice, când datorită creşterii solicitării la forfecare, produsă de curgerea aşchiei, devine posibilă desprinderea parţială sau totală. Depunerea desprinsă este înglobată în aşchie şi în suprafaţa prelucrată sub forma unor solzi lucioşi şi duri. Frecvenţa formării şi desprinderii depunerii variază în limite destul de largi (1/5...1/50 secunde), depinzând practic de toţi factorii ce influenţează procesul de aşchiere. Datorită ecruisării puternice, materialul din depunere are o duritate de 2-3 ori mai mare decât în aşchia nedetaşată, având astfel posibilitatea preluării rolului tăişului (de unde şi denumirea de tăiş de depunere).

Depunerea este caracterizată prin înălţimea h, subînăltarea a şi unghiurile de degajare d > 0 şi d < 0, fenomen ce modifică geometria sculei şi influenţează procesul de aşchiere atât pozitiv cât şi negativ.

Figura 6.13 Fenomenul depunerilor pe tăişEfectele pozitive asupra procesului de aşchiere sunt:

- protecţia tăişului împotriva uzurii abrazive şi a temperaturii, depunerea fiind un scut termomecanic;- mărirea unghiului de degajare (d > ), fapt ce micşorează forţele de deformare plastică şi de frecare ;

Procesul de formare a aşchiei- creşterea razei de ascuţire a tăişului (rnd > rn), îmbunătăţeşte rezistenta termomecanică a sculei.

Aceste efecte duc la mărirea durabilităţii (duratei de viaţă) a sculei aşchietoare.

Efectele negative asupra procesului de aşchiere pot fi:- formarea şi distrugerea ciclică a depunerii, modifică geometria sculei, având ca efect creşterea nivelului vibraţiilor cu efect negativ asupra formei geometrice, preciziei dimensionale şi rugozităţii suprafeţei;- formarea şi distrugerea ciclică a depunerii amplifică uzura prin adeziune a tăişului sculei, particulele de depunere antrenate de aşchie produc uzură abrazivă a fetei de degajare a sculei;- înglobarea în suprafaţa prelucrată a unor fragmente din depunere, care influenţează negativ prelucrările ulterioare şi operaţiile de montaj (depunerea având duritate foarte mare).

Din cele prezentate, rezultă că depunerile sunt avantajoase la prelucrări de degroşare şi trebuie evitate la prelucrările de finisare. Cercetările experimentale au demonstrat că fenomenul depunerilor pe tăiş este influenţat de factorii participanţi la procesul de aşchiere. Influenţa materialului de prelucrat. Materialele ductile (oţelurile de construcţii, oţelurile carbon, oţelurile aliate, aluminiul, cuprul, etc.) au tendinţa formării depunerilor. La prelucrarea materialelor fragile (fonta, bronzul, oţelurile călite), depunerea pe tăiş nu se manifestă. Cu cât materialul are proprietăţi plastice mai pronunţate, cu atât fenomenul este mai intens. Cu cât ecruisarea materialului este mai puternică, cu atât creşte înălţimea depunerii. Influenţa parametrilor regimului de aşchiere. Este corelată cu influenţa acestora asupra deformării materialului de prelucrat.

Viteza de aşchiere vc , are cea mai mare influenţă. Evoluţia depunerii pe tăiş (înălţimea h), în funcţie de viteza de aşchiere este prezentată în figura6.14. Se remarcă existenţa unui domeniu de viteze la care înălţimea depunerilor este maximă. Experimental s-a stabilit că în condiţiile cele mai utilizate, înălţimea maximă a depunerii pe tăiş corespunde vitezelor de aşchiere cuprinse în domeniul 15...30 m/min. Creşterea vitezei de aşchiere, duce la creşterea temperaturii zonei de aşchiere, fenomenul depunerii dispare. Fenomenul se explică prin înmuierea materialului depunerii, care se foarfecă şi se îndepărtează din ce în ce mai uşor.

La prelucrarea oţelurilor depunerile pe tăiş au dimensiuni maxime când temperatura feţei de degajare atinge valoarea medie de cca. 300°C şi dispar când temperatura feţei de degajare depăşeşte valoarea medie de cca. 600°C.

Prin creşterea avansului şi a adâncimii de aşchiere s-a constatat o creştere a depunerii. Creşterea grosimii aşchiei nedetaşate conduce la o creştere a depunerii pe tăiş dacă este însoţită de creşterea vitezei. La grosimi de aşchie foarte mari sau foarte mici depunerea pe tăiş nu se mai formează. Influenţa geometriei şi materialului sculei aşchietoare. Cea mai mare influenţă asupra depunerii pe tăiş o are unghiul de degajare .

53

Valori mici (negative) pentru unghiul de degajare determină deformaţii plastice mari, forţe de frecare mari şi ca urmare depuneri mari. Prin creşterea unghiului de degajare, formarea depunerilor scade. Experimental s-a constatat că depunerea depinde de rugozitatea feţei de degajare, fiind mai mare cu cât rugozitatea acesteia din urmă este mai mare. Tendinţa de formare a depunerii scade la sculele cu tăişuri din carburi metalice sinterizate.

Influenţa mediului (lichidului) de aşchiere. Datorită efectului de ungere, mediile (lichidele pentru aşchiere) produc îmbunătăţirea condiţiilor de alunecare la interfaţa aşchie/sculă (reducerea coeficientului de frecare), conducând prin aceasta la o reducere sensibilă a dimensiunilor depunerilor pe tăiş.

6.6. Stratul de curgere.

La prelucrarea prin aşchiere a oţelurilor cu viteze de aşchiere ridicate, la interfaţa sculă/aşchie au loc temperaturi mari (peste 600° C), stratul de material din aşchie în contact cu faţa de degajare atinge o stare de plasticitate avansată, fiind practic frânat în mişcarea sa de curgere de către sculă, formând stratul de curgere. Grosimea acestui strat depinde de temperatură, respectiv de viteza de aşchiere, şi este cu atât mai subţire şi mai plastic cu cât viteza este mai ridicată. Stratul de curgere prezintă un gradient de viteză de la 0, la v1c, vitezele de deplasare ale straturilor superioare succesive din aşchie fiind diferite (figura 6.14).

Figura 6.14 Evoluţia înălţimii “h” a depunerilor pe tăiş în funcţiede viteza de aşchiere

În anumite situaţii stratul de curgere se separă de restul aşchiei stagnând pe fata de degajare sau este împins spre tăiş, fiind laminat între faţa de degajare şi suprafaţa aşchiată sub forma unei panglici subţiri de culoare albastră. Stratul de curgere protejează scula, mărind rezistenţa la uzura prin abraziune, aşchia alunecă pe stratul de curgere cu viteză mare, iar acesta alunecă pe faţa de degajare cu viteză mică.

6.7. Stratul de stagnare.

Stratul stagnat se formează la aşchierea cu scule având unghiuri de degajare mici sau negative sau cu faţetă negativă a feţei de degajare. Datorită condiţiilor

Procesul de formare a aşchieigrele de deformare şi frecare, pe faţa de degajare se formează un strat care datorită poziţiei nefavorabile este supus unei puternice comprimări plastice şi care nu poate fi antrenat de aşchie (figura 6.15,a). Pentru scule cu faţetă negativă (figura 6.15,b), zona de stagnare se formează ca un tăiş de depunere stabil. Pentru grosimi mari ale aşchiei nedetaşate, materialul din zona de, stagnare este plastifiat şi extrudat sub forma unei aşchii secundare în lungul muchiei aşchietoare principale (situaţie similară cazului stratului de curgere). Fenomenul este avantajos la operaţii de degroşare şi conduce la Teducerea consumurilor energetice cu cea. 15% şi la creşterea durabilităţii sculei până la 20%.

a) b)

Figura 6.15 a) strat de stagnare datorită depunerilor pe tăiş, b)strat de stagnare pentru scule cu faţetă negativă

6.8. Stratul ecruisat al suprafeţei aşchiate (generate).

Zona deformaţiilor plastice la aşchiere, prezentată în paragraful 5.3, afectează şi stratul superficial al suprafeţei aşchiate (generate) prin modificarea structurii şi ecruisarea acestuia.

Deformarea plastică a stratului de sub suprafaţa aşchiată (textura SS), duce la apariţia unor tensiuni remanente care afectează rezistenţa la oboseală şi macrodeformări ce afectează precizia dimensională a piesei prelucrate.

Intensitatea ecruisării stratului superficial şi pătrunderea în adâncime (puse în evidenţă prin analiză metalografică, măsurarea microdurităţii, difracţie cu raze X), depinde de parametrii procesului de aşchiere, în special de geometria sculei şi de regimul de aşchiere.

Scăderea unghiului de degajare , creşterea razei de ascuţire a tăişului rn şi a grosimii aşchiei, nedetaşate a, produc intensificarea ecruisării. Creşterea vitezei de aşchiere are efect contrar.

În figura 6.16 se prezintă influenta razei de ascuţire a tăişului rn asupra formării texturii SS. Planul de forfecare este tangent la suprafaţa tăişului în punctul

55

O. Stratul de material de grosime nu mai poate fi detaşat sub formă de aşchie şi va fi tasat sub tăiş. Deformaţiile elastice acumulate se relaxează, astfel încât suprafaţa aşchiată se va situa în cota ’. Eforturile remanente acumulate în stratul superficial pot fi de compresiune sau întindere, funcţie de condiţiile de aşchiere.

În unele situaţii eforturile de compresiune acumulate pot avea efect favorabil asupra rezistenţei la oboseală a suprafeţei generate.

Figura 6.16 Influenţa razei de ascuţire rn asupra formării texturii SS

Forţele şi puterea de aşchiere

FORŢELE ŞI PUTEREA DE AŞCHIERE

7.1. Generalităţi

Acţiunea mecanică de învingere a rezistentei la deformare a stratului de material de secţiune axb, a frecărilor din zona de aşchiere şi transformarea stratului respectiv în aşchie se numeşte forţă de aşchiere.Rezistenţa totală la aşchiere R rezultă pe baza schemei din figura 7.1 şi este formată din următoarele componente:

Figura 7.1 Componentele rezistenţei totale la aşchiereR1, rezistenta interioară de deformare plastică propriu-zisă, manifestată în

planul de forfecare BA (datorată stării de tensiune şi , pe elementul de suprafaţă (dSf), formată din:- Rc, rezistenta totală la compresiune, datorată tensiunilor normale, a cărei mărime este dată de relaţia:

(7.1)

- Rd, rezistenţa totală la alunecare, datorată tensiunilor tangenţiale, a cărei mărime este dată de relaţia;

(7.2)

- Fi, forţa de frecare interioară, datorată eforturilor normale , pe suprafaţa de forfecare BA, a cărei mărime este dată de relaţia:

(7.3)Valoarea rezistenţei interioare de deformare plastică R1, este dată de

relaţia: (7.4)

57

7

R2 , forţa de respingere, datorată lucrului mecanic de deformaţie elastică şi plastică a suprafeţei prelucrate.

F1 , forţa de frecare de pe faţa de degajare a sculei, datorată componentei normale pe faţa de degajare a rezistenţei interioare de deformare plastică R1.

F2 , forţa de frecare de pe faţa de aşezare a sculei, datorată frecării dintre faţa de aşezare şi suprafaţa prelucrată, a cărei mărime este dată de relaţia:

(7.5)Rezistenţa totală R a stratului de material aşchiat pe care scula aşchietoare

trebuie să o învingă în procesul de aşchiere este dată de relaţia: (7.6)

Rezistenţa totală R prezintă interes prin componentele după direcţiile sistemului de referinţă cinematic OXYZ.

Pentru ca procesul de aşchiere să aibă loc, trebuie ca lucrul mecanic dezvoltat de maşina-unealtă (Lmm-u), să fie mai mare decât lucrul mecanic rezistent, generat de rezistenţa totală de aşchiere (Lrm), adică:

Lmm-u > Lrm (7.7)Lucrul mecanic (puterea de aşchiere) se consumă în cea mai mare parte

pentru deformarea plastică sau ruperea prin smulgere a materialului aşchiat şi pentru frecările sculă/piesă.

7.2. Componentele forţei de aşchiere.

Rezistenta totală R se consideră aplicată într-un singur punct al muchiei aşchietoare, această forţă fiind îndreptată asupra sculei, o forţa egală şi de sens contrar va acţiona supra stratului de material ce urmează a fi îndepărtat.

Rezistenţa totală R are o mărimea şi direcţie variabile în timp, motiv pentru care în practică ea nu prezintă interes. Din acest motiv la proiectarea constructivă şi tehnologică se folosesc componentele forţei de aşchiere R după direcţiile sistemului de referinţă cinematic OXYZ. Pentru operaţia de strunjire s-a convenit asupra următoarelor componente ale rezistenţei (forţei) de aşchiere (figura 7.2):

Figura 7.2Componentele forţei de aşchiere

Forţele şi puterea de aşchiere - componenta principală Fc (Fz), reprezentată prin proiecţia forţei R după axa OZ, orientată în direcţia mişcării de aşchiere, este apropiată ca valoare de rezistenţa (forţa) totală R. Constituie forţa consumată pentru învingerea rezistenţei la deformare a stratului aşchiat. Această componentă constituie forţa cu care stratul de material de aşchiat apasă pe faţa de degajare a sculei. Componenta Fc (Fz) determină mărimea cuplului rezistent al arborelui principal al maşinii-unelte şi constituie forţa pentru calculul de dimensionare a principalelor elemente active ale maşinii-unelte şi a sculelor aşchietoare. Sub acţiunea acestei componente, precizia dimensională şi de formă geometrică a piesei prelucrate este influenţată datorită deformaţiei sistemului tehnologic şi a vibraţiilor;- componenta de avans Ff (Fx), reprezentată prin proiecţia forţei R după axa OX, orientată în direcţia mişcării de avans, constituie forţa de învingere a rezistenţei la deformare plastică opusă de stratul de aşchiat acţiunii de pătrundere a tăişului sculei în adaosul de prelucrare. Această componentă acţionează în sens opus avansului longitudinal de aşchiere şi reprezintă forţa pentru calculul de dimensionare a corpului sculei aşchietoare, a elementelor din structura mecanismului de avans al maşinii-unelte;- componenta pasivă Fp (Fy), reprezentată prin proiecţia forţei R după o direcţie perpendiculară pe planul de lucru, constituie forţa necesară pentru învingerea rezistenţei de deformare a stratului de material aşchiat, manifestată după direcţia menţionată. Constituie forţa de respingere a tăişului sculei din stratul de material aşchiat şi reprezintă principala sursă de abateri dimensionale şi de formă geometrică a suprafeţei prelucrate, împreună cu componenta Fc (Fz), această forţă generează vibraţii întreţinute în sistemul tehnologic. Prin intermediul sculei aşchietoare, componenta Fp (Fy), solicită sistemul de ghidare al mecanismului de avans, ceea ce face abaterile dimensionale, de formă geometrică şi rugozitatea suprafeţei prelucrate să se amplifice.

7.3. Determinarea mărimii componentelor forţei de aşchiere.

Pentru necesităţile practicii, la ora actuală se cunosc mai multe relaţii de calcul a mărimii componentelor forţei de aşchiere. Aceste relaţii diferă, atât ca structură (în funcţie de parametrii de influenţă luaţi în considerare) cât şi ca formă, funcţie de utilizare (studii din teoria aşchierii sau aplicaţii practice).

Pentru stabilirea unor relaţii de calcul pentru componentele forţei de aşchiere se pot utiliza mai multe metode "care în final, într-o formă sau alta duc la acelaşi rezultat. Metoda analitică. Are la bază modelul comprimării plastice a stratului de aşchiat, fenomenele din zona de aşchiere, pot fi aproximate cu deformarea prin compresiune plastică.

În acest model aşchia neridicată este considerată ca o epruvetă izolată (figura 7.3), supusă la compresiune plastică ceea ce nu corespunde realităţii, datorită faptului că este legată structurai de piesa de pe care va fi detaşată şi în aşchia nedetaşată nu apar deformaţii plastice, acestea apărând în zona plastică.

59

Figura 7.3 Forma epruveteiPentru o epruvetă comprimată cu o forţă F, pe baza ecuaţiei politropice de

curgere plastică se poate scrie relaţia: sau (7.8)

unde:- , tensiunea care apare în aşchia nedetaşată (epruvetă) datorită lui F;- 0 , limita convenţională de curgere (când începe deformarea plastică);- l0 , l, lungimea iniţială a aşchiei nedetaşate, respectiv finală a aşchiei (epruvetei);- n, constantă dependentă de material şi de forma secţiunii aşchiei (epruvetei).

Considerând A0 aria secţiunii aşchiei nedetaşate (epruvetei nedeformate) şi A aria secţiunii aşchiei detaşate (epruvetei deformate) sub acţiunea forţei F,

tensiunile vor fi: , respectiv (7.9)

care înlocuite în relaţia (7.8) conduc la: (7.10)

În urma deformării plastice volumul fiind acelaşi se poate scrie: (7.11)

care introdusă în relaţia (7.10) va da: (7.12)Admiţând că ecuaţia politropică este valabilă încă de la începutul

deformării, 0 fiind limita convenţională de curgere, F0 este sarcina la care apar primele deformaţii plastice, aceasta este dată de relaţia: rezultă că:

(7.13)

Înlocuind l0/l = kl (coeficientul de comprimare a aşchiei) şi m = n + 1, se obţine: (7.14)

Coeficientul de comprimare a aşchiei scade cu creşterea grosimii, aşchiei

conform relaţiei: , rezultă că: (7.15)

unde s-a notat . Dacă se tine seama că şi


rezultă în final că: (7.16)

sau într-o formă generală: (7.17)

Componentele Fc, Ff Fp, pot fi exprimate prin relaţii de forma (7.17).Componentele Fc, Ff, Fp, mai pot fi determinate pe baza schemei de aşchiere

din figura 7.4, unde secţiunea transversală a aşchiei este compusă din ariile A’

corespunzătoare porţiunii rectilinii a tăişului principal şi A’’ corespunzătoare porţiunii curbilinii.

Figura 7.4 Componentele Fc, Ff, Fp pe schema de aşchiereÎn aceste arii acţionează forţele de deformare plastică F’dz, F’dxy , F’’dz, F’’dxy

, la care se adaugă forţele de deformare elastică a stratului aşchiat F’exy şi F’’exy. Componentele forţelor de deformare elastică F’exy , F’’exy şi coeficientul de frecare a de pe faţa de aşezare a sculei, generează forţele de frecare F’fz şi F’’fz.Proiecţiile tuturor forţelor din secţiunea transversală a aşchiei pe axele OXYZ duce în final la următoarele relaţii:

(7.18) (7.19) (7.20)

unde:- kdz , kdy , kdx , kez , key , kex , sunt funcţii de forma (r, ap, , , r, ’r, , ,T);- c , r [N/mm2], rezistenţa la curgere, respectiv rezistenţa la rupere a materialului de prelucrat;- b [mm], lungimea de contact între tăişul sculei şi suprafaţa aşchiată;- a [mm], faţeta tăişului;- f [mm/rot], avansul;- ap [mm], adâncimea de aşchiere.

Primul termen al relaţiilor reprezintă cota parte din forţa rezultantă de 61

aşchiere consumată pentru deformarea plastică volumetrică efectivă a stratului de material aşchiat şi prelevarea aşchiei din zona activă a tăişului sculei.

Termenul al doilea reprezintă cota parte din forţa totală de aşchiere consumată pentru, învingerea frecărilor din interfaţa sculă/suprafaţa aşchiată.

7.4. Forţa specifică (apăsarea specifică) de aşchiere.

În practică, pentru calculul componentelor forţei de aşchiere se utilizează relaţii de tip exponenţial elaborate pe baza metodei cvasiempirice. Metoda are la bază ipoteza conform căreia componenta principală (Fc) a forţei de aşchiere depinde de proprietăţile materialului semifabricatului şi parametrii tehnologici ai secţiunii aşchiei: ap [mm], adâncimea de aşchiere; f [mm/rot], avansul; b [mm], lăţimea aşchiei nedetaşate; a [mm], grosimea aşchiei nedetaşate;

Relaţia de calcul a forţei poate fi scrisă sub forma: [N] (7.21)

Forţa specifică (apăsarea specifică) de aşchiere KF, reprezintă forţa corespunzătoare unităţii de suprafaţă a aşchiei şi este dată de relaţia:

[N/mm2] (7.22)

Pentru acelaşi avans sau adâncime, secţiunea aşchiei poate avea forme diferite în funcţie de unghiul de atac principal r, mărimea secţiunii aşchiei păstrându-se constantă (figura 7.5).

Se recomandă ca relaţia să fie exprimată ca funcţie de grosimea şi lăţimea

aşchiei sub forma: [N/mm2] (7.23)

Figura 7.5 Forme diferite ale secţiunii aşchieiCercetările experimentale au arătat că forţa specifică (apăsarea specifică) de

aşchiere KF, este dependentă nu numai de materialul de prelucrat ci şi de grosimea aşchiei a. Forţa specifică (apăsarea specifică) de aşchiere KF este cu atât mai mică cu cât grosimea aşchiei este mai mare şi poate fi exprimată printr-o relaţie de dependenţă de forma: (7.24)

Această dependenţă este determinată de starea de tensiuni în planul de forfecare, acestea cresc pe măsura apropierii de muchia aşchietoare. Un rol important îl are raza de ascuţire a tăişului rn (fig 7.6).


Figura 7.6 Modul de acţiune a razei de ascuţire a tăişuluiDatorită existenţei acestei raze, planul de forfecare va fi tangent la cercul de

racordare într-un punct B, situat faţă de linia de aşchiere la distanţa h, (7.25)

care separă faţa de degajare (BD) de cea de aşezare (BE). Toate punctele situate în porţiunea AD vor avea unghiuri de degajare constant. Punctele situate în zona AB vor avea unghiuri de degajare progresiv mai mici, ceea ce va avea ca efect o creştere progresivă a gradului de deformare, deci a apăsării specifice.

Constanta C din relaţia (7.24) se poate determina considerându-se a=1 mm, caz în care se notează cu Kz1.1 şi se va numi valoare principală a forţei specifice. Mărimea Kz1.1 este forţa specifică pentru o secţiune imaginară a aşchiei A = axb = 1x1 mm2.

După înlocuirea relaţiei (7.24) în relaţia (7.21) se obţine formula de calcul a componentei principale a forţei de aşchiere de forma:

(7.26)în care exponentul (1-z) se numeşte valoarea creşterii forţei specifice.

Pentru celelalte componente ale forţei de aşchiere se pot stabili relaţii analoage:

(7.27)

(7.28)Determinată, la început, numai pentru operaţia de strunjire (operaţie pentru

care grosimea aşchiei nu se modifică în timp), relaţia (7.26) s-a dovedit utilizabilă şi pentru alte operaţii ca rabotarea, găurirea, broşarea, mortezarea.

În tabele se dau valorile Kz, Kz1.1 şi (1-z), care sunt determinate experimental şi vor fi valabile pentru toate operaţiile pentru care grosimea aşchiei este aceeaşi, în condiţiile aceleeaşi geometrii ale sculei, a aceleeaşi viteze de aşchiere şi a aceloraşi materiale pentru piesă şi sculă. Pentru alte condiţii trebuie folosiţi coeficienţi de corecţie.

63

7.5. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra forţeispecifice şi a componentelor forţei de aşchiere.

Utilizarea relaţiilor de calcul a componentelor forţei de aşchiere necesită cunoaşterea influentei parametrilor procesului de aşchiere asupra acestora.

Având în vedere că între deformaţia specifică a materialului de prelucrat şi forţa specifică de aşchiere există o strânsă legătură, variaţia coeficientului de comprimare a aşchiei kl (funcţie de diferiţi factori de influenţă), atrage după sine o variaţie de aceeaşi natură şi aproximativ proporţională a forţei specifice KF.

Influenţa materialului de prelucrat. Materialul de prelucrat influenţează mărimea componentelor forţei de aşchiere prin proprietăţile sale fizico-mecanice.

Prin îmbunătăţirea proprietăţilor fizico-mecanice ale materialelor, respectiv prin creşterea rezistenţelor specifice la curgere plastică sau rupere şi a durităţii, forţele de aşchiere cresc prin creşterea rezistentei la deformare plastică.

Starea structurală influenţează prin capacitatea de deformare plastică, care depinde de natura, mărimea şi distribuţia constituenţilor structurali. Aliajele Fe-C mai bogate în ferită, sunt mai tenace şi mai uşor deformabile plastic, iar aliajele mai bogate în cementită sunt mai apropiate de comportarea fragilă. Creşterea dimensiunii grăunţilor cristalini duce la o uşoară creştere a capacităţii de deformare plastică, ceea ce asigură o micşorare a forţei specifice.

Există tendinţa de a exprima influenţa materialului de prelucrat asupra forţei specifice şi componentelor forţei de aşchiere cu relaţii de forma:

(7.29)

(7.30)

sau (7.31)

unde: R'm este rezistenţa la rupere la tracţiune; HB' este duritatea; K’Fo forţa specifică ce caracterizează materialul de referinţă, iar Rm, HB, Kfo sunt mărimi ce caracterizează materialul pentru care se calculează forţa specifică sau componentele forţei de aşchiere.

Rezultatele practice au dovedit că modelarea în acest fel a dependenţelor componentelor forţei de aşchiere de caracteristicile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat nu este edificatoare. Pentru diferenţe mari între proprietăţile tehnologico-mecanice ale materialelor testate s-au sesizat doar diferenţe mici între nivelele componentelor forţelor de aşchiere, care nu pot fi asociate cu valorile Rm, HB sau cu structura materialului.

Influenţa parametrilor regimului de aşchiere. Mărimile forţei specifice şi a componentelor forţelor de aşchiere sunt influenţate de parametrii regimului de aşchiere, existând o strânsă legătură cu influenta acestora asupra gradului de deformare al materialului de prelucrat.

Adâncimea de aşchiere ap, influenţează asupra componentelor forţelor de

Forţele şi puterea de aşchiere aşchiere prin aria secţiunii transversale a aşchiei (fxap), coeficientul de frecare la interfaţa sculă/aşchie , coeficientul de comprimare a aşchiei kl , aria feţei de degajare active a sculei şi temperatura la aşchiere (figura 7.7).

Prin creşterea adâncimii de{ aşchiere, aria secţiunii transversale a aşchiei şi aria feţei de degajare active cresc, şi kl scad relativ puţin, iar temperatura la aşchiere creşte uşor. Influenţa adâncimii de aşchiere asupra componentelor forţei de aşchiere poate fi exprimată printr-o relaţie deforma:

, unde i = c,f,p (7.32)

Forţa specifică de aşchiere scade vizibil în domeniul adâncimilor mici de aşchiere (ap < 4f), deoarece în acest domeniu influenţează raza de ascuţire a tăişului rn.

Figura 7.7 Dependenţa lui Kf şi a forţei de ap

Avansul f, influenţează prin aceleaşi mărimi şi fenomene ca şi adâncimea de aşchiere ap, numai că efectul termic al creşterii avansului este mai mare (figura 7.8). Gradientul de creştere a forţelor la creşterea avansului este mai mic, exponenţii y din relaţiile de dependenţă (7.33) au valori mai mici decât valorile exponenţilor x din relaţiile (7.32) :

, unde i = c,f,p (7.33)

Figura 7.8 Dependenţa lui Kf şi a forţei de fViteza de aşchiere vc, influenţează asupra componentelor forţelor de

aşchiere mai complex şi în mod diferit pe cele trei domenii de valori:vc< 50 m/min; 50 < vc> 500 m/min: vc> 500 m/min (figura 7.9).

65

Figura 7.9 Dependenţa lui Kf şi a forţei de VÎn domeniul vc < 50 m/min şi pentru materiale ductile, vc influenţează prin

intermediul depunerilor pe tăiş, care modifică unghiul de degajare real, coeficientul de frecare şi coeficientul de comprimare a aşchiei kl. Prin creşterea dimensiunilor depunerilor unghiul de degajare creşte şi scad forţele de aşchiere.

În domeniul vitezelor uzuale (vc = 50...500 m/min), predomină efectul termic al vitezelor de aşchiere. La creşterea vitezei peste 50 m/min creşte temperatura, scad depunerile, deformaţiile plastice se produc cu eforturi mai mici şi coeficienţi de frecare sunt mai mici. Această tendinţă de micşorare a forţei de aşchiere este mai accentuată pentru valori mici ale unghiului de degajare şi avansului f, la un domeniu de viteze cuprinse între 50 şi 150 m/min. Pentru viteze cuprinse între 150 şi 500 m/min, tendinţa de micşorare a forţelor este mai mică, deoarece în acest domeniu şi kl scad mai puţin.

În domeniul vitezelor mari de aşchiere (vc > 500 m/min) se dezvoltă temperaturi ridicate în zona plastică, materialul este puternic plastifiat, comportându-se ca un lichid vâscos. Aşchierea se realizează cu forţe relativ mici şi constante.

Pe baza celor prezentate, rezultă că pentru domeniul (de viteze de aşchiere) 50 < vc > 500 m/min, influenţa vitezei de aşchiere asupra componentelor forţei de aşchiere poate fi exprimată printr-o relaţie de forma:

sau , unde i = c,f,p (7.34)

Influenţa geometriei sculei aşchietoare. Parametrii geometrici ai sculei aşchietoare ce influenţează în mare măsură componentele forţei de aşchiere sunt , T, r,r,rn.

Unghiul de degajare , Influenţează asupra componentelor Fc , Ff, Fp, prin intermediul deformaţiilor plastice şi a frecărilor (vezi § 6.4).

Prin variaţia unghiului de la valori negative la valori pozitive, scad deformaţiile şi frecările şi scad valorile componentelor Fc , Ff , Fp (figura 7.10). Influenţa este mai mare în domeniul valorilor negative, deoarece este favorizată comportarea ductilă a materialului de prelucrat. Influenţa unghiului asupra componentelor forţei de aşchiere poate fi exprimată printr-o relaţie de forma:

sau , unde i = c,f,p (7.35)


Figura 7.10 Dependenţa lui Kf şi a forţei de unghiul γUnghiului de înclinare al tăişului T. Variaţia unghiului T de la valori

negative la valori pozitive determină micşorarea deformaţiilor plastice şi a forţelor de frecare simultan cu creşterea coeficientului de frecare . Ca urmare forţa Fc

scade uşor sau rămâne aproximativ constantă, iar Fp scade şi Ff creşte cu câte 2% la fiecare grad în plus pentru unghiul T.

, unde i = c,f,p (7.36)Unghiul de atac principal r, influenţează în mod diferit asupra celor trei

componente Fc, Ff, Fp (figura 7.11).

Figura 7.11 Dependenţa lui Kf şi a forţei de unghiul χr

La prelucrarea oţelurilor, creşterea unghiului r până la 60° duce la scăderea componentei Fc deoarece scad deformaţiile plastice datorită creşterii grosimii aşchiei şi a temperaturii.

Pentru r > 60°, componenta Fc creşte din nou datorită creşterii deformaţilor plastice datorate influenţei unghiului de atac secundar şi a creşterii lungimii tăişului curb de rază r (accentuarea complexităţii aşchierii). Această creştere a componentei Fc este foarte mică la prelucrarea cu viteze mari şi în toate cazurile la prelucrarea fontelor. Creşterea unghiului r duce la creşterea componentei Ff şi la scăderea componentei Fp.

Raza la vârf a sculei r . Creşterea razei r , duce la creşterea deformaţiilor plastice datorită creşterii lungimii tăişului curb şi micşorării unghiului de atac mediu. Componentelor Fc, Fp, cresc iar componenta Ff scade (figura 7.12). Influenţa asupra componentelor forţei de aşchiere poate fi exprimată printr-o relaţie de forma: , unde i = c,f,p (7.37) Raza de ascuţire/rotunjire a tăişului rn . Prin creşterea razei de ascuţire rn, creşte suprafaţa de pe tăiş cu unghiul de degajare < 0 (vezi figura 7.6), cresc deformaţiile plastice şi forţa de aşchiere.

Această creştere este mai pronunţată pentru aşchii subţiri (a < rn) şi relativ

67

mică pentru aşchii groase sau foarte groase (a > 3rn).

Figura 7.12 Dependenţa lui Fc, Ff şi Fp de raza la vârfInfluenţa mediului (lichidului) de aşchiere. Mediul de aşchiere lichid, prin

proprietăţile de ungere răcire şi de aşchiere uşurează condiţiile de formare a aşchiilor, având ca efect reducerea forţelor de aşchiere cu 40...50% comparativ cu aşchierea uscată. La valori mici ale vitezei şi avansului influenta mediului de aşchiere este mai pronunţată. La viteze şi avansuri mari, mediul de aşchiere lichid devine ineficient din punct de vedere al reducerii forţelor de aşchiere, această reducere fiind de 2...3%. Fenomenul se explică prin accesul mai dificil al lichidului în zona de formare a aşchiei.

7.6. Relaţii de calcul a componentelor Fc, Ff, Fp.

Componentele forţei de aşchiere pot fi exprimate prin relaţii de tipul (7.17), relaţii ce exprimă influenţa naturii materialului de aşchiat şi influenţa pe care o exercită adâncimea de aşchiere ap şi avansul f. Deoarece aceste relaţii au fost stabilite în ipoteze simplificatoare se impune completarea lor cu o serie de coeficienţi de corecţie care să ţină seama de contribuţia tuturor parametrilor procesului de aşchiere.

Relaţiile de calcul pentru componentele forţei de aşchiere, în acest caz, pot

fi de forma:

(7.38)

Coeficienţii globali de corecţie KFc , KFf, KFp se obţin ca produsul coeficienţilor de corecţie K pentru fiecare parametru al procesului de aşchiere şi au următoarea structură: (7.39)unde: v - viteza de aşchiere; ms - materialul sculei; mp - materialul de prelucrat; mă - mediul de aşchiere; - unghiul de aşezare; - unghiul de degajare; - unghiul de atac; r - raza de vârf a sculei; etc.

La unele procedee de prelucrare se utilizează pentru calculul celor trei componente Fc, Ff, Fp, relaţii cu o structură similară relaţiilor (7.38).

(7.40)

Dacă se ia în considerare forţa specifică de aşchiere, relaţiile de calcul

Forţele şi puterea de aşchiere pentru componentele forţei de aşchiere pot fi de forma:

(7.41)

Pentru noi materiale de prelucrat, variante şi tehnologii de prelucrare perfecţionate şi noi procedee de prelucrare, se impune determinarea experimentală a valorilor coeficienţilor, exponenţilor şi coeficienţilor de corecţie din relaţiile de calcul pentru componentele Fc, Ff şi Fp.

7.7. Calculul puterii la aşchiere.

Pentru generarea suprafeţei prin aşchiere, se consumă un lucru mecanic de aşchiere. Funcţie de componentele forţei, de aşchiere şi având în vedere deplasările relative sculă semifabricat pe cele trei axe ale sistemului de coordonate XYZ, lucrul mecanic de aşchiere este dat de relaţia: (7.42)

Puterea de aşchiere se poate calcula împărţind lucrul mecanic de aşchiere cu

timpul necesar efectuării acestuia: (7.43)

La majoritatea procedeelor de prelucrare prin aşchiere vz = vc, vx - vf << vz , vy = 0. Ca urmare, în practică, puterea la aşchiere N se obţine cu relaţia (7.44), în care Fc [daN], iar vc [m/min]. Puterea motorului de acţionare Nm, se obţine cu relaţia (7.45) în care este randamentul lanţului cinematic.

[kW] (7.44)

[kW] (7.45)

Dacă pe direcţia mişcării de aşchiere se dezvoltă un moment rezistent Mt

(burghiere, frezare, etc.), puterea la motorul de acţionare se obţine cu relaţia (7.46), în care n [rot/min], reprezintă frecvenţa mişcării de aşchiere.

[kW] (7.46)

7.8.Măsurarea componentelor forţei de aşchiere.

Comanda şi supravegherea procesului de aşchiere, determinarea constantelor, coeficienţilor şi exponenţilor din structura relaţiilor de calcul, necesită măsurarea componentelor forţei de aşchiere pentru diverse condiţii de prelucrare.

Măsurarea componentei forţei de aşchiere se realizează cu ajutorul unor aparate denumite dinamometre.

Dinamometrul este format din unul sau mai multe elemente elastice care

69

sunt solicitate de forţa care trebuie măsurată, efectele solicitării fiind sesizate de un traductor, ce furnizează un semnal proporţional cu solicitarea, respectiv cu forţa de măsurat.

Ansamblul element elastic-traductor poartă denumirea de captor. Dimensiunile, forma geometrică, numărul şi poziţiile relative ale captoarelor (elementelor elastice) se stabilesc funcţie de mărimea, numărul şi direcţiile componentelor care se măsoară şi procedeul de prelucrare.

Elementul elastic, poate fi un element mecanic de formă bară dreaptă sau circulară, supus, sub acţiunea forţei de măsurat, la o solicitare simplă (de regulă întindere, compresiune, încovoiere), solicitare ce constituie o reacţie a elementului la acţiunea forţei de măsurat. Traductorul, este un element legat de elementul elastic ce transformă reacţia elementului elastic într-o mărime de regulă electrică, proporţională cu forţa de măsurat. Cele mai utilizate traductoare sunt de tip piezoelectric, inductiv, capacitiv şi rezistiv.

În figura 7.13 este prezentată o soluţie constructivă a unui dinamometru monobloc cu traductoare tensometrice rezistive, pentru măsurarea componentelor forţei de aşchiere la operaţia de strunjire.

Indiferent de construcţie şi structură, un dinamometru trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:- să nu afecteze rigiditatea sistemului tehnologic;- să aibă o sensibilitate ridicată pe un domeniu larg de utilizare;- să aibă o precizie corespunzătoare (eroarea de măsurare sub 5%); - măsurarea unei componente să nu fie influenţată de celelalte componente:- frecvenţa proprie să fie mai mare decât frecvenţa forţei de măsurat;- să fie uşor de etalonat, utilizat şi întreţinut.

Pentru a obţine cerinţele impuse, de cele mai multe ori trebuie realizat un compromis, de regulă, între sensibilitate şi domeniul nominal de utilizare. Realizarea integrală a acestor cerinţe, impun o serie de compromisuri.

Figura 7.13 Dinamometru monobloc cu traductoare tensometrice rezistive

Căldura şi temperatura la aşchiere

CĂLDURA ŞI TEMPERATURA LA AŞCHIERE

Fenomenele termice la aşchiere influenţează natura şi dinamica unor fenomene caracteristice cât şi rezultatele procesului, sub aspectul preciziei şi calităţii suprafeţei prelucrate, uzurii sculei aşchietoare, procesul de formare a aşchiei, vibraţii, etc. Apariţia căldurii este un fenomen care însoţeşte în mod inevitabil procesul de aşchiere.

8.1. Surse de căldură şi bilanţul termic la aşchiere.

Căldura dezvoltată la aşchiere provine din transformarea aproape în întregime a lucrului mecanic consumat pentru realizarea procesului de aşchiere. Se datorează deformaţiilor plastice ale materialului la formarea aşchiei, frecărilor la interfeţele sculă/aşchie, sculă/suprafaţa aşchiată cât şi deformării suplimentare a aşchiilor (răsucire, sfărâmare).

Lucrul mecanic total consumat în procesul de aşchiere este dat de relaţia:L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 (8.1)

- L1, lucrul mecanic pentru deformarea plastică a materialului;- L2, lucrul mecanic de frecare la interfaţa sculă/aşchie;- L3, lucrul mecanic de frecare la interfaţa sculă/suprafaţa aşchiată;- L4, lucrul mecanic consumat de deformaţiile elastice;- L5, lucrul mecanic consumat cu răsucirea aşchiei;- L6, lucrul mecanic consumat de sfărâmarea aşchiei.

Ultimii trei termeni (L4, L5, L6) sunt mici (2...3% din total) şi se pot neglija.O mică parte din lucrul mecanic rămâne înmagazinat sub formă de energie

potenţială, ca tensiuni în suprafaţa generată.

Figura 8.1 Modul de distribuţie a temperaturilor la aşchiere

71

8

Căldura dezvoltată în procesul de aşchiere se produce în planul de forfecare şi în zonele de frecare sculă/aşchie şi sculă/suprafaţa aşchiată şi se propagă dinspre surse către zonele mai reci. Fiecare sursă, aşa cum reiese din figura 8.1, transmite în zonele învecinate câte două fluxuri calorice de sens opus.

Cantitatea de căldură rezultată (Q) este preluată de aşchie (Q1), semifabricat (Q2), sculă (Q3) şi mediul de aşchiere sau mediul înconjurător (Q4). Ecuaţia de bilanţ termic la aşchiere capătă forma generală:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (8.2)În cursul procesului de aşchiere, distribuţia prezentată în figura 8.1,

respectiv ponderea celor trei termeni ai relaţiei (8.2), se poate modifica în funcţie de intensitatea celor trei surse de căldură dictate de dinamica fenomenelor de bază ale aşchierii (deformaţii plastice, frecări, uzură, vibraţii, etc.), procedeul de prelucrare sau utilizarea unui mediu de aşchiere.

Se poate aprecia că, în medie, căldura dezvoltată la aşchiere se repartizează astfel:- la strunjirea fără lichid;Q1 = (0,5...0,8)Q, Q2 = (0,09...0.03)Q, Q3 = (0,4...0,1)Q.- la burghiere; Q1 = 0.28Q, Q2 = 0.5Q, Q3 = 0,15Q.

Cantitatea de căldură Q degajată în procesul de aşchiere se determină pe baza ipotezei că puterea de aşchiere se transformă în totalitate în căldură şi este dată de relaţia:

[cal/min] (8.3)

8.2. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra temperaturii

Cantitatea de căldură dezvoltată la aşchiere, depinde de parametrii procesului de aşchiere. Importanţă prezintă temperatura stratului superficial al suprafeţei generate, care poate produce recristalizări şi deformaţii şi în mod deosebit temperatura sculei aşchietoare.

Influenţa materialului de prelucrat. Principala caracteristică fizico-mecanică a materialului de prelucrat, care determină capacitatea de a se deforma plastic şi de a dezvolta o cantitate de căldură este modulul de plasticitate (M) definit de rel. (6.9).

