Bazele Aschierii si Generarii Suprafetelor

bagsProf.dr.ing.Dănuţ Julean 1

Bazele aşchierii şi generării suprafeţelor

Generarea suprafeţelor


Suprafeţe


Diverse suprafeţe reale


Generarea suprafeţelor teoretice

M(x,y,z)

Curba generatoare G

Curba directoare D

S

S

S (x,z,y)=0

M


Curbe tehnice

a) constante:• Dreapta

• Cercul

• Evolventele

• Elicea cilindrica, conică, globoidală şi plană

• Epicicloidele

• Hipocicloidele

b) cu o viteză constantă şi una variabilă

• Parabola

• Hiperbola

• Elipsa

• Sinusoida

• Spirala logaritmică

Se realizeză prin combinarea mişcărilor de rotaţie şi translaţie efectuate cu viteze:


Suprafeţe cu generatoare reversibile şi nereversibile

G

D

D

G G

GD

D

D

DG

G


Generatoare fixe şi variabile

G G

GDD

D


Suprafeţe închise - deschise, interioare - exterioare

Suprafaţă închisă

Suprafaţă deschisă

Suprafeţe interioare

Suprafeţe exterioare


Suprafeţe funcţionale -nefuncţionale


Generarea suprafeţelor reale

Element auxiliar:Curbă materială (muchia sculei)Punct material (vârful sculei, granulă abarazivă, etc.

Suprafaţa S de generatpe semifabricat

Scula pentru generat

MIFD

MIFG

MIFG,D - mişcări de imprimare a formei curbelor generatoare

D

G


Metode de imprimare a formei curbelor generatoare

Mişcare de poziţionare

Mişcare de generare

sculă

El. aux identic cu G

Metoda copieriiMIF = 0

El. aux identic sau nu cu D sau G

D

Metoda rulăriiMIF = 1


Metode de imprimare a formei curbelor generatoare

Metoda urmeiMIF = 1

Element aux. = pct.mat

D = Traiectoria

Element aux. = pct.mat

Curbă suplimentară

Metoda tangenteiMIF = 2 sau 3

Curbă Suplimentară 1

Curbă Suplimentară 2


Combinaţia copiere-copiere

D

G

Matriţă

Semifabricat

Mişcare de poziţionare

Poanson

• G şi D realizate prin metoda copierii• El. aux. pt. G şi D curbe materializate pe sculă • (matriţă)

MIFG=0MIFD=0MIFtot=0


Combinaţia copiere-rulare

Semifabricat

Randalina (sculă)

Suprafaţa iniţială

Suprafaţa generată

D

G

• El. aux. G = curba materializată pe sculă

• El. aux. D = curba materializata pe sculă

MIFG = 0MIFD = 1MIFtot = 1 (rularea randalinei pe suprafaţa semifabricatului)


Combinaţia copiere-urmă

• El. aux. G = curba materializată pe sculă (profilul sculei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (vârful sculei)

MIFG = 0MIFD = 1MIFtot = 1 ( mişcare complexărealizată cu un mecanism de mişcări rigid {R,T} )

Scula (cuţit defiletat)

Semifabricat

G

D (elice cilindrică)

R

T


Combinaţia copiere-tangentă

• El. aux. G = curba materializată pe sculă (profilul sculei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (vîrful sculei)

MIFG = 0MIFD = 2MIFtot = 2 ( R1+ o mişcare complexă realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R2,T} )

Scula (freză disc pt. filetat)

Semifabricat

G

D (elice cilindrică)

R2

TR1


Combinaţia rulare - rulare

D

G

Semifabricat

Sculă sferică

• El. aux. G = curba materializată pe sculă (cerc)

• El. aux. D = curba materializată pe sculă (cerc)

MIFG = 1 ( Rularea sferei în lungul generatoarei)MIFD = 1 )rularea sferei pe diametrul director)MIFtot = 2


Combinaţia rulare - urmă

G

D

Scula – cuţit roată

Semifabricat

Suprafaţaevolventicăde generat

• El. aux. G = curba materializată pe sculă (profilul evolventic al dintelui sculei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (punctul de tangenţă al muchiei sculei cu semifabricatul)

MIFG = 1MIFD = 1MIFtot = 2 (o mişcare de angrenare realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R1,R2,} şi mişcarea T)

R1

R2

T


Combinaţia rulare - tangentă

Semifabricat

R1

R2 ; R3

T

• El. aux. G = curba materializată pe sculă (profilul rectiliniu al cremalierei formată de dinţii sculei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (punctul de tangenţă al muchiei sculei cu semifabricatul)

MIFG = 1MIFD = 2MIFtot = 1+2- 1/2Mcom = 2Mcom= nr. mişcări suprapuse (comune)(o mişcare de angrenare realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R1,R2,} şi mişcarea realizată cu R1 si Tpt rd cu dinţi drepţi sau {R2 ,T} pt. dinţi inclinaţi)

Scula: freză melc-modulsau melc abraziv

Cremalieră materializată dedantura sculei

G

DR1


Combinaţia urmă - rulare

G

D

Scula – cuţit roată

Semifabricat

Suprafaţaevolventicăde generat

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (punctul de tangenţă al muchiei sculei cu semifabricatul)

• El. aux. D = curba materializată pe sculă (profilul evolventic al dintelui sculei)

R1

R2,

T

T

MIFG = 1 (T)MIFD = 1 (o mişcare de rulare realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R1,R2,} MIFtot = 2


Combinaţia urmă - urmă

Semifabricat: freză

Scula: cuţit de detalonat

Suprafaţa de detalonat:spatele dintelui

G – arc din spirala luiArhimede

D – arc de elice cilindrică

cu pas mare

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (vârful sculei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (vârful sculei)

MIFG = 1 (o mişcare complexă realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R1,T1}

MIFD = 1 (o mişcare complexă realizată cu un mecanism de mişcări rigid {R2,T2}

MIFtot = 2

R1 R2

T1

T2


Combinaţia urmă - tangentă

Semifabricatroată dinţată

G – arc de evolventă

Discuri abrazive taler

R1 R1

T1

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (punctul de tangenţă disc abrayiv – semifabricat)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (granula abrazivă)

MIFG = 1 (o mişcare complexă pentru generarea evolventei prin rostogolirea semifabricatului )

MIFD = 2 ( rotirea discurilor şi deplasarea T1 a semifabricatului printre ele)

MIFtot = 3Procedeul de rectificarea roţilor dinţate MAAG


Combinaţia tangentă - rulare

T

R1

rulare

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (granula abarzivă din punctul de tangenţă cu semifabricatul)

• El. aux. D = curbă materializată pe sculă (profilul rectiliniu al dintelui cremalierei identic cu profilul disculuiabraziv)

MIFG = 2 (mişcările R1 şi T1)

MIFD = 1 (o mişcare complexă de rulare realizată de semifabricat )

MIFtot = 3

D

GR1

Curba suplimentară

Suprafaţa evolventicăde rectificat

Profilul discului = profilul dintelui cremalierei

Procedeul de rectificarea roţilor dinţate NILES


Combinaţia tangentă - urmă

Disc abraziv

G

D

Semifabricat

Suprafaţa profilată de rectificat

MIFD

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (granula abarzivă din punctul de tangenţă cu semifabricatul)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (granula abarzivă) care descrie traiectoria identică cu D

MIFG = 2 (mişcările R1 şi T1)

MIFD = 1 (o mişcare complexă de imprimare a formei D )

MIFtot = 3

R1

T1


Combinaţia tangentă - tangentă

Suprafţa de generat prin frezare

G

D

• El. aux. G = punct materializat pe sculă (vârful dintelui frezei)

• El. aux. D = punct materializat pe sculă (vârful dintelui frezei)

Micarea de rotaţie R1 care realizeazăcurbele suplimentare

MIFG = 2 (mişcările R1 şi D1)

MIFD = 2 (mişcările R1 şi D2)