Acesta reprezintă un lucru mecanic de deformaţie plastică remanentă produs de către componentele forţei de aşchiere şi constituie una din sursele principale de producere a căldurii în procesul de aşchiere. Cantitatea de căldură degajată depinde de natura materialului, compoziţia chimică, structura metalografică, etc.

Temperatura sculei mai depinde de natura contactului sculă-piesă-aşchii şi de raportul în care se află conductibilitatea termică a elementelor care participă la aşchiere. La aşchierea oţelurilor cantitatea de căldură Q este mai mare decât la aşchierea fontelor, dar temperatura sculei este mai mare la aşchierea materialelor de

Căldura şi temperatura la aşchieretipul fontei. Fenomenul se explică prin faptul că la prelucrarea fontei, eforturile de contact sunt mai mari (aria de contact sculă-aşchie este mai mică), iar conductivitatea termică a fontei este mai mică decât cea a oţelurilor. Funcţie de proprietăţile,fizico-mecanice ale materialului de prelucrat, temperatura sculei, poate fi exprimată prin relaţii de forma:

sau (8.4)

Influenţa parametrilor regimului de aşchiere. Parametrii regimului de aşchiere influenţează diferit temperatura aşchiei, sculei şi suprafeţei generate. Viteza de aşchiere vc . Creşterea vitezei de aşchiere duce la creşterea temperaturii cu toate că prin creşterea vitezei componentele forţei de aşchiere scad (figura 8.2).

Figura 8.2 Dependenţa temperaturii sculei de viteza de aşchiereFenomenul este datorat creşterii lucrului mecanic de deformare.Dependenţa

temperaturii sculei funcţie de viteza de aşchiere se poate exprima prin relaţia:

(8.5)

Avansul f, influenţează temperatura prin intermediul forţelor de aşchiere şi încărcării termice a sculei. Prin creşterea avansului temperatura creşte datorită creşterii componentele Fc, Ff, Fp şi căldurii preluată de sculă (figura 8.3). Pe de altă parte scade deformarea materialului, datorită creşterii grosimii aşchiei, iar cantitatea de căldură preluată de aşchie va fi mai mare. Temperatura sculei funcţie

de avans este dată de relaţia: (8.6)

73

Figura 6.12 Influenţa adâncimii de aşchiere ap asupra temperaturii

Figura 6.12 Influenţa avansului f asupra tempertaturii

Adâncimea de aşchiere ap, are o influenţă mai mică decât avansul asupra temperaturii sculei. Simultan cu creşterea temperaturii datorată creşterii componentelor forţei de aşchiere, are loc o diminuare a încărcării termice a sculei, prin creşterea lungimii active a tăişului. Căldura degajată va fi distribuită pe o zonă mai mare din sculă ceea ce face ca influenţa prin intermediul forţei de aşchiere să fie mult diminuată. La viteze mari şi foarte mari de aşchiere influenţa adâncimii de aşchiere asupra temperaturii sculei este neînsemnată.

Dependenţa temperaturii sculei funcţie de adâncimea de aşchiere este prezentată grafic în figura 8.4 şi se exprimă prin relaţia:

(8.7)

Influenţa materialului şi geometriei sculei aşchietoare. Temperatura sculei aşchietoare este influenţată de materialul părţii active, aria secţiunii transversale şi parametrii geometrici (, r, r, rn).

Materialul părţii active. Experimental s-a constatat că, pe măsură ce duritatea materialului părţii active a sculei aşchietoare creşte, cantitatea de căldură dezvoltată prin aşchiere scade cu circa 5...15% faţă de căldura înregistrată la aşchierea în aceleaşi condiţii, dar cu scule, din oţeluri de scule. Acest fapt se explică prin fenomenul de difuzie a atomilor de carbon din sculă către materialul de prelucrat. Fenomenul de difuzie are loc la temperaturi cuprinse între 100...600 °C şi presiuni de contact între 500... 3000 MPa şi se realizează cu consum de energie.

Aria secţiunii transversale a sculei, influenţează prin capacitatea de a prelua şi difuza spre corpul sculei căldura primită, denumită capacitate termică. Cu cât aria secţiunii transversale este mai mare şi capacitatea termică este mai mare. Aceeaşi cantitate de căldură, repartizată într-un volum mai mare de material duce la o creştere mai mică de temperatură. La viteze de aşchiere mari şi foarte mari influenta este mai mică.

Unghiul de degajare , influenţează în mod complex temperatura sculei prin mărimea forţelor de deformare plastică şi de frecare, prin natura contactului aşchiei cu faţa de degajare şi prin capacitatea termică (dictată de valoarea unghiului ). Influenţa este prezentată grafic în figura 8.5. Prin creşterea unghiului , deformaţiile plastice, forţele de aşchiere, lucrul mecanic, scad, fapt ce determină scăderea temperaturii sculei. Creşterea exagerată a unghiului , duce la creşterea temperaturii sculei datorită scăderii capacităţii termice a acesteia. Dependenţa se poate exprima prin relaţia (8.8):

(8.8)

Unghiul de atac principal r, influenţează temperatura sculei prin mărimea deformaţiilor plastice, forma secţiunii aşchiei, aria activă a feţei de degajare, capacitatea termică a sculei. Influenta este prezentată grafic în figura 8.6. Prin creşterea unghiul de atac principal r, scade masa părţii active a sculei simultan cu scăderea ariei active a feţei de degajare, deci capacitatea termică scade, iar temperatura creşte.


(8.9)

Raza la vârf a sculei r are influenţă asupra cantăţii Q de căldură dezvoltată şi modul de repartizare a acesteia. Creşterea razei la vârf a sculei r, duce la creşterea căldurii de aşchiere Q (ca urmare a creşterii forţelor de aşchiere) dar şi la creşterea capacităţii termice a sculei.Din însumarea acestor efecte, rezultă o uşoară scădere a temperaturii sculei cu creşterea razei r,. Dependenţa este prezentată în figura8.7 şi relaţia (8.10):

(8.10)

Rata de ascuţire/rotunjire a tăişului rn are influenţă asupra cantăţii Q de căldură dezvoltată prin deformaţiile plastice şi forţa de aşchiere. Creşterea razei r„ duce la creşterea lucrului mecanic necesar deformării materialului ducând Ia creşterea temperaturii. Totodată creşterea razei rn duce Ia creşterea capacităţii termice a sculei şi deci la scăderea temperaturii. Din însumarea acestor efecte, rezultă creşterea temperaturii sculei cu creşterea razei rn. Creşterea este mai pronunţată pentru aşchii subţiri. Dependenţa este prezentată în fig 8.8 şi relaţia

(8.11): (8.11)

Influenţa mediului (lichidului) de aşchiere influenţează temperatura sculei prin

75

Figura 8.5 Influenţa unghiului γ asupra temperaturii

Figura 8.6 Influenţa unghiului χr asupra temperaturii

Figura 8.7 Dependenţa temperaturii sculei de raza rε

Figura 8.8 Dependenţa temperaturii sculei de raza de rotunjire rn

proprietăţile de răcire, ungere, aşchiere precum şi prin modul cum este dirijat în zona de aşchiere.

Utilizarea de procedee şi dispozitive de dirijare a lichidului de aşchiere, duce la o răcire eficientă a sculei. Efectul de răcire al mediului de aşchiere este mai mare la prelucrarea materialelor ductile.

8.3. Relaţia generală de calcul a temperaturii sculei la aşchiere.

Pe baza dependenţelor prezentate se poate obţine pentru temperatura sculei o relaţie generală (8.12), în care coeficientul de corecţie kma

capătă valori subunitare şi reprezintă influenţa mediului de aşchiere. Valorile coeficienţilor şi exponenţilor se găsesc în tabele.

(8.12)

8.4. Metode şi mijloace de măsurare a temperaturii la aşchiere.

Pentru determinarea şi utilizarea unor relaţii generale de calcul cât şi pentru determinarea temperaturii elementelor care participă la aşchiere, se folosesc metode experimentale de studiu a fenomenelor termice la aşchiere.

Metodele experimentale pentru măsurarea temperaturii la aşchiere pot fi clasificate în două categorii:- metode de determinare a temperaturii medii a zonei de aşchiere;- metode de determinare a temperaturii diverselor zone ale aşchiei sau sculei.

Metoda calorimetrică. Constă în desfăşurarea procesului de aşchiere într-un calorimetru, special realizat pentru un anumit procedeu de prelucrare şi determinarea cantităţii de căldură degajată.

Metoda substanţelor termocolore. Se bazează pe proprietatea unor vopsele de a-şi schimba culoarea iniţială datorită variaţiei temperaturii. Prin această metodă se poate determina temperatura aşchiilor şi temperatura unor zone ale sculei ce nu vin în contact cu aşchiile. Este o metodă aproximativă.

Metoda variaţiei tensiunii electromotoare cu temperatura. Utilizează ca traductor termocuplul. Acesta este format dintr-un circuit din doi conductori de natură diferită, în acest circuit apare o tensiune electromotoare dependentă de diferenţa de temperatură dintre cele două joncţiuni, în raport cu modul de realizare al termocuplului se deosebesc mai multe variante.

Termocuplul artificial, este realizat prin plasarea sub suprafeţele active ale sculei, în diverse zone a unui termocuplu standard. Pentru măsurarea temperaturii aşchiei se poate utiliza montajul din figura 8.9.


Termocluplul semiartificial,

dintr-un conductor de constantan, al doilea element fiind scula aşchietoare. Se poate determina temperatura în zona în care este plasat primul element, în acest caz este necesară o etalonare.

Termocuplul natural, are cele două elemente constituite din materialele sculei şi piesei (figura 8.11). în această situaţie scula şi piesa trebuie izolate electric de maşina-unealtă. Circuitul electric piesă-sculă se închide printr-un contact mobil cu mercur.

Montajul trebuie etalonat pentru fiecare cuplu de material piesă-sculă, etalonarea fiind dificilă. Metoda permite măsurarea temperaturii medii a zonei de contact a sculei cu aşchia.

Figura 8.11 Termocuplu natural pentru măsurarea temperaturii

Metode de măsurare pe cale optică a temperaturii. Se bazează pe principiul

77

Figura 8.9 Montaj pentru măsurarea temperaturii

Figura 8.10 Termocuplu semiartificial pentru măsurarea temperaturii

că orice corp încălzit emite o radiaţie termică funcţie de temperatură. Acest mod de detectare se realizează fără contact cu scula sau' piesa. Aparatele utilizate se numesc pirometre. Măsurările prin aceste metode sunt la ora actuală larg utilizate, datorită progreselor realizate în construcţia pirometrelor.

Medii pentru aşchiere

MEDII PENTRU AŞCHIERE

Utilizarea în procesul de prelucrare a unor medii pentru aşchiere, care în majoritatea cazurilor sunt fluide (lichide sau gaze), este justificată prin efectele benefice pe care le produc, efecte datorate unor funcţii şi proprietăţi pe care acestea le au.

9.1. Funcţiile şi proprietăţile mediilor pentru aşchiere.

Funcţiile mediilor pentru aşchiere pot fi considerate următoarele:- mărirea durabilităţii sculei;- reducerea puterii consumate;- realizarea unei calităţi bune a suprafeţei prelucrate;- intensificarea regimului de aşchiere şi creşterea productivităţii;- evacuarea aşchiilor şi a prafului metalic din zona de aşchiere;- spălarea (curăţirea) sculei abrazive;- protecţia suprafeţei prelucrate contra coroziunii;- protecţia maşinii-unelte;- protecţia şi securitatea operatorului uman.

Proprietăţile mediilor pentru aşchiere care realizează şi caracterizează aceste funcţii sunt următoarele:- capacitate de răcire;- capacitate de ungere;- capacitate de absorbţie şi de difuzie;- capacitate de aşchiere (efect activ);.- netoxic, neiritant şi inodor pentru utilizator (operatorul uman);- necoroziv pentru piesă şi maşina-unealtă;- să aibă proprietăţi antispumante;- să nu producă inconveniente organelor maşinii-unelte (blocare ghidaje, degradare elemente de etanşare hidraulică şi pneumatică, vopsea etc.);- să fie uşor de aplicat;- să aibă stabilitate în timp la temperaturi ridicate şi filtrări repetate, să nu se descompună chimic şi să nu îmbâcsească sculele abrazive;- să fie biostabil (să nu permită dezvoltarea microorganismelor);- să fie uşor de neutralizat şi eliminat (să nu polueze mediul ambiant);- să fie transparent pentru a se putea urmări procesul de aşchiere.

79

9

Proprietăţile de răcire, ungere, absorbţie şi difuzie au caracter determinant şi prezintă egală importanţă, deşi ponderea lor variază funcţie de lichid şi de cazul concret de aplicare.

9.2. Structura lichidelor pentru aşchiere.

Structura lichidelor pentru aşchiere este constituită din produse de bază şi aditivi. Produsele de bază, pot fi uleiuri minerale (rezultate din distilarea petrolului), uleiuri de regenerare, uleiuri grase (vegetale sau animale), hidrocarburi de sinteză, lichide sintetice, amestecuri de uleiuri minerale şi lichide sintetice. Hidrocarburile de sinteză şi lichidele sintetice încep să aibă o pondere din ce în ce mai mare în structura lichidelor pentru aşchiere.

Aditivii, au rolul de a mbunătăţi considerabil proprietăţile lichidelor pentru aşchiere. Prin aditivare se poate obţine o gamă largă de lichide pentru aşchiere cu diverse posibilităţi de utilizare;

Aditivii de onctuozitate, au rolul de a îmbunătăţi proprietăţile lubrifiante ale lichidelor pentru aşchiere. Sunt de regulă acizi graşi, ale căror molecule polare formează un film protector, aderent la suprafaţa prelucrată.

Aditivii de extremă presiune (aditivii EP), reduc riscul de gripaj între sculă şi piesă la temperaturi ridicate. Sunt produşi organo-sulfuroşi, organo-cloroşi, organo-fosforoşi sau combinaţii ale acestor compuşi. Sub acţiunea temperaturilor foarte ridicate reacţionează cu suprafaţa materialului de prelucrat, formând un produs cu rezistenţă scăzută la forfecare.

Aditivii inhibitori de coroziune, împiedecă coroziunea materialelor feroase şi neferoase şi pasivizează aliajele de cupru. Pot fi carbonat de sodiu, borat de sodiu, amine şi amide grase. Se utilizează în combinaţie cu aditivii EP.

Emulgatorii, permit formarea unei emulsii stabile de ulei sau lichid sintetic în apă. Sunt constituiţi din componenţi tensio-activi, care formează o suprafaţă de separaţie continuă a picăturilor de ulei faţă de apă.

Agenţii de suprafaţă, au rolul de a diminua tensiunea superficială, îmbunătăţind proprietăţile de răcire ale lichidelor pentru aşchiere.

Aditivii antispumanţi, reduc tendinţa de spumare a lichidelor pentru aşchiere. Se folosesc produse pe bază de silicon.

Aditivii bactericizi sau bacteriostatici, distrug sau limitează dezvoltarea bacteriilor.

Coloranţii, ajută la identificarea tipului de lichid pentru aşchiere.Parfumul tehnic, are rol de a masca mirosul urât al unor aditivi.

9.3. Tipuri de lichide pentru aşchiere.

Având în vedere principalele proprietăţi, ungerea şi răcirea se pot distinge două mari familii de lichide pentru aşchiere. Uleiuri pentru aşchiere neemulsionabile (fără apă), formate din uleiuri minerale aditivate (foarte riar conţin lichide sintetice). Se utilizează în starea în care sunt livrate de producător. Se caracterizează prin .proprietăţi lubrifiante foarte bune. Simbolizarea după STAS

Medii pentru aşchiere871-80, se face litera P, după care se înscriu numerele de ordine 1, 2, 3,..., care indică nivelul de aditivare şi una sau mai multe litere care indică procesul de prelucrare. Pentru cele aditivate pentru extremă presiune se înscriu literele EP.

După ISO, simbolizarea este următoarea:- MHA, uleiuri minerale neaditivate;- MHB, uleiuri minerale cu proprietăţi antifricţiune;- MHC, uleiuri minerale cu proprietăţi EP (inactive chimic);- MHD, uleiuri minerale cu proprietăţi E, P (active chimic);- MHE, uleiuri minerale cu proprietăţi antifricţiune şi proprietăţi EP (inactive chimic);- MHF, uleiuri minerale cu proprietăţi antifricţiune şi proprietăţi E,P (active chimic)

Lichide pentru aşchiere pe bază de apă, se obţin prin amestecarea cu apă a unui produs concentrat. Se caracterizează prin proprietăţi foarte bune de răcire şi mai slabe de ungere (funcţie de nivelul de aditivare).Produsul concentrat este constituit din ulei mineral (baza), emulgator, anticorozivi şi alţi aditivi.

Funcţie de mărimea particulelor de ulei, dispersate în apă, se obţin emulsii (E), microemulsii (M), pseudoemulsii (P), soluţii (S). Simbolizarea după STAS 871-80, se face cu literele PE, după care se înscriu cifre şi litere similar ca în cazul uleiurilor neemulsionabile.

După ISO, simbolizarea este următoarea:- MAA, emulsii;- MAB, emulsii cu proprietăţi antifricţiune;- MAC, emulsii cu proprietăţi EP;- MAD, emulsii cu proprietăţi antifricţiune şi cu proprietăţi EP;- MAE, microemulsii;- MAF, microemulsii cu proprietăţi antifricţiune şi/sau proprietăţi EP;- MAG, soluţii;- MAH, soluţii cu proprietăţi antifricţiune şi/sau proprietăţi EP.

Se manifestă tendinţa de a se utiliza lichide universale, multifuncţionale folosite atât pentru prelucrare cât şi pentru ungerea maşinii. După anii ’80 au apărut pe piaţă lichide biorezistente, biostabile, ecostabile, ce au la bază compuşi pe bază de bor, ce le conferă proprietăţi biorezistente fără aportul substanţelor bactericide.

Se mai poate defini o a treia familie de fluide pentru aşchiere formată din aer comprimat, gaze şi amestecuri lichide-gaze. Pentru aşchiere se mai folosesc medii solide de răcire-ungere, constituite din pulberi, paste, amestecuri acoperitoare.

9.4. Modul de acţiune a lichidelor pentru aşchiere.

Proprietăţile principale ale lichidelor de aşchiere, asupra cărora s-au îndreptat în mod special cercetările experimentale, sunt cele de răcire şi de ungere.Efectul de răcire, a fost considerat multă vreme ca cel mai important şi de aceea

81

lichidele pentru aşchiere au fost denumite lichide de răcire. Efectul de răcirese realizează prin preluarea unei cantităţi însemnate din căldura degajată la aşchiere, fapt ce duce la scăderea temperaturii sculei, piesei şi aşchiei (figura 9.1).

Figura 9.1 Modul de acţiune a lichidului de răcire-ungereEfectele răcirii sunt următoarele:

- mărirea durabilităţii sculei aşchietoare;- reducerea gradului de deformare a materialului de prelucrat;- modificarea formei aşchiei;- mărire preciziei dimensionale şi geometrice a suprafeţei prelucrate.

Dintre cele două familii de lichide pentru aşchiere, proprietăţi foarte bune de răcire, au lichidele pe bază de apă (emulsii, microemulsii, soluţii).

Capacitatea lichidelor pentru aşchiere de a absorbi şi evacua căldura, se poate caracteriza prin:- căldura specifică;- căldura latentă de vaporizare;- viteza de vaporizare la temperatura de aşchiere a procesului;- conductibilitatea termică;- vâscozitatea;- tensiunea superficială.

Capacitatea unui mediu de aşchiere de a absorbi căldura este cu atât mai mare cu cât căldura specifică şi cea latentă de vaporizare sunt mai mari. Din acest punct de vedere, acţiunea cea mai eficace o are apa, fapt ce explică ponderea ei în, mediile de răcire. O răcire foarte bună se realizează cu mediu de aşchiere sub formă de ceaţă (lichid pulverizat), mai ales în cazul în cazul utilizării sculelor din carburi metalice, când temperatura din zona de aşchiere depăşeşte punctul de fierbere.

Mecanismul de absorbţie de căldură de către mediul de aşchiere se desfăşoară pe baza vaporizării şi convecţiei. Picăturile de lichid pătrund în zona muchiei aşchietoare şi datorită raportului mare între suprafaţă şi volum, se produce o evaporare rapidă, ceea ce dă amestecului aer-lichid o mare capacitate de răcire. Apare în această situaţie un proces de fierbere cu bule, absorbţia de căldură fiind de 20...30 ori mai mare decât în cazul răcirii prin curgere.

La debite mici de lichid, transportul de căldură se face prin intermediul

Medii pentru aşchiereaerului, la debite mari de lichid,.transportul de căldură se face prin intermediul lichidului, iar în cazul debitului optim, predomină evacuarea căldurii datorită evaporării lichidului.

Rezultate bune au fost obţinute în cazul folosirii ca medii de aşchiere a gazelor răcite la temperaturi de -40 ... -60 °C şi a gazelor lichefiate (azot lichid), prelucrarea în aceste condiţii căpătând denumirea de aşchiere criogenică.

Efectul de lubrifiere. O funcţie importantă realizată de către lichidele pentru aşchiere este diminuarea eforturilor de aşchiere, funcţie realizată de proprietăţile de ungere, proprietăţi datorate aditivilor incluşi în lichid.

Lubrifierea suprafeţelor de contact la aşchiere (aşchie/sculă, sculă/ piesă), în funcţie de condiţiile de lucru, se poate realiza în regim hidrodinamic cu film continuu (la presiuni de contact mici), frecare semilichidă şi frecare limită (la presiuni de contact şi temperaturi mari). Eficacitatea lichidului pentru aşchiere depinde de capacitatea moleculelor de a se ataşa fizic sau chimic de suprafaţa materialului de prelucrat. Există două tipuri de asemenea legături.

Legături de tip adsorţie (legături de tip Wan der Waals). Sunt realizate de molecule polare (molecule cu catenă lungă), care acoperă suprafaţa metalică, formând un film aderent şi destul de subţire pe suprafeţele metalice (figura 9.2).

Figura 9.2 Legături de tip adsorbţieÎn cazul emulsiilor de ulei în apă, particulele de ulei polarizate (figura 9.3),

înconjurate de stratul de substanţă tensioactivă, aderă la suprafaţa metalică datorită caracterului ferofil al grupărilor hidrofile, formând un film de ungere pe suprafeţele metalice. Aderenţa şi elasticitatea acestui strat sunt asigurate de emulgator.

Figura 9.3 Particule de ulei polarizatePeliculele de molecule polare au o sarcină limită considerabilă şi pot reduce

mult frecarea şi uzura. La temperaturi ridicate, între moleculele polare ale aditivului şi suprafaţa metalică apare un fenomen de adsorbţie chimică. Moleculele

83

aditivului sunt legate rigid de suprafaţa metalică şi protecţia este efectivă. Fenomenul este caracteristic aditivilor de onctuozitate.

Legături de tip chemisorbţie. În condiţii de lucru foarte severe sunt utilizate lichide pentru aşchiere de extremă presiune. Aditivii de extremă presiune (aditivii EP) din structura acestor lichide, la temperaturi ridicate (500 °C), produc local la interfaţa sculă/aşchie compuşi metalici de coroziune, care au rezistenţă la forfecare mult inferioara materialului de prelucrat şi punct de topire ridicat, asigurând un coeficient de frecare mic. Alunecarea sculei se face pe acest strat care se regenerează în mod continuu deoarece suprafaţa aşchiată este pură (neoxidată).

Aditivii EP pe bază de sulf, clor sau fosfor, la temperaturi ridicate, eliberează acid clorhidric, hidrogen sulfurat, acid fosforic, ce reacţionează cu suprafaţa aşchiată şi formează un strat de sulfuri, cloruri sau fosfaţi, care împiedecă sudarea suprafeţelor. Când acest strat este îndepărtat prin aşchiere, temperatura creşte, aditivul EP este descompus şi se formează un nou strat protector. Proprietăţile fizice ale compuşilor intermetalici sunt dependente de temperatura la aşchiere, fapt ce influenţează coeficientul de frecare (figura 9.4). La viteze mari de aşchiere, reacţiile nu au timp să se producă şi eficacitatea aditivilor se reduce mult.

În legătură cu aceasta se defineşte capacitatea de activitate chimică a lichidelor pentru aşchiere, ea reprezentând viteza de reacţie la condiţiile concrete de prelucrare prin aşchiere.

Figura 9.4 Dependenţa coeficientului de frecare de temperaturăEfectul de lubrifiere se realizează şi datorită aditivilor tensioactivi, care

reduc sensibil tensiunea superficială a soluţiilor, dând posibilitatea formării peliculelor de adsorbţie pe pereţii microfisurilor, împiedecând închiderea acestora şi prin efect de "pană" favorizează formarea aşchiei, reducând eforturile de aşchiere (figura 9.5).

Figura 9.5 Efectul aditivilor tensioactiv asupra lubrifierii

Medii pentru aşchiereFenomenul se manifestă pregnant la prelucrări de finisare cu adâncimi de

aşchiere mici (rectificare, lepuire, honuire). Prin fenomenul de difuzie, în reţeaua metalului de prelucrat, pătrund atomi de hidrogen, azot sau alte produse de descompunere catalitică a lichidului pentru aşchiere. Suprafaţa prelucrată se afinează şi devine friabilă. Fenomenele de adsorbţie şi difuzie contribuie la procesul de formare a aşchiei. Protecţia anticorozivă. Una dintre cerinţele impuse la folosirea mediilor pentru aşchiere este şi acela al asigurării unei protecţii anticorozive temporare a suprafeţei prelucrate.

Protecţia anticorozivă este asigurată de inhibitori de coroziune. Aceste substanţe sunt constituite din molecule alungite, cu sarcină electrică negativă, ce sunt atrase de suprafaţa metalului, formând o peliculă de polarizare.

Alţi inhibitori de coroziune reacţionează chimic formând pe suprafaţa metalului o

peliculă de pasivizare (figura 9.6). În multe cazuri stratul de protecţie anticorozivă se compune din ambele tipuri de pelicule (figura 9.7).

9.5. Alegerea lichidelor pentru aşchiere.

Alegerea corectă lichidelor pentru aşchiere conduce la creşterea eficienţei economice a prelucrării şi trebuie să aibă în vedere următoarele aspecte:- consideraţii privind operaţia de prelucrare;- consideraţii referitoare la proprietăţile şi performanţele lichidului (ce urmează să fie eventual utilizat);- consideraţii privind igiena şi securitatea muncii;- consideraţii economice.

Metodele de alegere sunt variate şi au în vedere în mod special criterii de igienă şi protecţie a muncii, criterii tehnologice şi criterii economice. Pe baza analizei atente a celor trei grupe de criterii, adoptând o soluţie de compromis, se va lua decizia de folosire a unui anumit tip de lichid pentru aşchiere.

Principalele criterii tehnologice pe baza cărora se face alegerea sunt: tipul operaţiei de prelucrare prin aşchiere, materialul sculei aşchietoare, materialul de prelucrat, maşina-unealtă.

Alegerea uleiurilor neemulsionabile. Această familie de lichide pentru aşchiere se caracterizează prin proprietăţi foarte bune de ungere, limitând tendinţa

85

Figura 9.6 Formarea peliculei de pasivizare Figura 9.7 Formarea peliculei de pasivizare şi a celei de polarizare

de lipire a aşchiei de sculă. Alegerea după criteriile tehnologice este prezentată în tabelele 9.1, 9.2, 9.3.

Tabelul 9.1 Alegerea uleiurilor neemusionabile pe baza criteriilor tehnologiceMaterialul de prelucrat Recomandări

Oţeluri moi Ulei gras, la operaţii de finisare. Evită depunerea pe tăiş.

Aliaje cu conţinut ridicat de Ni

Uleiuri EP. Aditivi cloroşi. Prelucrări cu viteze scăzute şi lucrări dificile.

Zinc, aluminiu şi aliajele lor

Ulei mineral fluid + ulei gras. Prelucrări cu viteze mici. Evită depunerea pe tăiş.

Cupru şi aliajele sale Ulei + ulei gras. Se vor evita uleiurile ce conţin sulf activ. Acestea produc pete pe suprafaţa prelucrată.

Titanul şi aliajele sale Uleiuri sulfuroase. Se vor evita uleiurile cu aditivi pe bază de clor. Acestea produc coroziune intergranulară a suprafeţei prelucrate

Oteluri inoxidabile Prelucrări cu viteze miciTabelul 9.2 Alegerea uleiurilor neemusionabile pe baza criteriilor tehnologice

Operaţia de prelucrare RecomandăriGăurire adâncă, danturare cu cuţit, filetare cu cuţit pieptene, broşare

Uleiuri cu aditivi de onctouzitate şi aditivi EP. Uşurează aşchierea şi reduc vibraţiile sculei.

Rectificare dantură şi filete, rodare, şlefuire

Uleiuri EP fluide, evită ruperea sculei. Uleiuri EP inactive chimic.

Decojire, frezare, burghiere, tarodare, debitare

Ulei fosfocloroase.

Tabelul 9.3 Alegerea uleiurilor neemusionabile pe baza criteriilor tehnologiceMaterialul sculei Recomandări

Oţel rapid Viteze mici şi medii.Bine dirijat pe faţa activă a sculei.

Carburi metalice, cermenţi Viteze medii. Stropire abundentă şi continuă pentru a evita şocurile termice.

Alegerea lichidelor pe bază de apă. Această familie de lichide pentru aşchiere se caracterizează prin proprietăţi foarte bune de răcire, dar slabe de ungere şi protecţie a suprafeţei, care însă pot fi îmbunătăţite prin aditivare. Alegerea după criteriile tehnologice este prezentată în tabelele 9.4, 9.5, 9.6.Tabelul 9.4 Alegerea uleiurilor pe bază de apă având în vederecriteriile tehnologice

Materialul de prelucrat RecomandăriFonte cenuşii Lichide sintetice.

Evacuează aşchiile, protejează suprafaţa.Aliaje cu conţinut ridicat de Ni Prelucrarea cu viteze mari.Oţeluri inoxidabile Emulsii EP. Producţie de serie.

Medii pentru aşchiereZinc, aluminiu şi aliajele lor Prelucrări cu viteze mari. Evitarea emulsiilor

alcaline, aditivilor cloroşi şi petrolului.Cuprul şi aliajele sale Emulsii cu proprietăţi lubrifiante puternice.

Tabelul 9.5 Alegerea uleiurilor pe bază de apă având în vederecriteriile tehnologiceOperaţia de prelucrare RecomandăriDebitare, rabotare, strunjire, frezare, burghiere, alezare, filetare cu cuţit.

Operaţii ce necesită lichide cu proprietăţi bune de răcire. Prelucrări cu viteze mari de aşchiere.Folosirea aditivilor EP extinde domeniul de utilizare a acestei categorii de lichide pentru aşchiere.

Rectificare clasică Se utilizează lichide tip soluţie.Tabelul 9.6 Alegerea uleiurilor pe bază de apă având în vederecriteriile tehnologice

Materialul sculei RecomandăriOţel rapid Viteze ridicate. Bine dirijat.Carburi metalice, cermenţi Viteze ridicate. Debit abundent şi continuu.Nitrură cubică de bor Ascuţire plăcuţe aşchietoare. Debit abundent.Diamant

9.6. Utilizarea lichidelor pentru aşchiere.

Dirijarea mediului pentru aşchiere în zona de lucru este deosebit de importantă, sub aspectul punerii în evidenţă a eficientei utilizării acestuia. Există diverse metode de utilizare, instalaţii şi dispozitive adecvate, menite să asigure valorificarea maximă a efectelor benefice ale mediilor pentru aschiere, în diverse condiţii. Metodele de aplicare sunt prezentate în tab. 9.7.

Tabelul 9.7 Metode de aplicare a lichidelor pentru aşchiereMetoda Domenii de aplicare. Recomandări

Aplicare manuală

Operaţii executate manual (debitare, filetare cu tarod filieră etc.).

Dirijare prin ajutaj (stropire cu jet)

Metodă clasică. Debit abundent şi constant la presiune scăzută, Jet bine dirijat pe partea activă a sculei. Debit minim 2 l/min pentru 1 kW.

Dirijare sub presiune

Utilizare la prelucrări cu viteze mari de aşchiere şi la prelucrarea suprafeţelor interioare. Accesul lichidului în zona de aşchiere se face prin jeturi subţiri, bine dirijate şi prin canale practicate în corpul sculei. Se utilizează debite mari (cca. 200 l/min) şi presiuni de 50...100MPa.

Alimentare prin porii sculei abrazive (alimentare prin centru)

Metodă utilizată la operaţii de rectificare. Lichidul este adus în interiorul discului abraziv şi datorită forţelor centrifuge este proiectat spre periferia discului în zona de contact grăunte abraziv-piesă. Avantaje: răcirea şi spălarea discului abraziv. Dezavantaje: filtrare foarte bună a lichidului.

87

Pulverizare (amestec lichid cu aer)

Antrenarea unei cantităţi mici de lichid sub formă de picături fine cu ajutorul unui jet de aer comprimat. Avantaje: răcire bună a sculei; consum redus de lichid; vizibilitate bună a prelucrării; curăţirea locului de muncă. Recomandări: reglare atentă a presiunii aerului, şi lichidului; dirijare bună; dispozitiv de aspiraţie a surplusului de amestec.

Răcire cu gaze Metodă mai puţin utilizată datorită costului de utilizare ridicat (necesită instalaţii complexe). Se realizează răcirea zonei de aşchiere (datorită destinderii gazelor) şi evacuarea aşchiilor. Se utilizează aer comprimat (la presiunea de 20. ..50 MPa) şi gaze lichefiate (bioxid de carbon, azot).

Instalaţiile utilizate sunt alcătuite din rezervor, circuit de alimentare cu lichid, sisteme de decantare şi filtrare. Dispozitivele şi procedeele utilizate trebuie să asigure eficienţa maximă a proprietăţilor lichidului prin: accesul mediului în zona de aşchiere (dirijare spre partea activă a sculei); răcirea uniformă a sculei (evitarea şocurilor termice); evacuarea aşchiilor; recuperarea lichidului; igiena şi securitatea locului de muncă. În figurile 9.8, 9.9. 9.10, sunt prezentate modalităţi de dirijare a lichidelor pentru aşchiere la operaţii de strunjire, frezare şi burghiere.

Figura 9.8 Dirijarea lichidelor la strunjire

Figura 9.9 Dirijarea lichidelor la frezare

Figura 9.10 Dirijarea lichidelor la burghiere


UZURA ŞI DURABILITATEA SCULELOR AŞCHIETOARE

10.1. Forme de uzură ale sculei aşchietoare.

În timpul procesului de aşchiere datorită presiunilor de contact mari, a temperaturilor ridicate, a vitezelor relative şi şocurilor dintre suprafeţele de contact sculă-piesă se produce uzarea sculei aşchietoare.

Uzarea sculei aşchietoare constă din îndepărtarea treptată de material de pe suprafeţele active ale sculei, având ca efect modificarea, geometriei şi diminuarea capacităţii de aşchiere a acesteia.

Formele uzurii sculelor aşchietoare sunt prezentate în figurile 10.1 (uzura plăcuţelor din carburi metalice), 10.2 (uzura cuţitului de strung), 10.3 (uzura burghiului elicoidal), 10.4 (uzura corpurilor abrazive).

Figura 10.1 Uzura plăcuţelor din carburi metalice

89

10

Figura 10.2 Uzura cuţitelor de strung

Figura 10.3 Uzura burghiului elicoidal

Figura 10.4 Uzura corpurilor abrazive

Medii pentru aşchiereParametrii (criteriile) de apreciere a uzurii sculei aşchietoare sunt:

- VB, lăţimea faţetei de uzură pe faţa de aşezare principală;- VA, lăţimea-faţetei de uzură pe faţa de aşezare secundară;- KT, adâncimea craterului de uzură pe faţa de degajare;- KM, distanţa de la vârful sculei până la centrul craterului;- KB, lăţimea craterului;- KL, distanţa de la vârful sculei la originea craterului;- b, lungimea faţetei de uzură pe fata de aşezare principală;- a, lungimea faţetei de uzură pe faţa de aşezare secundară;- Vbmed, lăţimea medie a faţetei de uzură pe faţa de aşezare principală;- Vamed, lăţimea medie a faţetei de uzură pe faţa de aşezare secundară;- Vbmax, lăţimea maximă a faţetei de uzură pe faţa de aşezare principală;- Vamax, lăţimea maximă a faţetei de uzură pe faţa de aşezare secundară;

- , caracteristica de profunzime;

- , caracteristica de suprafaţă.

Uzura feţei de aşezare apare sub forma unei faţete de lăţime VB, paralelă cu direcţia muchiei aşchietoare. Profilul transversal al acestei faţete corespunde cu forma suprafeţei prelucrate, iar lăţimea este aproximativ constantă. În apropierea vârfului (zona C) şi în dreptul suprafeţei iniţiale a semifabricatului (limita zonei N), lăţimea faţetei poate să crească.

Uzura feţei de degajare este rezultatul efectului eroziv al aşchiei şi apare sub forma unui crater, dispus aproximativ paralel cu muchia aşchietoare. Poziţia craterului faţă de muchia aşchietoare a sculei are o importanţă deosebită, un crater plasat mai departe de muchia aşchietoare este mai puţin periculos.

Datorită uzurii feţei de aşezare, vârfului sculei îşi modifică forma şi poziţia, fapt ce afectează precizia de prelucrare.

Uzura sculei aşchietoare mai poate fi apreciată şi prin cantitatea totală de material îndepărtat de pe partea activă (metodă utilizată în activitatea de cercetare).

În practică, pentru aprecierea uzurii sculei se utilizează frecvent parametrul VB, datorită uşurinţei cu care poate fi măsurat.

10.2. Cauzele uzării sculelor aşchietoare.

Uzura totală a sculei aşchietoare este influenţată în principal de factorii prezentaţi în figura 10.5.

Procedeul de prelucrare şi parametrii procesului de aşchiere dictează în cea mai mare măsură viteza de uzare a sculei aşchietoare.

Mecanismele de uzare a sculei aşchietoare.Uzura-datorată; solicitărilor mecanice. Pana tăişului este supusă la

încovoiere şi compresiune, ceea ce duce la desprinderea unor mici particule din materialul sculei. Rezistenţa tăişului este cu atât mai mică cu cât unghiul de ascuţire şi raza de ascuţire rn sunt mai mici.

91

Uzura prin adeziune. Suprafeţele sculei şi aşchiei prezintă asperităţi, în zonele de contact presiunea este ridicată, formându-se microsuduri între aşchie şi sculă, care sunt rupte în mod continuu, antrenând şi particule din materialul sculei. Uzura prin adeziune depinde de presiunea de contact aşchie/sculă, de caracteristicile materialului de prelucrat (duritate şi ecruisabilitate), grosimea aşchiei, rigiditatea legăturii sculă-piesă. Se manifestă pregnant la viteze mici de aşchiere (vc< 50 m/min). La sculele din carburi metalice ferita din semifabricat aderă la cobaltul din structura materialului sculei (figura 10.6).

Uzura prin abraziune. Se datoreşte contactului asch'ie/faţa de degajare şi faţa de aşezare/suprafaţa aşchiată. Incluziunile dure (carburi, nitruri) din materialul de prelucrat, alunecă pe aceste suprafeţe producând şanţuri de uzură (figura 10.7). Viteza uzării abrazive creşte cu cantitatea de patricule abrazive şi cu viteza de aşchiere. Cercetările experimentale au arătat că uzura prin abraziune depinde şi de creşterea temperaturii de aşchiere, a forţelor şi presiunii de contact între suprafeţele sculei şi semifabricatului.

Figura 10.5 Factori ce influenţează uzura sculei aşchietoare


Figura 10.6 Aderarea cobaltului la materialul sculei

Figura 10.7 Producerea şanţurilor de uzurăUzura prin difuzie. Este o uzură progresivă şi continuă (figura 10.8). La

viteze mari de aşchiere, temperatura la interfaţa sculă/aşchie este mare. Elementele de aliere din materialul sculei difuzează în aşchie. Viteza de difuzie în aşchie este mai mare cu cât temperatura este mai ridicată şi elementele de aliere respective sunt absente în materialul de prelucrat. Fenomenul de difuzie duce la scăderea rezistentei mecanice şi termice a sculei, crescând uzura acesteia. Această uzură este caracteristică sculelor cu partea activă din carburi metalice.

Figura 10.8 Fenomene la uzura prin difuzie

93

Uzura datorată depunerilor pe tăiş. Datorită forţelor exterioare şi de fricţiune se produce un fenomen de lipire şi sudare prin presare a unor părţi a materialului de prelucrat pe faţa de degajare a sculei. Acest fenomen apare când legăturile sunt rezistente, rupturile, producându-se în masa aşchiei Depunerile de material cresc şi în final vor fi îndepărtate de curentul de material. Cu cât viteza acestui curent este mai mare, îndepărtarea depunerii este mai rapidă. Odată cu distrugerea depunerii, de pe tăiş sunt îndepărtate şi particule din materialul sculei.

Uzura datorată oxidării. Se datoreşte fenomenului termic din procesul de aşchiere. Fenomenul este specific sculelor cu partea activă din carouri metalice. La temperaturi între 700...800 °C, oxigenul din aer intră în reacţie cu cobaltul şi carburile de wolfram şi titan. Acest fenomen duce la slăbirea liantului (cobaltului) şi deci la uzură pronunţată. Scula se poate oxida în aer ambiant, în funcţie de temperatura atinsă, în particular în porţiuni bine aerisite în vecinătatea zonei de aşchiere. Acoperirea cu straturi de depunere împiedecă oxidarea structurii de bază. Oxidarea creşte odată cu creşterea vitezei de aşchiere.

Deformaţii plastice ale tăişului. Ca efect al temperaturii şi presiunii ridicate în zona de aşchiere, tăişul sculei poate suferi o deformaţie permanentă. Această influenţează precizia dimensională a suprafeţei prelucrate şi duce la deteriorarea sculei.