MIFtot = 2+2 – 1/2Mcom=3

D1

D2

Prof.dr.ing.Dănuţ Julean 1

bags

Mişcările maşinilor-unelte;parametrii spaţiali

1) Parametrii spaţiali:

a) Forma traiectoriei

b) Lungimea traiectoriei

c) Viteza

d) Sensul (direcţia)

e) Poziţia punctului iniţial

l

R

A

A

A1

A2

R

T

R T

R

T

f) Poziţia geometrică relativă a traiectoriilor

g) Poziţia geometrică absolută a traiectoriilor


bags

Parametrii temporali

a) Momentul începerii mişcării (absolut sau relativ) care caracterizează poziţia mişcării într-un ciclu de mişcări

b) Caracterul mişcării în timp în sensulcontinuităţii:

- întreruptă;- neîntreruptă (continuă)

v

t

Timp de aşchiere

+

-

Rabotare

Mişcarea IIintermitentă

Mişcarea Iintermitentă

Sculă

Semifabricat


bags

Caracteristica parametrilor

a) cantitativăb) calitativă

R1

R2

R1

p


bags

Reglarea parametrilor

•forma traiectoriei•lungimea traiectoriei•viteză•sens•punctul iniţial

5•forma traiectoriei•viteză•sens

3complexă

•lungimea traiectoriei•viteză•sens•punctul iniţial

4•viteză•sens

2simplă

concretnumericconcretnumeric

Parametri pentru reglarea mişcării

deschisăînchisă

Traiectoria mişcăriiMişcarea de execuţie


bags

Mecanisme de transfer

it

Xi(t) Xe(t)

)t(x

)t(xi

i

e

i

e

Lx

Lx

Tie

T

i

eT

ie

ixx

ii

1

x

xi

)i,x(fx

Raport de transfer:- dimensional- adimensional

Raport de transmitere

Ecuaţie de transfer


bags

Mecanisme

z1 z2

xi=n1 xe=ne

n1 n2

1

2

12 n

z

zn

2

1

1

2T

z

z

n

ni

xi=n

xe=v

n

vzmiT pznv

xi=n

xe=v

pnv pn

viT

p


bags

Mecanisme

xi=nxe=v

hnv hn

viT

xe=v

xi=Q

A

Qv

A

1

Q

viT

xi=nxe=Q

n

QiT )n,mz(fQ

zm


bags

Lanţul cinematic închis de filetare

Legătură cinematică rigidă

Filetul de generat pe semifabricat

Mecanism şurub-piuliţă

Mecanism fictivsculă-piesă

R1

R2

T


bags

Lanţ cinematic pentru strunjire longitudinală

Legătură cinematică nerigidă

Suprafaţa de generat pe semifabricat

Mecanism şurub-piuliţă

R1

R2

T

s

pşSculă

Semifabricat

Obs. Se înlocuieşte cu un mecanism pinion-cremalierăacţionat de bara de avansuri


bags

Lanţul cinematic deschis

PO

MR1 I1

11 2

3

Motor electric asincron trifazat

Mecanism pentru reglarea vitezei de funcţionareA mecanismului fictiv sculă-piesă

Inversor


bags

Lanţul cinematic de filetare

Motor electric

PO

MR1

MR2Sanie - ghidaj

Sculă

Şurub conducător

I1

I2

11 2

3

4

5

6

7

Semifabricat


bags

Strungul universal

1. Mecanism de reglare MR2 (cutia de avansuri şi filete)

2. Mecanism de reglare MR1 (Cutia de viteze)3. Păpuşa mobilă4. Roată de mână5. Batiu cu ghidaje prismatice6. Sania transversală7. Nonius şi şurubul transversal8. Sania portcuţit9. Şurubul saniei portcuţit10. Roata de acţionare a căruciorului port-sculă11. Dispozitiv de fixare universal cu 3 bacuri

12. Vârf rotativ13. Şurub conducător14. Şuruburi pentru reglarea jocului15. Ghidaj coadă de rândunică16. Portcuţit17. Suport portcuşit cu schimbare rapidă


bags

Motor electric

PO

MR1

MR2

Sanie - ghidaj

Sculă

Şurub conducător

I1

I2

11 2

3

4

5

67

Filet conic Şurubtransversal

R

T1 T2

I3

Lanţul cinematic de filetare conică

Semifabricat

MR3


bags

Filetarea cu pas mare şi pas mic


bags

Lanţul cinematic de detalonareradială


bags

Detalonarea


bags

Lanţul cinematic

pentru mortezarea

roţilor dinţate


bags

Lira cu roţi de schimb


bags

Maşina de mortezat roţi

dinţate

MecanismBielă-manivelă

Motor electric ME

Cuţitroată

Roată dinţatăsemifabricat

Mecanism de reglare MR1 pt. z

Angrenaj melc – roată melcată

Mec. de reglare MR3 is

Angrenaj melc – roată melcată

Arboreprincipal

Bucşă de conducere

pt. danturi înclinate


bags

Lanţul cinematic

pentru frezarea cu freză melc-

modul


bags

Maşina de frezat

roţi dinţate a cu freză melc-modul

Motor electric ME

Mec. de reglare avitezei MR1

Diferenţial

Frezămelc-modul

Angrenaj melc-roată melcată

Şurubvertical

R2

R1

T

Mec. de reglareMR4

Mec. de reglareMR2

Mec. de reglareMR3

Rd. Sf.


bags

Maşina de

rectificat roţi

dinţate cu disc taler –

MAAG

Cadru

Corzi metalice

Corzi metalice

Tambur

Mecanism de divizare

Disc abraz. taler

Sanie long.

Sanietransv.


Procesul de aschiere

Generalitati


Procesul de aschiere ca sistem


Variabilele independente ale procesului de aşchiere

• Aşchiabilitatea materialului semifabricatului;

• Geometria sculei aşchietoare

• Parametrii regimului de aşchiere;

• Mediul de aşchiere;

• Caracteristicile maşinii-unelte;

• Caracteristicile dispozitivelor utilizate pentrufixarea semifabricatului şi/sau a sculei.


Variabilele dependente

• Productivitatea procesului;

• Calitatea suprafeţei generate prin aşchiere;

• Nivelul forţelor de aşchiere şi puterea consumatăde proces;

• Tipul şi forma aşchiilor detaşate;

• Temperatura tăişurilor sculei, a semifabricatului şia aşchiilor detaşate;

• Uzura şi deteriorarea tăişurilor sculei.

• Precizia suprafeţei prelucrate;


Interdependente tipice


Clasificarea proceselor de aschiere


Teoria aşchierii

Mecanica procesului de formare a aşchiei

Aşchierea ortogonală


Aşchieri simple

a1

b1

90ºa1

vv 90º

b1

Scula Scula

Semifabricat Semifabricat


Aşchieri ortogonale

90º

a1

b1

v

Scula

Semifabricat

v

vf

90º

b1

Semifabricat

Scula


Parametri geometrici ai rădăcinii de aşchie

v

g

Scula

Semifabricat

Suprafaţainiţială

Urma planului de bază Pr

g

rn

a 1

Suprafaţa aşchiată

Aşchiadetaşată

Aşchianedetaşată

Urma planului muchiei aşchietoare PT

Plan de măsurarePo


Solicitarea adaosului de prelucrarea 1 a 1

F F45ºA

O

A

BO

Scula

Semifabricat Semifabricat

Scula


Câmpul liniilor de alunecare

C

Scula

O

Câmpul liniilor de alunecareîn zona de deformare secundară

Aşchie

Câmpul liniilor de alunecare în zona de deformare primară

A

B

Semifabricat



Modelul Piispanen

• exagerează neomogenitatea deformaţiei;

• neglijează frecarea pe faţa de degajare;

• presupune forfecarea într-un plan orientat după un unghi arbitrar;

• nu explică curbarea aşchiei şi nici existenţa unui contact limitat aşchie-sculă.