Uzura prin oboseală mecanică. Apare ca efect al variaţiei solicitărilor în timpul prelucrării. Uzura prin oboseală este determinată de natura contactelor elastice şi plastice, procese de microaşchiere, fenomene de cavitaţie. Ca urmare se produce o deformaţie plastică în reţeaua atomică din stratul superficial ce duce la fisuri, ciupituri sau exfolieri.

Uzura prin oboseală termică. Şocurile termice suportate de scule sunt foarte ridicate. apar în special când lichidul pentru aşchiere nu este dirijat corespunzător.

Uzura datorată curenţilor electrici. Are caracterul unui proces electrochimic. Piesa şi scula formează un termocuplu. În anumite situaţii poate să apară un curent ionic ce transportă atomi de pe sculă producând uzura acesteia.

Uzura totală a sculei aşchietoare. În procesul de aşchiere diversele tipuri de uzură apar rareori separat, de obicei concomitent, un tip sau altul de uzură având rol preponderent în funcţie de condiţiile de aşchiere.

Principalele condiţii de aşchiere ce influenţează uzura sunt:- materialul sculei şi materialul de prelucrat;- viteza de aşchiere;- temperatura în procesul de aşchiere.

În figura 10.9. se prezintă,ponderea, în definirea uzurii totale a sculei, a diverselor cauze ale uzurii funcţie de viteza (temperatura) la aşchiere. La viteze mici de aşchiere predomină uzura prin adeziune. La viteze mari de aşchiere creşte ponderea uzurii prin difuzie şi oxidare.


Figura 10.9 Ponderea influenţai diverşilor factori asupra uzurii

10.3. Durabilitatea sculei. Criterii de apreciere a uzurii.

Reprezentarea grafică a evoluţiei în timp a uzurii sculei exprimată prin unul din parametrii prezentaţi în § 10.1 se numeşte curbă de uzură (figura10.10).

În cazul general pe curba de uzură, se pot distinge trei domenii diferite:- I, domeniul uzurii de rodaj (uzurii iniţiale), uA, caracterizat de o viteză mare de uzură (panta OA a curbei este mare);- //, domeniul uzurii normale (de regim), ur caracterizat de o viteză de uzură mică (aproximativ constantă);- ///, domeniul uzurii catastrofale, în care valoarea uzurii creşte rapid (instantaneu) în comparaţie cu domeniul uzurii normale.

Importanţa cea mai mare, în aprecierea capacităţii de aşchiere a sculei o are domeniul uzurii normale, deoarece în general 80...90% din uzura totală corespunde acestuia.

Figura 10.10 Curba evoluţiei în timp a uzurii

95

Durabilitatea sculei aşchietoare (T), reprezintă timpul efectiv de lucru între două reascuţiri succesive (înlocuire), în condiţii tehnice impuse. Momentul opririi procesului de aşchiere şi înlocuirii sculei uzate, corespunde unei anumite valori limită (valoare admisibilă) a uzurii a sculei, care se stabileşte pe baza unui anumit criteriu de uzură.

Intensitatea (viteza) uzării (figura10.10), se poate determina cu relaţia:

(10.1)

unde:- Iu, vu, intensitatea (viteza) uzării;- uB , uzura maximă admisă;- uA , uzura corespunzătoare uzurii de rodaj;- TS, timpul necesar atingerii valorii admisibile a uzurii sculei;- T1, timpul necesar atingerii valorii uzurii de rodaj.- T, durabilitatea sculei aşchietoare.

În multe situaţii este indiferent caracterul variaţiei uzurii, ci este de ajuns dacă se cunoaşte la un moment dat mărimea acesteia. În asemenea situaţii viteza de uzare se consideră constantă şi se poate defini intensitatea (viteza) medie a uzării

cu relaţia: (10.2)

Criteriul de apreciere a uzurii, reprezintă suma factorilor (sau a unui factor hotărâtor) care determină întreruperea procesului de aşchiere atunci când una din mărimile VB, KT, KM, ... au atins o valoare admisibilă. Valoarea optimă pentru criteriul respectiv, reprezintă uzura corespunzătoare durabilităţii T a sculei aşchietoare.

În anumite condiţii de prelucrare se pot adopta şi alte criterii de uzură:- înrăutăţirea bruscă a calităţii suprafeţei prelucrate;- micşorarea preciziei de prelucrare (datorită uzurii vârfului sculei);- apariţia unor vibraţii puternice;- încălzirea puternică a semifabricatului şi sculei;- creşterea componentelor forţei de aşchiere, ce poate avea ca efect ruperea sculei.

Criteriului de uzură i se poate asocia o valoare limită bine definită a uzurii, denumită uzură admisibilă. Schimbarea sculei are loc la atingerea valorii admisibile a uzurii pentru criteriul considerat. Aceste valori sunt normalizate (STAS 12046/2-84).

10.4. Influenţa parametrilor procesului de aşchiere asupra uzurii şi durabilităţii sculei aşchietoare

Factorii care influenţează uzura sculei au implicit influenţă directă asupra durabilităţii. Prin creşterea intensităţii uzării, durabilitatea scade.

Medii pentru aşchiereInfluenţa materialului de prelucrat. Influenţa asupra intensităţii uzării şi

deci a durabilităţii este dată de :- energia de deformare plastică;- temperatura la aşchiere;- tendinţa de a forma depuneri şi de a eroda materialul sculei.

La oţelurile cu conţinut redus de carbon şi aliaje neferoase, uzura se produce prin adeziune.

La oţelurile cu conţinut ridicat de carbon (C >. 0,9%) uzura se produce prin abraziune. Elementele de aliere (Cr, Mo, W, Ti) favorizează formarea carburilor complexe, deci măresc caracteristicile abrazive ale aşchiilor.

Capacitatea de eroziune a oţelurilor se poate micşora prin modificarea proprietăţilor fizico-chimice în urma tratamentelor termice sau a introducerii unor elemente de aliere.

La prelucrarea fontelor, cementita favorizează fragilitatea obţinându-se aşchii scurte ce duc la uzură sub formă de prag pe faţa de degajare.

Starea straturilor exterioare ale semifabricatului, influenţează uzura prin abraziune, când acestea conţin cementita liberă datorată răcirii bruşte (semifabricate laminate sau forjate). Incluziunile dure, nisipul şi pământul de pe semifabricatele turnate intensifică procesul de uzare.

Dependenţa durabilităţii funcţie de natura materialului de prelucrat se poate exprima prin relaţii de forma:

[min] [min] (10.3)

Influenţa materialului sculei şi a stării suprafeţelor active.Materialul sculei aşchietoare influenţează prin proprietăţile fizico-

mecanice: compoziţie chimică; structură metalografică; tenacitate la solicitări dinamice; stabilitate termică.

Prezenţa unor elemente cu tendinţă de adeziune (cobaltul din aliajele dure), a carburilor dure de Ti, W, Ta, etc., oxizilor şi carburilor de Si, Bo, Al (din materialele tenace), conduce la creşterea uzurii.

La sculele din oţel rapid, la prelucrarea materialelor dure, are loc uzura datorată deformaţiilor plastice ale tăişului. La contactul dintre aşchie şi sculă, datorită fenomenului de difuzie se reduce conţinutul în carbon. Asperităţile suprafeţelor active se netezesc în perioada uzurii de rodaj (uzură iniţială). Pentru micşorarea intensităţii uzurii este necesară o bună netezire a suprafeţelor active.

Referitor la materialele de scule cele mai utilizate se pot face următoarele precizări:- otelurile carbon utilizate la scule ce lucrează cu viteze de aşchiere mici (tarozi, filiere, alezoare, etc.), au durabilitate redusă datorită termostabilităţii mici (sub 200...250 °C);

97

- oţelurile aliate pentru scule, datorită elementelor de aliere au durabilitate mai mare, deoarece prezenţa carburilor dure asigură o rezistentă mărită la uzură abrazivă şi stabilitate termică bună. Se utilizează la scule ce lucrează cu viteze medii (broşe, filiere, tarozi);- oţelurile rapide, datorită wolframului (18...20%) ca principal element de aliere, au termostabilitate ridicată (600 °C), rezistenţă la uzură la rece şi la cald, deci durabilitate superioară. Se utilizează la scule ce lucrează cu viteze de aşchiere mari şi la scule profilate.- carburile metalice sinterizate, datorită conţinutului ridicat de carburi de W (90...98%), de Ti(5...60%), au stabilitate termică foarte ridicată (1000 °C), rezistenţă mare la uzură, durabilitate ridicată. Se utilizează sub formă de plăcuţe la prelucrarea cu viteze de aşchiere foarte mari;- materialele mineralo-ceramice, au termostabilitate foarte ridicată (1200 °C), rezistenţă la uzură foarte mare, deci durabilitate foarte bună. Se utilizează sub formă de plăcuţe la prelucrări de finisare şi semifinisare cu viteze de aşchiere de 200...600 m/min;- materialele dure şi extradure, din care fac parte granulele abrazive, diamantele industriale, nitrura cubică de bor, au durabilitate variabilă, funcţie de materialul semifabricatului.

Influenţa geometriei sculei aşchietoare.Unghiul de degajare . Prin creşterea valorii unghiului de degajare scad

deformaţiile plastice, forţele de aşchiere, de frecare şi temperatura sculei, ceea ce determină creşterea durabilităţii sculei. Creşterea peste o anumită valoare a unghiului γ duce la o scădere a durabilităţii sculei, ca urmare a scăderii capacităţii termice şi mecanice a sculei (figura 10.11 ,a).

Figura 10.11 Influenţa unghiurilor α şi γ asupra durabilităţii sculelorPentru = 0, contactul între faţa de degajare şi aşchie se realizează la o distantă de 0,17...0,34 mm de tăiş. Eforturile normale şi tangenţiale au valori de 200...300 MPa. Pe faţa de degajare se formează craterul de uzură. Pentru a reduce presiunea de contact, se va executa de la început pe faţa de degajare un canal, ce duce la creşterea unghiului şi măreşte suprafaţa de contact aşchie-sculă (figura 10.12).Dependenţa durabilitate-unghi de degajare se poate exprima printr-o relaţie de

formă: [min] (10.4)

unde y este pozitiv până la Tmax şi negativ în continuare.

Medii pentru aşchiereUnghiul de aşezare . Influenţează mărimea faţetei de uzură VB de pe faţa

de aşezare. Pe baza unor argumente strict teoretice, creşterea unghiului de aşezare conduce la creşterea durabilităţii sculei, ca efect al reducerilor frecărilor între faţa de aşezare a sculei şi materialul de prelucrat (figura 10.12).

Figura 10.12 Forma canalului pentru reducerea presiunii de contactPentru a realiza aceiaşi valoare VB, în cazul lui 2 > 1, se micşorează

volumul de material îndepărtat prin uzură conform relaţiei:

(10.5)

unde: W1, W2, reprezintă suprafaţa secţiunii transversale a uzurii corespunzătoare lui 1 respectiv lui 2.

La creşterea exagerată a valorii lui , se constată o scădere a durabilităţii datorită scăderii capacităţii termice şi mecanice a sculei (figura 10.11,b).

Dependenţa durabilitate-unghi de aşezare se poate exprima printr-o relaţie

de forma: [min] (10.6)

unde y este pozitiv până la Tmax şi negativ în continuare.Unghiul de atac principal r, influenţează relativ mult durabilitatea sculei.

Creşterea unghiului de atac principal duce la creşterea încărcării energetice unitare, deoarece creşte grosimea aşchiei şi scade lăţimea (lungimea tăişului activ). Căldura degajată se va repartiza într-un volum mai mic de material, fapt ce duce la creşterea temperaturii sculei, deci la scăderea durabilităţii.

Relaţia de dependenţă are forma: [min] (10.7)

Raza la vârf a sculei r. Creşterea razei la vârf a sculei duce la micşorarea încărcării energetice unitare la creşterea capacităţii termice şi mecanice a zonei vârfului sculei, deci la creşterea durabilităţii. Totodată, la creşterea razei de vârf, apare tendinţa de scădere a durabilităţii datorită creşterii deformaţiilor plastice şi frecărilor, tendinţă mai mică faţă de prima. Această influenţă este mai evidentă în domeniul valorilor mici pentru unghiul de atac.

Relaţia de dependenţă are următoarea formă: 99

[min] (10.8)

Raza de ascuţire (rotunjire) a tăişului rn. Creşterea razei de ascuţire a tăişului duce la mărirea lucrului mecanic de deformare plastică şi a cantităţii de căldură şi deasemenea creşte uzura pe faţa de aşezare. Acest efect este mai pronunţat la operaţii de finisare când sculele au unghiuri de aşezare mici şi când mărimea razei rn este comparabilă cu grosimea aşchiei. Influenţa asupra durabilităţii este dictată de capacitatea de tăiere-deformare a tăişului şi prin intermediul masei care preia căldura la aşchiere. Influenţa a doua este mai mare,

relaţia de dependenţă are următoarea formă: [min]

(10.9)Unghiul de înclinare al tăişului T. Creşterea lui T prin valori pozitive, are

drept efect micşorarea capacităţii termice şi mecanice a sculei. Experimental se constată o durabilitate maximă pentru o anumită valoare a lui T în raport cu natura materialului de prelucrat, în practică se preferă T=0 deoarece ascuţirea este mai uşor de realizat.

Influenţa parametrilor regimului de aşchiere.Viteza de aşchiere vc . Creşterea vitezei de aşchiere duce la creşterea

temperaturii şi a energie de deformare a stratului aşchiat, respectiv la creşterea intensităţii uzării în timp (figura 10.13).

Figura 10.13 Influenţa vitezei de aşchiere asupra durabilităţii sculeiConsiderând o valoare optimă a criteriului de uzură pentru vitezele v4 >

v3> v2> v1, rezultă T4 < T3 < T2 < T1, adică durabilitatea scade cu creşterea vitezei de aşchiere.

Variaţia durabilităţii în funcţie de viteză este mai complexă. Experimentările au constatat existenţa mai multor maxime ale durabilităţii pentru diverse viteze de aşchiere (figura10.14).


Figura 10.14 Maxime ale durabilităţii sculei pentru diverse viteze de aşchiereÎn domeniul vitezelor mici (vc < 50 m/min) se manifestă influenţa vitezei de

aşchiere prin intermediul depunerilor pe tăiş şi a forţelor de frecare şi mai puţin prin temperatură, în domeniul vc > 50 m/min se manifestă influenţa vitezei de aşchiere prin intermediul temperaturii şi coeficienţilor de frecare.

Dependenţa durabilitate-viteză se poate exprima prin relaţia lui Taylor:

[min] sau [min] (10.10)

unde z şi m sunt exponenţi ce capătă valori în funcţie de perechea de material sculă-piesă şi condiţiile de aşchiere.

Valorile lui z funcţie de materialul părţii aşchietoare a sculei sunt:- oţeluri carbon de scule z = 15...20;- oţeluri aliate z = 12... 16;- oţeluri rapide z = 8... 12;- carburi metalice z= 2...5;- materiale mineralo-ceramice z= 2...3.

Valorile lui m funcţie de perechea de material sculă-piesă şi condiţiile de aşchiere sunt:- oţel rapid m = 0,1...0,3;- carburi metalice (grupa de utilizare K) m = 0,15...0.33;- carburi metalice (grupa de utilizare P) m = 0,125...0.33;

Avansul f (grosimea aşchiei). Are o influenţă mai mică asupra durabilităţii faţă de viteza de aşchiere. O mărire a valorii avansului duce la creşterea grosimii aşchiei, a încărcării energetice unitare, a forţelor şi temperaturii şi implicit la scăderea durabilităţii (figura10.15,a). Variaţia durabilităţii cu avansul este de forma:

[min] (10.11)

Adâncimea de aşchiere ap . Creşterea adâncimii de aşchiere duce la mărirea lăţimii aşchiei, la înrăutăţirea condiţiilor de evacuare a căldurii şi la creşterea forţelor de aşchiere. Ca urmare, durabilitatea sculei scade. Influenţa adâncimii de aşchiere asupra durabilităţii este mai mici decât influenţa avansului (figura

101

10.15,b).

a) b) Figura 10.15 Influenţa avansului (f) şi a adâncimii de aşchiere (ap) asupra

durabilităţii sculei aşchietoare Variaţia durabilităţii cu adâncimea de aşchiere este de forma:

[min] (10.12)

Exponenţii x şi y pot fi exprimaţi funcţie de exponentul z cu relaţiile:

. z (10.13)

. z (10.14)

Influenţa rigidităţii sistemului tehnologic. Cercetările experimentale au arătat că în cazul prelucrării prin frezare, uzura sculei creste de 2...3 ori, când apar vibraţii cu amplitudine mare în raport cu prelucrarea în condiţii de stabilitate a M-U (vibraţii cu amplitudine mică).

Influenta temperaturii tăişului. Cercetările experimentale au arătat că cea mai mare influenţă asupra temperaturii o are viteza de aşchiere. Când viteza se dublează, temperatura creşte cu 121 °C, în schimb la dublarea avansului ea creşte cu 32 °C.

Pentru oţelurile rapide, temperatura creşte cu rădăcina pătrată a vitezei şi cu circa 3/8 din puterea de avans.

Pentru carburile metalice, valorile corespunzătoare sunt 1/5 şi 1/7.O relaţie uzură-temperatură poate avea următoarea formă:

[mm] (10.15)unde:

- Us, uzura sculei;- S0, suprafaţa iniţială de contact sculă-aşchie;- T, temperatura zonei de contact sculă-aşchie;- T0, temperatura corespunzătoare momentului de început al procesului de uzură;- R, coeficient variabil în timp determinat experimental.

Influenţa mediului pentru aşchiere. Contribuie la reducerea uzurii sculei aşchietoare prin reducerea considerabilă a lucrului mecanic de aşchiere (datorită

Medii pentru aşchiereproprietăţilor de ungere) şi căldurii degajate precum şi prin evacuarea mai rapidă a căldurii din zona de aşchiere (datorită proprietăţilor de răcire).

Lichidul pentru aşchiere poate fi dirijat în mod diferit spre zona de aşchiere (fig 10.16, a). Direcţia A asigură o răcire bună, direcţia B asigură o răcire bună cu jet puternic de lichid, direcţia C este cea mai eficace, necesitând jeturi subţiri la viteză mare.

a) b)

Figura 10.16 Modul de dirijare alichidului asupra zonei de aşchiereConducerea combinată (interior + exterior) a lichidului pentru aşchiere în

zona tăişului activ (figura 10.16, b) asigură amplificarea de câteva ori a efectului de răcire. Acest efect devine mai pronunţat dacă temperatura iniţială a mediului pentru aşchiere este sub temperatura mediului ambiant. Această metodă permite mărirea vitezei de aşchiere cu până la 40...50%.

Metoda pulverizării lichidului pentru aşchiere s-a dovedit deosebit de eficientă în cazul folosirii sculelor cu tăişuri din carburi metalice sinterizate, la materialele greu prelucrabile. Durabilitatea a crescut de 2...6 ori (faţă de prelucrarea fără lichid), concomitent cu îmbunătăţirea calităţii suprafeţei prelucrate şi reducerea consumului de lichid cu 90...95%. La aşchierea fontei, metoda pulverizării lichidului pentru aşchiere măreşte durabilitatea sculei de 2...3 ori şi elimină pasta care se formează la metoda clasică.

Din analiza influenţei fiecărui parametru al procesului de aşchiere asupra durabilităţii T, se poate obţine o relaţie globală de forma:

(10.16)

sau într-o formă simplificată:

[min] (10.17)

Cu ajutorul relaţiilor (10.16) şi (10.17) se poate obţine relaţia de calcul

pentru viteza de aşchiere: (10.18)

în care T este durabilitatea corespunzătoare unei valori admisibile pentru criteriul

103

de uzură considerat.

10.5. Determinarea durabilităţii sculelor aşchietoare.

Durabilitatea sculei aşchietoare (definită în § 10.3) poate atinge diverse valori, funcţie de valorile parametrilor participanţi la procesul de aşchiere. Din definiţia durabilităţii rezultă că la epuizarea acesteia scula, de regulă, nu şi-a pierdut capacitatea de aşchiere, dar nu asigură satisfacerea cerinţelor impuse de criteriul de uzură adoptat.

Deoarece preţul de cost al sculei reprezintă până la 30% din preţul de cost al prelucrării prin aşchiere, este de dorit ca durabilitatea totală a sculei să fie cât mai mare. Durabilitatea sculelor aşchietoare poate fi exprimată sub următoarele forme:- T[min]f timpul de aşchiere efectiv;- Tm [min] timpul de maşină la aşchierea întreruptă (cu avans intermitent);- LT = T vc [m], drumul de aşchiere efectiv, corespunzător durabilităţii sculei;- ST = T vc b [m2], suprafaţa aşchiată pe perioada durabilităţii sculei;- NT = T / tb [buc], numărul de piese executate în timpul unei durabilităţi a sculei;- VT = ap f vc T [m3], volumul de aşchii îndepărtat, aferent durabilităţii sculei.

Durabilitatea totală a sculei aşchietoare (Tt), reprezintă durata de serviciu a sculei şi se poate exprima în funcţie de numărul total de reascuţiri cu relaţia:

[min] (10.19)

unde: Tk, durata de exploatare între două reascuţiri succesive; n, numărul de reascuţiri posibile.

Cercetările experimentale au demonstrat că T1 > T2>...> Tk..Pentru sculele cu dinţi sau plăcuţe amovibile, care nu se reascut, numărul n

de reutilizări este dat de numărul de tăişuri amovibile existente şi de numărul dinţilor sau plăcuţelor care se pot folosi până la uzarea elementelor de poziţionare-fixare. Aşa cum rezultă din figura 10.17, valori mari pentru n înseamnă valori mici pentru T şi invers. = 0,1...0,2 mm reprezintă grosimea de siguranţă eliminată prin reascuţire.

Figura10.17 Grosimea de siguranţă a sculei eliminată prin reascuţire

În practica uzinală se pune problema determinării durabilităţii optime a

Medii pentru aşchieresculei aşchietoare după anumite criterii specifice prelucrării prin aşchiere.

Durabilitatea după criteriul productivităţii maxime. Corespunzător acestui criteriu, durabilitatea (Tp) este optimă când se realizează un număr maxim de piese într-o anumită unitate de timp. Valoarea Tp se deduce pe baza timpului de execuţie

a piesei şi este dată de relaţia: (10.20)

Durabilitatea după criteriul costului minim. Corespunzător acestui criteriu, durabilitatea (Tc) este optimă, când operaţia de prelucrare se realizează cu costuri

minime şi este dată de relaţia: (10.21)

unde:- m, exponentul durabilităţii din rel. (10.10);- ti [mm], timpul de întrerupere a procesului de aşchiere pentru înlocuirea sculei uzate;- Cg [lei], cheltuieli generale legate de realizarea operaţiei;- Cs [lei], cheltuieli legate de ascuţirea sculei.

Durabilitatea optimă. Cercetările experimentale şi practica uzinală au demonstrat că domeniul durabilităţii optime corespunzător criteriilor productivitate maximă şi cost minim este cel reprezentat în figura 10.18 (zona haşurată).

Figura 10.18 Evoluţia costului şi productivităţii prelucrării în funcţie de durabilitatea sculei

Durabilitatea corespunzătoare productivităţii maxime majorează cheltuielile de prelucrare faţă de cele minime cu aproximativ 2%, iar prelucrarea cu o durabilitate optimă după criteriul costului minim duce la o scădere a productivităţii cu aproximativ 7%.

10.6. Mărirea durabilităţii sculelor aşchietoare.

Practica experimentală a demonstrat că la prelucrarea prin aşchiere durabilitatea sculelor variază într-un spectru foarte larg.

A apărut astfel necesitatea studierii acestui fenomen în vederea elaborării unor metode şi modele de estimare a durabilităţii. Acest lucru permite determinarea

105

anumitor valori pentru factorii participanţi la procesul de aşchiere, valori care să asigure o durabilitate optimă în raport cu un anumit criteriu.

Mărirea durabilităţii sculelor aşchietoare se poate realiza prin abordarea a două categorii de probleme:- probleme privind proiectarea, execuţia şi alegerea sculei;- probleme privind exploatarea sculei aşchietoare.

Referitor la prima categorie se pot face următoarele precizări. Proiectarea sculelor aşchietoare:

- materialul sculei aşchietoare trebuie să fie corespunzător tipului de sculă în privinţa proprietăţilor de bază (duritate, termostabilitate, rezistenţă la uzură, economicitate la realizarea sculei, etc);- parametrii geometrici stabiliţi trebuie să permită desfăşurarea optimă a procesului de aşchiere;- partea de fixare a sculei, prin soluţia constructivă adoptată, să asigure cerinţele impuse (simplitate constructivă, rezistenţă, rigiditate, disiparea căldurii degajate în procesul de aşchiere);- rezerva de reascuţire să asigure o durabilitate totală ridicată prin număr mare de reascuţiri posibile şi cheltuieli reduse legate de operaţie.

Tehnologia de execuţie:- funcţie de tipul sculei şi soluţia constructivă adoptată, trebuie stabilită tehnologia de execuţie ce asigură o durabilitate cât mai mare;- tratamentele termice complexe aplicate părţii active a sculei (călire izotermă, tratamente la temperaturi negative, călire în băi de săruri, etc.) permit mărirea considerabilă a durabilităţii;- operaţiile de ascuţire şi netezire a suprafeţelor active (ascuţire anodo-mecanică, netezire electrochimică, etc.) micşorează uzura prin adeziune;- realizarea pe suprafeţele active a unor straturi cu rezistenţă ridicată la uzură (tratamente termochimice, durificare prin scântei electrice, acoperiri superficiale, etc.). În timpul realizării procesului de aşchiere, printr-o observare atentă a tipului de uzură şi a fenomenelor care o însoţesc, se pot stabili principalele cauze ce provoacă uzura şi se pot lua măsuri în vederea măririi durabilităţii sculei aşchietoare.

Câteva soluţii practice aplicabile în cazul sculelor cu tăişuri din carburi metalice sunt prezentate în tabelul 10.1.

În cazul utilizării lichidelor pentru aşchiere, de regulă se constată o creştere a durabilităţii sculei. Există însă cazuri în care la utilizarea lichidelor pentru aşchiere se constată o diminuare a duratei de exploatare a sculei aşchietoare.

Acest lucru se datorează alegerii necorespunzătoare a tipului de lichid, a dirijării defectuoase a jetului, debitului insuficient sau a deteriorării proprietăţilor lichidului. Câteva asemenea situaţii sunt prezentate în tabelul 10.2.

Medii pentru aşchiereTabelul 10.1. Uzura plăcutelor aşchietoare şi căi de mărire a durabilităţii

Forme de uzură, consecinţe. Cauze Remediu

1 2 3

Faţetă de uzură şi crestături.a. Creşterea rapidă a faţetei de uzură duce la creşterea rugozităţii şi scăderea preciziei dimensionale a suprafeţei.

b/c. Uzura sub formă de crestătură duce ia creşterea rugozităţii suprafeţei şi măreşte riscul de ruptură a tăişului.

a. Viteză de aşchiere prea mare şi rezistenţă la uzură scăzută.b/c. Oxidare

b/c. Frecare

c. Oxidare

Micşorarea vitezei. Alegerea unei plăcuţe mai rezistente.

Utilizarea unei plăcuţe acoperite cu Al2O3 la prelucrarea otelului. La materiale autocălibile se alege un unghi de atac mai mic şi o plăcuţă mai rezistentă la uzură.

Creşterea vitezei (la prelucrarea materialelor refractare cu plăcuţe ceramice).Utilizare cermeţi

Crater de uzură.Mărirea excesivă a craterului de uzură duce la fragilitatea tăişului. Extinderea craterului în zona tăişului secundar duce la creşterea rugozităţii.

Uzură prin difuzie datorată temperaturii prea ridicate pe faţa de degajare.

Utilizarea unei plăcute acoperită cu Al2O3.

Alegerea unui unghi de degajare pozitiv.

Reducerea vitezei de aşchiere pentru a obţine o temperatură mai scăzută, apoi reducerea avansului.

Deformaţie plastică a tăişului.a. Deformaţia plastică (turtirea tăişului şi refularea laterală) duc la mărirea rugozităţii şi îngreunează controlul formei aşchiei.

b. Deformarea sub formă de faţetă duce la ruptura tăişului.

Temperatură la aşchiere prea ridicată şi forţe de aşchiere importante.

Alegerea unei plăcuţe mai dure,cu bună rezistenţă la deformare plastică.

a. Reducerea vitezei de aşchiere.

b. Reducerea avansului.

107

Tabelul 10.1 (continuare)1 2 3

Depunere pe tăiş.Duce la creşterea rugozităţii suprafeţei prelucrate. La desprinderea depunerii se antrenează material de pe sculă (din zona tăişului).

Cauzele aderării de material pe plăcuţă:

- viteză de aşchiere mică;

- unghi de degajare mic;

- tendinţă de lipire a materialului piesei (oteluri inoxidabile şi aluminiu pur).

Creşterea vitezei de aşchiere.

Mărirea unghiului de degajare.

Creşterea considerabilă a vitezei de aşchiere. Dacă plăcuta se uzează rapid se va folosi mult lichid.

Sfărâmarea tăişului de către aşchii.Porţiunea de tăiş neangajată în aşchiere este deteriorată prin lovire de către aşchii. Faţa de degajare şi suportul plăcutei riscă să fie deteriorate.

Aşchii prea lungi ce curg în direcţia tăişului.

Modificarea în limite largi a avansului.

Alegerea unei plăcute cu altă geometrie.

Modificarea unghiului de atac.

Ciupituri.Mici fracturi ale tăişului ce duc la creşterea rugozităţii suprafeţei prelucrate şi la formarea unor faţete de uzură de dimensiuni mari.

Plăcută prea fragilă.

Unghi de ascuţire mic.

Depunere pe tăiş.

Alegerea unei plăcuţe mai tenace.

Alegerea unei plăcute cu geometrie mai robustă.

Creşterea vitezei de aşchiere cu utilizarea unei plăcuţe cu unghi de degajare mai mare. Reducerea avansului la începutul aşchierii.

Medii pentru aşchiereTabelul 10.1 (continuare)

1 2 3

Fisuri în pieptene.Fisurile perpendiculare pe tăiş duc la fărâmiţarea tăişului şi la o rugozitate mare a suprafeţei prelucrate.

Fluctuaţii termice cauzate de:- aşchiere intermitentă;

- aplicarea neuniformă a lichidului de aşchiere.

Alegerea unei plăcute mai tenace ce oferă o rezistenţă mai bună la şocurile termice.Aplicarea lichidului pe toată plăcuta cu debit mare.

Rupturi ale plăcutei.Ruptura plăcutei afectează şi suportulde prindere şi piesa de prelucrat.

Plăcuţă prea fragilă.Încărcarea excesivă a plăcutei.

Unghi de aşchiere prea mic.

Plăcută de dimensiuni prea mici.

Alegerea urnei plăcuţe mai tenace.Reducerea avansului şi/sau a adâncimii de aşchiere.

Alegerea unei plăcuţe cu. geometrie mai robustă.

Utilizarea unei plăcuţe mai mari sau/şi mai groase.

Spărturi prin exfoliere(materiale ceramice) Plăcută prea fragilă.

Unghi de aşchiere prea mic.

Reducerea avansului. Alegerea unei plăcuţe mai tenace.

Utilizarea unei plăcuţe cu vârf mai robust. Alegerea unei plăcuţe cu faţetă mai mare.

109

Tabelul 10.2. Durabilitate scăzută la utilizarea lichidelor pentru aşchiereSimptome Cauze Remediu

Uzură mare prin abraziune

Dirijarea defectuoasă a lichidului.

Proprietăţi lubrifiante slabe.

Contaminare ridicată cu particule metalice.

Dirijare pe tăiş.Mărirea debitului.

Înlocuirea cu un lichid cu bune proprietăţi de ungere.

Epurare lichid, înlocuire cu lichid nou.

Crater mare deuzură (creştere rapida la mărireavitezei de aşchiere

Ulei EP foarte activ chimic.Eliberează sulf activ la temperatură relativ mare.

Folosire ulei EP mai puţin activ chimic

Durabilitate scăzută şiîncălzire excesivă

Proprietăţi de răcire insuficiente Folosirea unui lichid cu proprietăţi de răcire foarte bune.

Dinamica procesului de aşchiere

DINAMICA PROCESULUI DE AŞCHIERE

11.1. Fenomene dinamice la aşchiere.

Procesul de prelucrare prin aşchiere este un proces complex de deformare plastică şi forfecare a unui strat de material de către scula aşchietoare. Procesul este însoţit de fenomene de frecare, fenomene termice şi chimice şi fenomene de uzare, care se intercondiţionează reciproc (figura 11.1).

Figura 11.1 Fenomene ce însoţesc procesul de aşchiereCaracterul dinamic al aşchierii rezultă din cauza variaţiei în timp, atât a

fenomenelor caracteristice, cât şi a parametrilor procesului de aşchiere. Procesul de formare a aşchiei, deformaţiile plastice ale materialului de aşchiat, forţele de aşchiere, temperatura la aşchiere, uzura sculei aşchietoare, prin natura lor, sunt fenomene dinamice.

11.2. Surse de vibraţii în procesul de aşchiere.

Vibraţiile la aşchiere se manifestă prin microdeplasări ale diverselor elemente din structura sistemului tehnologic MUSDP, importanţă deosebită prezintă vibraţiile la nivelul sculei şi piesei.

Vibraţiile limitează capacitatea de aşchiere a maşinilor-unelte producând următoarele efecte nedorite:- oboseala şi uzura diverselor elemente ale sistemului MUSDP;- abateri ale formei, dimensiunilor şi poziţiei relative a suprafeţei;- înrăutăţirea rugozităţii suprafeţei prelucrate;- mărirea vitezei de uzare a sculei aşchietoare;- zgomot peste nivelele admise.

Principalele cauze ale apariţiei vibraţiilor în sistemul tehnologic sunt:- neomogenităţi în structura materialului de prelucrat;- asimetria semifabricatului ce execută mişcarea de rotaţie;

111

11

- neuniformitatea adaosului de prelucrare;- variaţii ale mişcărilor necesare generării suprafeţei;- contact intermitent al sculei cu piesa (aşchiere discontinuă);- vibraţii de la surse exterioare transmise prin fundaţie;- vibraţii generate de procesul de aşchiere.

În funcţie de natura cauzelor care le produc, în cadrul sistemelor tehnologice în exploatare se manifestă diverse tipuri de vibraţii.

Vibraţii proprii (libere), produse în perioadele tranzitorii ale aşchierii, cum este oprirea/pornirea maşinii-unelte sau a diverselor subansamble, contactul iniţial sculă-piesă. Forţele perturbatoare caracteristice acestor fenomene tranzitorii încetează imediat după declanşarea aşchierii. Aceste vibraţii sunt în general relativ repede amortizate de către sistemul tehnologic MUSDP. Ecuaţia unei vibraţii libere cu nu singur grad de libertate este de forma:

(11.1)

Vibraţii forţate (întreţinute), produse de o forţă perturbatoare interioară sau exterioară, care se menţine în timpul aşchierii. Aceste vibraţii sunt cauzate de vibraţii transmise prin sol (de la surse externe), dezechilibre ale organelor de maşini în mişcare de rotaţie, erori de execuţie şi montaj (bătaie radială, bătaie frontală), etc. Ecuaţia unei vibraţii forţate cu nu singur grad de libertate este de forma:

(11.2)

Vibraţiile forţate sunt periculoase când frecvenţa lor este apropiată de frecvenţa proprie a sistemului tehnologic. Aceste vibraţii pot fi prevenite (diminuate) în etapele de proiectare, realizare şi montare a sistemelor tehnologice.

Vibraţii cu caracteristici variabile, produse de o cauză exterioară sau interioară care acţionează asupra unui parametru al sistemului ce devine variabil în timp. Aceste vibraţii pot fi prevenite în etapa de încercare a sistemului tehnologic.

Vibraţii autoîntreţinute (autovibraţii) sunt determinate de o cauză din interiorul sistemului, cum ar fi forţa de aşchiere şi de frecare. Aceste vibraţii limitează capacitatea de aşchiere a sistemului tehnologic şi se manifestă sub următoarele forme:- vibraţii forţate pe direcţia mişcării de aşchiere ce produc modificări periodice ale forţei de aşchiere, datorită dependenţei neliniare a forţei de aşchiere cu viteza de aşchiere;- vibraţii forţate pe întreg spectrul de frecvenţă, ce se manifestă pe direcţia normală pe planul de lucru, ce duc la variaţia poziţiei relative sculă-piesă, la variaţia grosimii aşchiei şi deci a forţei de aşchiere.

Dacă se face referire la procesul de formare a aşchiei sursele de producere a vibraţiilor sunt prezentate în figura 11.2.

Dinamica procesului de aşchiere

Figura 11.2 Surse de producere a vibraţiilor la aşchiereFuncţie de legea de variaţie a amplitudinii şi frecvenţei se deosebesc

următoarele tipuri de vibraţii:- vibraţii armonice, ;- vibraţii nearmonice modulata în amplitudine, ;- vibraţii nearmonice modulata în frecvenţă, ;- vibraţii nearmonice oarecare, .

Caracteristic pentru ele este faptul că în cazul depăşirii unei anumite valori pentru un parametru al regimului de aşchiere, de obicei lăţimea sau adâncimea de aşchiere (ap = b x sin), amplitudinea creşte brusc iar maşina-unealtă va vibra cu o anumită frecventă. Aceste vibraţii crescute se numesc trepidaţii constituind o stare de instabilitate dinamică a procesului de aşchiere şi al maşinii.

11.3. Modalităţi de diminuare şi eliminare a vibraţiilor

În cazul în care în sistemul tehnologic se constată un nivel ridicat al vibraţiilor, pentru depistarea cauzelor se pot utiliza următoarele metode:- întreruperea procesului de aşchiere prin decuplarea motoarelor de acţionare şi măsurarea vibraţiilor sistemului MUSDP. Dacă se manifestă vibraţii, cauza acestora este exterioară şi se trece la următoarea etapă;- executarea unei treceri de aşchiere fără contact sculă-piesă. Dacă se manifestă vibraţii cauza acestora este de natură organologică, iar dacă nu, cauza este însuşi procesul de aşchiere.

Vibraţiile forţate pot fi diminuate şi eliminate prin diverse soluţii ce pot fi deduse şi aplicate ca rezultat a unor studii teoretice şi a cercetărilor experimentale.

În etapa de proiectare constructivă a sistemului tehnologic se are în vedere ca motoarele de acţionare să fie echilibrate, plasate în partea inferioară a structurii elastice şi paralel cu planul de aşchiere, iar structura sistemului tehnologic să fie rigidă.

113

Amplasarea şi fixarea corectă pe fundaţie a sistemului tehnologic (maşina-unealtă), utilizarea izolatorilor de vibraţii, îndepărtarea surselor de vibraţii exterioare, sunt măsuri obligatorii pentru a diminua şi elimina influenţa vibraţiilor provocate de forţe perturbatoare exterioare. Vibraţiile forţate cauzate de mase neechilibrate se pot diminua prin echilibrarea dinamică a pieselor în mişcare de rotaţie, eliminarea jocurilor, a bătăilor radiale şi frontale.

Vibraţiile autoîntreţinute (autovibratiile) sunt cauzate în principal de variaţia forţelor de aşchiere şi pot fi extrem de dăunătoare asupra durabilităţii sculei şi calităţii suprafeţei prelucrate.

Diminuarea sau chiar eliminarea autovibraţiilor se poate realiza fie prin acţiunea asupra parametrilor procesului de aşchiere, fie asupra rigidităţii sistemului tehnologic.

Diminuarea vibraţiilor radiale, acţionând asupra parametrilor procesului de aşchiere, se poate realiza prin aplicarea următoarelor măsuri:- utilizarea de avansuri medii şi mari, duce la creşterea grosimii aşchiei, având ca efect diminuarea amplitudinii vibraţiilor şi restrângerea domeniului de valori ale vitezei de aşchiere în care apar vibraţii;- creşterea unghiului de degajare diminuează amplitudinea vibraţiilor şi restrânge domeniului de valori ale vitezei de aşchiere în care apar vibraţii;- realizarea de faţete pe faţa de degajare (când se aşchiază cu unghiuri de degajare negative);- micşorarea unghiului de aşezare;- creşterea uzurii pe faţa de aşezare (VB) diminuează intensitatea vibraţiilor deoarece se micşorează unghiul real de aşezare;- mărirea unghiului de atac principal r duce la creşterea grosimii aşchiei, la diminuarea valorii componentei Fp (Fy) a forţei de aşchiere şi deci la diminuarea vibraţiilor;- micşorarea razei la vârf r duce la scăderea componentei Fp (Fy) a forţei de aşchiere şi deci la diminuarea vibraţiilor.

Aceste constatări sunt în general valabile şi pentru vibraţii tangenţiale cu precizarea că la creşterea unghiului de aşezare aceste vibraţii scad, iar prezenţa uzurii pe faţa de aşezare (VB) măreşte intensitatea acestora.

Câteva soluţii de diminuare a vibraţiilor prin îmbunătăţirea rigidităţii sistemului tehnologic sunt:- eliminarea jocurilor prea mari;- mărirea rigidităţii pieselor şi/sau sculelor prin utilizarea de reazeme suplimentare;- aşezarea pieselor şi/sau sculelor cât mai aproape de zona de rigiditate maximă a sistemului MUSDP;- utilizarea de scule şi dispozitive cu rigidităţi sporite;- eliminarea jocurilor dintre sănii şi ghidaje pe direcţiile de manifestare a vibraţiilor;- utilizarea de amortizoare de vibraţii.

Generarea prin rabotare

CALITATEA SUPRAFEŢELOR PRELUCRATE PRIN AŞCHIERE

Rolul prelucrării prin aşchiere este de a genera suprafeţe ce trebuie să corespundă cerinţelor impuse de proiectant prin desenul de execuţie al piesei.