a2

v

Semifabricatl

a 1

Ag Ag

1

2

3

4

5

678910 3 2 1


Influenţa gradului de deformare asupra formei aşchiei

Domeniul aşchiilordiscontinue

Domeniul aşchiilorcontinue

Ten

siun

ea d

e fo

rfec

are

Deformaţia specifică de forfecare

gf'1gf"1 gr1

gf'2gf'2

gf'3gf'3

gr2

gr3

gr4

gf

gf

Aşchii continue

Aşchiilamelare

Aşchii de forfecareAşchii de rupere


Modele ale formei zonei de deformare

Semifabricat

Scula

Aşchie detaşatăZona subţirede deformare

Zona groasăde deformare

Scula

a) b)


Modelul planului de forfecare -Merchant

• tăişul sculei se consideră perfect ascuţit şi se neglijează frecarea dintre faţa de aşezare şi suprafaţa aşchiată;

• deformarea aşchiei este bidimensională, neexistând deformări paralele cu muchia aşchietoare;

• tensiunile tangenţiale şi normale sunt uniform distribuite în şi pe planul de forfecare;

• viteza de aşchiere şi grosimea aşchiei nedetaşate sunt constante în timpul procesului de aşchiere;

• procesul de formare a aşchiei poate fi reprezentat ca şi un proces de alunecări succesive ale unor straturi subţiri de material, având grosimea x de-a lungul planului de forfecare, cu respectarea integrităţii fiecăruia

Scula

Semifabricat

x

F

g




x

sf

g

gFF tgxctgxKNKNs 1

s

FFf

FFfL

M1

M

K

O

N1

N

g

Scula

x

Semifabricat

v

s

xgf

Ff

Ff

a)

b)

Fg

gFFg tgctgf


Modelarea deformaţiei structurii materialului

Scula

A}chia

Semifabricat

v

vc

F

g


Stabilirea direcţiei de deformare suplimentară

KD

K'D'DA

KD

KActg

1

1

1

1

F ctg'D'A'DA1

gFgF tgKDºctgKDK'D 11 90

x'D'AKD 1C C'

AB B1A1

D1

g

SculaD

90º-Fg

x

x

K

D'

A'

F

Semifabricat

C

x

f

x

tgctgxctg g

gFF


Vitezele în aşchierea ortogonală

Fvfvc

v

vc

g

g

Scula

Semifabricat

vvv fc

gF

g

cos

cos

v

vf

gF

F

cos

sin

v

vc

x

v

tx

s ff

g


Tasarea aşchiei

a2

g

Fg

F

B O

A

a 1

Scula

Semifabricat

A}chie

C

gF

F

cos

a

sin

aOA

21

F

F

sin

cos

1

2 g

a

a

F

gF

sin

coska


Dependenţe

10 1002

3.5

5

6.5

8

1 100

10

20

30

40

Un

ghiu

l de

forf

ecar

e F

[ º

]

Coeficientul de îngroşare a aşchiei ka

g = 18º

g = 0º

g = -6º

g = 6º

Unghiul de forfecare F [ º ]

g = 6º

g = 0º

g = -6º

g =18º

Def

orm

aţia

spec

ific

ă de

forf

ecar

e g f


Dependenţe

0 80 160 240 Viteza de a}chiere v [m/min]

2

4

6

Coef

icie

ntu

l de

ingr

o}a

re a

a}c

hie

i k a

g= -10ºg= +10º

g= +10º

OL37

OLC60

g= -10º

0 0,2 0,4 0,6 Grosimea a}chiei a1 [mm]

2

4

6

8

Coef

icie

ntu

l de

ingr

o}a

re a

a}c

hie

i k

ag= -10ºg= +10º

g= +10ºg= -10º

OL37

OLC60

a)

b)


Echilibrul forţelor în aşchierea ortogonală

Semifabricat

SculaFP

Fr

FfFnN

F F'R

F

g

FR


Cercul lui Merchant

F

g

g

g

FP

FrFrez

N

F

Fn

Ff

F rcos

gF P

sin

g

Frsing

FPcosg

FPcosF

Fr sinF

Scula

a2

a1

N

Ftg

gg cosFsinFF rP

gg sinFcosFN r

g

g

tgFF

FtgF

rP

rP

FF sinFcosFF rPf

f

f

A

F

1A

sinsinFcosF rP FFF

F sin/baAf 1

f

n

A

F

gF tgFF fn

gF tg


Lucrul mecanic specific

11

ff

lA

sFL

f

f

f

1

ff

A

F

sin

xA

sFL g

F

ffL g

11

2fr

lA

lFL

2A

FLfr

2A

FετLLL frfΣ


Determinarea unghiului de forfecare pe baza principiului lucrului mecanic

minim

gF

gg

cos

cosFcosFF

fRP

F sin/AFf 1

gFF

g

cossin

cosAFP

1

gFF

gFg

F 22

1P

cossin

2coscosA

d

dF

02cos gF

22

gF

g

F2

1

4

2

C gF

bags

Formarea aşchiei discontinue

• se formează în general la prelucrarea materialelor fragile sau în cazul când materiale ductile sunt aşchiate la viteze joase, cu scule având unghiuri de degajare mici.

• se datorează deformaţiilor puternice, mult mai ridicate decât capacitatea de deformare a materialului, precum şi frecării intense dintre aşchie şi faţa de degajare a sculei, lucru ce conduce la apariţia unor rupturi intermitente în planul de forfecare.

• aşchiile sunt formate din elemente de aşchie distincte, care însă datorită temperaturilor şi apăsărilor specifice mari se pot suda pe porţiuni mici.


bags

Etapele formării aşchiilor discontinue


bags

Etapa 1-a


Secţiunea instantanee a aşchiei nedetaşate este:

Grosimea instantanee a aşchiei nedetaşatea1i se poate exprima în funcţie de unghiulde forfecare instantaneu Fi

O

B

A

bags

Componenta principală instantanee• Componenta principală instantanee a forţei de aşchiere

este:

unde:

b - lăţimea semifabricatului; Fi - unghiul de forfecare instantaneu; Ff - unghiul de forfecare la apariţia desprinderii elementului de aşchie.

Respectiv:

Prof.dr.ing.Dănuţ Julean

bags

Determinarea unghiului de forfecare instantaneu

• Pentru determinarea unghiului de forfecare instantaneu Fi se utilizează, similar cazului formării aşchiei continue, ipoteza lucrului mecanic minim efectuat de componenta instantanee FPi.

• Prin derivarea în funcţie de Fi şi egalarea cu zero se obţine:

• Respectiv soluţia:


bags

Etapa a 2-a

• În etapa a doua a formării aşchiei de rupere, planul de forfecare se extinde de la vârful sculei la suprafaţa iniţială a semifabricatului, unghiul de forfecare Ff menţinându-se aproximativ constant.

• Grosimea aşchiei nedetaşate este şi ea constantă.

• Unghiul de forfecare se poate determina la fel ca şi la

formarea aşchiei continue, cu relaţia:


bags

Modelul zonei groase de deformare


• Limita OA corespunde înfăşurătoarei liniilor de alunecare pe care tensiunile de forfecare sunt egale cu limita de curgere c .

• Zona de deformare este constituită dintr-un fascicul de linii de alunecare, pe fiecare din ele, tensiunea de forfecare fiind egală cu limita de curgere a materialului care însă suferă o ecruisare progresivă, funcţie de gradul de pătrundere în zona de deformare.

• Limita OB corespunde suprafeţei pe care s-a realizat ultima deformaţie de alunecare, căreia îi corespunde tensiunea de curgere la forfecare maximă, materialul fiind ecruisat complet.

bags

Zona de deformare secundară


• Este limitată de limita CD şi faţa de degajare a sculei.

• Lungimea ei este aproximativ jumătate din lungimea de contact lc dintre aşchie şi faţa de degajare a sculei, iar înălţimea ei minimă, a2 reprezintă în medie 1/10 din grosimea aşchiei detaşate.

• Existenţa deformaţiilor de forfecare secundare conduce la neuniformitatea gradului de deformare a aşchiei pe grosimea ei, explicând astfel şi tendinţa de curbare a acesteia.