Calitatea suprafeţei unei piese este o noţiune foarte complexă şi cuprinde două aspecte:- geometria stratului superficial prin care se determină abaterile suprafeţei reale faţă de suprafaţa teoretică şi rugozitatea (microneregularităţile) suprafeţei reale;- starea stratului superficial al suprafeţei prelucrate din punct de vedere fizic (grad de deformare, tensiuni remanente, tratamente termice, chimice, termochimice, etc.).

Din punct de vedere al prelucrărilor prin aşchiere interesează primul aspect şi în mod deosebit rugozitatea suprafeţei.

12.1. Rugozitatea suprafeţelor prelucrate prin aşchiere.

Înălţimea şi forma microneregularităţilor suprafeţei aşchiate depind de o multitudine de factori. Din punctul de vedere al formării rugozităţii suprafeţei se pot deosebi două categorii:- rugozitate datorată modului de generare a suprafeţelor, ce reprezintă urme ale tăişului sculei, denumită rugozitate calculată (h);- rugozitate datorată fenomenelor fizice ce însoţesc procesul de prelucrare prin aşchiere.

Rugozităţile din prima categorie (figura12.1) reprezintă secţiunea restantă a aşchiei nedeformate.

Figura 12.1 Rugozitate formată datorită modului de generare a suprafeţelorSunt caracterizate prin periodicitatea apariţiei lor, perioada fiind egală cu

mărimea avansului şi reprezintă (din punct de vedere teoretic) rugozitatea minimă a suprafeţei generate. Mărimea acestor rugozităţi poate fi determinată prin calcul.

115

12

În cazul strunjirii rugozitatea h poate fi determinată cu relaţiile:- pentru cuţit fără rază de vârf (r 0), figura 12.1, a;

(12.1)

- pentru cuţit cu rază de vârf (r 0), figura 12.1, b;

(12.2)

sau cu aproximaţie

(12.3)

Din considerente geometrice se pot deduce şi alte tipuri de relaţii de calcul pentru rugozităţile din această categorie.

Rugozităţile din a doua categorie se datorează fenomenelor legate de procesul de formare a aşchiilor, depunerilor pe tăiş, frecărilor, vibraţiilor şi se prezintă sub următoarele forme (figura 12.2):- ondulaţii (1) ale suprafeţei generate în raport cu suprafaţa teoretică, datorate vibraţiilor din timpul aşchierii;- solzi de depunere (2) lucioşi şi duri, ce reprezintă particule din depunerile pe tăiş înglobate în suprafaţa generată;- fisuri (3) ce reprezintă urme ale locurilor din care s-a făcut desprinderea aşchiei;- cratere sau porozităţi (4) ce reprezintă zonele din care au fost smulse particule dure ce au fost înglobate în masa de bază a piesei.

Rugozităţile din această categorie sunt rezultatul influenţei unui număr mare de factori, apariţia acestora nefiind sistematică.

Figura 12.2 Rugozitate datorată fenomenelor fizice ce însoţesc procesul de aşchiere

Pe baza modului de formare a rugozităţii, rezultă că înălţimea reală a microneregularităţilor suprafeţei, respectiv rugozitatea Rz, este dată de relaţia:

Rz = h + h1 + h2 + h3 [m] (12.4)unde:

- h, înălţimea secţiunii restante a aşchiei (rugozitatea calculată);- h1, rugozitatea datorată deformaţiilor elastice la nivelul sculei şi piesei;- h2, rugozitatea datorată deformaţiilor plastice;- h3, rugozitatea datorată forţelor de frecare de pe faţa de aşezare activă a sculei.

12.2. Influenta parametrilor procesului de aşchiere asupra rugozităţii

Generarea prin rabotaresuprafeţei prelucrate.

Influenţa materialului de prelucrat. Materialul de prelucrat influenţează deosebit de complex rugozitatea suprafeţei prelucrate prin caracteristicile sale fizico-mecanice.

Oţeluri. La prelucrarea oţelului carbon, prin mărirea durităţii (HB) rugozitatea scade din cauza reducerii deformaţiilor plastice (figura 12.3).

Figura 12.3 Influenţa durităţii oţelului prelucrat asupra rugozităţii

Figura 12.4 Influenţa structurii oţelului asupra rugozităţii

Influenţa structurii oţelului asupra rugozităţii suprafeţei prelucrate este prezentată în figura 12.4.

a) Oţelurile cu perlită globulară (1), prezintă un maxim al rugozităţii pentru valori mai mici ale vitezei de aşchiere, deoarece la aşchierea acestor oţeluri, temperatura este mai mare şi deci, mărimea depunerii pe tăiş este maximă la valori mai mici ale vitezei de aşchiere.

Valoarea mai mare rugozităţii faţă de perlita lamelară (2), în domeniul

117

vitezelor mici de aşchiere, se explică prin plasticitatea mai mare a oţelului cu perlita globulară. Pentru sorbită (3) şi troostosorbită (4), deplasarea către stânga a curbelor se datorează temperaturii de aşchiere ridicate, iar faptul că sunt mai joase faţă de curbele perlitei lamelare, se datorează durităţii lor mari, respectiv posibilităţilor mici de deformare.

b) Rugozitatea este cu atât mai mare cu cât conţinutul de ferita liberă din oţel este mai mare. Ferita fiind foarte plastică, dă naştere la deformaţii mari ale suprafeţei prelucrate şi permite formarea cu uşurinţă a depunerii pe tăiş.

c) Oţelurile cu structură ferito-perlitică (în care perlita este lamelară), prelucrate cu viteze mici de aşchiere, dau rezultate mai bune (în privinţa rugozităţii) faţă de oţelurile cu structură de perlita globulară, la aceleaşi viteze de aşchiere.

Fonte. La prelucrarea fontei cenuşii influenţa vitezei de aşchiere asupra rugozităţii este mai mică decât în cazul oţelurilor. La prelucrarea fontei apar scobituri (cratere) repartizate neuniform pe suprafaţă, din cauza ruperii incluziunilor din grafit.

O rugozitate bună se obţine când incluziunile de grafit sunt repartizate uniform şi cantitatea de ferită este mică.

Influenţa parametrilor regimului de aşchiere. Rugozitatea suprafeţei şi starea stratului superficial caracterizată prin deformaţii plastice şi tensiuni interne, sunt puternic influenţate de valorile parametrilor regimului de aşchiere.

Viteza de aşchiere vc, este factorul care influenţează cel mai mult rugozitatea suprafeţei (figura 12.5).

Figura 12.5 Influenţa vitezei de aşchiere asupra rugozităţiiÎn domeniul vitezelor mici, prezenţa depunerilor pe tăiş face ca hr să fie

mult mai mare decât h calculat.În domeniul vc = 60...80 m/min depunerile pe tăiş sunt mai mici şi ca

urmare componenta h2 reprezintă 25% din înălţimea reală a microneregularitătilor.

Pentru componenta h1, la prelucrarea oţelurilor şi aliajelor de aluminiu s-a

Generarea prin rabotareobţinut o valoare de 3% din (h2 +h2). Componenta h3 are valori relativ mici şi depinde de valorile unghiului de aşezare a şi de valorile componentei h1 Pentru vc > 80 m/min rugozitatea va fi formată numai de urmele lăsate de sculă (h calculat) şi de ondulaţii datorită vibraţiilor. Avansul f, influenţează rugozitatea suprafeţelor prelucrate conform figura 12.6.

Figura 12.6 Influenţa avansului asupra rugozităţiiPrin creşterea avansului rugozitatea creşte datorită creşterii lui h calculat.

Pentru orice valoare a avansului, valoarea maximă a rugozităţii se obţine la o valoare a vitezei de circa 20 m/min.

Pentru valori mici ale avansului (f < 0,1 mm/rot) rugozitatea variază foarte puţin iar, prin variaţia avansului (componenta Δh2 creşte din cauza micşorării grosimii aşchiei).

Din această cauză, la finisare, nu este necesar a se micşora la maximum avansul deoarece aceasta nu duce la o îmbunătăţire a rugozităţii şi totodată duce la micşorarea productivităţii, îmbunătăţirea rugozităţii la finisare se poate obţine printr-o mărire a vitezei de aşchiere.

Cele arătate despre influenţa vitezei şi avansului asupra rugozităţii sunt valabile la prelucrarea materialelor tenace.

În cazul prelucrării materialelor fragile (fontă, bronz, etc.) curba Rz = f (vc) nu prezintă un maxim ci ea are o variaţie monotonă. Aceasta se explică prin capacitatea redusă la deformaţiile plastice şi prin afinitatea chimică mică între materialul sculei şi materialul de prelucrat.

Influenţa geometriei sculei aşchietoare. Parametrii geometrici ai sculei aşchietoare ce influenţează în mare măsură rugozitatea suprafeţei prelucrate sunt r, ’r, , T, , rn.

Unghiul de atac principal r şi secundar ’r influenţează în aceeaşi măsură valorile lui Rz şi anume cu micşorarea acestor unghiuri, valoarea Rz se micşorează, datorită micşorării h calculat (figura 12.7).

Cercetările experimentale au arătat că utilizarea cuţitelor cu unghiuri de atac mici nu conduc totdeauna la obţinerea unei rugozităţi bune.

La alegerea valorii unghiului de atac principal trebuie să se ţină seama de 119

legătura acestuia cu alţi factori şi anume raza de vârf a sculei r şi avansul f. Tot pe cale experimentală s-a stabilit că influenţa unghiului de atac secundar ’r este pur geometrica.

Figura 12.7 Influenţa unghiului de atac principal şi a celui secundar asupra rugozităţii

Unghiul de degajare , influenţează rugozitate suprafeţei prelucrate prin intermediul deformaţiilor plastice, inclusiv prin fenomenul depunerilor pe tăiş.

Cercetările teoretico-experimentale au arătat că pentru condiţii de aşchiere larg utilizate la modificarea lui are loc o variaţie mică şi neregulată a rugozităţii.

Fenomenul se explică prin faptul că valoarea unghiului de degajare variază de-a lungul tăişului, micşorându-se în zona curbilinie şi mai ales în partea tăişului secundar unde poate atinge valori negative.

Această porţiune de tăiş (zona vârfului) este cea care influenţează intensitatea deformaţiilor plastice şi contribuie în mod direct la formarea rugozităţii suprafeţei prelucrate. La ascuţirea cuţitelor utilizate la operaţii de finisare trebuie să se asigure o valoare optimă a unghiului de degajare în regiunea vârfului cuţitului.

Unghiul de înclinare al tăişului T influenţează prin direcţia de curgere a aşchiilor şi prezintă importanţă când acesta trece de la valori pozitive la valori negative. La operaţii de finisare aşchiile nu trebuie să atingă suprafaţa prelucrată, deci se vor folosi cuţite cu T > 0.

Unghiul de aşezare influenţează prin deformaţiile plastice ale suprafeţei prelucrate ca urmare a suprafeţei de contact faţă de aşezare/suprafaţă prelucrată. Prin creşterea unghiului , raza rn a tăişului se micşorează, suprafaţa de contact va fi mai mică şi ca urmare deformaţiile plastice se diminuează iar rugozitatea Rz

scade.Raza de ascuţire (rotunjire) a tăişului rn . Prin creşterea razei de ascuţire rn,

rugozitatea Rz creşte datorită creşterii deformaţiilor plastice şi a forţei de aşchiere. Fenomenul este mai pronunţat la aşchii subţiri şi trebuie luat în considerare la operaţii de finisare.

Influenţa mediului (lichidului) de aşchiere. Mediile de aşchiere lichide

Generarea prin rabotareîmbunătăţesc calitatea suprafeţei prelucrate în special la prelucrarea cu viteze mici şi foarte mici. Acest lucru se explică prin proprietăţile de răcire, ungere şi spălare. La viteze vc > 50 m/min eficienţa utilizării lichidului (condus prin metode clasice) scade, deoarece accesul acestuia în zona de aşchiere este mai dificil şi se micşorează substanţial durata de acţiune a fenomenelor fizico-chimice şi termice de pe suprafeţele active.

12.3. Influenţa calităţii suprafeţei prelucrate asupra comportării piesei în exploatare.

Acţiunea tăişului sculei aşchietoare se resimte şi în stratul superficial al suprafeţei prelucrate sub formă de deformaţii plastice şi tensiuni interne ce se manifestă până la anumite adâncimi (figura 12.8).

Mărimea deformaţiilor, eforturilor remanente şi grosimea stratului superficial afectat, depind de geometria tăişului, parametrii de aşchiere şi natura materialului aşchiat. Practic, forţele şi temperatura la aşchiere dictează starea de deformare şi de eforturi din stratul superficial al suprafeţei prelucrate.

Uzura în timp a suprafeţelor prelucrate prin aşchiere evoluează în funcţie de procedeul de prelucrare (figura 12.9).

Influenţa stării oţelurilor carbon asupra uzurii lor este prezentată în figura 12.10. Rezistenţa la oboseală scade cu creşterea rugozităţii suprafeţei prelucrate (figura 12.11).

Figura12.8 Deformaţii plastice şi tensiuni interne în stratul de material prelucrat

121

13

Figura 12.9 Evoluţia în timp a uzurii pentru suprafeţele pieselor prelucrate prin diverse procedee

Figura 12.10 Influenţa stării oţelurilor asupra uzurii suprafeţelor

Figura 12.11 Evoluţia rezistenţei la oboseală a pieselor în funcţie de rugozitatea suprafeţelor


GENERAREA PRIN RABOTARE

13.1. Generalităţi.

Rabotarea este un procedeu de prelucrare prin aşchiere utilizat la prelucrarea de degroşare şi/sau semifinisare a suprafeţelor plane sau profilate, de dimensiuni mari, orizontale sau verticale dispuse pe exteriorul pieselor prismatice. Prin rabotare se prelucrează semifabricate cu adaosuri de prelucrare mari şi neuniforme, semifabricate obţinute prin turnare, forjare sau debitare cu flacără.

Prelucrarea prin rabotare se realizează cu scule simple (gen sculă elementară) cu un singur tăiş principal şi unul sau mai multe tăişuri secundare.

Maşinile-unelte utilizate sunt maşini de rabotat transversal (şeping) şi maşini de rabotat longitudinal (raboteză). Aceste maşini realizează mişcări simple (translaţii).

Mişcările necesare generării suprafeţei sunt (figura13.1):- mişcarea de aşchiere este o mişcare rectilinie alternativă, îndepărtarea materialului sub formă de aşchii realizându-se într-un singur sens, existând o cursă inactivă. Această mişcare este realizată de scula aşchietoare (la şeping) sau de semifabricat (la raboteză);- mişcarea de avans este o mişcare rectilinie, perpendiculară pe mişcarea de aşchiere şi se efectuează după un ciclu al mişcării de aşchiere. Este realizată de semifabricat (la şeping) sau de scula aşchietoare (la raboteză).

Figura 13.1 Mişcările necesare generării suprafeţelor prin rabotareScula aşchiază numai într-un singur sens al mişcării de aşchiere, prezenţa

cursei de retragere a sculei din contact cu piesa şi repoziţionarea acesteia la sfârşitul fiecărei curse duble face ca acest procedeu să aibă productivitate scăzută şi să fie utilizat numai în cazul când nu se pot folosi alte procedee.

13.2. Generare teoretică a suprafeţelor prin rabotare

Generarea suprafeţei prin rabotare se realizează conform celor prezentate în

123

figura 13.2. Curba directoare D, rectilinie, se realizează cinematic ca traiectorie a punctului M de pe generatoare prin deplasarea planului generator G0 paralel cu el însuşi pe planul director D0 pe direcţia mişcării rectilinii 1 cu viteza v.

Generatoarea G poate fi materializată de muchia aşchietoare a sculei, pentru suprafeţe de lăţime mică sau profilate (figura 13.2,b) şi cinematică, ca traiectorie a unui punct al muchiei aşchietoare a sculei pe direcţia mişcării 2 (figura13.2,a).

Pentru repoziţionarea curbei generatoare G în vederea obţinerii formei finale a suprafeţei Sp este necesară o mişcare intermitentă 3, executată de planul director D0 sau planul generator G0.

a) b)Figura 13.2 a) Generatoarea cinematică la rabotare

b) Generatoarea materializată la rabotareLa şeping mişcarea 1 este realizată de către scula aşchietoare, iar mişcările

2 şi 3 sunt executate de masa port piesă. La raboteză mişcarea 1 este realizată de masa port piesă, iar mişcările 2 şi 3 sunt executate de către scula aşchietoare.

13.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică

Generatoarea cinematică se realizează de regulă ca traiectorie a unui punct prin deplasarea vârfului sculei (generatoarea elementară) pe direcţia mişcării 2 cu un avans intermitent f după fiecare cursă a mişcării de aşchiere 1. Pentru îndepărtarea adaosului de prelucrare scula este repoziţionată pe direcţia mişcării 3 în vederea aducerii în aşchiere a unui nou strat de material (figura 13.3).

Figura 13.1 Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică la rabotare13.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată

Realizarea unor suprafeţe mai complicate (figura 13.4) presupune utilizarea

Generarea prin rabotaremodului de generare în care generatoarea G este materializată de muchia aşchietoare a sculei, iar directoarea D rectilinie este descrisă de un punct de pe tăişul sculei, care execută mişcarea 1, rectilinie alternativă cu viteza v. Mişcarea de translaţie 3, intermitentă, asigură avansul de aşchiere la o trecere a sculei. Varianta din figura 13.4,a corespunde aschierii libere. Când piesa este delimitată de o succesiune de suprafeţe, se pot defini suprafeţele compuse, care pot fi realizate prin utilizarea simultană a generatoarei cinematice (Gc) şi materializate (Gm). Pentru cazurile din figura13.4,b,c,d, se utilizează generatoarea Gm materializată de tăişul sculei şi generatoarea Gc obţinută ca traiectorie a unui punct de pe tăişul sculei care primeşte la fiecare sfârşit de ciclu o deplasare în direcţia 2.

13.2.3. Generarea suprafeţelor cu generatoare programată.

Realizarea suprafeţelor complexe se face prin programarea generatoarei, în figura 13.5,a este prezentat un exemplu de realizare a unei suprafeţe complexe, de tip cilindric, prin rabotare pe şeping, utilizând un sistem de copiere hidraulic, iar în fig 1.5,b prelucrarea cu un sistem de copiere mecanic pe raboteză.

a) b) c) d)Figura 13.4 Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată la rabotare

a)

b)

Figura 13.5 a) obţinerea unei suprafeţe complexe utilizând un sistem de copiere hidraulic, b) prelucrarea cu un sistem de copiere mecanic pe raboteză

13.3. Dimensiunile aşchiei şi geometria sculei

Dimensiunile aşchiei sunt prezentate în figura 13.1. Mărimile fizice a şi b 125

(grosimea şi lăţimea aşchiei nedetaşate), nu se pot regla nemijlocit pe maşina-unealtă, în schimb pot fi reglate mărimile tehnologice ap şi f (adâncimea de aşchiere şi avansul intermitent) între aceste două categorii de mărimi există relaţiile:

(13.1)

(13.2) (13.3)

În figura 13.6 sunt prezentate principalele forme constructive ale cuţitelor de rabotat: cuţite pe stânga şi pe dreapta(a şi b); cuţite încovoiate (c şi d); cuţite cotite înainte şi înapoi (e şi f); cuţite cu cap îngustat (g, h, i).

În figura 13.7 se prezintă principalii parametrii geometrici constructivi ai sculei pentru rabotat.

Figura 13.6 Forme constructive ale cuţitelor de rabotat

Figura 13.7 Parametrii geometric constructivi ai sculelor folosite la rabotare

13.4. Regimul de aşchiere la rabotare

Conform figura 13.8,a la rabotarea cu generatoare materializată adâncimea de aşchiere ap reprezintă lungimea muchiei aşchietoare active, iar avansul de aşchiere f, mm/cd se măsoară pe direcţie normală la traiectoria mişcării de aşchiere şi reprezintă deplasarea sculei pe această direcţie după fiecare cursă dublă. Pentru cazul rabotării cu generatoare cinematică, figura 13.8,b adâncimea de aşchiere ap

este dată de grosimea stratului de material înlăturat la o trecere, iar avansul f reprezintă deplasarea sculei pe direcţia mişcării 2 după fiecare cursă dublă.


Figura 13.8 a) parametrii regimului de aşchiere la rabotarea cu generatoare cinematică, b) parametrii regimului

de aşchiere la rabotarea cu generatoare materializată Valorile pentru parametrii regimului de aşchiere se stabilesc în ordinea ap, f, v.

Pentru stabilirea valorii adâncimii de aşchiere (ap) se recomandă următoarele:- la prelucrările de degroşare, adâncimea de aşchiere trebuie să fie pe cât posibil egală cu adaosul de prelucrare;- pentru prelucrările de finisare, adâncimea de aşchiere se adoptă egală cu adaosul de prelucrare intermediar calculat sau ales, având în vedere asigurarea condiţiilor de precizie şi de rugozitate impuse;

Valorile pentru avansul (1) depind de natura prelucrării (degroşare sau finisare), de felul suprafeţei, de natura materialelor sculei şi piesei de adâncimea de aşchiere, de calitatea suprafeţei şi de precizia dimensională impusă. Valori pentru avans se pot alege din tabele în funcţie de condiţiile concrete, valoarea adoptată trebuie să se regăsească în gama de avansuri a maşinii-unelte.

Viteza de aşchiere la rabotarea longitudinală şi transversală se poate alege din tabele sau se poate calcula cu o relaţie de forma:

[m/min] (13.4)

în care: T este durabilitatea sculei în min; Cv, m, xv, yv, sunt constante şi exponenţi determinaţi pe cale experimentală; Kv este coeficient de corecţie. Valorile coeficienţilor şi exponenţilor se aleg din tabele funcţie de condiţiile de lucru.

Numărul de curse duble ale mesei rabotezei sau berbecului şepingului, necesare pentru reglarea maşinii, se determină cu relaţia:

[cd/min] (13.5)

în care: L=l+l1+/2 este lungimea cursei active, mm; v - viteza de aşchiere (în cursa activă), m/min; vg - viteza în cursa în gol, m/min.

Lungimea cursei active se stabileşte cu relaţia:

127

L=l+l1+l2 [mm] (13.6)în care: l reprezintă lungimea suprafeţei de prelucrat, în mm; l1 şi l2 sunt distanţele necesare intrării şi ieşirii sculei în/din contact cu piesa.

Figura13.9 Componentele forţei de aşchiere la rabotare

13.5. Forţele şi puterea de aşchiere

Componentele forţei de aşchiere la rabotare sunt prezentate în figura 13.9.Componentele Fc şi Ff solicită scula la încovoiere, componenta Fc

determinând şi lucrul mecanic respectiv puterea la aşchiere. Raportul componentelor Ff şi Fp depind de mărimea unghiului de atac principal %r.

Valorile componentelor forţei de aşchiere se pot calcula cu relaţiile de tipul (13.7) şi (13.8), în care constantele şi exponenţii capătă valori (date în tabele) în funcţie de materialul aşchiat şi de particularităţile prelucrării.

[N] (13.7)

[N]; i=c,f,p (13.8)

Puterea consumată se determină cu relaţia:

[kW] (13.9)

în care:- Fc [N] este forţa de aşchiere;- v (m/min ] ,viteza de aşchiere;- , randamentul maşinii-unelte.


GENERAREA PRIN MORTEZARE

14.1. Generalităţi

Mortezarea este o operaţie asemănătoare cu rabotarea sub aspectul modului de generare a suprafeţelor cât şi în ceea ce priveşte modul de comportare a sculelor faţă de procesul de aşchiere. Mortezarea este utilizată la prelucrarea de degroşare şi semifinisare la producţie individuală sau serie mică. Se prelucrează suprafeţe interioare sau exterioare, relativ simple, unde nu este permis accesul sculei de rabotat sau secţiunea ei este prea mică pentru solicitări de încovoiere. Prelucrarea prin mortezare utilizează scule elementare cu o parte activă cu cel puţin două tăişuri (unul principal şi unul sau două tăişuri secundare). Maşinile-unelte se numesc maşini de mortezat sau morteze.

Mişcările necesare generării suprafeţei sunt (figura 14.1, figura 14.2):- mişcarea de aşchiere 1, este o mişcare rectilinie alternativă, în pian vertical, realizată de către cuţitul fixat de un berbec mobil, îndepărtarea materialului sub formă de aşchii se realizează într-un singur sens, existând o cursă inactivă;

- mişcarea de avans 2, se produce prin deplasări intermitente de translaţie sau rotaţie ale mesei maşinii pe care este fixat semifabricatul şi se efectuează după un ciclu al mişcării de aşchiere. Contactul sculei cu adaosul de prelucrare se face cu şoc, corpul sculei fiind supus la flambaj. Productivitatea este scăzută deoarece scula îndepărtează material numai într-un singur sens al mişcării de aşchiere.

14.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin mortezare.

Metodele de generare a suprafeţelor pieselor la prelucrarea acestora prin mortezare sunt prezentate în figura 14.3.Generatoarea G, de diverse forme, este materializată de muchia aşchietoare a sculei sau poate fi obţinută cinematic ca traiectorie rectilinie sau curbilinie a unui punct. Mişcarea pentru descrierea curbei

129

14

Figura 14.1 Prelucrarea unei suprafeţe pe o maşină de mortezat

Figura 14.2 Mişcările necesare pentru generarea unei suprafeţe prin mortezare

generatoare se realizează prin deplasarea intermitentă pe direcţia mişcării 2 după fiecare ciclu al mişcării de aşchiere 1.

Directoarea D, totdeauna rectilinie, se obţine cinematic ca traiectorie a unui punct de pe generatoare, prin deplasarea planului generator G0 paralel cu el însuşi pe direcţia mişcării 1, efectuată în ciclul de curse duble. Pentru repoziţionarea generatoarei, planul G0 se deplasează Intermitent prin mişcarea 3.

Mişcarea 1 este realizată de către scula aşchietoare, iar mişcările 2 şi 3 sunt executate de masa maşinii.

Figura 14.3 Metode de generare a suprafeţelor prin mortezare

14.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică

Generatoarea cinematică se obţine ca traiectorie a vârfului sculei (generatoarea elementară) care se deplasează intermitent după efectuarea ciclului de aşchiere pe direcţia mişcării 2 cu avansul f, exprimat în mm/cd. Această mişcare intermitentă poate fi rectilinie pentru suprafeţe plane (figura 14.4,a,b) sau curbilinie în cazul suprafeţelor circulare (figura 14.4,c).

Mişcarea 3, egală cu adâncimea de aşchiere ap, în sensul pătrunderii în adaosul de prelucrare este realizată de piesă pentru obţinerea cotei finale a suprafeţei de prelucrat. a) b) c)

Figura14.4 Generarea suprafeţelor prin mortezare cu generatoare cinematică

14.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată

Pentru suprafeţe de dimensiuni mici şi forme complicate generatoarea G este materializată de muchia aşchietoare a sculei, iar directoarea D este rectilinie şi descrisă de un punct de pe tăişul sculei care execută mişcarea de aşchiere 1 (figura 14.5,a,b).Pentru repetarea ciclului de aşchiere, piesa execută o mişcare intermitentă

Generarea prin rabotare2 pentru obţinerea mărimii avansului de aşchiere. Mişcarea 3 este necesară pentru reglarea poziţiei sculei faţă de piesă.

Pentru prelucrarea canalelor de pană sau canelurilor, forma suprafeţei este obţinută cu generatoare materializate (Gm) de către muchia aşchietoare a sculei şi cu generatoare cinematice (Gc). Acestea din urmă sunt realizate de către punctele care materializează vârful sculei ca urmare a mişcării de avans 2 (figura 14.6,a,b).

a b

14.3. Geometria sculei

Forma constructivă a cuţitelor de mortezat este dictată de următoarele considerente: solicitarea la flambaj a cuţitului sub acţiunea componentei Fc, respingerea sculei din contact cu aşchia datorită componentei Ff

fapt ce provoacă încovoierea sculei şi reducerea grosimii aşchiei, contactul sculei cu materialul de prelucrare se realizează cu şoc. Elementele constructive şi geometrice ale cuţitelor de mortezat sunt prezentate în figura 14.7.

Figura 14.7 Elemente constructive şi geometrice ale sculelor de mortezat

14.4. Regimul de aşchiere la mortezare

Parametrii regimului de aşchiere la mortezare au valori apropiate, ceva mai reduse, faţă de cei ai rabotării transversale. Acest lucru se datorează rigidităţii scăzute a sculelor de mortezat în comparaţie cu cele de rabotat şi faptului că mişcarea de aşchiere se produce în plan vertical. Forţa de inerţie la capătul cursei se însumează cu greutatea berbecului şi pentru a limita valoarea forţei de aşchiere se

131

Figura 14.5 Generarea suprafeţelor prin mortezare cu generatoare materializată

Figura 14.6 Generarea suprafeţelor de tip canal de pană

adoptă viteze de aşchiere mai reduse.Adâncimea de aşchiere(ap) şi numărul de treceri se stabileşte pe baza unor

criterii similare cu cele de la mortezare. Valoarea minimă a adâncimii de aşchiere este ap = 0,15...0,3 mm. Pentru degroşare adâncimea de aşchiere se alege la valori cu 10.. 15 % mai mici faţă de rabotarea de degroşare pe şeping. Pentru finisare adâncimea de aşchiere se alege egală cu adaosul intermediar care se stabileşte din condiţia de realizare a rugozităţii şi preciziei impuse.

Avansul (f) se stabileşte similar ca la rabotare, valoarea minimă este f = 0,04...0,06 mm/cd, sub această valoare, aşchia devine foarte subţire şi nu mai poate fi detaşată. Valoarea adoptată pentru avans trebuie să se regăsească în gama de avansuri a maşinii-unelte.

Viteza de aşchiere (v) se poate alege din tabele sau se poate calcula cu relaţii similare ca la rabotare. S-a constatat că valoarea economică a vitezei de aşchiere la rabotare este v « 10...25 m/min.

Numărul de curse duble ale berbecului rabotezei se determină cu relaţia prezentată la rabotare.Pentru reglarea maşinii în vederea prelucrării, se adoptă valori pentru avans şi pentru numărul de curse duble astfel încât să existe în gama de reglaj a măşinii şi cât mai apropiate de valorile alese sau calculate.


Componentele forţei de aşchiere la mortezare sunt definite asemănător rabotării şi strunjirii (figura 14.8). Componenta Fc va solicita cuţitul de mortezat la compresiune iar componentele Ff şi Fp la încovoiere. În cazul mortezării cu T = 0, având în vedere că unghiul de atac principal r = 90° componenta Fp = 0. Componenta principală Fp, care determină lucrul mecanic respectiv puterea la aşchiere, se poate calcula cu o relaţia de formele (13.7), (13.8) similare celor de la rabotare. Componenta Ff solicită cuţitul şi suportul acestuia la încovoiere producând abateri dimensionale şi de formă geometrică ale suprafeţei prelucrate şi chiar ruperea sculei. De aceea componenta Ff să îndeplinească relaţia:

Ff = (0,3...0,4)Fc (14.1)

Figura14.8 Compenentele forţei de aşchiere la mortezare Puterea consumată la mortezare se determină cu relaţia (13.9) ca la rabotare.

Generarea prin brosare

GENERAREA PRIN BROŞARE


Broşarea este un procedeu de prelucrare prin aşchiere de mare productivitate şi precizie ridicată, utilizat în producţie de serie mare şi masă, la prelucrarea de finisare a suprafeţelor interioare şi exterioare de forme diverse. Prin broşare se obţin rugozităţi Ra= 0,2...0,8)m şi precizii dimensionale corespunzătoare claselor 5...7 ISO.

Sculele aşchietoare utilizate denumite broşe, sunt scule complexe cu mai mulţi dinţi (scule elementare) aşezaţi la un pas “p” unul faţă de altul şi caracterizaţi prin dispunere decalată cu mărimea “a” denumită supraînălţare a ce reprezintă avansul pe dinte f (figura 15.1).

Figura15.1 Schema aşchierii la broşareDatorită construcţiei broşei se elimină toate mişcările auxiliare de apropiere

şi retragere rapidă, de poziţionare precum şi cele necesare generării, dacă prelucrarea s-ar face cu un singur cuţit (ca în cazul rabotării). Transformarea în aşchii a întregului adaos de prelucrare se realizează ia o singură trecere a sculei.

Aceste particularităţi constructive ale sculei, număr mare de dinţi, forma şi poziţia relativă a acestora pe corpul sculei, face ca broşa să fie una din cele mai complexe şi scumpe scule aşchietoare, motiv pentru care broşarea se foloseşte numai în cazul unor producţii de serie mare şi masă, cazuri în care costul ridicat al sculei se amortizează prin numărul mare de piese prelucrate.

Maşinile-unelte denumite maşini de broşat sunt foarte simple şi foarte ieftine, având un singur lanţ cinematic ce realizează numai mişcarea de aşchiere, mişcările de avans fiind înlocuite prin forma, dimensiunile şi poziţiile dinţilor în corpul broşei.

133

15

15.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin broşare

Prin broşare se pot prelucra o varietate foarte mare de suprafeţe (figura 15.2) interioare sau exterioare, plane sau profilate, cu directoare rectilinie, circulară sau elicoidală.

Figura 15.2 Suprafeţe generate prin broşareCa procedeu de prelucrare, broşarea, face parte din categoria metodelor de

prelucrare cu generatoare materializată de muchiile aşchietoare ale broşei.Din aceste motive, pentru generarea suprafeţei Sp (figura 15.3), este

suficientă numai mişcarea de aşchiere care poate fi rectilinie (figura 15.3,a), circulară (figura 15.3,b) sau elicoidală (figura 15.3,c) de viteză v pe direcţia directoarei cinematice D de formă rectilinie, circulară sau elicoidală.

În primul caz se pot obţine suprafeţe riglate, deosebindu-se după direcţia de mişcare relativă a broşei faţă de piesă, broşarea prin tragere (figura15.4,a) şi broşarea prin împingere (figura 15.4,b).

În cazul al doilea (figura 15.3,b) se obţin suprafeţe de revoluţie sau riglate, pentru generarea întregii suprafeţe, mai este necesară o mişcare de avans pe direcţia lăţimii piesei, fiind singurul caz în care maşina-unealtă dispune de un lanţ cinematic de avans.

În al treilea caz (figura 15.3,c) se pot obţine suprafeţe elicoidale, mişcarea relativă dintre piesă şi sculă rezultând din combinarea mişcării rectilinii cu cea de rotaţie.

După modul de asigurare a stabilităţii direcţiei de broşare, operaţia poate fi de două feluri: broşare liberă şi broşare ghidată.

A. Broşarea liberă. În cazul prelucrării unor suprafeţe închise şi simetrice (figura 15.4,a,b), datorită echilibrării forţelor pe conturul suprafeţei, broşarea se execută fără o ghidare a sculei de către un organ al maşinii, piesa orientându-se în raport cu scula.

B. Broşarea ghidată. În cazul unor suprafeţe deschise şi nesimetrice (figura 15.3,a,b, figura 15.4,c), forţele de pe conturul suprafeţei dau o rezultantă care tinde să scoată scula din aşchiere, menţinerea acesteia făcându-se prin elemente suplimentare de ghidare.


Figura15.3 Tipuri de mişcări folosite folosite la obţinerea suprafeţei Sp

Figura15.4 a) broşarea prin tragere, b)broşarea prin împingere, c) forma constructivă a broşei elicoidale

15.3. Particularităţi constructive ale broşei

În figura 15.5, pe exemplul unei broşe de prelucrat o suprafaţă cilindrică exterioară, se redau elementele constructive şi geometrice ale acesteia. Constructiv, broşa prezintă următoarele părţi componente (figura 15.5,a):- l1, coada broşei care are rolul de a face legătura între sculă şi maşina-unealtă;- l2, partea de ghidare anterioară cu rolul de a ghida broşa pe suprafaţa iniţială (de prelucrat) a piesei;

135

- l3, pa/tea activă a broşei pe care se găsesc dinţii aşchietori de degroşare, finisare, calibrare şi rezervă (uneori), reprezentând prin urmare partea utilă;- l4, partea de ghidare posterioară (din spate) cu rol de ghidare până când ultimul dinte iese din contact cu materialul de prelucrat;- /5, coada din spate a broşei existentă numai în cazul utilizării maşinilor de broşat semiautomate şi automate.

Se observă că, prin construcţie broşa este o sculă foarte lungă, zveltă, motive pentru care execuţia, tratamentul termic şi ascuţirea ridică probleme deosebite, care se traduc printr-un cost ridicat al ei.

a)

b)

c) d)

Figura 15.5 a) părţi constructive ale broşei, b) prelucrarea prin broşare a unei suprafeţe; c) tipuri de dinţi ai broşei

Broşele se execută din oţel rapid sau din bare de oţel de construcţie pe care sunt lipite plăcuţe din carouri metalice. Se pot realiza şi construcţii cu dinţii aşchietori demontabili.

15.4. Particularităţi ale procesului de broşare


Pentru prelucrarea suprafeţei (figura 15.5,b), piesa este găurită iniţial la diametrul d, gaură în care se introduce broşa cu partea de ghidare anterioară, formând cu aceasta un ajustaj alunecător.

Dinţii broşei (figura 15.5,c,d) sunt de trei categorii (grupaţi pe trei zone):- dinţii de degroşare, cuprinşi într-un con imaginar cu unghiul relativ mare, sunt caracterizaţi printr-o supraînălţare a = 0,1...0,3 mm (în funcţie de materialul de prelucrat şi forma suprafeţei);- dinţii de finisare, cuprinşi într-un con imaginar cu unghiul 1 mai mic, sunt caracterizaţi printr-o supraînălţare a = 0,01...0,02 mm;- dinţii de calibrare şi rezervă, cuprinşi într-un cilindru imaginar nu prezintă supraînălţare (a = 0 mm).

Prin reascuţire, cele două conuri şi cilindrul se deplasează spre dreapta cu un dinte, fostul prim dinte de calibrare devine ultimul dinte de finisare. Scula se poate reascuţi de atâtea ori câţi dinţi de calibrare există.

Unghiul de degajare a se alege funcţie de materialul de prelucrat, în timp ce unghiul de aşezare a are valori mici (1°...3°) pentru evitarea pericolului de decalibrare a broşei după reascuţiri repetate (figura 15.6). Pentru dinţii de calibrare, care dau forma finală a suprafeţei, problema decalibrării este şi mai importantă, unghiul de aşezare având valori şi mai mici (a = 0°30’).

Când este necesar ca suprafaţa prelucrată să fie netezită şi tasată, partea activă a broşei se termină cu dinţi de netezire (figura 15.7).

Datorită grosimii mici a aşchiei, valorii mici a raportului a/b şi vitezei mici de aşchiere (v = 6...8 m/min), creşte rolul razei de rotunjire a tăişului, valoarea acesteia trebuie să fie foarte mică (rn = 0,008...0,025 mm).

Procesul de aşchiere are loc cu deformaţii plastice intense şi cu vibraţii. Ca urmare, la broşare trebuie să se utilizeze medii de aşchiere cu proprietăţi foarte bune de ungere.

Aşchia îndepărtată de un dinte (de pe toată lungimea piesei) se degajă într-un spaţiu închis şi trebuie să trebuie să încapă în canalul din faţa sa (figura 15.1). Capacitatea de aşchiere a broşei depinde de dimensiunile canalului pentru cuprinderea şi evacuarea aşchiilor (figura 15.8). Volumul canalului V trebuie să fie de k ori mai mare de cât volumul aşchiei deformate Va.

137

Figura 15.6 Evoluţia unghiului de aşezare αa

Figura 15.7 Forma dinţilor de netezire

Coeficientul k se calculează cu relaţia: (15.1)

unde: - A, secţiunea axială a canalului pentru aşchii; - Lp, lungimea de broşat; - a, grosimea aşchiei ridicată de un dinte; - b, lăţimea de broşare.

Valoarea coeficientului de umplere (afînare) k este funcţie de modul de formare a aşchiilor, de forma acestora şi de natura materialului de prelucrat (k = 2...2,5 pentru materiale fragile şi k = 2,5...6 pentru materiale ductile). Funcţie de lungimea de broşare şi forma aşchiilor se determină analitic forma şi dimensiunile canalului de cuprindere a aşchiilor.

Pe feţele de aşezare ale dinţilor aşchietori se pot realiza canale de fragmentare a aşchiilor „î” (figura 15.5,b).

Figura 15.8 Forma canalului pentru cuprinderea şi evacuarea aşchiilor

15.5. Scheme de aşchiere la broşare

Din punct de vedere al schemei de aşchiere (modul de divizare al adaosului de prelucrare şi succesiunea îndepărtării lui), se disting următoarele variante: broşarea obişnuită sau broşarea după profil, broşarea prin generare şi broşarea progresivă. Aceste scheme de aşchiere sunt diferenţiate după direcţia supraînălţării pe dinte faţă de adaosul de prelucrare şi vor influenţa construcţia broşei cât şi parametrii procesului de aşchiere. Cele trei variante sunt schematizate în figura 15.9 pentru un profil închis (o gaură pătrată) şi unul deschis.

Figura 15.9 a) broşarea după profil, b)broşarea pringenerare, c) broşarea progresivăA. Broşarea obişnuită sau broşarea după profil (figura 15.9,a) se realizează

Generarea prin brosare atunci când toţi dinţii broşei au supraînălţarea az normală pe generatoarea G (pe profilul suprafeţei de prelucrat), dar nu toţi participă la obţinerea formei finale a suprafeţei.

Toţi dinţii au formă asemănătoare profilului, forma profilului (generatoarei) având-o doar ultimii dinţi. Pentru această schemă de broşare, lăţimea b a aşchiei va fi mare şi ea corespunde conturului de broşat.

Pentru ca forţele de aşchiere să nu depăşească limitele impuse de rezistenţa broşei şi posibilităţile maşinii, este obligatoriu ca grosimea aşchiei ce corespunde supraînălţării pe dinte să fie mică, az = 0,02...0,05 mm şi pe dinţii broşei să existe canale de fragmentarea aşchiei astfel ca lăţimea aşchiei b < 6 mm.

Acesta schemă de aşchiere prezintă următoarele dezavantaje:- supraînălţare mică duce la creşterea apăsării specifice, ceea ce duce la creşterea forţei de aşchiere, durabilitate scăzută a sculei;- lăţimea mare a aşchiei îngreunează înfăşurarea acesteia în canalele dintre dinţii broşei;- grosime mică de aşchie impune număr mare de dinţi (broşa lungă) şi dificultăţi constructive de realizare a supraînălţării între dinţii broşei.

Avantajul este acela că, tehnologic, construcţia broşei este simplă.B. Broşarea prin generare (figura 15.9,b) este caracterizată prin faptul că

supraînălţarea pe dinte se realizează pe direcţia adaosului de prelucrare maxim. Fiecare dinte al broşei participă la realizarea profilului suprafeţei.

Spre deosebire de schema precedentă, lăţimile aşchiei se micşorează cu cât se apropie de suprafaţa finală. Dinţii de finisare şi calibrare trebuie să aibă forma generatoarei teoretice G0 a suprafeţei.

C. Broşarea progresivă (figura 15.9,c) corespunde unei scheme de aşchiere la care supraînălţarea pe dinte se realizează după o direcţie normală pe cea a adaosului de prelucrare maxim. Această variantă este caracterizată prin aceea că lăţimea totală a profilului este împărţită între mai mulţi dinţi de aceeaşi înălţime (grupe de 2-3 dinţi).

Tăişurile principale ale dinţilor broşei se găsesc pe părţile laterale, iar cele secundare sunt dispuse pe conturul generatoarei teoretice. Supraînălţarea pe dinte joacă rolul unui avans generator. Aşchia desprinsă este relativ groasă ceea ce duce la micşorarea forţei specifice, creşterea durabilităţii sculei şi micşorarea lungimii broşei. Dezavantajul major al acestei variante este tehnologia complicată de execuţie a sculei.

15.6. Forţele de aşchiere la broşare

În timpul detaşării aşchiei, rezistenţele de aşchiere determină apariţia componentelor forţei de aşchiere după cele trei direcţii (figura15.10).

139

Figura 15.10 Forţe de aşchiere la broşareÎn cazul broşării simetrice (exemplu prelucrarea canelurilor într-un alezaj)

componentele Ff se echilibrează. Componenta Fp apare numai în cazul în care unghiul de înclinare al dinţilor T 0, caz în care această componentă este preluată de ghidajele maşinii-unelte. Având în vedere că pe un dinte, grosimea aşchiei este constantă, ceea ce atrage după sine păstrarea constantă a apăsării specifice kF, componenta principală Fc , care va solicita broşa la întindere sau compresiune (flambaj), se va calcula cu relaţia:

(15.2)în care:- zsim este numărul de dinţi ai broşei aflaţi simultan în aşchiere;- Fcd de aşchiere pe un dinte al broşei.Numărul de dinţi zsim se calculează cu relaţia:

(15.3)

în care:- Lpeste lungimea piesei de broşat;- p, pasul dinţilor broşei.Forţa de aşchiere Fcd se calculează cu relaţia:

(15.4)în care:- kz1.1 este valoarea principală a forţei specifice de aşchiere;- b, lăţimea totală a aşchiei degajată de un singur dinte;- a, grosimea aşchiei detaşată de un dinte, (supraînălţarea de dinte);- (1-z), valoarea creşterii forţei specifice.Vibraţiile ce apar în timpul procesului de aşchiere sunt de două categorii:

- vibraţii forţate, datorate discontinuităţii procesului de aşchiere (intrări şi ieşiri ale dinţilor din contact cu materialul). Sunt vibraţii de joasă frecvenţă ce influenţează negativ rugozitatea suprafeţei. Pentru diminuarea lor broşele se execută cu dinţi înclinaţi (T 0);- autovibraţii, se datoresc specificului procedeului la care lăţimea aşchiei este foarte mare şi grosimea aşchiei foarte mică. Sunt vibraţii de înaltă frecvenţă ce influenţează hotărâtor rugozitatea, iar acestea se pot diminua prin realizarea canalelor de fragmentare a aşchiilor.

Generararea prin alezare

GENERAREA PRIN STRUNJIRE


Strunjirea este unul din procedeele cele mai răspândite, reprezentând circa 30% din totalul operaţiilor de prelucrare prin aşchiere.

Prin strunjire se pot realiza suprafeţe de revoluţie cilindrice şi conice, exterioare şi interioare, riglate sau profilate, suprafeţe plane elicoidale, elicoidale-spirale şi poligonale, pe piese din orice material în condiţiile unei producţii de serie mică, mijlocie sau mare.

Ca procedeu de prelucrare, strunjirea, asigură o productivitate bună şi precizie suficient de ridicată pentru forma şi dimensiunile suprafeţei generate, astfel încât, pentru multe situaţii, strunjirea poate constitui operaţia finală de prelucrare.

Prelucrarea prin strunjire se realizează cu scule simple (gen sculă elementară), dar şi cu scule profilate.

Maşinile-unelte utilizate se numesc strunguri şi sunt realizate într-o gamă largă de forme constructive şi destinaţii.

Mişcările necesare generării suprafeţei sunt (figura 16.1):- mişcarea de aşchiere, cu traiectorie închisă, de regulă circulară, realizată de piesa semifabricat;- mişcarea de avans, mişcare rectilinie realizată de sculă, într-un plan perpendicular pe direcţia mişcării de aşchiere.

Cele două mişcări se desfăşoară simultan, mişcarea rezultantă de aşchiere, pentru un punct de pe tăişul sculei, fiind o mişcare elicoidală sau spirală după cum mişcarea de avans are loc în lungul axei semifabricatului sau este perpendiculară pe acesta.

Figura 16.1 Mişcări necesare generării suprafeţelor prin strunjire

141

16

16.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin strunjire

Generarea diverselor tipuri de suprafeţe se realizează, în general, cu ajutorul generatoarelor obţinute prin toate procedeele cunoscute (materializate, cinematice, programate) şi a directoarelor cinematice care pot fi circulare sau elicoidale (figura 16.2).

Figura 16.2 Scheme de generare a suprafeţelor prin strunjire

16.2.1. Generarea suprafeţelor cu generatoare materializată

Conform schemelor de generare din figura16.2,d în cazul suprafeţelor Sp de lungime mică (l 10...20 mm) curba generatoare G (materializată de muchia aşchietoare), se află în planul G0, este integral în contact cu materialul piesei şi generează suprafaţa Sp la o rotaţie (mişcarea 1).

Directoarea D de formă circulară este obţinută prin deplasarea punctului M al generatoarei în jurul unei axe OO’ normală la planul D0 şi conţinută în planul D0. Mişcarea 1 necesară obţinerii curbei directoare poate fi executată de planul director (D0), sau de planul generator (G0). Axa OO’ poate fi orizontală sau verticală.

În figura 16.2,b planul generatoarei materializate G'0 este înclinat faţă de planul directoarei D0 cu unghiul . Generatoarea G' din acest plan, poate avea orice formă, ea se sprijină pe tangenta T la directoarea D. Planul G'0 al generatoarei G’ se deplasează pe tangentă cu o viteză VM oarecare. Ca urmare curba generatoare G este descrisă cinematic de punctul K, rezultat din intersecţia generatoarei G' cu un plan G0 normal pe tangentă în M. Acest mod de generare se aseamănă foarte mult cu cel din figura 16.2,a.

În cazul suprafeţelor plane, riglate sau profilate (figura 16.2,e,f) generatoarea se găseşte la intersecţia planelor D0 şi G0.


Prelucrarea prin acest procedeu a unor suprafeţe de revoluţie complexe (figura 16.3), impune realizarea unor scule profilate complicate şi greu de realizat.

O lăţime mare a tăişului sculei (o lungime mare a generatoarei) duce la apariţia vibraţiilor sistemului tehnologic, iar această metodă se aplică în general la fabricaţia de serie mare sau de masă unde este impusă o precizie ridicată şi o calitate bună a suprafeţei prelucrate.

16.2.2. Generarea suprafeţelor cu generatoare cinematică.

În cazul când generatoarea nu poate fi obţinută prin materializare, se utilizează metodele de realizare a traiectoriei generatoare pe cale cinematică.

A. Generatoare cinematică ca traiectorie a unui punct. Figurile 16.2,a,b,c prezintă generarea suprafeţelor cilindrice şi respectiv conice în condiţiile în care generatoarea G se realizează ca traiectorie a punctul K (vârfului dintelui sculei) care se deplasează pe direcţia mişcării rectilinii de avans 2 executată, de regulă, de planul generator G0.

Pentru obţinerea suprafeţelor conice, generatoarea G este înclinată cu unghiul 90° în raport cu axa OO’ care este perpendiculară pe planul director D0 şi în jurul căreia se execută mişcarea 1 (figura 16.2,c).

Utilizarea unor dispozitive speciale permite generarea prin aceiaşi metodă a suprafeţelor sferice (figura 16.4). Traiectoria vârfului sculei (mişcarea de avans) este circulară - o rotaţie în jurul axei verticale, perpendiculare pe axa de rotaţie a semifabricatului în punctul T0 al acesteia, iar directoarea, în toate cazurile, de formă circulară, se realizează pe cale cinematică.

B. Generatoare cinematică ca înfăşurătoare a unei curbe materializate. Se întâlneşte la strunjirea cu cuţite rotative (figura 16.5). Realizarea generatoarei se obţine ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale muchiei aşchietoare a sculei în mişcarea relativă între sculă şi semifabricat. Mişcările 2 şi 3 ale cuţitului rotativ vor fi în aşa fel corelate încât cercul de rază Rr să ruleze pe dreapta de rulare definită în secţiunea axială a semifabricatului. Mişcarea de rotaţie a semifabricatului în jurul axei proprii,

143

Figura 16.3 Prelucrarea unor suprafeţe de revoluţie complexe prin strunjire

Figura 16.4 Generarea cinematică a suprafeţelor sferice

mişcarea 1, reprezintă mişcarea de aşchiere şi se stabileşte din considerente de ordin tehnologic.

Figura 16.5 Strunjirea cu cuţite rotative

16.2.3. Generarea suprafeţelor cu generatoare programată

Prelucrarea suprafeţelor de revoluţie, cu excepţia celor cilindrice, având generatoare de lungime mare şi de formă complicată, impune programarea ca procedeu de realizare a generatoarei.

În figura 16.6 este prezentat un exemplu de realizare a unui arbore profilat, iar în acest caz simultan cu mişcarea de avans longitudinal 2, efectuată de căruciorul strungului, şablonul va determina mişcarea 3, a săniei.

Figura 16.6 Realizarea unui arbore profilat prin strunjire

16.2.4. Generarea suprafeţelor cu directoare programată

Se aplică la prelucrarea unor piese având în secţiunea transversală un profil necircular, axe cu came de exemplu, (figura 16.7).


Figura16.7 Generarea suprafeţelor prin strunjire cu directoare programatăSemifabricatul 1 este fixat pe strung prin intermediul universalului 9. Pe

sania transversală a căruciorului, eliberată de şurubul său conducător, se montează suportul 5 al rolei palpatoare 6. Rola 6 ia contact cu cama 7 care, prin intermediul roţii dinţate 8, se roteşte sincron cu arborele principal al maşinii (pe arborele principal al strungului se găseşte montată o roată dinţată cu acelaşi număr de dinţi cu ai roţii 8). Apăsarea rolei palpatoare 6 pe cama 7 se face sub acţiunea a două resoarte 3, solidarizate de sania transversală şi a tijelor prelungitoare 4 fixate de căruciorul strungului. Mişcarea de avans este realizată de căruciorul strungului, vârful cuţitului 2 descriind generatoarea suprafeţei prelucrate.


Dimensiunile aşchiei, prezentate în figura 16.1, sunt determinate de relaţiile (13.1), (13.2), (13.3) şi (13.4).

Piesa se roteşte cu frecvenţa de rotaţie n [rot/min], asigurând o viteză de

aşchiere, dată de relaţia: (16.1)

unde: [mm]

Cuţitul avansează continuu, realizând o deplasare f [mm], numită avans, în timpul unei rotaţii complete a piesei.

Viteza de avans vf, este direcţionată paralel cu axa piesei şi este dată de relaţia: [mm/min] (16.2)

Considerând piesa fixă, din compunerea vectorială a vitezelor v şi vf, rezultă viteza rezultantă de aşchiere ve, care este tangentă la o elice.

Planul care cuprinde cei trei vectori de viteză (v, vf, ve) se numeşte plan de lucru.Unghiul cuprins între v şi ve se numeşte unghiul direcţiei de aşchiere.Unghiul dintre v şi vf (care în acest caz este 90°) se numeşte unghiul direcţiei de avans.

Relaţia pentru determinarea lui este:

145

(16.3)

La operaţiile de rabotare, mortezare şi broşare unde în timpul aşchierii nu există o mişcare de avans (vf = 0) şi unghiul va fi zero.

În procesul de strunjire, datorită realizării simultane a mişcărilor de aşchiere şi avans, direcţia rezultantă de aşchiere va diferi de direcţia de aşchiere, ceea ce va duce la modificarea unghiurilor reale 0 şi 0.

În figura 16.8 se prezintă geometria efectivă (funcţională) a cuţitului de strung, respectiv valorile unghiurilor sculei pe care aceasta le ia în timpul desfăşurării procesului de aşchiere.

Figura 16.8 Geometria funcţională a cuţitului de strungSistemul de referinţă efectiv este determinat de următoarele plane:

- planul de bază efectiv Pre, trece prin punctul considerat pe tăiş şi este perpendicular pe direcţia rezultantă de aşchiere;

- planul de lucru efectiv Pfe, trece prin punctul considerat pe tăiş este perpendicular

Generararea prin alezarepe planul de bază efectiv şi este determinat de cei trei vectori de viteză (v, vf, ve);- planul muchiei aşchietoare efectiv PTe, plan tangent la muchie în punctul considerat şi conţinând viteza efectivă ve;- planul de măsurare efectiv Poe, trece prin punctul considerat pe tăiş şi este perpendicular pe planul de bază efectiv şi planul muchiei aşchietoare efectiv.

Din figura 16.8 rezultă că în planul de lucru efectiv, respectiv în planul de măsurare efectiv, unghiurile de degajare şi aşezare au valorile:fe = f + fe = f – (16.4)oe = o +o oe = o – o

Unghiurile de degajare efective (fe, oe) sunt mai mari, unghiurile de aşezare efective (fe, oe) sunt mai mici, decât cele constructive (o, o).

Pentru prelucrările de retezare (figura 16.9) unghiul se poate determina cu

relaţia: (16.5)

Pentru zona diametrelor mici (la finalul operaţiei), unghiul poate lua astfel de valori încât unghiul de aşezare să devină nul sau chiar negativ.

Pentru operaţii de strunjire cilindrică exterioară (figura 16.10) unghiul 0 în

planul de măsurare are expresia: (16.6)

În acest caz, unghiul 0 poate ajunge la valori comparabile cu cele ale unghiului de aşezare numai la lucrul cu avansuri mari (cazul prelucrării filetelor cu pas mare şi al melcilor).

De aceea geometria constructivă a sculei se adoptă pornind de la geometria efectivă, impusă de condiţiile de prelucrare şi avansul adoptat.

16.4. Generarea prin strunjire a diverselor tipuri de suprafeţe

147

Figura 16.9 Unghiul η la strunjirea de retezare

Figura 16.10 Unghiul η la strunjirea cilindrică exterioară

A. Suprafeţele simple (cilindrice, conice şi plane) se obţin prin mai multe variante de prelucrare ce au în comun următoarele elemente:- folosesc scule (cuţite de strung) standardizate;- mişcarea de aşchiere 1 este o mişcare de rotaţie a piesei;- mişcarea de avans 2 este o translaţie, de regulă continuă şi simultană cu mişcarea 1, executată de către sculă;- înaintea fiecărei treceri, cuţitul primeşte mişcarea de deplasare 3, pe direcţie perpendiculară/paralelă la axa de rotaţie, în sensul pătrunderii în adâncimea adaosului de prelucrare.

Schemele de aşchiere privind prelucrarea prin strunjire a suprafeţelor cilindrice, conice, plane exterioare şi interioare sunt prezentate în figura16.11.

Curbele D sunt realizate cinematic, iar curbele G sunt materializate sau cinematice.

Figura 16.11 Strunjirea suprafeţelor cilindrice, conice, plane exterioare şi interioare

Generarea suprafeţelor conice cu generatoare cinematică se poate realiza prin următoarele metode:

Generararea prin alezare- rotirea săniei port cuţit cu unghiul (semiunghiul suprafeţei conice), mişcarea 2 realizându-se manual (figura 16.11,e);- utilizarea unui dispozitiv de copiat, care necesită decuplarea şurubului de avans transversal (figura 16.11,f);- deplasarea transversală a păpuşii mobile (figura16.11,g), metodă aplicată la suprafeţe conice de lungime mare şi unghi mic (max. 8°). Mărimea deplasării păpuşii mobile (h = Lsin) se determină din condiţia ca generatoarea suprafeţei conice să fie paralelă cu direcţia mişcării de avans longitudinal.

B. Canalele circulare şi suprafeţele profilate de revoluţie sunt suprafeţe compuse semideschise caracterizate prin două sau mai multe suprafeţe adiacente. Pot fi dispuse pe suprafeţe plane, de revoluţie exterioare sau interioare. Pentru mărirea productivităţii şi preciziei se recomandă ca suprafeţele componente să fie realizate simultan. Ca urmare, generarea (figura 16.12), trebuie să se facă cu ajutorul generatoarelor materializate şi directoarelor cinematice. Strunjirea suprafeţelor profilate se realizează cu ajutorul cuţitelor profilate.

Figura 16.12 Generarea prin strunjire a canalelor circulare şi a suprafeţelor plane de revoluţie

16.5. Regimul de aşchiere la strunjire

Valorile pentru parametrii regimului de aşchiere se stabilesc în ordinea ap, f şi v, funcţie de condiţiile de lucru.

Adâncimea de aşchiere ap [mm], capătă valori funcţie de adaosul de prelucrare şi este limitată de rigiditatea şi puterea sistemului tehnologic. Se recomandă ca adâncimea de aşchiere pentru operaţia de degroşare să fie egală cu adaosul de prelucrare. Recomandarea este valabilă şi pentru finisare cu condiţia asigurării preciziei şi rugozităţii suprafeţei.

Avansul de aşchiere f [mm/rot], depinde de rezistenţa sculei, a mecanismelor de avans, a momentului de torsiune admis, de rigiditatea elementelor

149

sistemului tehnologic, precizia şi calitatea suprafeţei prelucrate, ultimii doi factori influenţând alegerea avansului la operaţiile de finisare. La strunjirea cu cuţite profilate avansul este de zece ori mai mic decât cel utilizat la strunjirea cu generatoare cinematică.

Pentru operaţii de finisare valoarea avansului se poate calcula, funcţie de rugozitatea impusă suprafeţei (Ra), cu o relaţie de forma:

[mm/rot] (16.7)

Avansul adoptat pe maşină va fi inferior celui calculat sau ales. Viteza de aşchiere v [m/min], poate căpăta valori optime funcţie de ansamblul parametrilor procesului de aşchiere conform relaţiei:

[m/min] (16.8)

în care: T [min] este durabilitatea sculei; m - exponentul durabilităţii; Cv, xv, yv, n - coeficient şi exponenţi depinzând de caracteristicile materialului de prelucrat; HB - duritatea materialului de prelucrat; K - produs de coeficienţi de corecţie.Turaţia corespunzătoare vitezei calculate se determină cu relaţia:

[rot/min] (16.9)

în care: v [m/min] este viteza de aşchiere calculată cu relaţia (16.9);D [mm] - diametrul semifabricatului.Valoarea obţinută se pune de acord cu turaţiile maşinii-unelte, alegându-se

turaţia (nr) cea mai apropiată, imediat inferioară sau imediat superioară cu respectarea condiţiei ca variaţia vitezei să fie v < 5%.

Viteza reală de aşchiere se calculează cu relaţia:

[m/min] (16.10)

În final se verifică variaţia vitezei cu relaţia:

(16.11)


Componentele forţei de aşchiere la strunjire sunt aceleaşi ca la rabotate şi se pot calcula cu relaţii de forma (13.7) şi (13.8), în care constantele şi exponenţii capătă valori funcţie de materialul aşchiat şi de particularităţile prelucrării.

Puterea necesară la aşchiere se determină cu relaţia (13.9).

17


GENERAREA PRIN BURGHIERE


Burghierea este procedeul de prelucrare prin aşchiere, de productivitate relativ mare, care are drept scop obţinerea unui alezaj în material plin. Se realizează cu scule aşchietoare denumite burghie ce au partea activă constituită din unul sau mai mulţi dinţi aşchietori, de tip sculă elementară. Tăişurile principale ale sculei de burghiat se extind până la axa acesteia, transformând în aşchii întregul adaos de prelucrare, suprafaţa realizându-se la o singură trecere.

Prelucrarea se poate realiza pe maşini de găurit sau pe alte tipuri de maşini-unelte (strunguri, freze, maşini portabile, maşini agregat, etc.).

Mişcările necesare generării suprafeţei sunt (figura 17.1):- mişcarea de aşchiere este o mişcare de rotaţie executată de obicei de către sculă;- mişcarea de avans, realizată tot de sculă, este o mişcare continuă, rectilinie, de-a lungul axei sculei, piesa fiind fixă în timpul prelucrării.

17.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin burghiere

Pentru generarea suprafeţelor găurilor prin burghiere se foloseşte varianta de generare din figura 17.2, conform căreia suprafaţa Sp se obţine cu ajutorul unei directoare D circulară, materializată de forma sculei într-o secţiune normală pe axa de rotaţie, iar generatoarea G, de formă rectilinie sau curbilinie, materializată prin construcţia sculei aşchietoare, face un unghi de 90° cu planul D0.

Generatoarea G execută mişcarea circulară 1 şi o mişcare de avans de generare 2 paralelă cu axa de rotaţie şi în sensul pătrunderii sculei în gaura de prelucrat. Pentru transformarea întregului adaos de prelucrare în aşchii procedeul foloseşte o sculă de găurire denumită burghiu elicoidal a cărui construcţie (figura 17.3) este de forma unui corp de revoluţie, prevăzut de regulă cu doi dinţi (prinşi

151

Figura 17.1 Mişcările necesare generării suprafeţelor prin burghiere

Figura 17.2 Generarea teoretică a suprafeţelor prin burghiere

într-o bară coaxială cu axa găurii), având fiecare perechi de tăişuri (principal şi secundar) asemenea unui cuţit pentru strunjire interioară. Elementele componente ale părţii active sunt prezentate în figura 17.4. Diametrul părţii active este egal cu diametrul găurii de prelucrat.

Tăişurile principale sunt formate prin intersecţia canalelor de aşchii (de regulă, suprafeţe elicoidale) practicate în corpul sculei, cu suprafeţele de aşezare. Tăişurile secundare sunt formate la intersecţia canalelor pentru aşchii cu suprafaţa periferică cilindrică a sculei.

Tăişurile principal trebuie să aibă extindere pe toată raza găurii, pentru a îndepărta întregul adaos de material (cazul găuririi în plin).

Tăişurile secundare au unghiul de atac ’r , practic egal cu zero, netezind suprafaţa cilindrică a găurii. De-a lungul tăişului secundar există o faţetă cilindrică cu unghi de aşezare zero, având funcţia feţei de aşezare secundare de la cuţitul de strung şi rolul de a ghida scula în gaură.

În cazul burghielor elicoidale, tăişurile principale nu sunt concurente cu axa burghiului, deoarece între canalele elicoidale se lasă un miez cilindric, pentru creşterea rezistentei burghiului. Pe porţiunea acestui miez, tăişurile principale se continuă până la axa burghiului prin tăişul transversal.

Mişcarea de aşchiere prin care tăişurile principale detaşează aşchii este efectuată, de regulă, prin rotaţia sculei şi numai în anumite cazuri prin rotaţia piesei (ca de exemplu la găurirea pe strung) sau excepţional prin rotaţia simultană a sculei şi piesei. Această mişcare se execută în plan orizontal sau vertical.

Cota diametrală a găurii este reprodusă prin diametrul corespunzător al sculei, iar avansul de reglare radial pentru realizarea adâncimii de aşchiere nu mai

Figura 17.3 Elemente constructive ale burghiului elicoidal

Figura 17.4 Elemente componente ale părţii active a burghiului

Generararea prin alezareeste necesar în acest caz.

17.3. Cinematica burghierii şi dimensiunile aşchiei.

Pentru detaşarea aşchiei, tăişului burghiului elicoidal, trebuie să i se imprime o mişcare de rotaţie (mişcarea de aşchiere) cu n [rot/min] în jurul axei găurii de prelucrat, precum şi o mişcare de translaţie (mişcarea de avans) în lungul aceleiaşi axe (figura 17.1).

Viteza în mişcarea de rotaţie (mişcarea de aşchiere), pentru un punct de rază R al muchiei aşchietoare, se calculează cu relaţia:

[m/min] (17.1)

Datorită poziţiei muchiei aşchietoare în raport cu axa burghiului, vitezele în mişcarea de aşchiere a punctelor A şi B sunt diferite. Ca urmare traiectoriile punctelor A şi B sunt linii elicoidale cu înclinări diferite (figura 17.5). Unghiul direcţiei de aşchiere este variabil în lungul muchiei aşchietoare, lucru ce are influenţe asupra geometriei funcţionale.

Translaţia în lungul axei găurii de prelucrat constituie mişcarea de avans, având viteza vf, dată de relaţia:

[mm/min] (17.2)în care f [mm/rot], este avansul.

Muchia aşchietoare AB generează suprafaţa aşchiată sub forma unei suprafeţe elicoidale riglate cu pas egal cu avansul f (figura 17.6). Suprafaţa generată de muchia de aşchiere secundară este o suprafaţă cilindrică (suprafaţa prelucrată).

În figura 17.7, sunt prezentaţi parametrii tehnologici ai aşchiei la burghiere, pentru câteva cazuri tipice.

c)153

Figura 17.5 Cinematica burghierii Figura 17.6 Suprafeţe generate la burghiere

a) b) d)Figura17.7 Parametrii tehnologici ai aşchiei la burghiere

Se defineşte planul de lucru, într-un punct de rază r al tăişului, ca fiind un plan ce conţine punctul considerat şi este tangent la cilindrul de rază r coaxial cu burghiul (figura 17.8).

Adâncimea de aşchiere ap, definită ca mărimea contactului tăişului principal al sculei cu semifabricatul, măsurată într-o direcţie perpendiculară pe planul de lucru, este egală cu raza alezajului prelucrat, cu excepţia burghiului carotier (figura 17.7,b). La burghiul ejector (figura 17.7,c), tăişul principal este discontinuu, adâncimea de aşchiere se obţine prin însumarea lăţimilor de aşchiere corespunzătoare dinţilor sculei.

Avansul pe dinte fd este definit ca distanţa între două suprafeţe de aşchiere consecutive măsurată pe direcţia de avans. Pentru burghiul elicoidal, valoarea avansului este dată de relaţia:

[mm/rot] (17.3)Pentru burghiele cu un singur tăiş (figura 17.7,d), avansul este f = fd.Forma aşchiei (grosimea aşchiei) la burghiere se modifică odată cu

schimbarea geometriei sculei, crescând odată cu creşterea unghiului de atac, conform relaţiei: (17.4)

17.4. Geometria burghiului elicoidal

Datorită faptului că mişcarea de aşchiere şi mişcarea de avans se realizează simultan, parametrii geometrici ai burghiului elicoidal sunt unghiuri constructive şi unghiuri funcţionale (active).

1.Unghiurile constructive. Datorită modului cum este conceput burghiul elicoidal, parametrii geometrici constructivi vor fi definiţi ca pentru o sculă de strunjit interior, în punctul M al tăişului principal (figura 17.8), se definesc:- r , unghiul de atac principal, măsurat între proiecţia tăişului principal în planul de bază şi direcţia de avans;- M, unghiul de aşezare, măsurat în plan paralel cu axa burghiului ce conţine direcţia mişcării de aşchiere, format de planul tangent la faţa de aşezare principală şi direcţia mişcării de aşchiere;- M , unghiul de degajare, măsurat între planul de bază constructiv şi planul tangent la faţa de degajare principală, în planul de măsurare (plan normal pe muchia aparentă aşchietoare);

Generararea prin alezare- M, unghiul de înclinare al elicei suprafeţei elicoidale a feţei de degajare (canalelor de evacuarea aşchiilor), măsurat în planul de lucru;- M, unghiul de înclinare al muchiei aşchietoare, definit ca unghiul dintre planul de bază constructiv, corespunzător punctului M şi muchia aşchietoare principală;- t şi t, unghiurile de aşezare şi degajare ale tăişului transversal (tăişul rezultat din intersecţia celor două suprafeţe de aşezare principale ale celor doi dinţi ai burghiului);- , unghiul de înclinare al tăişului transversal, măsurat între proiecţiile muchiilor aşchietoare ale tăişurilor principale şi a tăişului transversal, într-un plan perpendicular pe axa burghiului;- ’r unghiul de atac secundar, măsurat între tangenta la muchia aşchietoare secundară şi direcţia de avans;- r, unghiul la vârf.

În planul de lucru, unghiul de degajare M este egal cu unghiul de înclinare al suprafeţei elicoidale a feţei de degajare.

(17.5)Pasul canalului elicoidal fiind acelaşi, oricare alt punct 8 de pe tăişul

principal va avea alt unghi mai mic, corespunzător diametrului pe care este înfăşurată elicea.

sau (17.6)

Între unghiul de degajare M şi M există o legătură de forma:

(17.7)

Unghiul de degajare real M , definit în planul ce conţine direcţia reală de degajare a aşchiilor este diferit de mărimea dată de relaţia (17.7), pentru punctele dinspre axa burghiului, unde are valori uşor negative.

2. Unghiuri funcţionale. La burghiele elicoidale, datorită poziţiei particulare a muchiilor aşchietoare, parametrii geometrici funcţionali diferă substanţial, în anumite puncte de pe tăiş, faţă de valorile constructive. Unghiurile de aşezare Me

şi de degajare Me, definite în planul de lucru, se definesc în raport cu planul de bază funcţional, plan ce conţine punctul considerat pe tăiş şi este perpendicular pe direcţia mişcării rezultante de aşchiere (ve).

Unghiul direcţiei mişcării de aşchiere în punctul M, se determină cu relaţia:

(17.8)

Valorile unghiurilor funcţionale Me şi Me sunt: (17.9)

155

Figura 17.8 Geometria burghiului elicoidalPentru o anumită mărime a avansului, unghiul de aşezare funcţional scade

spre axa burghiului, ceea ce impune realizarea unui unghi de aşezare constructiv crescător spre axa burghiului (până la 25...30°).

Unghiul de degajare funcţional este întotdeauna mai mare decât cel constructiv. Unghiul de degajare t al tăişului transversal are valori negative (-15°... -45°), iar unghiul de aşezare t are valori mici. Ca urmare, are loc o deformare intensă a aşchiei, cresc forţele de frecare, se măreşte lucrul mecanic de aşchiere şi creşte cantitatea de căldură dezvoltată. Micşorarea unghiului de înclinare al tăişului transversal conduce la creşterea unghiului t, deci la îmbunătăţirea condiţiilor de formare a aşchiei, dar şi la creşterea lungimii acestui tăiş.

La burghiere, mai mult decât la alte procedee de aşchiere, condiţiile de lucru variază mult în lungul muchiilor aşchietoare, pe de o parte datorită variaţiei vitezei mişcării de aşchiere, iar pe de altă parte, datorită modificării substanţiale a valorilor parametrilor geometrici funcţionali.

17.5. Uzura burghiului elicoidal.

Tăişurile secundare ale celor doi dinţi, sunt puternic solicitate termic, datorită frecărilor cauzate de unghiurile mici de atac şi de aşezare (t = 0) şi

Generararea prin alezaredatorită faptului că ele, având raza maximă, lucrează cu cea mai mare viteză de aşchiere dintre toate punctele tăişurilor active.

Condiţiile de evacuare a căldurii din zona de aşchiere prin sculă sunt dificile, deoarece toţi dinţii sculei se află permanent în contact cu aşchia şi suprafaţa prelucrată. Faptul că aşchia rămâne mult timp în zona de aşchiere, pătrunderea mediului de aşchiere este dificilă. Cantitatea de căldură ce revine sculei de burghiat, din totalul căldurii degajate în proces, este mai mare cu circa 15%.

Temperaturile maxime se găsesc pe faţa de degajare, în zona vârfului dintelui sculei şi în lungul tăişului transversal. Uzura burghiului este mai accentuată în aceste zone, uzura maximă manifestându-se în zona vârfurilor sculei (figura 17.9).

Figura 17.9 Uzura burghiului elicoidalLa burghiul elicoidal se deosebesc următoarele forme de uzură:

- uzura feţei de aşezare principale (criteriul VB);- uzura feţei de degajare (criteriul KB);- uzura colţului burghiului (criteriul VBmax);- uzura faţetelor (criteriul VA);- uzura tăişului transversal (criteriul VBT).

Uzura de colţ conduce la scurtarea lungimii părţii active a burghiului prin reascuţire. Uzura faţetelor duce la formarea unei conicităţi, putându-se produce înţepeniri ale sculei urmate de ruperi ale acesteia. Uzura tăişului transversal produce mărirea exagerată a forţei de avans.

Uzura caracteristică a burghielor, datorită căreia se consideră că burghiul îşi pierde capacitatea de aşchiere şi necesită să fie reascuţit, este uzura feţei de aşezare (criteriul VB) la burghierea oţelurilor. La prelucrarea fontelor uzura caracteristică este uzura de colţ (criteriul VBmax).

În vederea creşterii durabilităţii burghielor elicoidale, se pot aduce o serie de modificări constructive privind modificarea geometriei părţii active

În figura 17.10 sunt prezentate câteva dintre geometriile utilizate în scopul creşterii durabilităţii sculei: ascuţirea dublă (figura 5.10,a); ascuţirea Elbitor (figura 17.10,b) şi ascuţirea cu tăişuri curbe (figura 17.10,c).

157

Figura 17.10 Tipuri de geometrii utulizate pentru creşterea durabilităţii burghielor

17.6. Regimul de aşchiere la burghiere

Adâncimea de aşchiere ap , conform schemelor din figura 17.7, este dată de

relaţia: [mm] (17.10)

Avansul f, se calculează cu o relaţie de forma: [mm/rot] (17.11)

în care: Kf este coeficientul de corecţie în funcţie de lungimea găurii burghiate: C f, constantă ce depinde de natura şi duritatea materialului aşchiat; D [mm] diametrul burghiului.

Viteza de aşchiere v se stabileşte cu relaţia:

[m/min] (17.12)

în care: D este diametrul burghiului; T [min] durabilitatea economică a burghiului; f [mm/rot] avansul; Cv şi exponenţii, se aleg din tabele, în funcţie de calitatea materialului de prelucrat şi a materialului sculei; Kv, coeficient de corecţie.

Turaţia burghiului sau a piesei (după caz), se determină cu relata:

[rot/min] (17.13)

Parametrii regimului de aşchiere calculaţi trebuie adaptaţi la posibilităţile de realizare ale maşinii-unelte pe care se face operaţia de burghiere.

17.7. Forţele, momentul şi puterea de aşchiere

Datorită faptului că burghiul poate fi considerat ca un ansamblu de scule de strunjit interior, componentele forţei de aşchiere sunt de aceeaşi natură cu cele ce apar la strunjirea interioară, în afara acestor componente trebuie să se ţină seama că la găurire, în zona tăişului transversal, detaşarea aşchiei este mult îngreunată de

Generararea prin alezareunghiurile negative ale acestui tăiş, precum şi de forţele mari de frecare de pe cele două feţe de aşezare principale.

Pentru calculul forţei de aşchiere (figura 17.11) se consideră un element de aşchie de lăţime db şi grosime a.

Figura 17.11 Elemente necesare calculului forţei la burghiereForţa tangenţială (de aşchiere) elementară se poate exprima prin:

(17.14)sau, ţinând seama de dependenţa dintre forţa specifică Kc şi grosimea aşchiei:

(17.15)

cunoscând că şi , forţa de aşchiere totală, pentru un tăiş, se

obţine însumând toate forţele elementare ce acţionează pe secţiunea aşchiei, adică prin integrarea relaţiei (17.15).

(17.16)

Momentul total de aşchiere se obţine înmulţind momentul ce acţionează pe un tăiş cu numărul tăişurilor sculei:

(17.17)

Forţa elementară normală pe tăiş dFn, prin descompunere, conduce la forţele dFA în direcţia axei sculei şi dFr în direcţia razei punctului considerat. Se observă că, pentru un burghiu cu tăişuri simetrice, suma forţelor dFr este nulă şi că forţa axială este egală cu suma forţelor elementare dFA corespunzătoare tăişurilor sculei, la care se adaugă forţa axială datorată tăişului transversal FT.

În practică, se utilizează, atât pentru calculul forţei axiale cât şi a momentului şi relaţii de tip exponenţial de forma:

[N] (17.18)

[Nm] (17.19)

în care constantele, exponenţii şi coeficienţii de corecţie se determină experimental,

159

pentru cazuri concrete de aşchiere.Alte relaţii de calcul pentru eforturile de aşchiere sunt:

- forţa de aşchiere

[N] (17.20)

- forţa specifică de aşchiere

[N/mm2] (17.21)

Puterea efectivă la burghiere se poate calcula cu relaţia:

[W] (17.22)

Energia specifică de aşchiere:

[ j/mm3] (17.23)

în care: M [Nm], momentul de torsiune; D [mm], diametrul burghiului;n [rot/min], turaţia burghiului; f [mm/rot], avansul.

18

Generararea prin alezareGENERAREA PRIN LĂRGIRE, ADÂNCIRE


Lărgirea şi adâncirea sunt procedee de prelucrare a unor alezaje realizate anterior prin diverse procedee (turnare, forjare, deformare plastică, tăiere, burghiere, etc.).

Sculele utilizate au în principiu aceiaşi structură constructivă ca şi burghiele.Maşinile-unelte utilizate pot fi cele folosite la burghiere.

Cinematica generării suprafeţelor este similară celei utilizate la burghiere: combinarea unei mişcări de rotaţie în jurul axei sculei, mişcarea 1 şi a unei mişcări de translaţie 2 în lungul aceleaşi axe. Viteza de aşchiere şi avansul de lucru se definesc ca la burghiere, cu precizarea că avansul pe dinte, fd= f/z, este funcţie de numărul de dinţi z ai sculei.

18.2. Lărgirea

Lărgirea este o operaţie specifică prelucrării alezajelor, care are ca scop mărirea secţiunii transversale a acestora, de la diametrul d la diametrul D. Se aplică la prelucrarea unor alezaje brute obţinute prin turnare, forjare sau burghiere (figura 18.1). Se utilizează drept scule burghie uzuale (figura 18.1,a,c) care lucrează în condiţii mai avantajoase neaşchiind cu tăişul transversal. Se folosesc şi scule speciale, numite lărgitoare, care sunt burghie fără tăiş transversal cu mai mulţi dinţi (figura 18.1,b).

Lărgitoarele au tăişuri principale numai pe partea frontală periferică, cu extindere spre centru numai cu ceva mai mari decât grosimea adaosului de prelucrare (care are valori de 1...5 mm).

Figura 18.1 Cinematica operaţiei de lărgire

Lipsa unor tăişuri frontale până în zona axei sculei exclude existenţa tăişului transversal. Lărgitoarele sunt prevăzute cu trei sau patru dinţi. Canalele pentru evacuarea aşchiilor sunt mai puţin adânci, ca urmare a unui volum de aşchii mai redus, detaşat de fiecare dinte al sculei. Scula este mai rezistentă, putând suporta avansuri mult sporite în comparaţie cu burghierea.

18.3. Adâncirea161

Este operaţia de prelucrare a suprafeţelor frontale plane, conice sau profilate, la capătul unor alezaje (figura 18.2). Cinematica generării suprafeţelor este aceiaşi ca la burghiere. Suprafeţele frontale care fac obiectul adâncirii au înclinarea şi forme impuse de destinaţia alezajului.

Figura 18.2 Cinematica operaţiei de adâncireSculele pentru adâncire se caracterizează prin tăişuri frontale cu forme,

orientări şi dimensiuni corespunzătoare suprafeţelor de generat.Adâncitoarele cu cep de ghidare (figura 18.2,a) se folosesc pentru

realizarea locaşurilor cilindrice pentru şuruburile cu cap înecat.Teşitoarele (figura 18.2,b) sunt destinate executării locaşurilor pentru

şuruburile cu cap tronconic sau pentru teşirea alezajelor la unghiuri standardizate de 45°, 60° sau 75°.

Adâncitoarele profilate (figura 18.2,c) se folosesc la imprimarea unor anumite forme fundurilor găurilor (locaşe pentru supape sau robineţi).

Lamatoarele (figura 6.2,d) sunt destinate prelucrării frontale a bosajelor în vederea asigurării perpendicularităţii axei găurii cu suprafaţa frontală adiacentă.

La prelucrarea alezajelor de lungimi mari (figura 18.2,e,f), adâncitorul este prevăzut şi cu tăişuri secundare (laterale) necesare pentru îndreptarea şi curăţirea suprafeţei laterale, precum şi pentru ghidarea sculei. În acest caz scula are rol de lărgitor şi adâncitor.

Pentru prelucrarea găurilor de centrare pe suprafeţele frontale ale arborilor se folosesc burghie de centruire (figura 18.3,a) care sunt practic scule combinate, monobloc, alcătuite din două părţi: un burghiu prevăzut cu două canale drepte sau elicoidale şi un adâncitor teşitor. Pentru realizarea unor suprafeţe interioare în trepte se utilizează burghie în trepte realizate monobloc sau asamblate (figura 18.3,b).