• Intensitatea acestor deformaţii depinde în mod direct de intensitatea frecării dintre aşchie şi faţa de degajare, de geometria tăişului, de grosimea aşchiei nedetaşate şi de viteză, precum şi de existenţa mediilor de aşchiere.

bags

Modelul Hitomi Okushima

Admiţând câteva ipoteze simplificatoare, Hitomi şi Okushima (1961) au realizat o analiză a procesului de formare a aşchiei bazată exclusiv pe geometria conturului zonei groase de deformare. Ipotezele adoptate sunt:

•materialul semifabricatului se consideră ideal din punct de vedere plastic;

•zona groasă de deformare primară se consideră mărginită de suprafeţele plane OA şi OB, fiind cuprinsă între unghiurile F1 şi F2

•aşchia se consideră în echilibru pe faţa de degajare a sculei, sub acţiunea a două forţe egale, colineare şi de sens contrar FR şi F’R.


bags

Elementele geometrice ale modelului zonei groase



bags



In punctul A:

In punctul B:

Kobayashi şi Thomsen:

bags

Aschierea oblică

• Aşchierea oblică reprezintă un caz mai general şi mai apropiat de situaţiile practice întâlnite, în care muchia aşchietoare nu mai este perpendiculară pe direcţia de aşchiere, ci închide unghiul cu normala la această direcţie.

• Se poate dealtfel considera aşchierea ortogonală ca şi un caz particular al celei oblice, când = 0º.

• Analiza aşchierii oblice cuprinde aceleaşi etape ca şi la aşchierea ortogonală, adică determinarea deformaţiilor în mărime şi direcţie, a unghiului de forfecare, a forţelor şi a lucrului mecanic specific de aşchiere.


bags

Aşchierea oblică


In aşchierea oblică pot fi definite trei unghiuri de degajare, astfel:• unghiul de degajare g, definit în planul XOY, normal pe muchia aşchietoare;• unghiul de degajare gv în planul definit de direcţia de aşchiere şi axa OZ;• unghiul de degajare gc, din planul definit de direcţia de aşchiere şi cea de curgere a aşchiei.

bags

Deformaţia aşchiei


bags

Stabilirea unghiului direcţiei de deformare din planul de forfecare


bags

Coeficientul de comprimare a aşchiei


bags

Deformaţia specifica de forfecare


bags

Vitezele în aşchierea oblică


bags

Forţele în aşchierea oblică


bags

Lucrul mecanic specific în aşchierea oblică


bags

Direcţia de curgere a aşchiei


Relaţia empirică Kronenberg:

Relaţia Stabler

Relaţia dedusă experimental

bags

Soluţia ideală a unghiului de forfecare

• Dacă se neglijează frecarea dintre aşchie şi faţa de degajare, unghiul de forfecare maxim va fi cel care asigură deformarea minimă. Prin derivarea relaţiei

şi egalarea cu zero se obţine o primă soluţie ideală:

• Deformare minimă se obţine însă şi în cazul = 0º. Înlocuind obţinem:

sau:

• Pentru stabilirea condiţiei este nevoie ca:

• Pentru a avea o deformare minimă, este necesar a avea coeficienţi ka şi kb unitari, sau este necesar şi suficient ca valoarea coeficientului kl să fie unitară.


bags

Soluţia unghiului de forfecare

• În cazul considerării frecării dintre aşchie şi sculă, şi a acceptării condiţiei = , pentru determinarea direcţiei de curgere a aşchiei, unghiul de forfecare poate fi determinat cu o relaţie similară celei de la aşchierea ortogonală, adică:

unde n este proiecţia în planul XOY a unghiului de frecare .


bags

Aşchierea complexă

• aşchia se formează datorită acţiunii concomitente a două sau mai multe tăişuri.


bags

Modelul Usui, Hirota, Masuko


Pentru a se asigura o simplitate geometrică modelului, s-a considerat că raza la vârful sculei r este nulă şi că unghiul dintre cele două muchii aşchietoare este 90º

bags

Elementele geometrice pt.

aşchierea complexă


bags

• Astfel se poate interpreta procesul de aşchiere complexă, ca şi un proces constituit dintr-o însumare a unor procese de aşchiere ortogonală de lăţime infinitezimală realizate cu acelaşi unghi de degajare ge.

• În aceste procese elementare se realizează acelaşi unghi de forfecare Fe. Pentru aceste procese elementare grosimea aşchiei nedetaşate este constantă şi egală cu a, în lungul muchiei aşchietoare principale şi descrescătoare, a', în lungul muchiei aşchietoare secundare.


bags

Lucrul mecanic specific în aşchierea complexă

• Lucrul mecanic specific consumat pentru realizarea procesului de forfecare se determină cu relaţia:

• Lucrul mecanic specific consumat pentru învingerea frecării dintre aşchie şi faţa de degajare, cu relaţia:

• Lucrul mecanic specific total consumat în procesul de aşchiere complexă, adică:



bags


Geometria constructivă a sculelor aşchietoare


bags

Cinematica proceselor de aşchiere

Mişcarea de aşchiere

Mişcarea de avans

Punct considerat pe muchie

Mişcareaefectivă de

aşchiere

Mişcarea de aşchiere

Punct considerat pe muchie

Mişcarea de avans

Mişcareaefectivă de

aşchiere

Plan de lucru Pf

Plan de lucru Pf

Strunjire Frezare


bags

Elementele părţii aşchietoare

fata de degajare

muchia aschietoare secundara

corpul sculei

fata de asezareprincipalã

vârful tãisului

fata de asezaresecundara


bags

Geometria părţii aşchietoare

Direcţia de avans

Faţa de aşezare principală

Vârful tăişului

Faţa de degajare

Muchia de aşchiereprincipală şi tăişulprincipal

Faţa de aşezare secundară Muchia de aşchiere

principală şi tăişulprincipal

Direcţia de avans

Muchia de aşchieresecundară şi tăişulsecundar

Muchia de aşchieresecundară şi tăişulsecundar

Faţa de degajare Vârful tăişului

Faţa de aşezare secundară


bags

Faţete şi vârfuri

Faţeta de degajare

b

b

Faţeta deaşzare

rrb

N

N

rn


bags

Tăişul cu faţete

Faţeta de degajareFaţa de degajare

Faţa de aşezare

Faţeta de aşezare


bags

Sistemul de referinţă constructiv • Planul de bază constructiv, Pr este un plan care trece prin

punctul considerat pe muchia de aşchiere, perpendicular pe direcţia mişcării de aşchiere.

– La sculele cu coadă prismatică (cuţite de strung şi raboteză), planul de bază constructiv este paralel cu suprafaţa de sprijin a sculei;

– La sculele care execută mişcare de rotaţie (burghie, freze, alezoare etc.), planul de bază constructiv este un plan ce trece prin punctul de aşchiere considerat şi conţine axa sculei.

• Planul muchiei de aşchiere constructiv, PT este planul tangent muchiei tăişului în punctul de aşchiere considerat şi perpendicular pe planul de bază al sculei, Pr.

– Planul muchiei de aşchiere cuprinde întotdeauna tangenta la muchia de aşchiere şi direcţia mişcării principale de aşchiere.

• Planul de măsurare constructiv, Po este un plan perpendicular atât pe planul de bază constructiv cât şi pe planul muchiei de aşchiere constructiv şi trece prin punctul considerat de pe muchia de aşchiere.

Direcţia de aşchiere

Direcţia de avans

Suprafaţa de sprijin

Pr

PT

Pf

Po 90º

90º


bags

• Planul de lucru, Pf, plan ce trece prin punctul considerat al muchiei de aşchiere perpendicular pe planul de bază constructiv al sculei, perpendicular sau paralel cu un plan, axă sau muchie a sculei ce se păstrează la poziţionarea sau orientarea sculei în vederea ascuţirii, execuţiei sau măsurării ei. Acest plan este orientat paralel cu direcţiile mişcării de aşchiere respectiv de avans.

• Planul posterior al sculei, Pp, este un plan perpendicular pe planul Pfşi perpendicular pe planul de bază constructiv al sculei, în punctul de aşchiere considerat.