Figura 18.3 a) prelucrarea gâurilor de centrare cu burghie de centruit, b) realizarea unor suprafeţe interioare în trepte cu burghie monobloc sau asamblate

18.4. Regimul de aşchiere

Datorită faptului că sculele pentru lărgire şi adâncire nu au tăişuri transversale, uzura este mai puţin intensă. Lucrul cu sculele de adâncire se poate desfăşura chiar în condiţiile unor uzuri pronunţate ale tăişurilor, în funcţie de rugozitatea cerută suprafeţelor prelucrate. Acest fapt influenţează asupra stabilirii valorii parametrilor regimului de aşchiere.

Adâncimea de aşchiere ap , se stabileşte (figura 18.1 şi 18.2) în funcţie de dimensiunile alezajului înainte şi după prelucrare (d şi D), cu relaţia:

ap = (D – d) / 2 [mm] (18.1)Avansul f, se poate calcula cu relaţia:

[mm/rot] (18.2)în care: D [mm] este diametrul lărgitorului; Cf este constantă funcţie de materialul de prelucrat şi cerinţele tehnice de prelucrare.

Datorită faptului că sculele au număr mare de dinţi (faţă de burghiul elicoidal), valoarea avansului la lărgire şi adâncire va fi mai mare decât la burghiere.

Viteza de aşchiere v, la prelucrarea de lărgire cu scula din oţel rapid, se calculează cu relaţii de forma:

[m/min] (18.3)

18.5. Forţa axială şi momentul de aşchiere

Eforturile de aşchiere la lărgire şi adâncire se manifestă similar ca la burghiere prin forţa axială şi momentul de torsiune.

Acestea se pot calcula cu relaţiile:

163

[N] (18.4)

[Nm] (18.5)

Coeficienţii şi exponenţii relaţiilor (18.4) şi (18.5) se aleg din normative în funcţie de condiţiile de aşchiere.

19

Generararea prin alezareGENERAREA PRIN ALEZARE


Alezarea este procedeul de prelucrare finală a alezajelor cilindrice sau conice obţinute în prealabil prin burghiere lărgire, strunjire interioară sau adâncire în scopul îmbunătăţirii formei geometrice a alezajului, mărirea preciziei dimensionale, îmbunătăţirea rugozităţii suprafeţei prelucrate.

Alezarea se execută cu o sculă specială numită alezor (figura 19.1,a) care se deosebeşte de burghie şi lărgitoare - adâncitoare prin număr mare de dinţi (z = 6...8) sau cu cuţite (figura 19.1,b).

Figura 19.1 Alezare cu scule de tipul alezoarelor şi alezare cu cuţite de alezat

Maşinile-unelte utilizate sunt maşini de găurit maşini de frezat de sculărie şi maşini de alezat şi frezat.

Cinematica generării suprafeţelor prin alezare este similară celei de la burghiere sau lărgire. Suprafeţele cilindrice şi conice interioare se generează utilizând generatoare şi directoare materializate prin construcţia sculei aşchietoare

165

conform variantei din figura 19.1,b,c.Mişcările necesare generării suprafeţei sunt:

- mişcarea de aşchiere 1, rotaţie în jurul axei alezajului de prelucrat, de viteză v = nD /1000 [m/mm];- mişcarea de avans 2, translaţie în lungul axei alezajului de prelucrat, de viteză vf = nfd z [mm/min].

Cele două mişcări, ca şi la burghiere, lărgire şi adâncire, pot fi realizate în mai multe variante tehnologice: piesă rotativă şi sculă în mişcare de avans; piesă în mişcare de avans şi sculă rotativă; piesă fixă şi sculă ce execută ambele mişcări; piesă rotativă şi sculă rotativă şi sculă rotativă şi în mişcare de avans.


Dimensiunile aşchiei. Particularitatea operaţiei de alezare, constă în faptul că, sculele de alezat detaşează un adaos (strat) mic de material (figura 19.1,a).

Adâncimea de aşchiere ap, nu depăşeşte valori de ordinul 0,15...0,25 mm şi se calculează cu relaţia (18.1).

Avansul de lucru f, este mare, datorită numărului mare de dinţi ai alezorului, fapt ce conduce la o productivitate ridicată a operaţiei. Acesta se determină cu relaţia:

[mm/rot] (19.1)în care: fd [mm/dinte] este avansul pe dinte; z, numărul de dinţi.

Unghiul de atac r fiind foarte mic (r - 0,5°...1,5° pentru alezoare de mână, r = 40°...45° pentru alezoare de maşină), grosimea aşchiei a este mică, iar lăţimea aşchiei b capătă valori mari, conform relaţiilor:

[mm] (19.2)

[mm] (19.3)

Ca urmare, forma aşchiei nu este convenabilă pentru aşchiere, ducând la deformaţii plastice mari, intensificarea uzurii feţelor active ale sculei, apariţia vibraţiilor, etc.

Datorită faptului că adaosul de prelucrare este redus, la prelucrarea cu alezoare nu se pot face corecţii ale direcţiei sau ale poziţiei axei găurii prelucrate, alezorul ghidându-se după suprafaţa anterior prelucrată.

Acest inconvenient este înlăturat la prelucrarea de alezare cu cuţite (figura 19.1,d).

Geometria alezorului. Din punct de vedere constructiv, alezoarele se pot clasifica după modul de acţionare (de mână sau de maşină), după forma găurii prelucrate (cilindrice sau conice), după construcţie (monobloc sau cu dinţi demontabili), după modul de reglare (fixe sau reglabile).

Geometria alezorului şi elementele constructive sunt prezentate în figura 19.1. Partea activă a alezorului este alcătuită din partea aşchietoare de lungime l1 şi

Generararea prin alezarepartea de calibrare de lungime l2. Alezoarele ca şi lărgitoarele au tăişuri principale numai pe conul de atac şi acestea se extind spre centru cu ceva mai mult decât grosimea adaosului de prelucrare.

Dinţii de pe partea aşchietoare (conul de atac) sunt ascuţiţi pe faţa de aşezare sub un unghi de aşezare .

Dinţii de pe partea de calibrare, pentru asigurarea unei bune ghidări a alezorului, menţinerea dimensiunii alezorului după reascuţire, micşorarea rugozităţii suprafeţei şi direcţionarea corectă a sculei, sunt prevăzuţi cu o faţetă cilindrică de lăţime f = 0,05...0,4 mm, funcţie de materialul de prelucrat.

Unghiul de atac r se alege în funcţie de tipul găurii prelucrate (străpunsă sau înfundată), natura materialului de prelucrat (moale sau casant), modul de acţionare al alezorului (de mână sau de maşină), având valori de la r = 0,5° până la r = 45°.

Unghiul de atac secundar 'r, avându-se în vedere obţinerea unei bune rugozităţi a suprafeţei prelucrate, este nul.

În partea dinspre coadă, alezorul este prevăzut cu o conicitate inversă (0,04...0,07 mm la alezoarele de maşină), în acest fel, eventualele bătăi ale cozii alezorului nu produc lărgirea găurii prelucrate. Existenţa conicităţii exclude posibilitatea ridicării unor aşchii late sau a blocării alezorului, ca urmare a uzurii, când, alezorul fără conicitate poate deveni conic.

Unghiul de degajare , atât pe conul de atac, cât şi pe partea cilindrică are valori mici (de regulă = 0°), avându-se în vedere realizarea unui proces de răzuire.

Unghiul de aşezare pe partea cilindrică t, este nul, în scopul asigurării unei bune ghidări a sculei.

La prelucrarea unor suprafeţe ce prezintă discontinuităţi (canale de pană), se utilizează alezoare cu dinţi înclinaţi (elicoidali) spre stânga cu unghiul = 60...300.

Materialele utilizate pentru partea activă a alezoarelor sunt oţelul rapid şi materialele metaloceramice.

19.3. Regimul de aşchiere la alezare

Uzura alezoarelor se produce similar cu cea de la burghie sau la lărgitoare (figura 19.2). Aşchia având grosime mică, o uzură redusă a vârfului şi a muchiei aşchietoare secundare duce la creşterea deformaţiilor plastice ale materialului şi la înrăutăţirea rugozităţii suprafeţei prelucrate. Pentru semifinisare, uzura maximă admisă va fi VB = 0,6...0,8 mm.

167

Figura 19.2 Uzura alezoarelorDurabilitatea T a alezorului, corespunzătoare criteriului de uzură adoptat,

este de 18...84 min la prelucrarea oţelului şi 36... 150 min la prelucrarea fontei. Pentru realizarea preciziei dimensionale şi rugozităţii suprafeţei este necesar să se stabilească corect viteza de aşchiere şi uzura limită.

Adâncimea de aşchiere ap, se calculează cu relaţia (18.1).Avansul f, se determină similar ca la lărgire cu relaţia (18.2) şi are valori

mari comparativ cu burghierea, datorită numărului mare de dinţi. Valoarea determinată prin calcul se va adopta la posibilităţile existente pe maşina-unealtă pe care se face prelucrarea.

Viteza de aşchiere v, se stabileşte cu relaţia (18.3), în care constanta Cv şi exponenţii m, x, y se aleg din normative funcţie de condiţiile de aşchiere.

Generarea prin rectificare

GENERAREA PRIN FREZARE.


Frezarea este un procedeu de prelucrare prin aşchiere cu largă utilizare, de productivitate ridicată, utilizat în orice fel de producţie (unicat, serie mică, mare sau masă), corespunzător operaţiilor de degroşare sau semifinisare. Gama de suprafeţe prelucrate este extrem de diversă, cuprinzând suprafeţe plane şi profilate, diverse tipuri de canale, danturile roţilor dinţate, filete, etc. (figura 20.1).

Figura 20.1 Tipuri de suprafeţe prelucrate prin frezare şi cinematica generării suprafeţelor prin frezare

169

20

Sculele aşchietoare utilizate, denumite freze, fac parte din categoria sculelor aşchietoare prevăzute cu z dinţi (scule elementare) montaţi pe un corp de revoluţie cilindric sau conic. Maşina-unealtă denumită de maşină de frezat, realizează mişcări simple (rotaţie, translaţie) necesare generării suprafeţei. Prin utilizarea de dispozitive speciale (de exemplu capete şi mese divizoare), se extinde gama de suprafeţe realizate prin frezare.

Mişcările necesare generării suprafeţelor (figura 20.1) sunt:- mişcarea de aşchiere 1, este o mişcare de rotaţie, executată de sculă, cei z dinţi realizând o aşchiere discontinuă;- mişcarea de avans 2, poate fi rectilinie sau circulară, se produce într-un plan normal pe axa de rotaţie a frezei şi este executată de sculă sau de semifabricat.

20.2. Generarea teoretică a suprafeţelor prin frezare

La baza prelucrării suprafeţelor prin frezare stau două variante de generare prezentate în figura 20.2 şi 20.3.La prima variantă de generare suprafaţa Sp (plană sau profilată), se obţine (fig, 20.2,a) cu:- generatoarea G, de forma unei drepte sau o curbă plană, materializată prin muchiile aşchietoare ale sculei, cuprinsă în suprafaţa exterioară a sculei (de formă cilindrică, conică, sferică, etc.), aflată în contact cu planul G0; a) b)

Figura 20.2 a) Generarea teoretică a suprafeţelor prin frezare cu freză cilindrică, b) generarea suprafeţelor prin frezare cu freză cilindrică

- directoarea D (de formă rectilinie sau curbilinie), se obţine cinematic ca înfăşurătoare a unei curbe cicloidale C. Traiectoria C este descrisă de un punct M al generatoarei G, ca urmare a mişcării de rotaţie f (mişcarea de aşchiere) în jurul axei sculei şi a mişcării de translaţie 2 (mişcarea de avans), executată de planul generator G0. Pentru reglarea generatoarei G la cota suprafeţei Sp este necesară o mişcare 3, executată la începutul fiecărei treceri în scopul pătrunderii în adaosul de prelucrare. Această mişcare aparţine lui G0 sau D0. Pentru a obţine o generatoare teoretică mai mare decât cea materializată de muchia aşchietoare, se fac repoziţionări ale generatoarei materializate după mişcarea 4, executată de G0 sau

Generarea prin rectificareD0. La aşchiere iau parte numai tăişurile de pe periferia cilindrică a frezei; scula neavând tăişuri secundare, fiind denumită freză cilindrică, în figura 20.2,b se prezintă o aplicaţie a acestei variante.

La a doua variantă de generare suprafaţa Sp , în particular o suprafaţă plană, aflată în planul director D0 se obţine (figura 20.3) cu:- generatoarea G, rectilinie, materializată de muchia aşchietoare a sculei (în partea frontală) este normală pe axa sculei. Mişcarea 1 asigură aducerea de noi muchii aşchietoare în contact cu materialul;- directoarea D, o dreaptă sau o curbă (caz particular un cerc) se obţine ca înfăşurătoare a unei curbe cicloidale C, cuprinsă în D0, descrisă de un punct M al generatoarei G, solidar legat de o rulantă care se roteşte cu mişcarea 1 în jurul axei sculei OO' şi se deplasează pe o bază B, rectilinie sau curbilinie, cu mişcarea 2.

a) b)

Figura 20.3 a) generarea teoretică prin frezare cu freză cilindro-frontală, b) generarea suprafeţei prin frezare cu freză cilindro-frontală

Mişcarea 3, executată de planul G0 sau D0 este necesară pentru repoziţionarea curbei G în vederea obţinerii dimensiunilor suprafeţei Sp. Mişcarea 4 este necesară obţinerii generatoarelor mai mari decât cele materializate prin muchia aşchietoare a sculei.În acest caz la aşchiere participă tăişurile de pe periferia cilindrică a frezei şi tăişurile secundare de pe partea frontală, scula fiind denumită freză cilindro-frontală, în figura 20.3,a,b se prezintă o aplicaţie a acestei variante.După cum se vede, curba generatoare G este materializată şi cuprinsă în suprafaţa iniţială a sculei. Pe această suprafaţă se impun cât mai multe tăişuri aşchietoare, ceea ce face ca la o rotaţie a mişcării 1 şi la un avans f pe direcţia mişcării 2 să se obţină o cantitate cât mai mare de aşchii, respectiv o productivitate cât mai ridicată.

Pornind de la aceste considerente, rezultă că forma sculei aşchietoare este un corp de revoluţie pe care sunt aplicaţi z dinţi între care există canale pentru aşchii, fiecare dinte reprezentând o sculă elementară. Datorită mişcării de rotaţie a sculei, dinţii aşchietori intră succesiv în procesul de aşchiere desprinzând aşchii

171

numai în timpul unei perioade scurte la rotirea frezei. Operaţia de frezare este caracterizată de o detaşare discontinuă de aşchii. Prin utilizarea diverselor tipuri de freze şi a anumitor combinaţii între diferitele mişcări de avans (circulare, rectilinii, etc.) se poate realiza o gamă largă de prelucrări prin frezare.

Câteva din suprafeţele prelucrate prin frezare, precum şi tipurile de freze folosite sunt prezentate în figura 20.1. Suprafeţele plane pot fi prelucrate cu freze cilindrice (figura 20.1,a), cu freze cilindro-frontale (figura 20.1,b) şi cu freze frontale (figura 20.1,c). Suprafeţele profilate de tip canal se realizează cu freze profilate (figura 20.1,d,e,f). Prelucrarea altor suprafeţe profilate este prezentată în figura 20.1,g,h,i,j.

20.3. Cinematica frezării şi dimensiunile aşchiei

Pentru detaşarea aşchiei, frezei, trebuie să i se imprime o mişcare se rotaţie în jurul axei sale (mişcarea de aşchiere) şi o mişcare de translaţie perpendiculară pe axă (mişcarea de avans).

Mişcările, direcţiile şi vitezele (de aşchiere, de avans şi rezultante) definite prin STAS 6599/3- 89, sunt prezentate în figura 20.4 astfel:- frezarea cu freză cilindrică în sens contrar avansului (figura 20.4,a);- frezarea cu freză cilindrică în sensul avansului (figura 20.4,b);- frezarea cu freză cilindro-frontală conică (figura 20.4,c).

a)

b)

c)

Figura 20.4 Cinematica frezării

Generarea prin rectificareÎn cazul prelucrărilor prin frezare aşchia este caracterizată de următorii

parametri geometrici şi tehnologici: grosimea aşchiei a, lăţimea aşchiei b, adâncimea de aşchiere t(ap), lăţimea de frezare B, avansul f (avansul pe dinte fz) şi unghiul de contact , între freză şi piesă (figura 20.5).

Figura 20.5 Parametrii geometrici şi tehnologici ai aşchieiUnghiul de contact reprezintă unghiul la centrul frezei sub care se vede

suprafaţa periferică în contact cu adaosul de prelucrare al piesei.Adâncimea de aşchiere t [mm] reprezintă dimensiunea (grosimea) stratului

de aşchiere măsurată pe o direcţie perpendiculară pe axa de rotaţie a frezei sau lungimea contactului dintre sculă şi piesă întru-un plan normal pe axa sculei.

Lăţimea de frezare B [mm] reprezintă distanţa între suprafaţa iniţială şi finală măsurată pe o direcţie paralelă cu axa de rotaţie sau lungimea contactului dintre sculă şi piesă pe o direcţie paralelă cu axa sculei.

Grosimea aşchiei a [mm] reprezintă distanţa dintre două suprafeţe de aşchiere consecutive măsurate pe direcţie normală. In cazul frezării direcţia normală poate fi considerată direcţia radială a frezei. La frezare grosimea aşchiei este variabilă (de valoare a), depinzând de mărimea unghiului .

Avansul de aşchiere f [mm/rot] se defineşte ca mărimea cursei de avans în timpul unei rotaţii măsurată pe direcţia de avans.

Avansul pe dinte fz [mm/dinte] reprezintă distanţa dintre două suprafeţe de aşchiere consecutive măsurată pe direcţia de avans. Spre deosebire de grosimea aşchiei, avansul rămâne constant. Avansul de aşchiere este dat de relaţia:

173

[mm/rot] (20.1)în care : z reprezintă numărul de dinţi ai frezei.

20.4. Geometria frezei

O freză este caracterizată de următoarele elemente geometrice:D este diametrul exterior, z numărul de dinţi ai frezei, pasul unghiular egal cu 2/z, unghiul de înclinare a elicei dinţilor dat de tg = D/zpax, pc pas circular dat de relaţia pc = D/z, - pax pasul axial dat de relaţia pax = pc / tg, pn pasul normal dat de relaţia pn = pc cos.

Geometria frezei cilindrice cu dinţi înclinaţi (figura 20.6). Dinţii frezei sunt elicoidali, unghiul de înclinare a elicei pentru diametrul exterior D fiind unghiul de înclinare a tăişului . în secţiunea y-y apar cele două unghiuri de orientare ale feţei de degajare şi de aşezare, y respectiv y, iar în secţiunea normală N-N apar unghiurile N respectiv N.

Figura 20.6 Geometria frezei cilindrice cu dinţi înclinaţi

Figura 20.7 Geometria frezei cilindro-frontale cu dinţi înclinaţi

Unghiul de înclinare a elicei dinţilor de pe partea cilindrică a frezei

Generarea prin rectificarecorespunde unghiului de înclinare a tăişului T,

Tăişul principal al frezei este corespunzător muchiei VAC şi cuprinde o porţiune frontală VA de unghi r şi o porţiune cilindrică AC de unghi r = 90°. Porţiunea frontală are forma din "detaliul V".

Pentru un punct M de pe tăişul frontal VA se măsoară unghiurile: – nf, nf, în secţiunea A/F, normală pe muchia VA; – x, y, respectiv x şi y, în secţiunile X-X şi Y-Y.

Pentru un punct M1 de pe porţiunea cilindrică a tăişului principal AC: – n1, n1, în secţiunea Nn-Nn normală pe muchia AC;– y1 şi y1, în secţiunea Y-Y (perpendiculară pe axa frezei)

Tăişul secundar este constituit din muchia VB, orientată faţă de axa Y sub unghiul de atac secundar ’r, a cărui mărime influenţează direct rugozitatea suprafeţei. Un unghi ’r mic este favorabil din punct de vedere al rugozităţii suprafeţei prelucrate Sp, dar este defavorabil din punct de vedere al forţelor de frecare şi al amplitudinii autovibraţiilor.

20.5. Frezarea cilindrică

Suprafaţa Sp este generată de muchiile de pe partea cilindrică a frezei (figura 20.8).

Figura 20.8 a) frezare cilindrică contra avansului, b) frezare cilindrică în sensul avansului

Din punct de vedere al sensului celor două mişcări de aşchiere, există două metode: frezare în sens contrar avansului frezare în sensul avansului.

Frezarea contra avansului este prezentată în figurile 20.4,a şi 20.8,a. Grosimea aşchiei este variabilă şi are mărimea a pentru unghiul de poziţie şi creşte de la amin = 0, la valoarea maximă amax = a. Forţa de aşchiere pe dinte creşte treptat (fără să apară şocuri), după care scade brusc la ieşirea dintelui din contact cu aşchia.

Datorită razei de rotunjire a tăişului (rn =0,015...0,03 mm), tăişul dintelui

175

parcurge un spaţiu şi începe să aşchieze când grosimea aşchiei devine comparabilă cu raza rn. Din această cauză apare o frecare mare între dinţi şi materialul aşchiat, respectiv o uzură mare pe faţa de aşezare şi o rugozitate necorespunzătoare a suprafeţei prelucrate.

Componenta orizontală FH a forţelor de aşchiere se opune mişcării de avans preluând jocurile din mecanismele lanţului cinematic de avans, fapt ce duce la diminuarea vibraţiilor. Componenta verticală Fv tinde să scoată piesa din dispozitiv şi să ridice masa maşinii de pe ghidajele sale.

În momentul producerii contactului dinte-aşchie vitezele vaş şi vf sunt coliniare şi în sensuri opuse iar unghiurile şi sunt zero ca apoi ambele să crească (figura 20.4,a). Cum unghiul dintre planele de bază constructiv şi efectiv variază, se va produce o variaţie însemnată a unghiurilor de degajare şi aşezare funcţionale în raport cu cele constructive, variaţii ce trebuie luate în calcul la proiectarea sculei.

Frezarea în sens contrar avansului se recomandă în cazul degroşării pieselor brute cu crustă dură, turnate sau forjate.

Frezarea în sensul avansului este prezentată în figurile 20.4, b şi 20.8,b. Contactul dintelui cu aşchia se face la grosimea maximă amax = a.

Forţa pe dinte, la contactul cu materialul, creşte brusc la valoarea maximă şi apoi scade treptat până la valoarea zero în momentul ieşirii dintelui din contact cu aşchia. Dinţii sculei sunt supuşi la şocuri mecanice şi termice mari, uzura fiind pronunţată pe faţa de degajare a dintelui.

Componenta orizontală FH a forţelor de aşchiere are sensul mişcării de avans, ceea ce impune măsuri constructive pentru preluarea jocurilor din mecanismele lanţului cinematic de avans. Componenta verticală Fv apasă piesa pe masa maşinii.

Frezarea în sensul avansului se utilizează în cazul unor lăţimi mari de aşchiere, la prelucrarea pieselor mici şi subţiri care au rigiditate limitată, la prelucrarea filetelor şi la danturarea cu freze melc. Având în vedere că elementele secţiunii aşchiei sunt variabile, procesul de frezare capătă un pronunţat caracter de neuniformitate.

În scopul uniformizării procesului de aşchiere se impune ca de-a lungul arcului de contact freză-piesă să se afle câţi mai mulţi dinţi în aşchiere.

Pentru o freză cilindrică cu dinţi drepţi, numărul de dinţi aflaţi simultan în

aşchiere, zsim , este dat de relaţia: (20.2)

unde: z - este numărul de dinţi ai frezei; - unghiul de contact freză piesă; D - diametrul frezei; t - adâncimea de aşchiere.

Pentru a obţine o aşchiere uniformă la frezare trebuie să se găsească cel

puţin 2 dinţi în aşchiere, adică: (20.3)

Pentru frezarea cilindrică se pot folosi şi freze cu dinţi înclinaţi (elicoidali) care fac să crească zsim (corespunzător cu înclinarea dinţilor), ceea ce asigură o

Generarea prin rectificaredinamică mai bună a procesului de aşchiere. înclinarea dinţilor cu unghiul T duce la apariţia unei forţe paralelă cu axa frezei. De acest lucru trebuie să se ţină seama la montarea frezei în dispozitivul de prindere pe axul principal al maşinii-unelte, astfel ca freza să fie împinsă de această forţă spre lagărul principal şi nu invers.

20.6. Frezarea frontală

La frezarea frontală (figura 20.1,c), lăţimea de frezare B este mult mai mică decât adâncimea de aşchiere t, iar suprafaţa Sp este generată de muchia secundară. Frezele frontale se execută monobloc (de regulă din oţel rapid) pentru prelucrarea suprafeţelor de dimensiuni mici, canale cu secţiune dreptunghiulară. Pentru frezarea suprafeţelor plane mari se folosesc capete de frezat cu cuţite placate cu carburi metalice.

Geometria dintelui unei freze frontale este prezentată în figura 20.9.Elementele secţiunii aşchiei (figura 20.10) au valori conform relaţiilor:

[mm] (20.4)

[mm] (20.5)

Figura 20.9 Geometria dintelui unei freze frontale

177

O problemă legată de geometria dintelui sculei este aceea a modulul de impact dintre faţa de degajare şi piesă (figura 20.11). Cel mai bun impact este în punctul U, realizabil numai cu valori negative pentru unghiurile n şi T. Favorabile sunt contactele în T şi V. Contactul în S trebuie evitat pentru a proteja vârful sculei. Tipul contactului mai este influenţat şi de poziţia axei sculei faţă de piesă (figur20.12)

Figura 20.12 Influenţa poziţiei axei sculei faţă de tipul contactuluiFrezarea frontală de degroşare, datorită folosirii tăişurilor din carburi

metalice, permite viteze de aşchiere mari şi tinde să înlocuiască frezarea cilindrică.Pentru finisare se deosebesc trei tipuri de freze frontale (figura 20.13): a) b) c)

Figura 20.13 Freze frontale folosite pentru frezarea de finisare

Figura 20.10 Elementele secţiunii aşchiei la frezare

Figura 20.11 Modul de impact dintre faţa de degajare a sculei şi piesă

Generarea prin rectificare- convenţionale, cu număr mare de dinţi ce lucrează cu lăţimi şi avansuri de aşchiere mici (figura 20.13,a);- cu dinţi de netezire (în număr de 1...5) ce au muchie secundară lungă cu ’r = 0 (figura 20.11,b). Asigură o rugozitate foarte bună a suprafeţei dar implică forţe axiale mari;- freze rezultate din combinare primelor două posibilităţi. Freza are unul sau doi dinţi de netezire, radial retraşi şi axial ieşiţi (figura 20.11,c).

Cu aceste scule se prelucrează final suprafeţe plane mari de tipul ghidaje la maşini-unelte, suprafeţe de legătură între carcase, suprafeţe de etanşare, etc.

20.7. Regimul de aşchiere la frezare

În § 20.3 au fost definite mărimile: adâncimea de aşchiere t, lăţimea de frezare B, avansul f (avansul pe dinte fz) şi unghiul de contact , între freză şi piesă. Pentru condiţiile concrete de lucru (materialul de aşchiat, materialul părţii active a sculei, dimensiunile suprafeţei de prelucrat, mediul de aşchiere, etc.) parametrii regimului de aşchiere se stabilesc (determină) în ordinea următoare:- se stabileşte mărimea adâncimii de aşchiere t;- se alege din tabele (prin calcul) avansul pe dinte fd;- se calculează viteza de aşchiere şi turaţia frezei;- se determină puterea necesară la frezare;- se verifică posibilitatea utilizării regimului de aşchiere calculat, pe maşina de frezat aleasă.

Adâncimea de aşchiere. La frezare se va urmări ca întregul adaos de prelucrare să fie îndepărtat la o singură trecere. Dacă adaosurile de prelucrare sunt mari şi puterea maşinii-unelte este insuficientă sau rigiditatea sistemului tehnologic este scăzută, se pot efectua mai multe treceri de degroşare.

Avansul. La frezarea de degroşare se alege din tabele avansul pe dinte fz

[mm/dinte], deoarece acest avans caracterizează mărimea sarcinii pe un dinte al frezei. La frezarea de finisare se alege, din tabele, avansul pe rotaţie al frezei f [mm/rot], în funcţie de rugozitatea impusă suprafeţei Ra, sau se poate calcula avansul pe dinte fz, cu relaţia:

[mm/dinte] (20.6)

Viteza de aşchiere se determină cu o relaţie de forma:

[m/min] (20.7)

Coeficienţii şi exponenţii relaţiilor (20.6) şi (20.7) se aleg din tabele. În final se determină turaţia sculei (corespunzătoare vitezei calculate) cu relaţia:

[rot/min] (20.8)

şi viteza de avans a mesei maşinii de frezat cu relaţia:179

[rot/min] (20.9)Mărimile date de relaţiile (20.8) şi (20.9) se aleg în funcţe de posibilităţile

existente pe maşina-unealtă pe care se execută prelucrarea.

20.8. Forţele şi momentul de aşchiere la frezare

Datorită particularităţilor procesului de frezare, cum sunt: aşchierea cu sculă cu mai multe tăişuri, variaţia numărului de dinţi ce aşchiază simultan, variaţia secţiunii aşchiei precum şi caracterul intermitent al formării aşchiei, mărimea componentelor forţei de aşchiere variază în timpul prelucrării.

Forţele de aşchiere la frezarea cu freză cilindrică. Se vor prezenta pentru cazul general al unei freze cu dinţi elicoidali (figura 20.14). În sistemul de coordonate rotitor legat de sculă, pentru un dinte al frezei cilindrice cu dinţi elicoidali (figura 20.14,a), se definesc componente forţei rezultante de aşchiere R:- Ft (Fc), componenta tangenţială;- Fr(Ff), componenta radială;- Fx (Fp), componenta axială.

Pentru cei zsim dinţi ce aşchiază simultan, rezultantele forţelor pe cele trei direcţii vor fi sumele celor trei forţe ce acţionează simultan. Pentru dinţii aflaţi simultan în aşchiere, rezultanta forţelor tangenţiale Fti determină momentul de torsiune rezistent care încarcă axul principal şi lanţul cinematic principal al maşinii de frezat (figura 20.14,b). Celelalte componente solicită arborele principal la încovoiere şi compresiune precum şi masa maşinii de frezat.

Figura 20.14 Forţele de aşchiere la frezarea cu freză cilindricăDintre toate aceste forte cea mai importantă, ca mărime şi ca acţiune este

forţa tangenţială Ft care reprezintă şi forţa de aşchiere Fc. Pentru un element de tăiş de lăţime db, aflat la poziţia unghiulară (figura 8.5,a) forţa tangenţială elementară, pe un dinte, se poate exprima prin:

(20.10)în care: Kc - este forţa specifică; a - grosimea aşchiei la unghiul .

Generarea prin rectificareŢinând seama de relaţiile deduse în capitolul 17, aceasta din urmă, are

valoarea instantanee dată de expresia:

(20.11)

în care notaţiile sunt cele cunoscute, iar Kz1.1 s-a considerat constant (în realitate Kz1.1 = f (a), adică este variabil).

În cazul în care unghiul de contact este mai mic decât pasul unghiular al danturii frezei, evoluţia forţei tangenţiale va fi cea prezentată în figura 20.15,a pentru freza cilindrică cu dinţi elicoidali şi figura 20.15,b pentru freza cilindrică cu dinţi drepţi. Se constată că forţa tangenţială de frezare variază de la zero la Ftmax , variaţie defavorabilă procesului de aşchiere.

Aceasta este un motiv care impune ca la frezare să se găsească cel puţin doi dinţi simultan în aşchiere, adică, > . în acest caz forţa tangenţială de aşchiere are o variaţie ca în figura 20.15,c. Şi în acest caz forţa tangenţială totală variază în limitele Ftmin şi Ftmax, dar limitele de variaţie sunt mai mici.

Cu cât numărul de dinţi ai frezei este mai mare, deci pasul unghiular este mai mic, se află mai mulţi dinţi simultan în aşchiere şi limitele de variaţie ale forţei totale se apropie.

Variaţia pulsatorie a forţelor de aşchiere este cauza vibraţiilor forţate ce apar la prelucrarea prin frezare.

Relaţiile analitice cu care se determină forţa tangenţială de aşchiere sunt complicate şi greu de utilizat. În practică se foloseşte o valoare medie a forţei tangenţiale, Ftmed, care se poate scrie simplificat sub forma:

[N] (20.12)

Valoarea medie a forţei tangenţiale este mai mică cu 10...30%, faţă de valoarea maximă.Cu forţa tangenţială medie se poate calcula momentul de torsiune M şi puterea necesară la frezare N

[Nm] ; [kW]

Celelalte două componente ale forţei de frezare Ff şi Fp se pot calcula cu relaţii asemănătoare cu cele ale forţei tangenţiale. Pentru cazurile uzuale au fost stabilite relaţii de legătură de forma:

şi coeficienţii de influenţă fiind stabiliţi experimental, a căror valoare variază în limitele 0,3...1.

Forţele de aşchiere la frezarea cilindro-frontală. Considerând cazul frezării frontale complete ( = ) pentru un dinte al frezei aflat la unghiul de poziţie , forţa tangenţială unitară va fi (figura 20.14): urmând raţionamentul prezentat anterior, forţa tangenţială va fi:

(20.13)

181

Rezultă că forţa tangenţială este variabilă cu unghiul de poziţie. Şi în acest caz, forţa tangenţială Ft este componenta principală a forţei de aşchiere Fc şi depinde de natura materialului de prelucrat, lăţimea de frezare, avansul pe dinte, numărul de dinţi ai frezei şi de adâncimea de aşchiere. Pentru calculul componentei Ft se folosesc relaţii de forma (20.12).

Figura 20.15 Evoluţia forţei tangenţiale la frezareLa frezarea cu freza cilindro-frontală numărul de dinţi simultan în aşchiere

este mai mare decât în cazul prelucrării cu freza cilindrică, pentru acelaşi număr de dinţi ai sculei. Aceasta înseamnă că forţele de aşchiere variază în limite mai restrânse şi amplitudinea vibraţiilor forţate este mai mică. La frezarea frontală simetrică, în cazul în care zsim este un număr întreg, se poate considera că forţa aşchietoare este practic constantă, deoarece intrarea unui dinte în aşchiere are loc în acelaşi moment şi la aceeaşi valoare a secţiunii aşchiei. Rezultă că frezarea cilindro-frontală este mai favorabilă decât frezarea cilindrică.

21

Generarea prin rectificare

GENERAREA PRIN RECTIFICARE


Rectificarea este un procedeu de prelucrare ce utilizează scule cu tăişuri constituite din muchiile unei mulţimi de granule abrazive (materiale dure cristaline) legate între ele printr-un liant. Spre deosebire de procedeele prezentate anterior, ce folosesc scule aşchietoare cu partea activă bine definită geometric, la rectificare, tăişurile sunt nedefinite având forme şi orientări necontrolabile.

Procedeul se utilizează atunci când aşchierea cu scule metalice este neeconomică sau imposibilă, cum este cazul prelucrării materialelor foarte dure sau când se impun calităţi de suprafaţă deosebite (precizie ridicată de dimensiuni, formă şi poziţie relativă) şi o suprafaţă optic estetică. Cum aceste cerinţe au tot crescut, alături de aceea de creştere a productivităţii operaţiei, rectificarea s-a dezvoltat şi ea continuu.

Metodele de generare prin rectificare sunt asemănătoare cu cele utilizate la frezare, prelucrările tipice fiind prezentate în figura 21.1.

Figura 21.1 Metode de generare prin rectificarePrelucrarea se realizează pe maşini de rectificat ce au o structură cinematică

asemănătoare cu a maşinilor de frezat. Mişcările necesare generării suprafeţei sunt:

- mişcarea de aşchiere 1, este o mişcare de rotaţie realizată numai de scula abrazivă, la fel ca freza, cu o viteză v = 15...40 [m/s];- una sau două mişcări de avans 2, 3, mişcări efectuate fie de către piesă, fie de

183

către sculă, cu viteze mai mici:- vf = 1...2 [m/min], viteza avansului principal;- fl [mm/rot], avansul de trecere (longitudinal);- ft = 0,01...0,07 [mm/cursă],avansul de pătrundere (transversal);- vp = 20... 100 [m/min], viteza piesei.

21.2. Construcţia sculelor abrazive

Sculele (corpurile) abrazive sunt constituite din granule abrazive legate între ele printr-un liant. Caracteristicile principale ale sculelor sunt: materialele abrazive, granulaţia, gradul de duritate, liantul şi structura (figura 21.2).

Materialele abrazive sunt materiale dure cristaline sub formă de granule care prin muchiile şi vârfurile lor ascuţite au proprietăţi aşchietoare (figura 21.3). Pot fi materiale naturale sau sintetice.,

Electrocorindonul se obţine în cuptoare electrice din bauxită şi cărbune. Se diferenţiază după gradul de puritate în electrocorindon negru (70...75)% Al2O3, până la electrocorindon nobil (peste 99% Al2O3). Se foloseşte pentru prelucrarea materialelor care dau aşchii lungi şi au rezistenţe mari (oţeluri aliate şi nealiate, bronzuri cu tenacitate mare).

Carbura de siliciu se elaborează în cuptoare electrice prin reacţia dintre cuarţul pur (97...99,5)% SiO2 şi cărbune. Se pretează pentru prelucrarea materialelor de rezistenţă mică şi care dau aşchii scurte (fontă cenuşie, fontă dură, materiale neferoase şi nemetalice);

Carbura de bor este mai dură decât carbura de siliciu şi se foloseşte aproape exclusiv ca granule nelegate (libere) pentru lepuire.

Nitrura de bor cubic cristalină (CBN) cu denumirea comercială de Borazon, Elbor, Cubonit, are duritatea cea mai mare, după diamant. Se obţine din nitrura de bor hexagonal cristalină, prin recristalizare la temperaturi şi presiuni ridicate. Diamantul este cel mai dur material abraziv.

Granulaţia este o măsură pentru mărimea granulei abrazive. Ea se exprimă fie în m, fie în număr de ochiuri pe ţol a sitei care încă permite trecerea granulei. După acest ultim criteriu, granulaţia poate fi grobă (6...24), mijlocie (30...60), fină

Figura 21.2 Structura unei scule abrazive Figura 21.3 Generarea suprafeţelor cu scule abrazive

Generarea prin rectificare(70...180) şi foarte fină (220... 1200).Granulaţia se alege după următoarele criterii: pentru materiale moi şi ductile, granulaţie mare; pentru o rugozitate bună, granulaţie mai fină; iar pentru o productivitate mare granulaţia trebuie să fie mare.

Gradul de duritate a corpului abraziv este definit ca rezistenţa punţilor de liant la smulgerea din structură a unei granule uzate ( a nu se confunda cu duritatea granulei).

Gradul de duritate este simbolizat, cu litere mari ale alfabetului:- A, B, C, D, scule extrem de moi;- E, F, G, scule foarte moi;- H, l, J, K, scule moi;- L, M, N, O, scule cu duritate mijlocie;- P, Q, R, S, scule dure;- T, U, V, W, scule foarte dure;- X, Y, Z, scule extrem de dure.

Duritatea corpului abraziv se alege după următoarele criterii: cu cât materialul piesei este mai dur, cu atât mai moale trebuie să fie discul (granulele uzate trebuie să se desprindă mai repede); cu cât suprafaţa de contact este mai mică (rectificarea exterioară), duritatea se alege mai mare; cu cât viteza discului este mai mare şi adâncimea de aşchiere mai mică, cu atât mai moale trebuie să fie discul abraziv; utilizarea discurilor dure presupune o dinamică mai bună a maşinii.

Autoascuţirea discului abraziv. Pe măsură ce tăişurile granulei abrazive se tocesc (se uzează), forţele de aşchiere cresc şi apare fenomenul de smulgere a granulei din liant, fapt ce asigură o prezenţă continuă de granule neuzate la periferia discului.

Dacă discul abraziv are o duritate redusă, granulele uzate sunt smulse cu uşurinţă din liant, procesul de aşchiere continuând normal. Aceasta are ca efect modificarea formei suprafeţei active a discului, necesitând o operaţie de corectare ce se realizează prin strunjire fină cu diamant.

Dacă discul abraziv are o duritate mare, granulele uzate sunt reţinute un timp mai îndelungat, fapt ce duce la pierderea treptată a capacităţii de aşchiere. Refacerea capacităţii de aşchiere a discului abraziv se realizează prin strunjire cu diamant sau cu un corp abraziv cu duritate mai mare.

Structura sculei abrazive se defineşte ca distanţa dintre granule. Fiecărei clase de structură îi corespunde un anumit procent volumic (Vg) de granule. Diferenţa până la volumul discului V (= 100%) este ocupată de lianţi (Vl) şi pori (Vp), conform relaţiei: Vg + Vl + Vp = V= 100% (21.1)

Structura este normată în 15 clase (de la 0 la 14). Structura 0, numită şi închisă, are Vg = 62%, iar pentru fiecare clasă în descreştere va corespunde o scădere de 2% a lui Vg .

Liantul are rolul de a ţine legate granulele abrazive şi este puternic solicitat mecanic şi termic.

Lianţii ceramici se utilizează în 80% din cazuri. Au posibilităţi de gradare a 185

durităţii, porozitate mare, rezistenţă la influenţa lichidului de aşchiere, sunt puţin sensibili cu temperatura, dar foarte sensibili la şocuri.

Răşinile sintetice (epoxidice) nu sunt sensibile la şocuri şi de aceea se folosesc la discuri abrazive cu lăţime mică (< 3 mm) destinate debitării, debavurării sau la sculele cu granulaţie foarte fină.

Lianţii minerali (silicaţi, magneziţi) se folosesc la construcţia sculelor utilizate la rectificarea uscată a pieselor subţiri sensibile la temperatură şi la ascuţirea sculelor aşchietoare.

Lianţii organici (cauciucul, răşinile naturale) se folosesc pentru discuri de debitat.

Lianţii metalici (pulberi de oţel sau de bronz) se folosesc pentru discurile cu granule de diamant sau CBN. Au tenacitate mare, sensibilitate scăzută la temperatură, ulei, apă şi cuprind bine granulele.

21.3. Procesul formării aşchiei la rectificare

Tăişurile granulelor (figura 21.3) au un pronunţat unghi de degajare negativ, producând la aşchiere deformări plastice mari şi temperaturi ridicate. Pentru cazul rectificării plane, traiectoriile tăişurilor, ca şi la frezare, vor fi ortocicloide buclate (figura 21.4).Spre deosebire de frezare, numărul tăişurilor este foarte mare, distribuţia lor este stochastică, dispunerea lor nu este uniformă (pe acelaşi diametru), iar viteza discului este cu cel puţin un ordin de mărime hexazecimal mai mare decât la aşchierea cu muchii definite. În aceste condiţii grosimea maximă amax şi unghiul vor fi foarte mici, ceea ce face ca fenomenele să devină mai complexe.

a) b) c)

d)

Figura 21.4 Traiectoriile tăişurilor în cazul rectificării plane

Tăişul granulei ajunge după un timp foarte scurt (din cauza uzării) la o valoare de ordinul = 20...30 m. Din cauza grosimii foarte mici a aşchiei, granula

Generarea prin rectificareîncepe să alunece pe suprafaţa de aşchiere cu o presiune radială şi cu forţe de frecare treptat crescătoare, producând o strivire (ecruisare) a stratului superficial. Pe măsură ce stratul de aşchiere se îngroaşă, granula pătrunde în el, producând la început numai o zgârietură cu o uşoară refulare de material în fată şi lateral (figura 21.4,b) şi abia ceva mai târziu detaşează aşchia (figura 21.4,c).

Fenomenele de strivire şi de zgâriere din primele faze sunt cu atât mai intense, cu cât grosimea aşchiei este mai mică şi cu cât raza de rotunjire este mai mare.

Aşchia în timpul deformării, va avea trei zone distincte (figura 21.4,d):- zona I, granula alunecă pe suprafaţă. Lungimea acestei zone depinde de valoarea unghiului β. Cu cât acesta este mai mic, lungimea zonei va fi mai mare;- zona II, se produce deformarea plastică;- zona III, se produce aşchierea propriu zisă.

21.4. Rugozitatea suprafeţei rectificate

Din punct de vedere geometric, rugozitatea se formează ca rezultat ai copierii urmelor lăsate de granulele abrazive. Datorită faptului că o granulă abrazivă ridică microaşchii cu forţe specifice mari, au loc deformaţii plastice intense care deformează microrelieful obţinut ca rezultat al acţiunii parametrilor geometrici ce caracterizează granulele abrazive.

Netezimea suprafeţei prelucrate este determinată de densitatea zgârieturilor pe unitatea de suprafaţă şi de forma acestora, respectiv de forma granulelor abrazive care le-au produs (figura 21.5,a). Dacă pe una şi aceeaşi lăţime l1 a suprafeţei se produc mai multe detaşări de microaşchii, înălţimea microneregularităţilor lăsate pe piesă se micşorează de la H1 la H2 şi H3.

f1>f2>f3

a) b)

Figura 21.5 Rugozitatea suprafeţelor rectificate

Aceasta presupune fie ca un număr cât mai mare de granule să treacă simultan prin secţiunea de lăţime l1 , adică discul abraziv să aibă o structură cât mai deasă şi o granulaţie cât mai fină, fie un număr mic de granule dispuse mai rar, să

187

treacă de mai multe ori prin una şi aceeaşi secţiune, în acest caz este necesară trecerea discului de mai multe ori prin aceeaşi secţiunea de lăţime l1 . Practic aceasta se obţine asigurând discului o mişcare de avans 3, paralelă cu generatoarea suprafeţei şi cu valori mai mici decât lăţimea B a discului (figura 21.5,b).

În concluzie, îmbunătăţirea netezimii suprafeţei la rectificare se obţine prin mărirea numărului de treceri şi prin micşorarea granulaţiei sculei abrazive.

21.5. Generarea suprafeţelor plane

Metodele de generare sunt asemănătoare cu cele utilizate la prelucrarea prin frezare a suprafeţelor plane, în figura 21.6 se prezintă variante de generare a suprafeţelor plane, utilizând generatoare materializate prin muchia aşchietoare a sculei abrazive şi generatoare cinematice obţinute prin mişcările de avans.

În toate cazurile, curba directoare este obţinută cinematic ca înfăşurătoare a unor traiectorii cicloidale C (descrise de puncte de pe G).

Figura 21.6 Variante teoretice de generare a suprafeţelor plene prin rectificarePrima variantă (figura 21.6,a), utilizează generatoarea G rectilinie

materializată prin muchia aşchietoare a sculei cilindrice (generatoarea geometrică a discului abraziv), cuprinsă în suprafaţa S, de formă cilindrică. Mişcarea de rotaţie 1 a sculei, în jurul axei sale, asigură viteza de aşchiere v. Mişcarea rectilinie (de avans) 2 de viteză vf aduce noi straturi de material în vederea îndepărtării de către granulele abrazive ale sculei abrazive, în urma acestor mişcări, fiecare punct al generatoarei G descrie o curbă cicloidală C, a cărei înfăşurătoare este directoarea rectilinie D. Mişcarea 3 serveşte la reglarea adâncimii de aşchiere după fiecare trecere, iar mişcarea 4 pentru poziţionarea sculei fată de piesa semifabricat înainte de începerea prelucrării.

În figura 21.6,b se prezintă generarea unei suprafeţe compuse Sp (din Sp1 şi Sp2) cu ajutorul a două generatoare G, materializate prin cele două părţi active ale sculei (G1 pe partea plană şi G2 pe partea cilindrică).

Generarea prin rectificareVariantele de prelucrare se pot clasifica în funcţie de poziţia relativă sculă-

piesă şi relaţiile dintre mişcări (figura 21.7).După forma suprafeţei active a discului, rectificarea poate fi cilindrică

(figura 21.7,a) şi frontală (figura 21.7,b), iar după direcţia de avans se disting prelucrări longitudinale, transversale şi combinate (figura 21.7,c...f).

a) b)

b) d)

e) f)

Figura 21.7 Variante de rectificare a suprafeţelor plane

21.6. Generarea suprafeţelor exterioare de revoluţie

Generarea suprafeţelor exterioare de revoluţie cilindrice, conice sau profilate se realizează în două variante (figura 21.8):- cu generatoare G total materializată (varianta de prelucrare cu avans de pătrundere);- cu generatoare G parţial materializată (varianta de prelucrare cu avans longitudinal).

189

Figura 21.8 Generarea prin rectificare a suprafeţelor exterioare de revoluţieDeosebirile dintre cele două variante sunt de natură cinematică. La prima

variantă mişcarea 2’ se realizează continuu, simultan cu 1 şi 2, iar mişcarea 3 este continuă. La cea de a doua variantă mişcarea 2’ este intermitentă, după fiecare cursă a mişcării 3.

Variantele de generare cu avans de pătrundere corespund situaţiei când lungimea suprafeţei Sp este mai mică decât lungimea generatoarei G materializată de partea activă a discului abraziv.

Directoarea circulară D, se obţine cinematic ca înfăşurătoare a unei curbe cicloidale C descrisă de un punct M al generatoarei. Pentru descrierea curbei C sunt necesare două mişcări: o mişcare de rotaţie 1, de viteză v ( în jurul axei OO') executată de sculă, şi o mişcare de rotaţie 2, având rol de avans circular (în jurul axei O1O1'), realizată de piesă. Axa OO' face un unghi = 90° cu urma celor două plane, la prelucrarea suprafeţelor cilindrice, iar la prelucrarea suprafeţelor conice poate fi perpendiculară pe planul D0, generatoarea G fiind înclinată cu un unghi = 90° faţă de urma celor două plane.

Pentru generarea suprafeţelor exterioare sunt necesare următoarele mişcări: mişcarea de rotaţie 1 a planului G0 în jurul unei axe OO'; mişcarea de rotaţie 2, executată de planul D0 sau G0 în jurul axei O1O1'; mişcarea de translaţie 2' (avans continuu în cazul prelucrării după varianta de generare cu avans de pătrundere, sau intermitent în cazul prelucrării cu avans longitudinal, executat pe direcţia axei y de către planul D0); mişcarea de translaţie 3, executată numai în cazul prelucrării după varianta cu avans longitudinal şi realizată de planul D0/G0 în scopul obţinerii dimensiunilor generatoarei.

În figura 21.9 sunt prezentate metode de rectificare a suprafeţelor cilindrice şi profilate: prelucrare cu avans longitudinal (figura 21.9,a,c); prelucrare cu avans de pătrundere (figura 21.9,b,d,e,g,h); prelucrarea fără vârfuri pentru piese de rigiditate mică (figura 21.9,f). Pentru uniformizarea uzurii discului abraziv se utilizează o mişcare ce nu contribuie la generarea suprafeţei (mişcarea 3 pentru

Generarea prin rectificarevariantele din figura 21.9,b,c,g).

Figura 21.9 Metode de rectificare a suprafeţelor cilindrice şi profilatePentru piesele cilindrice cu rigiditate mare întregul adaos de prelucrare

(0,4 mm) poate fi îndepărtat la o singură trecere. Discul abraziv este prevăzut cu o parte conică la un unghi = 1°...4° (figura21.9,b,c). Variantele pentru prelucrarea suprafeţelor conice exterioare sunt prezentate în figura 21.10.

Figura 21.10 Variante de prelucrare a suprafeţelor conice exterioare

21.7. Generarea suprafeţelor interioare de revoluţie

Generarea suprafeţelor interioare se bazează pe variante de generare asemănătoare cu cele din figura 21.8, cu deosebirea că rulanta se află în interiorul curbei

191

directoare.În funcţie de raportul l / B (lungimea piesei/lăţimea discului abraziv) se deosebesc două metode de generare: generarea cu generatoare total materializată (l / B < 1 şi l < 80mm); generarea cu generatoare parţial materializată (l / B > 1). Pentru obţinerea suprafeţei Sp de formă cilindrică, conică sau profilată se utilizează generatoare materializate prin suprafaţa de formă cilindrică, conică sau profilată a sculei abrazive. Directoarea D se obţine cinematic ca înfăşurătoare a curbelor cicloidale. Variantele de prelucrare folosite sunt prezentate în figura 21.11.

Rectificarea cu avans de pătrundere radial (mişcarea 3 din figura 21.11,a) sau axial (mişcarea 3’ din figura 21.11,b), este folosită la prelucrarea alezajelor cu l < 80 mm. Avansul poate fi realizat de sculă sau de piesă.

Rectificarea cu avans longitudinal (figura 21.11,c) este folosită la prelucrarea suprafeţelor la care raportul l / B >1.

Rectificarea fără vârfuri (figura 21.11,d) este folosită la prelucrarea găurilor în bucşe sau piese inelare care au o suprafaţă frontală rectificată.Variantele de prelucrare cu piesa fixă (figura 21.11,d) sunt folosite la prelucrarea pieselor de dimensiuni mari ce nu pot fi rotite.

Figura 21.11 Generarea prin rectificare a suprafeţelor de revoluţie interioare

Generarea prin procedee de suprafinisare

GENERAREA PRIN PROCEDEE DE SUPRAFINISARE

Generarea suprafeţelor pieselor prin procedee de suprafinisare are drept scop realizarea unei calităţi foarte bune a netezimii acestor suprafeţe sau a unui înalt grad de precizie dimensională şi formă geometrică sau a ambelor condiţii tehnice deodată. Cele mai importante procedee sunt: honuirea, lepuirea (rodarea), superfinisarea, lustruirea.

22.1. Honuirea

Honuirea este un procedeu de finisare a suprafeţelor cilindrice interioare, mai rar exterioare, cu ajutorul unor bare abrazive cu granulaţie fină, montate pe un corp special numit hon.

Honuirea se execută totdeauna după alezare sau rectificare, adaosul de prelucrare fiind mic (0,02...0,1 mm). Comparativ cu rectificarea, honuirea se caracterizează prin presiuni de apăsare a sculei abrazive de 6... 10 ori mai mici, viteze de aşchiere de 50... 120 ori mai mici şi la prelucrare iau parte de 100... 1000 de ori mai multe granule abrazive.

Avantajele operaţiei de honuire sunt următoarele:- grad înalt al preciziei dimensionale (treapta 4-5) şi o suprafaţă cu abateri geometrice minime (3...5 m) privind conicitatea, ovalitatea, curbura, etc.;- realizarea unei rugozităţi mici a suprafeţei prelucrate (Ra = 0,4...0,025 m după două treceri);- productivitate mai mare comparativ cu alezarea sau rectificarea, datorită participării la aşchiere a unui număr foarte mare de granule abrazive (lungime mare de contact sculă/ suprafaţă prelucrată).

Pentru satisfacerea acestor cerinţe se folosesc totdeauna lichide de aşchiere (de regulă petrol), cu debit abundent, pentru îndepărtarea aşchiilor (spălarea şi răcirea zonei de aşchiere şi a sculei).

Dezavantajele honuirii sunt următoarele:- imposibilitatea corectării poziţiei alezajului prelucrat din cauza articulaţiei oscilante a honului la arborele maşinii-unelte;- performanţe limitate la piese din metale şi aliaje neferoase.

Generarea suprafeţele alezajelor se obţine folosind generatoare şi directoare materializate prin construcţia honului conform figura 22.1.

Scula aşchietoare este constituită din corpul 3 prevăzut cu mai multe canale în care se aşează liber barele abrazive 5.

22

193

În timpul prelucrării, honul oscilează în raport cu axul maşinii de honuit, execută o mişcare de rotaţie 1 în jurul axei şi o mişcare rectilinie alternativă 2 de-a lungul axei.

Deplasarea simultană a barelor abrazive se realizează prin intermediul unei piese conice centrală, asigurând o precizie înaltă pentru forma găurii prelucrate

Traiectoria unei granule abrazive pe suprafaţa prelucrată reprezintă o elice spre dreapta la mişcarea honului într-un sens şi o elice spre stânga la deplasarea honului în sens invers. Se formează o reţea de traiectorii elicoidale, caracteristică honuirii (figura 22.1,b).

Pentru ca traiectoriile granulei abrazive după fiecare trecere să nu coincidă este necesar un anumit raport între viteza mişcării rectilinii alternative (v2) şi viteza mişcării de rotaţie (v1).

Unghiul de înclinare α al liniilor elicoidale se determină cu relaţia (22.1) şi are valorile = 15...45°.

(22.1)

Figura 22.1 Generarea suprafeţelor prin honuirePractic s-a constatat că de mărimea acestui unghi depend rezultatele

operaţiei de honuire. Pentru honuirea de finisare se recomandă = 15...20°, iar pentru degroşare = 45°.

Cu cât este mai mare acest unghi, cu atât este mai mare volumul de metal desprins în unitatea de timp.

Honuirea se realizează prin operaţii de degroşare şi finisare. Pentru honuirea de finisare se utilizează bare abrazive cu duritate mică şi medie, pe bază de corindon sintetic (pentru piese din oţel), carbură de siliciu şi liant ceramic (pentru piese din fontă).


Adaosul de prelucrare se stabileşte în funcţie de materialul piesei, de diametrul alezajului şi de caracteristicile prelucrării anterioare, fiind cuprins între 0,02...0,20 mm la fontă şi între 0,01...0,06 mm la oţel, pentru diametrul alezajului cuprins între 25...500 mm.

Presiunea specifică exercitată de bara abrazivă pe suprafaţa de prelucrat variază astfel: la începutul prelucrării 0,4 - 0,5 [KN/m2], iar la sfârşitul prelucrării 0,3 - 0,4 [KN/m2].

Lichidul de aşchiere utilizat, este petrolul la prelucrarea fontei şi un amestec de 90% petrol şi 10 % ulei la prelucrarea oţelului. Acesta trebuie foarte bine filtrat.

Maşinile de honuit se construiesc în două variante:- maşini cu ax vertical, folosite la prelucrarea alezajelor la care raportul l /

D > 10. în acest caz piesa de prelucrat este fixă, honul executând mişcarea de rotaţie şi mişcarea rectilinie alternativă;

- maşini cu ax orizontal, folosite la prelucrarea găurilor la care raportul l / D > 10. Honul execută aceleaşi mişcări, iar piesa se va roti uşor pentru prevenirea prelucrării aceleiaşi porţiuni de suprafaţă de către hon (datorită greutăţii lui). Honul pentru prelucrarea găurilor adânci are patine de ghidare la cele două capete şi 2 - 3 rânduri de bare abrazive.

22.2. Superfinisarea

Superfinisarea este un procedeu de micronetezire a suprafeţelor asemănător cu honuirea, realizat cu ajutorul unor bare abrazive de granulaţie foarte fină, cu mişcări de lucru complexe, cu viteze de aşchiere şi presiuni reduse în prezenţa unui lubrifiant abundent de o anumită vâscozitate.

Scopul acestui procedeu este de a obţine o suprafaţă netedeă şi uneori, de a obţine o anumită precizie a acesteia care în general este asigurată de operaţiile anterioare.

Prin superfinisare se îndepărtează stratul superficial, respectiv asperităţile rămase de la operaţia anterioară descoperindu-se stratul de bază al metalului rezistent la uzură.

Mişcarea de aşchiere este o mişcare complexă, rezultată din compunerea mai multor mişcări simple (figura 22.2). Barele abrazive execută, pe direcţia 1, mişcări rectilinii - alternative rapide cu frecvenţă ridicată (500...3000 c.d./min) şi amplitudine mică (lungimea cursei) de 1,5...6 mm.

Această mişcare este combinată cu o mişcare de avans axial 2’, de viteză va

< 2 m/min şi o mişcare circulară 2 a piesei semifabricat de viteză vp=5...25 m/min (la început operaţiei 5...10 m/min, iar către sfârşitul ei 10...20 m/min).

195

Figura 22.2 Mişcări necesare la generarea suprafeţelor prin superfinisare

În procesul de aşchiere între vitezele vp şi va trebuie să existe relaţia Vp / va

= k >1. Prin micşorarea lui k cresc uşor capacităţile aşchietoare ale barelor abrazive, creşte volumul de material aşchiat şi rugozitatea suprafeţei. La degroşare vp = (2..4)va , iar la finisare vp = (8...16)va .

O mare importanţă o are presiunea specifică realizată între barele abrazive şi suprafaţa care se prelucrează. Presiunea barelor abrazive este funcţie de natura materialului aşchiat (p = 0,1...0,3 [MN/mm2] pentru oţel, p = 0,1...0,2 [MN/mm2] pentru fontă, p = 0,05...0,1 [MN/mm2] pentru aliaje de bronz).

Procesul de aşchiere se desfăşoară în prezenţa unui debit mare de lichid pentru aşchiere. Între bara abrazivă şi piesa semifabricat se formează o peliculă de fluid în care se găsesc particule metalice şi abrazive ce contribuie la netezirea asperităţilor.

La începutul aşchierii, contactul barei abrazive cu materialul de prelucrat se face pe vârfurile rugozităţilor, ducând la o presiune de contact mare, pelicula de lubrifiant este străpunsă şi procesul de aşchiere este intens (figura 22.3,a).

Pe măsură ce se netezesc asperităţile, suprafaţa portantă creşte, presiunea de contact scade şi se micşorează capacitatea de aşchiere (figura 22.3,b).

Continuând prelucrarea, se ajunge la o valoare atât de mică a presiunii, încât pelicula de lubrifiant nu mai este străpunsă iar aşchierea încetează. Vâscozitatea lubrifiantului trebuie să asigure întreruperea aşchierii când suprafaţa prelucrată atinge gradul de netezime prescris. Ca lubrifiant se foloseşte un amestec de petrol şi ulei în proporţie de 10:1.


Figura 22.3 Stadiile procesului de aşchiere la superfinisare

Viteza de aşchiere şi presiunea fiind reduse, temperatura dezvoltată este scăzută şi nu mai apare stratul superficial cu structură deformată. Calitatea suprafeţelor prelucrate depinde în special de granulaţia barelor abrazive. După superfinisare capacitatea portantă creşte la peste 90% iar rugozitatea ajunge la valori de Ra = 0,16...0,02 m. Prin acest procedeu nu se modifică precizia dimensională, aceasta se asigură prin procedeele de aşchiere anterioare.

22.3. Lepuirea

Lepuirea sau finisarea prin rodare este un procedeu de îndepărtare pe cale mecanica sau mecanochimică a unor particule de metal de pe o suprafaţă, cu ajutorul unor granule abrazive libere, de granulaţie foarte fină, amestecate într-un masă vâscoasă (unsoare), interpuse între suprafaţa de prelucrat şi o sculă de rodat din materiale moi (fontă, cupru, plumb, etc.).

Dacă piesa sculă se asamblează cu piesa de prelucrat, operaţia se numeşte rodare (exemplu, rodarea danturilor cilindrice pinion - roată).

Dacă granulele abrazive sunt împroşcate pe suprafaţa de prelucrat la o presiune de 0,4...0,7 [KN/m2], operaţia se numeşte sablare.

Lepuirea este utilizată pentru mărirea rezistenţei la oboseală a organelor de maşini (rulmenţi, aparataj hidraulic, etc.) şi pentru mărirea durabilităţii (calibre, scule aşchietoare, etc.).

Prin acest procedeu se urmăreşte îndepărtarea stratului de material ce conţine urme de la prelucrarea anterioară şi reducerea la minim a rugozităţii, adaosul de prelucrare fiind foarte mic (max. 0,01 mm).

Precizia dimensională obţinută este de ordinul a 0,1...0,5 m, iar rugozitatea are valori Ra < 0,02 m.

Pulberile abrazive uzuale sunt oxidul de crom, miniul de fier, varul de Viena, carborundul, carbura de siliciu, carbura de bor şi pulberea de diamant (sub formă de praf sau pastă). La lepuirea de degroşare, mărimea grăunţilor abrazivi este de 100...200 m, iar la finisare1...20 m.

Lichidele utilizate sunt pe bază de ulei, petrol sau amestecurile lor.

197

Figura 22.4 Variante de generare prin lepuire a suprafeţelor plane, cilindrice, profilate exterioare şi interioare

Materialul corpului sculei şi abrazivul se stabilesc în funcţie de metoda de lepuire:

- lepuire cu abrazivi liberi, moi şi nepătrunşi, folosind un material poros (fontă) pentru sculă;

- lepuire cu abrazivi introduşi în prealabil în suprafaţa sculei, executată din materiale moi (cupru, aluminiu, plumb, etc.);

- lepuire cu paste abrazive care exercită nu numai o acţiune mecanică asupra vârfurilor microneregularităţilor, ci şi o acţiune de adsorbţie în suprafaţă a unor substanţe capilar active şi o acţiune chimică prin formarea unor oxizi care sunt îndepărtaţi de sculă.

În figura 22.4 se prezintă variante de generare prin lepuire a suprafeţelor plane, cilindrice, profilate, exterioare şi interioare ce folosesc generatoare total sau parţial materializate.

În funcţie de modul de realizare a mişcărilor necesare lepuirii se deosebesc: lepuirea mecanică, când toate mişcările sunt realizate de maşina-unealtă şi lepuirea mecano-manuală când o parte din mişcări sunt realizate manual.

Generarea prin procedee de suprafinisare Precizia formei (planeitate, paralelism, cilindricitate, etc.) şi rugozitatea

suprafeţei prelucrate sunt funcţie de regimul de aşchiere, proprietăţile fizico-mecanice ale materialului aşchiat şi materialului aşchietor, rugozitatea iniţială a suprafeţei, timpul de lucru, etc. Lepuirea se realizează în două-patru operaţii: degroşare grosolană la un adaos de prelucrare de 0,02...0,05 mm, rugozitatea suprafeţei la prelucrarea anterioară Ra = 0,32...0,08 m, precizie de prelucrare la nivelul 3...5 m; finisare la un adaos de prelucrare de 0,005...0,01 mm, precizie de prelucrare la nivelul 1...2 m; supernetezire la un adaos de prelucrare de 0,0003...0,001 mm, Ra = 0,02...0,01 m, precizie de prelucrare la nivelul 0,1...0,5 m.

22.4. Lustruirea.

Lustruirea este un procedeu de prelucrare cu granule abrazive prin care se urmăreşte numai micşorarea rugozităţii suprafeţei, obţinerea unei suprafeţe tip oglindă (Ra = 0,02...0,32 m), fără corectarea abaterilor. Precizia dimensională şi geometrică sunt obţinute prin operaţii anterioare.

Lustruirea se realizează cu discuri elastice, benzi abrazive, tamburi rotativi, containere vibratoare, cu granule abrazive şi în medii lichide.

O largă utilizare o are banda abrazivă (scula) care se obţine prin lipirea unor granule abrazive din diverse materiale (electrocorindon, carbură de siliciu, carbură de bor, oxid de crom, oxid de fier, oxid de aluminiu, pulbere de diamant, etc.) cu granulaţii şi structuri diferite, pe un suport din pânză , hârtie, etc.

Generarea suprafeţelor prin lustruire se realizează cu generatoare materializată şi directoare obţinută cinematic ca înfăşurătoare a unei curbe descrisă de un punct al generatoarei (figura 22.5). Mişcările necesare generării sunt mişcarea de aşchiere 1 (circulară sau rectilinie alternativă) şi mişcarea de avans 2, executată de piesă şi/sau scula aşchietoare. Mişcarea 4 serveşte la reglarea poziţiei sculei în raport cu piesa, iar mişcarea 3, la reglarea continuă a adâncimii de aşchiere. Contactul benzii abrazive cu suprafaţa de prelucrat se realizează cu dispozitive speciale.

Viteza benzii abrazive este limitată de materialul abraziv, durabilitatea benzii, vibraţiile sistemului tehnologic, şi de pierderile aerodinamice mari la deplasarea benzii. Şlefuirea cu vb = 0, banda fixă (figura22.5,a,b), este utilizată pentru obţinerea unei rugozităţi foarte mici.

199

Figura 22.5 Generarea suprafeţelor prin lustruire

Generarea danturii roţilor dinţate conice

GENERAREA SUPRAFEŢELOR ELICOIDALE


Suprafeţele elicoidale reprezintă o categorie specială de suprafeţe compuse semideschise, larg utilizate în construcţia pieselor. Sunt caracterizate prin două sau mai multe suprafeţe adiacente, care din punct de vedere tehnico-economic se recomandă să fie prelucrate simultan.

O pondere mare o prezintă canalele elicoidale, ce pot fi dispuse pe suprafeţe plane, de revoluţie interioare sau exterioare şi pe suprafeţe profilate ale unor piese prismatice sau de revoluţie, în această categorie intră : filetele, flancurile dinţilor roţilor dinţate cu dinţi înclinaţi, flancurile melcilor, canalele burghielor elicoidale, dinţii frezelor elicoidale etc.

La alegerea variantei de prelucrare trebuie avute în vedere următoarele elemente specifice:- curba de profil în secţiune normală pe directoarea canalului;- forma directoarei;- tipul suprafeţei pe care se află canalul;- dimensiunile de bază ale canalului;- cerinţele de precizie şi calitate.

Toate procedeele de aşchiere utilizate la prelucrarea suprafeţelor simple pot fi folosite la obţinerea acestor suprafeţe compuse. Prelucrarea se realizează pe toate tipurile de strunguri şi pe maşini de alezat şi frezat.

23.2. Generarea teoretică a suprafeţelor elicoidale

Aceste suprafeţe se caracterizează printr-o curbă de profil G, cu forme şi dimensiuni corespunzătoare suprafeţei în secţiunea plană în care are loc contactul dintre scula aşchietoare şi piesa de prelucrat şi o curbă directoare D, elicoidală sau spirală Arhimede.

În general curbele de profil caracteristice G, sunt materializate de scula aşchietoare, iar directoarea elicoidală D se obţine în cele mai multe cazuri cinematic ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale curbei de profil caracteristice sau materializată.

Directoarea elicoidală (cilindrică, conică, globoidală, plană, etc.) se caracterizează prin următorii parametri (figura 23.1):- sensul de înfăşurare al elicei, dreapta sau stânga;- unghiul de înclinare al elicei , unghiul format între tangenta la elice şi o perpendiculară pe axa de simetrie a suprafeţei purtătoare.

23

201

- pasul axial al elicei (pa), distanţa dintre două spire consecutive MN ale elicei măsurată pe generatoarea suprafeţei şi conţinută într-un plan ce trece prin axa de simetrie a suprafeţei purtătoare.- pasul normal al elicei (pn), distanţa dintre două spire consecutive M'N' ale elicei măsurată pe generatoarea suprafeţei într-un plan normal pe elice.

Figura 23.1 Parametrii directoarei elicoidaleElicea cilindrică cu pas constant. Este larg utilizată în construcţia de maşini

şi se obţine printr-o cinematică relativ simplă.Directoarea elicoidală cilindrică D, poate fi materializată sau realizată

cinematic în două moduri:a) prin combinarea a două mişcări (figura 23.2), una de rotaţie de viteză

tangenţială vT şi una de translaţie de viteză vA, între care există relaţia

(23.1)

Înlocuind vT = R şi vA = v, prin derivare, relaţia capătă forma: (23.2)

Din analiza relaţiei (23.1) rezultă următoarele:- raportul mărimilor celor două viteze nu depinde de procesul de aşchiere, ci numai de parametrul al elicei;- viteza tangenţială vT poate avea, la un moment dat, orice mărime, cu condiţia ca vA

să aibă mărimea corespunzătoare relaţiei (23.1);- componenta vT a vitezei de aşchiere acărei valoare este aleasă din considerente de aşchiere.

b) imprimarea prin rulare (figura 23.3), se realizează prin rularea unui plan generator pe un cilindru de bază, astfel că dreapta generatoare (conţinută în plan) se

Figura 23.2 Directoare elicoidală cilindrică obţinută prin combinarea a două mişcări

Figura 23.3 Directoare elicoidală cilindrică obţinută prin rulare

Generarea danturii roţilor dinţate coniceînfăşoară pe cilindru sub forma unei elice.

Metoda necesită o mişcare de rotaţie de viteză unghiulară şi una de

translaţie de viteză v, între care trebuie să existe relaţia: (23.3)

Realizarea suprafeţelor elicoidale impune ca între vitezele vT şi vA să existe condiţia impusă de relaţia (23.1). Această condiţie cerută de precizia realizării cinematice a pasului se realizează prin folosirea lanţurilor cinematice cu structură mecanică (figura 23.4), lanţuri ce posedă o foarte mare rigiditate cinematică.

Figura 23.4 Lanţ cinematic pentru obţinerea suprafeţelor elicoidaleLanţul cinematic este de tip serie-paralel, format din motorul electric M,

cutia de viteze CV, lanţul principal cu mărime de ieşire ye1 = vA - v şi lanţul de avans cu cutia de avansuri CA şi mărimea de ieşire ye2 = vT = vf.

23.3. Prelucrarea filete lor prin strunjire

Filetarea cu cuţitul. Prelucrarea se execută în prezenţa a două mişcări:

Figura 23.5 Procedee de obţinere a filetelor prin strunjire

203

Figura 23.6 Variante de obţinere a unui filet cu profil triunghiular- mişcarea de rotaţie 1, mişcarea de aşchiere de viteză v, executată de piesa semifabricat şi mişcarea de translaţie 2, mişcarea de avans de viteză vf (f = p), executată de sculă. Mişcarea 3 serveşte la reglarea poziţiei sculei în vederea obţinerii adâncimii filetului (figura23.5,a,b).

Realizarea profilului unui filet triunghiular (figura 23.6,a) se poate realiza în trei variante: cu avans radial, după profil (figura 23.6,b); cu avans oblic (figura 23.6,c); cu avans combinat (figura 23.6,d). La prima variantă (pentru filete cu p 2 mm), vârful cuţitului pătrunde radial în material fiind mult mai solicitat. Finisarea filetelor realizate cu avans oblic şi combinat se execută numai cu avans radial.

Filetarea cu cuţite pieptene (figura 23.5, c,d,e) se aseamănă cu o strunjire cu scule profilate. Pieptenele (normal, prismatic sau disc) poate fi considerat ca fiind compus din mai multe cuţite aşezate unul lângă altul. Partea aşchietoare este prevăzută cu unghi de atac, ce permite repartizarea convenabilă a adâncimii de aşchiere. Datorită numărului mare de dinţi prelucrarea se realizează la o singură trecere.

Filetarea cu capete de filetat (figura 23.5,f) se aplică la producţia de serie mare şi masă, pe strunguri paralele, revolvere sau automate. Permite viteze mari de aşchiere (15...20 m/min), asigurând o productivitate ridicată faţă de procedeele amintite anterior. Se folosesc capete de filetat ce conţin cuţite pieptene, prismatice sau disc.

Procedeele de filetare cu capete de filetat pot fi clasificate astfel:- piesa are mişcare de rotaţie iar capul o mişcare de avans, procedeu folosit la strungul revolver;- piesa este fixă iar capul se roteşte şi avansează, procedeu folosit la unele strunguri automate multiax şi la maşini de filetat.

Filetarea în vârtej (figura 23.5,g) se remarcă printr-o productivitate foarte ridicată. Filetarea se execută cu ajutorul unui cap special de filetat pe strung universal sau pe maşini speciale.

Pentru generarea filetului sunt necesare două mişcări:- mişcarea de aşchiere 1 (cu viteza v), respectiv mişcarea circulară a dinţilor, realizată prin mişcarea de rotaţie a capului port cuţite;- mişcarea de avans elicoidal, pentru generarea suprafeţei, obţinută din combinarea a două mişcări independente. O mişcare de rotaţie a piesei 2’ pentru realizarea avansului pe dinte fd şi o mişcare de avans longitudinal 2 (fl = p) executată de capul special (acesta se montează pe căruciorul strungului).

Generarea danturii roţilor dinţate coniceAxa de rotaţie a capului de filetat este decalată faţă de axa de rotaţie a

piesei, pentru realizarea înălţimii spirei filetului şi este înclinată în raport cu axa piesei cu unghiul a cărui valoare se determină cu relaţia (23.4), în care p şi d2

sunt pasul şi diametrul mediu al filetului.

(23.4)

Caracteristica principală este aceea că sculele au contact intermitent cu materialul de prelucrat, aşchia detaşată având o grosime variabilă, fapt ce permite prelucrarea cu viteze de aşchiere mult mai mari faţă de alte procedee (80... 100 m/min, la scule din otel rapid şi 250...300 m/min la scule armate cu CMS).

Turaţia piesei np se determină cu relaţia (23.5), în funcţie de avansul pe dinte fz, turaţia sculei ns şi numărul de dinţi z, astfel să asigure o viteză de avans circular optimă.

(23.5)

Avantajele filetării în vârtej sunt urătoarele:- precizie de prelucrare înaltă şi rugozitate foarte bună(Ra = 0,8...1,6 m);- productivitate ridicată (de aproximativ 15 ori mai mare decât în cazul filetării pe strung cu cuţitul).

23.4. Prelucrarea filetelor cu tarozi şi filiere

Prelucrarea filetelor de dimensiuni mici, la producţia individuală cât şi la producţia de serie şi masă, se realizează exclusiv cu tarodul şi filiera.

Sculele utilizate (tarodul şi filiera), au materializate, prin construcţie, atât generatoarea G cât şi directoarea D.

Din acest motiv, pentru realizarea canalului elicoidal (filetului) este necesară numai o mişcare de aşchiere cu viteza v (mişcare de rotaţie a sculei sau a piesei semifabricat), mişcarea de avans (f = p), rezultă din mişcarea de rotaţie.

Figura 23.7 Scule utilizate la prelucrarea filetelor cu tarodul şi filiera

205

Sculele utilizate, tarodul şi filiera (figura 23.7) sunt construite ca un şurub, respectiv ca o piuliţă, pe care au fost practicate canale pentru cuprinderea aşchiilor şi crearea feţelor de degajare, con de atac şi feţe de aşezare curbilinii (prin detalonare). Tarodul şi filiera pot fi considerate ca fiind realizate din piepteni pentru filetat, fixaţi pe un corp şi dispuşi în aşa fel încât dinţii să se înscrie pe o elice. Geometria lor este definită ca o sculă elementară (cuţit de strung). Partea de atac a tarodului şi filierei este detalonată pentru obţinerea unui unghi de aşezare α. Datorită unghiului de atac r dinţii I, II, III, ... de pe partea aşchietoare l1, au înălţime variabilă, fiecare din aceşti dinţi înlătură o parte din adaosul de prelucrare. Filetul este executat în întregime după ce a trecut tot conul de atac. Porţiunea cilindrică asigură calibrarea filetului şi conducerea sculei.

Aşchierea cu tarodul şi filiera este un proces de aşchiere complexă bilaterală, însoţit de deformări plastice intense şi momente de aşchiere mari, deoarece există trei tăişuri active pe fiecare segment de spiră.

23.5. Prelucrarea filetelor prin frezare

Se aplică la prelucrarea arborilor filetaţi de lungime mare şi filet trapezoidal, de tipul şuruburilor conducătoare sau pentru prelucrarea şuruburilor melc. Datorită secţiunilor restante de aşchie mari, frezarea filetului este urmată de rectificarea acestuia.

Procedeele de prelucrare sunt prezentate în figura 23.8.

Figura 23.8 Procedee de prelucrare prin frezare a filetelor

Generarea danturii roţilor dinţate coniceFrezarea filetelor lungi se poate face cu freze disc (figura 23.8,a,b) sau freze

deget (figura 23.8,c), profilate corespunzător filetului de executat. Mişcările necesare sunt indicate în figură. Dinţii frezei pot aşchia alternativ câte un flanc, existând un dinte de control cu profilul complet. Freza se aşează înclinat, astfel că profilul său coincide cu profilul din secţiunea normală pe elicea filetului de executat.

Frezele cilindrice pieptene cu profil inelar (figura 23.8,d) au imprimat pe periferie profilul filetului de realizat sub formă de canale inelare. Pentru realizarea filetului scula execută mişcarea de aşchiere 1 şi avansul de pătrundere 3 (la începutul prelucrării), iar piesa mişcarea de avans circular 2 (rotaţie lentă) şi un avans longitudinal 4 (fl = p), în funcţie de tipul maşinii folosite, avansul poate fi realizat şi de către sculă, în raport cu semifabricatul, frezele se dispun sub unghiul elicei.

Frezele cilindrice cu profil elicoidal (figura 23.8,e) au imprimat pe periferie profilul sub formă de elice, identică cu elicea filetului de executat. Mişcarea de aşchiere se execută de ambele elemente în contact (sculă-piesă), care se rotesc în acelaşi sens şi cu aceeaşi valoare a turaţiei, fără a fi nevoie de avans longitudinal.

Capetele de filetat (figura 23.8,f), se utilizează pentru filete sau canale elicoidale de dimensiuni mari şi lucrează după metoda contactului tangenţial cu semifabricatul. În general prelucrarea prin frezare a filetelor se realizează pe maşini speciale de frezat filete sau pe strunguri automate şi semiautomate.

23.6. Prelucrarea filetelor prin rectificare

Prin rectificare se asigură filetelor o bună precizie dimensională şi de formă. Se aplică filetelor (interioare sau exterioare) realizate prin strunjire, frezare, sau alte procedee, la materiale tratate termic sau greu prelucrabile.

Procedeele de prelucrare prin rectificare sunt prezentate în figura 23.9.Rectificarea cu disc monoprofil (figura 23.9,a) este utilizată la prelucrarea

filetelor de precizie. Discul are o mişcare de rotaţie 1, iar piesa are o mişcare de rotaţie 2 şi o mişcare de translaţie 2’ egală cu un pas la o rotaţie (v2' / v2 = tg). Mişcarea 3 reglează adâncimea de aşchiere în mm după o cursă sau o cursă dublă. Axa discului abraziv este înclinată în raport cu axa piesei cu unghiul elicei .

Rectificarea cu disc cu profil elicoidal (figura 23.9,b). Discul abraziv are forma unui şurub cu pasul identic cu cel al piesei. Mişcările sunt similare cu cele de la prima variantă. Lăţimea discului abraziv este mai mare cu (2...4)p decât lungimea filetului, iar axa discului nu este înclinată faţă de axa piesei.

Rectificarea cu disc cu profil inelar (figura 23.9,c). Discul este prevăzut cu canale inelare la distante egale cu pasul filetului. Acesta execută o mişcare de rotaţie iar piesa o mişcare de rotaţie şi o mişcare de avans longitudinal.

Rectificarea cu disc conic şi profil inelar (figura 23.9,d), este folosită la prelucrarea filetelor de lungime mare. Adaosul de prelucrare este îndepărtat progresiv de inelele de pe porţiunea conică (mişcarea 3 lipseşte). Ultimele inele au profilul identic cu cel al filetului de prelucrat.

207

Rectificarea fără centre (figura 23.9,e) este utilizată în producţie de serie mare şi masă a pieselor de dimensiuni mici.

Rectificarea şuruburilor de mişcare şi a filetelor cu pas mare se realizează cu corpuri abrazive biconice, disc, oală, taler, inelare (figura 23.9,f...j).

a) b) c)

d) e) f)

g)

h) i) j)

Figura 23.9 Procedee de prelucrare prin recficare a filetelor

24


GENERAREA DANTURII ROŢILOR DINŢATE CILINDRICE


Roţile dinţate se utilizează la realizarea angrenajelor în construcţiile de maşini. Cele mai folosite sunt cele cilindrice şi conice, precum şi o serie de angrenaje de tranziţie (pinion - cremalieră, melc - roată melcată, angrenaj globoidal, angrenaj conic hipoid). Danturarea roţilor dinţate presupune obţinerea suprafeţelor ce materializează dintele rotii. Dintele roţii se caracterizează prin forma flancului (profil) definit de generatoarea G şi forma dintelui (pe lăţimea roţii dinţate) definită de directoarea D.

Drept curbe generatoare (pentru profilul dintelui) se utilizează profilul evolventic, profile cicloidale şi profilul compus din arce de cerc, frecvent fiind utilizat profilul evolventic.