Direcţia de avans

Suprafaţa de sprijin

Pr

PT

Pf

Po 90º

90º


bags

º180'rrr

º90fff

º180'rrr p

p

Pr

p

Pr

Punct consideratpe tăiş

A

PT

Pr

O-O(Po)

f

f

f

Pr

IntersecţiaPT cu Pf

F-F(Pf)


P-P(Pp)

S

FF

O

O

P

P

S(PT)

Pp

Direcţia deavans

PT

r r

' r

IntersecţiaPT cu Pp

Po

º90ooo

º90ppp

Unghiurileconstructiveale tăişului

unui cuţit de strung


bags

Sistemul de referinţă efectiv sau funcţional

• Panul de bază efectiv sau funcţional, Pre, este un plan ce trece prin punctul considerat pe tăiş şi care este normal pe direcţia rezultantă (efectivă) de aşchiere;

• Planul muchiei aşchietoare efectiv, PTe, este planul tangent în punctul considerat la profilul muchiei tăişului şi perpendicular pe planul de bază efectiv Pre;

• Planul de măsurare efectiv, Poe, este planul ce trece prin punctul considerat pe tăişul sculei şi care este perpendicular atât pe planul de bază efectiv, Pre, cât şi pe cel al muchiei de aşchiere efectiv, PTe.

• Planul de lucru efectiv Pfe conţine cele două direcţii, de aşchiere şi de avans şi este normal pe planul de bază efectiv Pre,

• Planul posterior efectiv Ppe este perpendicular pe planul de lucru efectiv Pfe şi pe planul de bază efectiv Pre.


bags

Unghiul şi factorii care influenţează geometria funcţională

v – este viteza de aşchiere;

vf - viteza de avans;

- unghiul direcţiei de avans măsurat în planul de lucru între direcţia de avans şi cea de aşchiere.

cosv

v

sintg

f

Factorii care influenţează geometria funcţională a sculelor sunt:• mărimea vitezei de avans; • poziţia punctului considerat pe tăişul sculei;• poziţia sculei faţă de semifabricat.


bags

Unghiurile funcţionale ale tăişuluicuţitului de

strung

F-F(Pfe)


Pre

P-P(Ppe)

IntersecţiaPTe cu Ppe

S

Pre

pe pe

pe

P

P

O-O(Poe)

S(PTe)


Pre e

O

F

O

F

PTe

PTee

Pre

e

e

A

IntersecţiaPTe cu Pfe

Direcţia deavans

fe

fe

fe

re '

re

Poe

Direcţia de rezultantă deaşchiere

Ppe

Pr

º180'rerere

º90fefefe º90oeoeoe

º90pepepe

vve

vf


bags

Materiale de scule


bags

Partea aşchietoare a sculei


bags

Solicitări şi cerinţe


bags

Variaţia raportului durităţilor Hsc/Hsf cu temperatura


bags

Duritatea diferitelor materiale de scule


bags

Concluzii

• duritate mare• rezistenţă mecanică la încovoiere şi tenacitate adecvată• stabilitatea termică• conductivitate termică şi coeficient de dilatare mic• prelucrabilitatea cât mai bună• preţ de cost scăzut


bagsRezistenţa la rupere

Re

ziste

nţa

la c

ald

, R

ezi

ste

nţa

la u

zură

(du

rita

tea)


bags

Proprietăţile diferitelor materiale de scule


bags

Apariţia cronologică a principalelor materiale de scule


bags

Oţeluri de scule

• Au fost primele materiale de scule utilizate pe scară industrială. Duritatea lor (≈ 65 HRC) se datorează structurii martensitice, obţinută prin călire.

• oţelurile de scule nealiate conţin cca. 1,25 % C şi cantităţi reduse de Si şi Mn.

• duritatea redusă la cald permite temperaturi de aşchiere până la maximum 200º C.

• la aşchierea metalelor vitezele de lucru se limitează la 10 -15 m/min.

• oţelurile de scule se utilizează pentru confecţionarea sculelor • destinate prelucrării materialelor cu regimuri reduse de aşchiere

(alezare, filetare), costul lor fiind în general mai redus.


bags

Oţeluri rapide• Au apărut ca material de sculă în jurul anilor 1900.• Au un conţinut de 0,6 - 1,6 % C, şi conţin într-o proporţie mare (cca. 35 %)

diferite elemente de aliere: 4 % Cr, 7...18 % W, 4...5 % Mo, 0,9...3 % V, 0….5% Co, (5...7 % carburi mixte).

• Posedă o stabilitate termică mai bună (aproxativ până la 600º C), • Au o rezistenţă la uzură şi o duritate sporită (60...67 HRC), datorită conţinutului

şi dispersiei uniforme a carburilor în materialul de bază. • Această influenţă o au în special carburile, de V şi carburile duble de Mo-W.

Formarea carburilor şi călibilitatea sunt favorizate prin alierea cu Cr• Datorită unei tenacităţi superioare, oţelurile rapide sunt încă intens utilizate în

industrie, ţinând seama că suportă bine solicitările dinamice ce însoţesc procesul de aşchiere.

• Sculele aşchietoare se confecţionează din oţeluri rapide, aproximativ în proporţie de 60 %

• Rezistenţa lor termică între 500º - 850º C permite viteze de aşchiere între 25 - 45 m/min, în funcţie de procedeu, materialul semifabricatului şi condiţiile de aşchiere.


bags

Tipuri de oţeluri rapide• oţeluri cu un conţinut ridicat de W (18 %), element care, în special

împreună cu Co, asigură o bună stabilitate termică. – se utilizează la degroşarea oţelurilor şi a fontelor.

• oţeluri rapide cu un conţinut ridicat de V. – conţinut mai redus de W (12 %) şi Co, comparativ cu oţelurile primei

grupe, posedă o termostabilitate mai redusă;– au aproximativ aceeaşi rezistenţă la uzură la un conţinut de 4 % V. – se utilizează pentru confecţionarea sculelor pentru finisarea oţelului, a

sculelor pentru maşini-unelte automate precum şi a sculelor pentru prelucrarea materialelor neferoase;

– datorită rezistenţei superioare a tăişului se utilizează la fabricarea sculelor profilate, de formă complexă.

• oţeluri bogat aliate cu Mo (2 %W şi 9 % Mo). – posedă o foarte bună tenacitate şi se utilizează pentru confecţionarea

sculelor de toate tipurile.


bags

Stelitele• au apărut în anul 1914

• sunt aliaje turnate care nu conţin fier în schimb conţin mult cobalt (45...50 % Co), 25...30 % Cr şi 15...20 % W, acesta din urmă facilitând formarea de carburi.

• conţinutul de C este cuprins între 1,5...2,5 %.

• structura stelitelor se compune din carburi aciculare (în principal de Cr) şi o masă de bază austenitică din eutecticele binare şi ternare ale tuturor componentelor aliajului, în special ale Co;

• stelitele formează trecerea la aliajele dure şi se folosesc pentru scule simple de strunjit, rabotat şi frezat.


bags

Carburi metalice sinterizate

• aliajele dure sunt pseudo-aliaje, obţinute prin sinterizare

• se compun dintr-o fază de legătură cu rol de liant (un metal cu temperatură joasă de topire) şi carburi metalice (cu temperatură înaltă de topire).

• rolul liantului este de a lega carburile fragile într-o structură relativ rigidă, obţinându-se astfel o stabilitate termică înaltă (900º…1000º C), o duritate mare (85 -92 HRA), o rezistenţă la uzură ridicată, precum şi o tenacitate satisfăcătoare


bags

• Carburile mixte sunt de formă rotundă, carburile de wolfram au forme colţuroase, iar spaţiul dintre acestea este ocupat de liant.


bags

Plăcuţe din carburi metalice

• Plăcuţele aşchietoare amovibile, datorită seriei mari de fabricaţie şi formei lor relativ simple, se realizează prin presare la forma finală urmată apoi de sinterizare. Pentru presarea la cald se folosesc matriţe din grafit, în care pulberile sunt încălzite la temperatura de sinterizare cu ajutorul rezistenţelor electrice sau prin inducţie.


bags

Procesul fabricării carburilor metalice


bags

Influenţa conţinutului de Co


bags

Rez

iste

nta

la u

zura

Ten

acit

atea


bags


bags


bags

Cermeturi

• conţin între 60 - 80% TiC, 12% Ni, 12% Mo şi, în cantităţi mici, WC.

• posedă o duritate înaltă, o tendinţă redusă la difuziune şi la adeziune şi o rezistenţă ridicată la uzură.

• se caracterizează printr-o rezistenţă redusă la rupere prin încovoiere la temperaturi înalte şi deci şi de o rezistenţă mai mică a tăişului.

• posedă o tenacitate bună datorită conţinutului ridicat de liant metalic, ceea ce permite utilizarea cermeturilor în condiţii similare cu materialele cuprinse în gama P01 - P20, M05 - M15 şi K01 -K10.

• sunt utilizate avantajos la viteze mari de aşchiere, combinate cu avansuri şi adâncimi de aşchiere reduse, la operaţii de finisare, când se urmăreşte în primul rând precizie, şi o calitate superioară a suprafeţei generate.


bags

Materiale de scule acoperite cu straturi

Esenţa acoperirii materialelor de scule constă în depunerea, pe suprafeţele acestora (oţel rapid, aliaje dure), prin intermediul unor procedee fizice sau chimice, a unui strat subţire (3 - 15 µm), de duritate ridicată şi având o rezistenţă înaltă la temperatură şi la uzură. Acest procedeu nu este deci altceva decât un tratament special aplicat suprafeţelor sculei. Materialul stratului depus poate fi format din carburi, (HfC, ZrC), nitruri (TiN, HfN, ZrN), carbo-nitruri (TiCN), oxizi (Al2O3) sau diferite combinaţii ale acestora.


bags

Straturi depuse pe carburi

Sursa: Kennametal, Inc., Manufacturing Engineering Magazine, Society of Manufacturing Engineers.


bags

Procedee de depunere


bags

Plăcuţe din carburi acoperite


bags

Performanţe

0


bags

Materiale mineralo-ceramice• sunt extrem de fragile şi nu suportă solicitările la şoc, caz în care se produce distrugerea

tăişului prin fisurare şi rupere. • domeniul de aplicare al acestor materiale ceramice este limitat şi de rezistenţa lor redusă

la rupere prin încovoiere. • se caracterizează printr-o deformare plastică nesemnificativă la temperaturi înalte. • permit utilizarea unor viteze de aşchiere mai ridicate decât cele utilizate în cazul folosirii

aliajelor dure. • rezistenţa la compresiune, la temperatură ambiantă, este egală cu cea a aliajelor dure, dar

la temperatura de 1100ºC este egală cu rezistenţa oţelului la temperatură ambiantă, această comportare nefiind valabilă în cazul aliajelor dure.

• au rezistenţa ridicată la uzură, stabilitate chimică şi coeficient de frecare redus dintre aşchie şi sculă.

• oxidul de aluminiu este rezistent la oxidare, la temperaturile uzuale de lucru şi datorită afinităţii sale reduse faţă de materialele metalice, nu favorizează apariţia uzurii prin adeziune.

• uzura craterială, atât de caracteristică pentru aliajele dure este nesemnificativă


bags

Materiale oxiceramice

• sunt formate, în proporţie de peste 90 %, din oxid de aluminiu (A12O3), ceea ce le conferă o culoare deschisă, albă;

• se utilizează la degroşarea şi finisarea fontei cenuşii, a fontei cu grafit nodular şi a fontei maleabile, până la duritatea de cca. 400 HB, precum şi a oţelurilor (de cementare şi de îmbunătăţire), până la o rezistenţă de 1600 N/mm2 şi o duritate de 48 HRC.

• datorită sensibilităţii ridicate la şoc termic, la aşchierea cu aceste materiale nu se poate răci scula.

• datorită fragilităţii ridicate, nu se recomandă pentru aşchierea întreruptă.

• datorită afinităţii chimice şi tendinţei pentru formarea depunerilor pe tăiş, nu se recomandă, de asemenea, pentru

• aşchierea aliajelor uşoare (aliaje de Al, Mg, Ti)


bags

Materiale ceramice amestecate

• conţin diferite adaosuri, în primul rând de TiC şi/sau WC pe lângă alumină

• se deosebesc de cele oxiceramice, prin culoarea lor închisă, printr-o rezistenţă mai mare la uzura abrazivă precum şi printr-o sensibilitate redusă la şocuri termice.

• se utilizează la degroşarea şi finisarea fontei albe, a fontei maleabile, a fontei cu grafit nodular şi a fontei cenuşii, până la o duritate de 700 HB precum şi a oţelurilor (de cementare, de îmbunătăţire, a oţelurilor rapide şi a celor înalt aliate) până la o duritate de 64 HRC şi o rezistenţă de 2400 N/mm2


bags

Materiale ceramice pe bază de nitrură de siliciu Si3N4

• sunt caracterizate de o duritate ridicată şi o rezistenţă mare la uzură, o mai bună rezistenţă la încovoiere şi la solicitări variabile, în comparaţie cu materialele oxiceramice. În schimb, ele posedă o rezistenţă termică şi o stabilitate chimică mai mică.

• se utilizează la aşchierea fontei cenuşii şi

a aliajelor de Ni în special prin frezare.


bags

Diamantul• se utilizează şi ca material de sculă datorită durităţii sale

extrem de mari, atât la confecţionarea sculelor abrazive, cât şi a sculelor cu geometrie definită;

• este caracterizat de o conductivitate termică ridicată, motiv pentru care temperatura de aşchiere este mai mică;

• la utilizarea ca material de sculă, datorită coeficientului de frecare redus (µ = 0,l5...0,05) nu apare tendinţa de formare a depunerilor pe tăiş şi suprafeţele prelucrate au rugozităţi foarte mici;

• se utilizează atât sub formă de monocristal cât şi sub forma unor corpuri policristaline .


bags

Diamantul natural

• se utilizează pentru scule cu geometrie definită numai ca monocristal;

• proprietatea principală a acestuia este anizotropia proprietăţilor mecanice (duritate, rezistenţă, modul de elasticitate) ceea ce impune orientarea lui în suportul port sculă, astfel încât forţa aşchietoare să acţioneze într-o direcţie în care duritatea este maximă;

• stabilitatea termică a diamantului este scăzută deoarece la 700º - 800 ºC începe deja procesul de grafitizare;

• se poate uza prin difuzie.


bags

Diamantul sintetic

• se obţine din grafit pur, în prezenţa unui catalizator, la temperatura de cca. 3000oC şi la presiuni de cca. 56·108…160·108 N/m2. Prin alegerea convenabilă a condiţiilor de temperatură şi de presiune se pot obţine cristale având dimensiuni de la câţiva microni până la câţiva milimetri.

• realizarea cristalelor sintetice de dimensiuni peste 1 mm nu mai este rentabilă, pentru acest domeniu de dimensiuni preferându-se cristalele de diamant natural.

• monocristalele se utilizează mai ales la confecţionarea sculelor de găurit şi de alezat.


bags

Nitrura de bor cubic cristalină (CBN)

• a apărut ca material de sculă la începutul anilor ’70.

• are o duritate apropiată cu cea a diamantului;

• CBN este un material de scule sintetic obţinut prin reacţia halogenurii de bor cu amoniacul, la temperaturi de 1500 ºC -2900 ºC şi presiuni de 50·108-90·108 N/m2, în prezenţa unui catalizator, de obicei litiu.

• în privinţa stabilităţii termice şi chimice, CBN, se situează înaintea diamantului.

• CBN este inertă chimic faţă de aliajele cu conţinut de C, motiv pentru care se poate utiliza mai eficient la aşchierea oţelului şi a fontei, decât diamantul.


bags

Plăcuţe din carburi cu CBN


bags

Scule cu CBN

• sculele cu geometrie definită din CBN, se utilizează şi la aşchierea oţelului tratat termic cu duritate mai mare de 45 HRC, a oţelului rapid, a oţelurilor refractare cu Ni şi Co, materiale care sunt greu prelucrabile cu scule din aliaje dure. De asemenea pot fi prelucrate suprafeţele pieselor recondiţionate prin pulverizarea de pulberi metalice sau prin sudură.