Forma dintelui este dată de forma curbei de intersecţie a suprafeţei flancurilor cu suprafaţa primitivă, numită curbă directoare D. Există dantură dreaptă, înclinată (elicoidală) şi curbă. Pentru dantura dreaptă directoarea este o dreaptă paralelă cu generatoarea suprafeţei primitive, iar pentru dantura înclinată directoarea este o elice înclinată cu unghiul . În cazul danturilor curbe, directoarea este o curbă de tipul: arc de cerc, arc de epicicloidă, arc de evolventă, etc.

24.2. Generarea teoretică a danturii roţilor dinţate cilindrice

Pentru danturarea roţii dinţate trebuie să se asigure generarea curbei generatoare (forma flancului dintelui) şi generarea curbei directoare (forma dintelui pe lăţimea roţii dinţate). În acest scop au fost dezvoltate o mare varietate de maşini-unelte şi procedee tehnologice.

24.2.1. Obţinerea curbei generatoare

În funcţie de modul cum este generat flancul dintelui (modul de obţinere a curbei generatoare G) există două variante:- generatoare materializată;- generatoare cinematică.

În prima variantă, generatoarea G (evolventă în majoritatea cazurilor), este materializată pe muchia aşchietoare a unei scule profilate (freză disc modul, freze deget modul, cuţite profilate, capete multicuţite, broşe, discuri abrazive profilate), sau cu ajutorul programelor. Maşinile-unelte au o cinematică relativ simplă.

Repetarea profilului pentru cei zp dinţi ai roţii dinţate se obţine prin divizare discontinuă cu dispozitive adecvate (ex. cap divizor).

La cea de a doua variantă se folosesc scule cu profil simplu pentru muchia

209

aşchietoare (dreapta sau evolventa la cuţitul roată), iar maşina-unealtă are o construcţie cinematică complexă. Cei zp dinţi ai roţii dinţate se obţin prin divizare continuă sau discontinuă (la unele variante de prelucrare).

A.Generarea profilului evolventic. Din punct de vedere cinematic, arcul de evolventa Ev se generează de un punct M de pe o dreaptă D, care se rostogoleşte fără alunecare pe un cerc de bază de rază Rb. În practică se folosesc mai multe metode obţinere e evolventei.

a). Rularea cu dreaptă mobilă. O dreaptă PK (figura 24.1) se deplasează cu o viteză v = Rb x pe un cerc din P în P’. Evolventa Ev va ocupa poziţiile E’v , iar tangenta T va ajunge în T’ (T’ paralelă cu T). Evolventa (generatoarea teoretică) se obţine ca înfăşurătoare a poziţiilor succesive ale tangentei în mişcare.

Scula (al cărei tăiş materializează tangenta T) are o mişcare de aşchiere (perpendiculară pe planul figurii) şi se deplasează pe direcţia PK cu viteza v. Piesa semifabricat se roteşte cu viteza unghiulară ω. Deoarece contactul dintre tangentă şi evolventa (sculă şi suprafaţa de prelucrat) este doar într-un punct (notat P, P’,...), scula se uzează punctiform, ceea ce este dezavantajos.

Acest mod de generare a evolventei este folosit la unele maşini MAAG de rectificat dantura roţilor dinţate cilindrice. Această variantă are un domeniu redus de utilizare deoarece implică complicaţii din punct de vedere cinematic.

Figura 24.1Generarea danturii prin rulare cu dreaptă mobilăb). Rularea cu dreaptă mobilă şi cerc fix. Se consideră momentul în care

punctul P se află la distanţa OP (figura 24.2) de centrul cercului de bază.

Figura 24.2 Generarea danturii cu dreaptă mobilă şi cerc fix

Se poate genera o evolventă Ev dacă rularea dreptei se realizează pe cercul

Generarea danturii roţilor dinţate conicede bază cu un unghi corespunzător unghiului pe care-l face raza OP cu raza OK. Se impune ca unghiul - const. şi se continuă rularea. Tangenta T, care este solidarizată cu dreapta PK, va ajunge în T’ la mişcarea dreptei PK cu v = Rb. În poziţia T’, tangenta T poate ajunge şi dacă ea este solidarizată cu dreapta N perpendiculară pe OP, dacă viteza de deplasare a dreptei N ar fi v’, determinată din

triunghiul PP’R, cu relaţia: (24.1)

Dacă prin punctul P se duce un cerc tangent la dreapta N se poate constata că mărimea vitezei v’ este funcţie de razele cercului de bază şi a cercului de rulare (dreapta N rulează pe cercul de rază OP = Rr).Raza cercului de rulare Rr se

determină din triunghiul OKP cu relaţia: (24.2)

La această metodă generatoarea G se obţine prin rulare între dreapta N şi un cerc de rază Rr şi se deosebeşte faţă de prima la care are loc rularea între o dreaptă şi un cerc de rază Rb.Tangenta T’ legată rigid de dreapta N, înclinată cu unghiul faţă de dreapta N, generează o evolventă identică dacă dreapta N rulează pe un cerc de rază Rr, denumit cerc de rulare, cu condiţia ca între cele două raze să existe

relaţia: (24.3)

Avantajele acestei metode sunt următoarele:- posibilitatea alegerii unui unghi α (unghi de angrenare). Acest unghi este standardizat la 20°. Există variante cu = 14,5 şi = 15 ;- la generarea evolventei (în timpul deplasării muchiei aşchietoare din T în T’) participă succesiv punctele de pe porţiunea Rr a muchiei aşchietoare, fapt ce permite o uzură a sculei repartizată pe o zonă mai mare a acesteia.

Metoda este aplicată la maşinile de prelucrat roţi dinţate cu freză melc şi cuţit roată şi la unele maşini de prelucrat roţi dinţate conice.

c).Rularea cu dreaptă fixă (figura 24.3). Condiţia rulării dintre cerc şi dreaptă este identică cu cele din primele două variante. Metoda este folosită la maşinile MAAG de prelucrat roţi dinţate cu cuţite pieptene şi la unele maşini de rectificare a flancurilor dinţilor.

Figura 24.3 Generarea danturii prin rulare cu dreaptă fixăB. Generarea danturii evolventice. Dintele roţii dinţate având profil

simetric (figura 24.4), evolventele respective pot fi generate de două tangente T1 şi

211

T4 dispuse simetric (’1 = – 1). Tangenta T1 descrie profilul stâng al unui dinte, iar tangenta T2 profilul stâng al altui dinte. Similar tangentele T3 şi T4 generează profilele din dreapta ale aceloraşi dinţi.

Figura 24.4 Generarea danturii evolventiceSolidarizând aceste tangente, se formează o cremalieră denumită cremaliera

de referinţă, care este standardizată şi reprezintă mijlocul de generare a danturilor cilindrice. Această cremalieră stă la baza construcţiei sculelor de danturat. Pe desenul de execuţie al rotii dinţate se vor preciza parametrii cremalierei de referinţă utilizate. Pe baza celor prezentate mai sus, generarea cu dreaptă mobilă devine generarea cu cremalieră mobilă, iar cea cu dreaptă fixă devine cu cremalieră fixă.

Metoda de generare prin rulare se foloseşte şi la generarea profilelor neevolventice, profile folosite în construcţia diverselor piese ca roţi de lanţ, arbori canelaţi, dinţii fierăstraelor etc. în aceste cazuri muchia sculei nu mai este rectilinie, având o formă care se determină (grafic sau analitic) pe baza legilor angrenării.

24.2.2. Obţinerea curbei directoare

Forma curbei directoare realizează forma dintelui pe lăţimea roţii dinţate. Forma curbei directoare este materializată pe lăţimea cremalierei de referinţă, pentru roţile dinţate cilindrice, sau pe roata plană imaginară, pentru roţile dinţate conice.

Generarea directoarei rotile dinţate .cilindrice. Forma dintelui la roţile dinţate cilindrice poate fi o dreaptă, o dreaptă înclinată, două segmente de elice care se intersectează sub forma literei V (figura 24.5).

Figura 24.5 Forme posibile ale dintelui la roţile dinţate cilindriceTranspunerea directoarei din planul cremalierei de referinţă se realizează

prin rulare unui cilindru pe un plan.Roţile cilindrice cu dinţi drepţi (figura 24.6,a). Se consideră un cilindru

având raza cercului bazei rb. Pe acest cilindru rulează planul generator P în care se

Generarea danturii roţilor dinţate coniceconsideră o dreaptă AB drept dreaptă generatoare. Dreapta AB fiind paralelă cu generatoarea cilindrului, la un moment dat va ocupa poziţia A’B’ pe cilindru (când planul generator este tangent la cilindrul de bază. în timpul rulării planului P, fiecare punct al dreptei AB va descrie câte o evolventă. Intersectând suprafaţa evolventică cu un cilindru C concentric cu cilindrul de bază se obţine o dreaptă A’’B’’ II A’B’ II AB ce reprezintă forma dintelui pe lăţimea roţii dinţate.

a) b)Figura 24.6 Generarea danturii roţilor dinţate cilindrice

cu dinţi drepţi (a) şi înclinaţi (b)Roţile cilindrice cu dinţi înclinaţi (figura 24.6,b). în această situaţie, dreapta

generatoare AB este înclinată faţă de generatoarea cilindrului cu unghiul , egal cu unghiul de înclinare al dintelui. Dreapta generatoare AB se înfăşoară pe cilindrul de bază după o linie elicoidală AB’. Fiecare punct al dreptei AB va descrie câte o evolventă, deci suprafaţa obţinută este o suprafaţă evolventică. Intersectând această suprafaţa cu un cilindru concentric cu cilindrul de bază rezultă tot o linie elicoidală.

Roţile dinţate conice (figura 24.7). Forma dintelui pe roata plană imaginară este o dreaptă sau o curbă analitică, realizabilă tehnologic. Pe roata semifabricat se transpune prin rulare sub forma unei directoare spaţiale. Se impune o anumită legătură între vitezele pe care le au cele două suprafeţe conform condiţiei rulării.

Figura 24.7 Metode de generare a roţilor dinţate conice

24.3. Procedee de prelucrare a danturii roţilor dinţate cilindrice24.3.1. Prelucrarea cu generatoare materializată (copiere)

213

Obţinerea danturii se realizează cu scule al căror profil corespunde golului dintre doi dinţi. Metoda are productivitate scăzută şi nu asigură totdeauna o precizie corespunzătoare privind forma profilului şi pasul dinţilor. Prezintă avantajul că nu necesită maşini-unelte speciale.

Curba generatoare G, de forma golului dintre doi dinţi este materializată de muchia aşchietoare a sculei profilate.

Curba directoare D, de forma unei drepte sau elice cilindrică, este descrisă de un punct al generatoarei G care se deplasează după o anumită lege.

Cea mai utilizată metodă este cea a frezării cu freze disc modul şi freze deget modul (figura 24.8). Mişcarea 1 reprezintă mişcarea de aşchiere realizată de sculă, mişcarea 2 este o mişcare de avans longitudinal executată fie de piesă fie de sculă, mişcarea 3 serveşte la reglarea adâncimii de aşchiere, iar mişcarea intermitentă 4 este necesară pentru realizarea divizării (realizarea unui nou gol dintre doi dinţi. Prelucrarea prin această metodă impune folosirea unui dispozitiv de copiat (cap divizor).Forma profilului dintelui depinde de modulul m, de numărul de dinţi z ai roţii şi de unghiul de angrenare a. Rezultă că pentru fiecare valoare a unuia dintre aceşti parametri este necesară câte o freză, situaţie inadmisibilă din punct de vedere tehnic. Pentru a reduce gama de freze necesare, pentru fiecare valoare a modulului m, s-au grupat numerele de dinţi în grupe, utilizând pentru fiecare grupă o singură freză. Acest lucru presupune acceptarea unor erori sistematice ale roţilor dinţate realizate prin această metodă, deoarece profilul frezei corespunde profilului unui singur număr de dinţi din intervalul respectiv.

1 3

4 2

a)

1 2

b)

Figura 24.8 Frezarea danturilor cu freze disc modul (a) şi cu deget modul (b)

24.3.2. Prelucrarea cu generatoare cinematică

Pentru mărirea eficienţei economice a danturării (productivitate şi precizie) au fost dezvoltate metode de danturare prin rulare, la care generatoarea şi directoarea se realizează cinematic prin combinarea unor mişcări.

Generatoarele G sub formă de evolventă (sau alte curbe) se obţin cinematic

Generarea danturii roţilor dinţate coniceca înfăşurătoare a unor traiectorii descrise de o curbă C, materializată de muchia aşchietoare a sculei. Această curbă are forme simple, impuse de cerinţele tehnologice (segment de dreaptă, arc de cerc, evolventă, etc.).

Directoarele D se obţin ca traiectorie directă a unor puncte de pe generatoare sau prin imprimare (rulare spaţială). Danturarea prin rulare se bazează pe principiul angrenării dintre sculă şi semifabricat. Prezintă o serie de avantaje fată de prelucrarea cu scule profilate (prin copiere): profilul sculei nu depinde de numărul z de dinţi ai roţii, ci numai de modulul m; productivitate şi precizie ridicate, ca urmare a continuităţii procesului de danturare.

Lanţuri cinematice de rulare. Deoarece la generarea profilelor se folosesc curbe ciclice, generate de drepte şi cercuri ca baze şi rulante, lanţurile cinematice trebuie să asigure mişcări de rotaţie şi de translaţie. Lanţul de rulare, este format din două lanţuri legate în serie-paralel.

Lanţul din figura 24.9,a asigură rularea dintre o dreaptă mobilă şi un cerc iar lanţul din figura 24.9,b rularea pentru cazul când dreapta este fixă iar cercul se roteşte şi se deplasează. Lanţul are roţile de schimb A,B, ce au rolul de a realiza un anumit raport între mărimile de ieşire ye1 şi ye2 pentru asigurarea mişcării de rulare. a) b)

Figura 24.9 Lanţuri cinematice de rulareDanturarea cu freze melc. Procedeul este utilizat la realizarea flancurilor

dinţilor tuturor cilindrice cu dantură exterioară (figura 24.10).Freza melc asigură prin construcţie şi cinematică obţinerea unei cremaliere

imaginare care trebuie să angreneze cu roata semifabricat.Constructiv, freza melc este un melc căruia i s-au imprimat calităţi

aşchietoare prin realizarea unor canale longitudinale elicoidale normale pe elicea melcului (înclinate faţă de axa melcului cu unghiul ).Intersecţia dintre canalele elicoidale şi elicea melcului determină muchia aşchietoare a sculei, care este formată dintr-o succesiune de tăişuri ce alcătuiesc o cremalieră.

Pentru generarea formei flancului (profilului) dintelui se utilizează metoda generării prin rulare cu dreaptă mobilă. Freza melc 1 are o mişcare de rotaţie în jurul axei sale, iar piesa semifabricat 2 are de asemenea o mişcare de rotaţie în jurul axei sale. în acelaşi timp, freza melc are şi o mişcare de avans în plan vertical pentru a realiza forma dintelui pe lăţimea roţii dinţate.

Directoarele D de forma unei drepte (la roţile dinţate cu dinţi drepţi) se obţin prin înclinarea melcului cu unghiul . La roţile dinţate cu dinţi înclinaţi (0)

215

directoarele elicoidale se obţin prin înclinarea melcului cu unghiul 0 ± .Caracteristica principală este divizarea continuă ea fiind asigurată de

mişcarea de rulare şi de construcţia specifică a sculei.

Figura 24.10 Danturarea roţilor cu freze melcDanturarea cu cuţit roată. Cuţitele roată sunt scule destinate prelucrării

roţilor dinţate cu dinţi drepţi, elicoidali sau în V, permiţând accesul în zone inaccesibile pentru alte tipuri de scule. Cuţitul roată este de fapt o roată dinţată executată din material de scule, prevăzută cu unghiuri necesare aşchierii (figura 24.11). Cuţitele roată au dinţi drepţi pentru prelucrarea roţilor cilindrice cu dinţi drepţi şi dinţi înclinaţi (o porţiune dintr-o elice) de acelaşi sens pentru rotile dinţate cu dinţi înclinaţi.

Între sculă şi semifabricat există o mişcare de rulare. Cuţitul 1 angrenează cu semifabricatul 2, astfel că dinţii cuţitului pătrund în semifabricat şi execută golurile dinţilor roţii dinţate. Pentru ca scula să aşchieze trebuie să aibă o mişcare de aşchiere care este o mişcare de rabotare în plan vertical. La retragerea cuţitului, trebuie ca faţa sa de aşezare să nu lovească cu muchia suprafaţa executată în semifabricat, de aceea se va retrage masa maşinii cu semifabricatul spre stânga, revenind pentru o nouă cursă a cuţitului. Profilul complet al dintelui se poate realiza dintr-o trecere sau mai multe treceri. Adâncimea de aşchiere este dată mesei maşinii de către o camă.

Profilului dintelui (figura 24.11,b) este o evolventă rezultată ca înfăşurătoare a profilului evolventic al dintelui sculei. Pentru fiecare modul este necesară o singură sculă, indiferent de numărul de dinţi.

Traiectoriile directoare se obţin cinematic ca traiectorii ale unor puncte de pe muchiile aşchietoare care se deplasează cu mişcarea de aşchiere. Directoarele elicoidale sunt materializate pe un şablon (camă cilindrică cu profil elicoidal), care asigură numai un anumit pas al elicei, solidarizat pe ghidajele berbecului port sculă. Datorită acestei came elicoidale berbecul port sculă se deplasează pe o traiectorie elicoidală.


Figura 24.11 Danturarea roţilor cu cuţit roatăDanturarea cu cuţit pieptene (figura 24.12). Cuţitul pieptene se poate

considera un segment de cremalieră cu 5...24 de dinţi cu unghiurile necesare aşchierii. Din punct de vedere teoretic se poate obţine din cuţitul roată prin creşterea la infinit a numărului de dinţi şi a diametrului acestuia.

Prelucrarea cu această sculă se face asemănător cu prelucrarea cu cuţitul roată, lipsind mişcarea de rotaţie a sculei, linia medie a cremalierei rulând pe cercul de divizare al semifabricatului. Se deosebesc două procedee de generare a formei flancului (profilului) dintelui.

Procedeul Parkinson (figura 24.12,a) utilizează metoda rulării cu dreaptă mobilă, rularea dintre sculă şi semifabricat este realizată de mişcările 2 şi 2’. Mişcarea de aşchiere 1 (rectilinie alternativă) este realizată de sculă, iar mişcarea 3 reglează poziţia sculei faţă de piesă.

Procedeul MAAG (figura 24.12,b) utilizează metoda rulării cu dreaptă fixă, la care piesa execută o mişcare de rotaţie 2’ şi una de translaţie 2.

Pentru obţinerea curbei directoare se aplică două procedee, după cum directoarea este o dreaptă sau o elice.Directoarea rectilinie (pentru roţi dinţate cu dinţi drepţi) se obţine cinematic ca urmare a deplasării dinţilor cuţitului pe direcţia mişcării 1 cu viteza v a cărei traiectorie este paralelă cu ghidajele maşinii.

Directoarea elicoidală (pentru roţi dinţate cu dinţi înclinaţi) se obţine cinematic prin combinarea a două mişcări: una de rotaţie 2’ şi una de translaţie 1, între care există o relaţie de forma v2’ / v = tg = const. În acest caz cuţitul pieptene trebuie să aibă dinţi înclinaţi.

Figura 24.12 Danturarea roţilor cu cuţite pieptene

217

24.3.3. Finisarea danturii roţilor dinţate cilindrice

Roţile dinţate care lucrează la turaţii mari necesită prelucrări de finisare a danturii.

A. Rectificarea. Se poate realiza prin copiere cu disc abraziv profilat sau prin generarea profilului evolventic.

a). Rectificarea cu disc abraziv profilat (figura 24.13) este mai productivă dar introduce o serie de erori cauzate de uzura neuniformă a discului. Scula are profilul golului dintre dinţi. Se poate prelucra câte un flanc sau ambele flancuri. Profilul discului abraziv trebuie corectat periodic cu un diamant.

Figura 24.13 Rectificarea danturii cu disc abraziv profilatb). Rectificarea prin generarea profilului evolventic. Se folosesc mai multe

metode funcţie de maşina-unealtă utilizată.Pentru generarea profilului evolventic se poate utiliza metoda de generare

cu dreaptă fixă, scula abrazivă având forma unui taler şi metoda de generare cu dreaptă mobilă, scula abrazivă având forma unui melc.

Directoarea de forma unei drepte sau a unei porţiuni dintr-o elice se obţine cinematic prin rularea unui plan pe un cilindru. Varianta Niles (figura 24.14,a). Generatoarea se obţine cinematic prin metoda rulării cu dreaptă mobilă. La nivelul roţii semifabricat există o mişcare de rulare obţinută prin compunerea mişcării de rotaţie 2 cu o mişcare de translaţie 2’(v2 = v2’).

Figura 24.14 Rectificarea danturilor prin generarea profilului evolventic

Generarea danturii roţilor dinţate coniceRectificarea după şablon (figura 24.14,b). Pentru micşorarea numărului de

mişcări executate de piesa semifabricat, mişcarea de interdependenţă (v2 = v2’) este asigurată prin intermediul unui şablon S. Roata de prelucrat este obligată să se deplaseze cu mişcarea de rotaţie 2, iar mişcarea 2’ rezultă automat din condiţia ca şablonul să fie în contact cu rola R. Rectificarea cu două discuri abrazive (figura 24.15). Cremaliera de referinţă poate fi materializată prin două discuri taler a căror suprafaţă iniţială materializează flancurile dinţilor cremalierei. Se pot prelucra roţi dinţate cu dinţi drepţi sau înclinaţi.

Figura 24.15 Rectificarea danturilor cu două discuri abraziveRectificarea prin rulare continuă (procedeul Reishauer). Pentru procedeele

prezentate anterior precizia şi productivitatea sunt limitate datorită divizării discontinue. Acest dezavantaj poate fi eliminat prin folosirea unei cremaliere imaginare cu lungime infinită, la care nu mai este necesară divizarea. A apărut astfel metoda de lucru cu melc abraziv, la care cremaliera imaginară se obţine într-un plan normal pe elice.

Această variantă de prelucrare (figura 24.16) are la bază metoda de obţinere a generatoarei cu dreaptă mobilă similară cu danturarea cu freză melc.

Mişcarea de aşchiere 1, realizată de melcul abraziv (sculă) este corelată cu mişcarea 2 de avans circular a piesei. Pentru realizarea directoarei dintelui este necesară mişcarea de avans longitudinal 3. Pentru compensarea uzurii melcului abraziv se foloseşte avansul intermitent 4.

Figura 24.16 Rectificarea danturilor prin procedeul Reishauer

219

B. Şeveruirea dinţilor roţilor dinţate. Este o metodă de finisare a danturii roţilor dinţate cilindrice, după frezare, care constă în răzuirea flancurilor dinţilor (shaving = răzuire), utilizând o sculă numită sever. Şeveruirea se aplică danturilor netratate termic sau în urma tratamentului de îmbunătăţire.

Şeverul (scula aşchietoare) lucrează după metoda prin rulare. Ca formă, este o roată dinţată, o cremaliera sau un şurub melc la care pe flancurile dinţilor au fost executate canale pentru realizarea calităţilor aşchietoare (figura 24.17).

Figura 24.17 Şevăruirea danturilor roţilor dinţate Generarea profilului evolventic se realizează prin rularea dintre sculă şi

semifabricat. Aşchierea se produce ca urmare a procesului de alunecare relativă a dinţilor sculei şi piesei, care sunt obligate să angreneze într-o poziţie particulară a celor două axe (angrenaj încrucişat).

În timpul angrenării, dinţii severului (cu tăişuri aşchietoare) se deplasează în sensul lungimii dinţilor roţii sub acţiunea unei forţe de avans, în acelaşi timp apare o alunecare în sensul înălţimii dinţilor datorită rulării. Aceste mişcări sunt posibile datorită înclinaţiei dinţilor severului şi datorită unghiului dintre axa roţii şi axa severului.

C. Tuşarea dinţilor roţii dinţate constă în angrenarea roţii respective, călită şi rectificată cu trei roţi dinţate din fontă, introducându-se în zonele de angrenare particule abrazive fine sub formă de suspensie în ulei. Una din roţile de fontă are axa paralelă cu a roţii semifabricat iar celelalte au axele înclinate. Roata semifabricat are o mişcare de oscilaţie (se roteşte în ambele sensuri) astfel că prin angrenarea cu roţile de fontă se produce o suprafinisare a danturii.

D. Rodarea dinţilor roţii dinţate se aplică roţilor care fac parte din acelaşi angrenaj. Maşina utilizată permite mişcări radiale şi axiale pentru finisarea completă a flancurilor dinţilor.

25


GENERAREA DANTURII ROŢILOR DINŢATE CONICE


Elementul de referinţă al angrenajelor conice este roata plană imaginară, la angrenajele cilindrice existând cremaliera de referinţă.

Curba care descrie flancul dintelui este obţinută prin angrenarea roţii semifabricat cu roata plană imaginară la care flancul dintelui este o suprafaţă riglată, descrisă cinematic, de o generatoare G0, obţinută ca o înfăşurătoare a unor curbe materializate pe muchia aşchietoare a sculei.

Pe roata plană apare şi forma dintelui (directoarea) care este imprimată prin rulare pe roata semifabricat. Forma dintelui pe roata plană poate fi o dreaptă sau o curbă, angrenajele conice grupându-se în:- angrenaje conice cu dinţi drepţi;- angrenaje conice cu dinţi curbi.

Generarea flancului dintelui. Flancul dintelui (curba generatoare) se poate realiza prin materializare pe muchia aşchietoare a sculei şi cinematic prin rulare spaţială.

Rularea spaţială (figura 25.1) permite realizarea generatoarei G, pe cale cinematică, prin rulare între cercurile B şi R în două moduri:- rulare cu roată plană mobilă - rotirea simultană a două suprafeţe de bază B şi R cu menţinerea pe loc a axei cercului B;- rulare cu roată plană fixă - suprafaţa de bază B se roteşte în jurul axei sale şi se deplasează pe suprafaţa de rază R.

Figura 25.1Generarea roţilor dinţate conice prin rulare spaţialăGenerarea formei dintelui pe lăţimea roţii conice. Directoarea D se obţine

cinematic prin transpunerea prin rulare a unei curbe plane de pe roata plană imaginară. Acest mod de obţinere este impus de faptul că directoarea este de cele mai multe ori o curbă spaţială. Generarea cinematică a curbei directoare precum şi a formei acesteia sunt specifice fiecărei variante de angrenaj.

221

25.2. Procedee de prelucrare a danturii roţilor dinţate conice.25.2.1. Prelucrarea cu generatoare materializată.

Deoarece golul dintre dinţi este variabil ca lăţime şi ca înălţime, copierea acestui profil este teoretic imposibilă. Pentru angrenaje nepretenţioase, ce admit erori destul de mari, se pot utiliza procedee de copiere. De asemenea, aceste procedee pot fi aplicate la danturarea de degroşarea roţilor dinţate conice de modul mare, finisarea trebuie realizată prin procedee specifice angrenării.

Prelucrarea danturii constă din copierea pe roata semifabricat a profilului sculei (freză disc modul, freză deget modul, broşe circulare şi freze melc) sau copierea unei curbe (evolvente) de pe un şablon.

Frezarea cu freză disc modul (figura 25.2,a). Pentru realizarea golului dintre dinţi se folosesc cel puţin două freze disc modul diferite.

Freza cu modul mare prelucrează golul dintre dinţi în porţiunea diametrului maxim al roţii, în timp ce freza cu modul mic prelucrează golul îngust, urmând ca materialul rămas între cele două flancuri să fie îndepărtat de o a treia freză cu modul mediu sau prin ajustare.

Freza realizează mişcarea de rotaţie 1, mişcarea de avans longitudinal 2, mişcarea de reglare 3 a poziţiei faţă de piesă, pentru îndepărtarea adaosului de prelucrare (din una sau mai multe treceri). Piesa realizează mişcarea de divizare 4 după prelucrarea unui gol.

Broşarea (figura 25.2,b), este folosită la prelucrarea în serie mare. Scula este o broşa circulară cu număr mare de dinţi cu rol bine determinat (de degroşare, semifinisare, finisare) repartizaţi pe unghiul 360° - . Prin mişcarea sa de rotaţie, broşa aşchiază, ultimii dinţi ai săi generând forma finală a golului dintre dinţi, în intervalul se face divizarea. Un dinte se prelucrează integral la o rotaţie a broşei circulare.

Copierea după şablon (figura 25.2,c), se bazează pe faptul că profilul dintelui (generatoarea) este proporţional cu lungimea generatoarei conului primitiv, şablonul de copiat poate fi construit oricât de mare. Pentru realizarea prelucrării sunt necesare următoarele mişcări: mişcarea 1 a cuţitului de rabotat, mişcarea de avans 2 a piesei (mişcare de copiere), mişcarea de divizare 3 după executarea unui flanc.

Prelucrarea cu freză melc cu o spiră (figura 25.2,d) se utilizează la prelucrarea de degroşare a roţilor conice cu dinţi drepţi sau înclinaţi cu profil precis. Mişcările necesare sunt: mişcarea de rotaţie 1 a frezei, mişcarea de avans 2 în lungul dintelui roţii semifabricat, în interdependenţă cu mişcarea 1, astfel încât la o rotaţie a sculei să se realizeze doi dinţi. La această metodă divizarea este continuă.


a)

b) d)

c)

Figura 25.2 Prelucrarea danturii roţilor dinţate conice cu generatoare materializată

25.2.2. Prelucrarea cu generatoare cinematică

Generarea cinematică a flancului dintelui roţii semifabricat se bazează pe rularea între roata semifabricat şi roata plană generatoare (imaginară), devenită roată sculă.

Principalele variante de danturare a roţilor dinţate conice cu generatoare cinematică sunt:- rabotarea roţilor conice cu dinţi drepţi şi înclinaţi;- frezarea roţilor conice cu dinţi curbi utilizând freze frontale şi freze melc conice;

223

- frezarea roţilor conice cu dinţi drepţi utilizând două freze disc.A. Prelucrarea prin rabotare şi frezare a roţilor conice cu dinţi drepţi şi

înclinaţi. Forma dintelui pe roata plană (directoarea) este o dreaptă radială pentru roţile cu dinţi drepţi şi o dreaptă tangentă la un cerc de rază r pentru roata cu dinţi înclinaţi (figura 25.3). La roţile cu dinţi înclinaţi, unghiul de înclinare m este determinat de raza SP şi de tangenta TP la cercul de bază r. În cazul m = 0 se obţin roţi cu dinţi drepţi. Directoarea D’ se obţine pe roata plană ca traiectorie a unui punct de pe muchia aşchietoare a sculei ce se deplasează cu viteza v.

Figura 25.3 Prelucrarea danturii roţilor dinţate conice cu generatoare cinematicăLa toate procedeele de prelucrare suportul sculei este dispus pe un platou

rotativ care materializează roata plană imaginară. Pentru obţinerea flancului dintelui este necesară o angrenare între roata semifabricat şi roata plană imaginară, astfel încât să fie îndeplinită relaţia:

v2 = v2’ = const. (25.1)Rabotarea cu un cuţit sau procedeul Bilgram (figura 25.4,a). Dintele roţii

plane imaginare este materializat de un cuţit de rabotat cu profil prismatic care execută mişcarea de rabotare 1.

Rabotarea cu două cuţite sau procedeul Gleason (figura 25.4,b). Cuţitele materializează golul dintre doi dinţi ai roţii plane imaginare, iar pe roata semifabricat se prelucrează simultan flancurile opuse ale unui dinte.


Prelucrarea cu două freze disc (figura 25.4,c). Sunt utilizate două freze disc cu suprafaţă plană, ce materializează dintele roţii plane imaginare. Se folosesc freze disc de diametru mare, fapt ce anulează mişcarea pentru obţinerea curbei directoare (mişcarea de avans în lungul dintelui). Fundul dintelui rezultă concav. Curba generatoare se realizează prin angrenarea roţii semifabricat cu roată plană fixă (maşinile Klingelnberg) sau cu roată plană mobilă.

a) b) c)

Figura 25.4 Prelucrarea danturii roţilor dinţate conice prin rabotareB. Prelucrarea danturilor roţilor dinţate conice cu dinţi curbi. Angrenajele

conice cu dinţi curbi se caracterizează prin faptul că directoarea D’ de pe roata plană are o formă curbă (arc de cerc, evolventă, epicicloidă, hipocicloidă, elipsă, spirală arhimedică sau logaritmică, elipsinoidă).

Complicaţiile constructive impuse cinematicii maşinilor-unelte au limitat curbele dinţilor la: arc de cerc (dantură zerol) şi arc de epicicloidă alungită (dantură eloidă).

Dantura în arc de cerc (figura 25.5). Directoarea D’ pe roata plană este un arc de cerc de rază rs, cu centrul la distanţa e de centrul S al roţii plane, înclinarea dintelui este dată de unghiul m format de tangenta la cerc în P1 şi raza roţii plane în SP1. Dacă este m = o, dantura se numeşte "zerol".

Curba directoare D' în arc de cerc se obţine cinematic ca traiectorie a unui punct de pe muchia aşchietoare a sculei care execută o mişcare de rotaţie 1. Scula aşchietoare este o freză frontală cu z dinţi cu profil rectiliniu, care materializează dintele roţii plane imaginare.

Curba directoare spaţială D se obţine cinematic prin rularea roţii semifabricat pe roata plană. Flancurile dintelui pot fi prelucrate alternativ sau simultan.

225

Figura 25.5 Prelucrarea roţilor dinţate conice cu dinţi curbi (dantură în arc de cerc)Dantura spiroidă (figura 25.6). Forma dintelui (directoarea D') pe roata

plană este o epicicloidă alungită, iar pe roata semifabricat se obţine o cicloidă conică denumită spiroidă.

Cercul de rostogolire rr este foarte mic în raport cu cercul de bază rb, epicicloidă care se generează are forma apropiată de un arc de cerc. Pentru prelucrarea unui gol dintre dinţi pe roata semifabricat participă toţi dinţii unei freze frontale dispuşi pe o spirală arhimedică.

Freza frontală are 18, 21 sau 24 de dinţi cu profil trapezoidal. Dinţii au destinaţii diferite: degroşarea golului, finisarea şi calibrarea golului. Ultimii dinţi au grosimea dintelui roţii plane.

Dantura eloidă (figura 25.7). Această dantură este generată de un punct exterior rulantei ce rulează pe o bază (alt cerc) cu centrul în centrul S al roţii plane.

Dantura eloidă se realizează cu o sculă similară frezei frontale de la procedeul anterior. Scula este un disc cu mai multe cuţite grupate pe grupuri (la fiecare grup, unul face degroşarea iar celelalte două, finisarea).


Figura 25.6 Prelucrarea roţilor dinţate conice cu dantură spiroidăGrupul este format din doi sau trei dinţi dispuşi pe spirale diferite, decalate

între ele cu pasul danturii, în timpul aşchierii are loc rotirea piesei semifabricat şi a sculei ai cărei dinţi (grupe de dinţi) materializează flancurile active ale dinţilor roţii plane imaginare. Se realizează o rulare continuă, fiecare grup, prelucrând complet un dinte.

Figura 25.7 Prelucrarea roţilor dinţate conice cu dantură eloidă

25.3. Finisarea danturii roţilor dinţate conice

227

Rectificarea roţilor dinţate conice se aplică la angrenajele care lucrează cu viteze şi sarcini ridicate. Datorită formei specifice a dintelui pe lăţimea roţii, pot fi rectificate numai roţile cu dinţi drepţi, înclinaţi şi în arc de cerc.

Procedeele de generare prin rectificare sunt identice cu cele de la procedeul utilizat pentru obţinerea roţii care urmează să fie finisată. Pentru rectificare sunt utilizate scule abrazive cu suprafaţa iniţială plană care materializează flancurile roţii plane imaginare în cazul roţilor conice cu dinţi drepţi sau înclinaţi şi scule abrazive cu suprafaţă iniţială conică (scule tip oală) la prelucrarea roţilor cu dinţi în arc de cerc.

Rodarea şi lepuirea roţilor dinţate conice se poate realiza după aşchierea lor, sau după tratamente termice prin diverse procedee (rodare, lepuire, lustruire electrochimică, etc.).

Rodarea se poate realiza în două moduri:- rodare cu o roată conjugată din fontă, care este roata motoare;- rodare cu o roată conjugată din oţel, în timpul rodării între dinţii celor două roţi se află particule abrazive în suspensie într-un mediu petrolier.

Granulele abrazive, în timpul procesului de angrenare, se fixează în roata conjugată, fapt ce face ca prin alunecare să aibă loc un proces de microaşchiere. Se obţine o rugozitate bună a flancurilor şi o corectare a unor abateri de prelucrare.

Bibliografie

BIBLIOGRAFIE

Aelenei, M., Gherghia, I., - Probleme de maşini-unelte şi aşchiere, vol. l, vol II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1985

Amarego, E., A., J., Brown, R., H., - The Manufacturing of metals, ediţie în limba rusă, Moscova, 1977

Belous, V., - Sinteza sculelor aşchietoare, Editura Junimea, laşi, 1980Belous, V., - Creaţia tehnică în construcţia de maşini. Inventica,

Editura Junimea, laşi, 1986Biber, Gh., - Manualul strungarului, Editura Tehnică, Bucureşti, 1967Botez, E., - Cinematica maşinilor-unelte, Editura Tehnică, Bucureşti, 1961Botez, E., - Maşini-unelte, vol. l - III, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977Botez, E., - Bazele generării suprafeţelor pe maşini-unelte, Editura Tehnică,

Bucureşti, 1966Ciolacu, F., G., - Cercetări privind prelucrările mecanice utilizând noi tipuri

de fluide pentru aşchiere. Teză de doctorat, Universitatea din Craiova 1995Cozmîncă, M., Panait, S., Constantinescu, S., - Bazele aşchierii, Editura Gh.

Asachi, laşi, 1995Deacu, L., s.a., - Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor, vol. II,

Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, Facultatea de Construcţii de Maşini, 1992Drăghici, G., Tehnologia construcţiei de maşini, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1984Dreucean, A., - Maşini-unelte şi prelucrări prin aşchiere, Editura Didactică

şi Pedagogică, Bucureşti, 1968Duca, Z., Bazele teoretice ale prelucrărilor pe maşini-unelte, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1969Dumitraş, C., Militam, C., - Aşchierea metalelor şi fiabilitatea

sculelor aşchietoare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1983Elekeş, C., - Scule pentru găurirea alezajelor lungi, Editura Scrisul

Românesc, Craiova, 1985Enache, Şt., Belous, V., Proiectarea sculelor aşchietoare, Editura Didactică

şi Pedagogica, Bucureşti, 1983Enache, Şt., - La qualite des surfaces methaliques, Editura Tehnică,

Bucureşti, 1994Enache, Şt., Minciu, C., Proiectarea asistată a sculelor aşchietoare, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1983Gavrilas, l., s.a., Tehnologii de prelucrare cu scule din materiale dure şi

extradure, Editura Tehnică, Bucureşti, 1977Hollanda, D., s.a., - Aşchiere si scule aschietoare, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982lancu, A., Trifa, T., - îndrumător pentru ridicarea calificării rectificatorilor,

vol. l, ii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1978

229

Jawahair, l., S., Van Luttervelt, C., A., - Recent Devellopments in Chip Control Reserch and Applications, Annales of the CIRP, vol. 42/2/1993

Lăzărescu, l., - Teoria aşchierii şi proiectarea sculelor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1964

Lăzărescu, I., ş.a., - Aşchierea şi scule aşchietoare, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1976

Minciu, C., - Proiectarea şi tehnologia sculelor pentru danturare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986

Minciu, C., Predincea, N., - Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor, institutul Politehnic Bucureşti, 1984

Nanu, A., - Tehnologia materialelor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1977

Oancea, N., Căpăţână, N., Nenită, C., - Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor, Universitatea din Galaţi, 1980

Oprean, A., ş.a., - Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1981

Picoş, C., - Prelucrabilitatea prin aşchiere a aliajelor feroase, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981

Picoş, C., ş.a., - Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanică prin aşchiere, Editura Universitas, Chişinău, 1992

Popescu, I., - Aşchierea aliajelor de aluminiu, Editura Tehnică, Bucureşti, 1974

Popescu, I., Ciolacu, F., Zamfirache, M., - Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor pe maşini-unelte. îndrumar de laborator, Reprografia Universităţii din Craiova, 1991

Popescu, I. - Teoria aşchierii, Universitatea din Craiova, Facultatea de Mecanică, 1994

Popescu, l., - Prelucrarea pe maşini-unelte, Universitatea din Craiova, Facultatea de Mecanică, 1995

Popescu, l., Eliezer, S., - Filetarea, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1973

Secară, Gh., - Proiectarea sculelor aşchietoare, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979

Saint-Cheiy, J., Fantin, J., P., Letelier, J., - Choix des outils et de conditions de coupe en tournage, CETIM, 1987

Teodorescu, M., ş.a., - Prelucrabilitatea prin aşchiere. Metode de determinare, Universitatea din Galaţi, 1986

Tîrpe, Gh., - Precizia prelucrării prin aşchiere, Editura Tehnică, Bucureşti, 1972

Vida Simiti, l., ş.a., - Prelucrabilitatea materialelor metalice, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1996

* * * - STAS 6599/3-89. Cinematica aşchierii. Terminologie

Bibliografie

* * * - STAS 6599/4-89. Aşchiere şi scule aşchietoare. Forţe, energii, puteri. Terminologie

* * * - STAS 12046/2-84. Durabilitatea sculelor aşchietoare. Anexa G* * * - STAS 5730/1-91. Rugozitatea suprafeţei. Suprafaţa şi parametrii săi.

Terminologie* * * - STAS 5730/2-91. Rugozitatea suprafeţelor. Parametri de rugozitate

şi specificarea rugozităţii* * * - Sandvik Coromant, Guide d’utilisation des outils, Catalog de firmă

1995/96* * * - ISO 3685 Tool Life Testing with Single Point Turning Tools - First

edition, 1977, annex G* * * - Manualul inginerului mecanic. Tehnologia construcţiilor de maşini,

Editura Tehnică, Bucureşti, 1974

231

bazele aschierii aranjata

Documents