• CBN se foloseşte atât la confecţionarea cuţitelor de strung cât şi a capetelor de frezat, acoperind întreaga gamă a prelucrărilor, de la degroşare la suprafinisare.

• aşchierea cu scule din CBN a materialelor tratate termic se poate transforma într-o alternativă, mai productivă, a rectificării.

• datorită proprietăţilor şi avantajelor acestui material de scule, se prognozează pe viitor o lărgire a domeniului lui de aplicare.


bags

Forţele în procesul de aşchiere


bags

• în procesul de aşchiere, scula exercită o forţă FR asupra semifabricatului, datorită căreia adaosul de prelucrare este deformat şi îndepărtat sub formă de aşchie, simultan cu învingerea tuturor rezistenţelor de forfecare şi de frecare.

• conform legilor mecanicii concomitent în semifabricat ia naştere o forţă F'R (reacţiunea forţei FR), care se numeşte forţă aşchietoare.

• pentru ca procesul de aşchiere să aibă loc, lucrul mecanic dezvoltat de maşina-unealtă, trebuie să fie mai mare decât lucrul mecanic rezistent, aferent tuturor rezistenţelor (de forfecare şi de frecare) adică:

LMU > LFR


bags

Componentele forţei rezultante de aşchiere

Prezintă interes componentele orientate după direcţiile sistemului de referinţăcinematic;•componenta principală FP, orientată, în direcţia mişcării principale de aşchiere, •componenta de avans, Ff, avânddirecţia mişcării de avans•componenta pasivă (de respingere), Fr orientată după o direcţieperpendiculară pe planul de lucru;


bags

Pentru determinarea componentelor forţei rezultante de aşchiere se doresc relaţii simple, dependente de mărimile de reglare ale procesului de aşchiere (t, s, v) eventual de parametri geometrici ai sculei.


bags

Influenţa unghiului de atac principal asupra formei secţiunii aşchiei


bags

Dependenţa forţei specifice KP de grosimea aşchiei “a”

a) liniar b) dublu logaritmic


bags

Influenţa razei de ascuţire rn a tăişului

asupra presiunii specifice de aşchiere


bags

Parametri de model pentru forţe

• Constanta C se determină considerând cazul când a = 1mm şi b = 1mm, caz în care ea se notează cu kP1,1 şi se numeşte valoarea principală a forţei specifice de aşchiere, (kP1,1 este forţa specifică pentru o secţiune imaginară a aşchiei A = a·b = 1·1 mm2)

• Exponentul “P” reprezintă panta dreptei KP = f(a) în reprezentarea dublu logaritmică


bags

Ecuaţiile componentelor

f


bags

Modelarea liniară a dependenţei KP = f(a) pe domenii zecimale ale grosimii

aşchiei la prelucrarea oţelului OLC 45


bags

Valori principale şi valori de creştere ale forţelor specifice de aşchiere

(v =100m/min, *v =200m/min)

N/mm2 N/mm2 N/mm2


bags

Alte ecuaţii de model

xFP, yFP exprimă influenţa adâncimii de aşchiere t şi a avansului s asupra forţei FP, kFP reprezintă un coeficient de corecţie, iar CFP o constanta de proporţionalitate


bags

Dependenţa calitativă dintre nivelul forţei specifice KP şi

factorii de influenţă importanţi ai procesului de aşchiere


bags

Secţiunea aşchiei pentru o sculă cu rε ≠ 0, la degroşare şi la finisare


bags

Dependenţa calitativă a nivelului componentelor forţei rezultante de aşchiere în funcţie de factori de influenţă ai

procesului de aşchiere


bags

Influenţa geometriei sculei asupra componentelor de aşchiere


bags

Calculul puterii de aşchiere

unde CP are semnificaţia unei energii specifice de aşchiere, aferentă detaşării unui volum unitar de aşchie, iar Q reprezintă productivitatea tehnologică de aşchiere, adică volumul de aşchii îndepărtat în unitatea de timp

dacă se cunoaşte momentul de aşchiere M şi turaţia n


bags


Fenomene termice


bags

Bilanţul energetic al procesului de aşchiere

E2

Sculă

E3

E1

E4

Aşchie

Semifabricat

E5

•E1 - energia necesară separării celor două

noi suprafeţe, suprafaţa aşchiată 1 şi suprafaţa aşchiei

2;

•E2

- energia necesară realizării deformaţiei plastice din zona de forfecare;•E3 - energia necesară învingerii frecării dintre aşchie şi faţa de degajare a sculei, de-a lungul lungimii de contact lc ;•E4 - energia necesară învingerii frecării dintre sculă şi suprafaţa aşchiată pe lungimea de contact l

f;

•E5 - energia necesară asigurării deplasării aşchiei detaşate (energia cinetică a aşchiei).•Ecuaţia de bilanţ energetic este:

i

5

1i

tot EE


bags

Surse de căldura în aşchierea ortogonală

γΦcosγηcos

cosγγηΦcosvFQ

PD

vFQ fD

PnFA FvrCQ 1

γηcosk

sinηvFQ

l

PFD

cvFQFD

Căldura provenita din deformare:

Căldura provenita din frecarea pe faţa de degajare:

Căldura provenita din frecarea pe faţa de aşezare:

f


bags

Frecarea, sursă de căldură în procesul de aşchiere

N

Fμ Semifabricat

Scula

l c1l c2

v

vc

Aşchie

fr τAF

N

F

N

F

FF

Ar<Aa

= ct.

N N

Ar = Aa

f = ct.

Ari

Ar =Ari

Aa Aa

a) b)


bags

Repartizarea căldurii în aşchie, sculă, semifabricat şi mediu

QFD,A

QD,SF

QFD,S

QFA,S

QD,A

QFA,SFS

A,FDA,DA QQQ

S,FAS,FDS QQQ

SF,FASF,DSF QQQ

Qtot

QQQ

Qtot

QQQ SFSAFAFDD


bags

QFD,A

Q'D,SF

QFD,S

QFA,S

QFA,SF

Q"D,A,S

Q"D,SF,S

Q'D,A

Q'D,SF

Q'FD,S

QFA,SF

Q'D,A

Q"D,A

Q"D,SF,S

Q'''D,A,M

Q'''FD,S,M

QFA,SSQ"FD,S,SF

QFD,A

Modificarea repartizării căldurii în procesul de aşchiere, în cazul QD,A > QFD,A,respectiv QD,SF > QFA,SF

Modificarea repartizării căldurii în procesul de aşchiere în cazul utilizării unui mediu de aşchiere


bags

Diagrame privind influenţa grosimii aşchiei, respectiv a vitezei de aşchiere asupra distribuţiei căldurii în aşchiere

0

0.5

1

Grosimea aşchiei nedetaşate [mm]

Ra

po

rtu

l Q

/Qto

t

QFA/Qtot

QFD/Qtot

QD/Qtot

0 1

0

0.5

1

Grosimea aşchiei nedetaşate [mm]

Ra

po

rtu

l Q

/Qto

t

QS/Qtot

QSF/Qtot

QA/Qtot

0 0,5 1

0

0.5

1

Viteza de aşchiere v [m/min]

Ra

po

rtu

l Q

/Qto

t

QFA/Qtot

QFD/Qtot

QD/Qtot

0 250 500

0

0.5

1

Viteza de aşchiere [m/min]

Ra

po

rtu

l Q

/Qto

tQS/Qtot

QSF/Qtot

QA/Qtot

0 250 500


bags

Influenţa materialului semifabricatului

SculăPiesăAşchie

~1.57525150ºCcontinuăAliaj de Al

~1.54949350ºCscurtă, de forfecare

Fontă

~1.52070450ºClungă şi continuă

Oţel

Distribuţia căldurii %Temperatura medie de aşchiere

Tipul aşchiei

Material


bags

Distribuţia temperaturilor în rădăcina de aşchie


bags

Măsurarea temperaturii de aşchiere

1. Metoda termocuplului sculă -piesă• Frecvent utilizată pt. studii experimentale• Limitata pentru că nu permite măsurarea temperaturii interfeţei sculă aşchie• Necesită calibrare pentru fiecare pereche de materiale• Calibrarea sculei staţionare poate da valori diferite pentru cazul aşchierii


bags

2.Masurării cu termocuplul artificiali:

i. metoda propusă de Nakayama

ii. Metoda pentru măsurarea temperaturii tăişului

Tribology International 34 (2001) 653–682A review of the experimental techniques for the measurement ofheat and temperatures generated in some manufacturing processesand tribologyR. Komanduri, Z.B. Hou


bags

3. Metode bazate pe radiaţie infraroşieAdecvată pentru determinarea distribuţiilor de temperatură

i. Folosind pirometrul cu radiaţieii. Prin fotografiere in infraroşu iii. Cu camere termo-digitate

4. Alte metode:

i. Metode calorimetriceii. Tehnici metalograficeiii. Vopsele termosensibile


bags


bags


bags

Modele analitice de calcul a temperaturii de aşchiere

• Loewen& Shaw (1954): prognozeazătemperatura medie a interfeţei scula –aşchieca suma dintretemperatura planului de forfecare la care se adaugă creşterea de temperatura produsa de frecarea aşchiei pe fatade degajare:

FST

(1-R1)q1

R1q1

R2q2

(1-R2)q2

θs

θ0

θF


bags

Temperatura planului de forfecare

0

11

11

21

7540

Lk

sin

aq)R(

.s

θ0= temperatura semifabricatuluia = grosimea aşchiei nedetaşate,k1= conductivitatea termica a materialului semifabricatuluiL1=v f a/4K1 o funcţie de viteza, deformare specifica f, grosimea aşchiei si difuzivitatea K1materialului semifabricatuluiq1= fluxul termic generat pe unitatea de suprafaţa in unitateade timp de catre planul de forfecare1-R1= proporţia din flux termic preluata de semifabricat


bags

Creşterea temperaturii datorita frecării

22

223770

Lk

lqR, cF

lc= lungimea de contact,k2 = conductivitatea termica a aşchieiL2= o funcţie de difuzivitate, viteza de curgere a aşchiei si lungimea de contactq2= fluxul termic generat de interfaţa schie scula pe unitatea de suprafaţa in unitatea de timpR2= proporţia de flux ce pătrunde in aşchie

Sursa: Shaw –Metal Cutting Principles

Source: Shaw – Metal Cutting Principles


bags

Simulare digitală


bags

Simularea digitală


bags

Lichide de aşchiere


bags

Efectele lichidelor de aşchiere


bags

Detalierea acţiunilor

Răcirea este eficace când lichidul de aşchiere este capabil sa absoarbă şi să transporte căldura datorita unei călduri specifice mari, a unei călduri latente de vaporizare mari şi a unei conductivităţi termice înalte.


bags

Proprietăţile termice ale lichidelor de aşchiere

2.550.2131.004Aer

2.460.2130.920O2

2.550.1991.046N2

1.420.1560.837CO2

14.2…210.160…0.3551.255…2.511Ulei organic

12.5…212.511…3.760Ulei mineral

33.50.4313.641Emulsie de aşchiere 25%

3.976Emulsie de aşchiere 10%

62.82.2564.186Apa

Conductivitatea termică

w/mºK

Căldura specifică de vaporizare

kJ/kg

Căldura specifică

kJ/kgºK

Lichid

răcire


bags

Detalierea acţiunilor

• Lubrifierea este eficace când se formează filmul de fluid între suprafeţe. In aşchiere acest lucru nu poate fi realizat din cauza apăsărilor specificefoarte mari care împiedică penetrarea fluiduluiprintre microneregularităţilorsuprafeţelor aflate înfrecare . De obicei se realizează o lubrifiere la limită.

• Separarea completă a suprafeţelor nu este posibilă. Aditivii, de tipul celor pentru înaltă presiune, folosesc temperaturile înalte şi presiunea mare pentru a realiza reacţii chimice cu suprafeţelemetalice între microneregulariotăţi


bags

Coeficienţi de frecare

0.05…0.08Ulei mineral + 2% MoS2

0.10Ulei mineral

0.12Emulsie 1…10%

0.16Apa

0.39Aer

Coef. de frecareMediu de aşchiere

Capa

citate

de u

ngere


bags

Inhibitorii de coroziune

• Molecule lungi încărcate electric negativ sunt atrase de suprafaţa metalica pentru formarea unui strat subţire care să prevină procesele electrochimice de coroziune

• Pasivizarea prin folosirea nitriţilor pentru asigurarea formării unui film de pasivizare este din ce in ce mai rar utilizata


bags

Proprietăţile unui lichid de aşchiere:

• Capacitate de răcire

• Capacitate de lubrifiere

• Capacitate de spălare

• Rezistenţă la presiune

• Rezistenţă la îmbătrânire

• Stabilitate biologică

• Protecţie anticorosivă

• Capacitate de emulsionare

• Antispumare

• Compatibilitate cu pielea

• Capacitate de umectare

• Pct. scăzut de imflamabilitate

• Transparenţă

• Filtrabilitate

• Compatibilitate cu cauciucul, etanşările, vopselele, chiturile, etc.

• Lipsa mirosului (inodore)

• Îndepărtarea şi eliminare uşoară

• Prietenoase pentru mediu


bags

Tipuri de medii de aşchiere

• Aplicate manual:

– Vaseline sau paste

– Lichide aplicate prinpresarea recipientelorelastice

– Spray-uri cu aerosoli

– Paste cu grafit

• Aplicaţii:

– Alezare

– Filetare

– găurire, etc


bags

Medii aplicate prin spălarea zonei de aşchiere

• Necesită un sistem de recirculare:

• Lichide neconcentrate ( nu necesită diluare )conţin o cantitate mare de uleiuri minerale siaditivi de extrema presiune (EP)

– Asigură o excelentă lubrifiere

– Asigură o răcire satisfăcătoare

– Nu sunt potrivite pentru viteze mari de aşchiere

– Au costuri mari şi riscuri pentru sănătate


bags

Emulsii de uleiuri minerale

• Lichide frecvent utilizate, cu aspect lăptos obţinutprin emulsionarea uleiurilor minerale solubile în apă

• Conţin 40-80% ulei mineral şi agenţi emulsianţi+ inhibitori de coroziune +substanţebiocide

• Asigură o foarte uşoară lubrifiere dar nu asigurăprotecţie împotriva depunerilor pe tăiş

• Pot conţine şi aditivi sau aditivi EP

• Au viscozitate mică


bags

Lichide semisintetice (micro-emulsii)

• Conţinut redus de ulei

• Proporţie crescută de emulsianţifaţă de ulei

• Particule de ulei foarte mici

• Translucide sau chiar transparente

• Potrivite pentru rectificare

• Necesită inhibitori de coroziune, agenţi bactericizi, aditivi EP ca şi celelalte lichide de aşchiere


bags

Lichide de aşchiere sintetice

• Nu conţin ulei mineral

• Conţin:inhibitori de coroziune,agenţi biocizi,aditivi sintetici de lubrifiere, agenţi de spălare

• Soluţii transparente

• Au viscozitate foarte mică

• Pot reduce filmele uleioase protectoare pe suprafeţele m-u deci necesită atenţie la lubrifierea ghidajelor, etc.

• Pot afecta unele vopsele

• Sunt folosite mai ales la rectificare


bags

Structura schematica a lichidelorde aşchiere

Emulsie Lichid semisintetic pentru aşchieri grele

Source: Leiseder,“Metal working Fluids”


bags

Structura schematica a lichidelorde aşchiere

Lichid semisintetic Lichid sintetic

Source: Leiseder,“Metal working Fluids”


bags

Aspecte ecologice

• Lichidele de aşchiere sunt deşeuri a căror depozitare şi/saueliminare trebuie să respecte norme şi proceduri specifice

• Eliminarea apei recuperate din lichide este şi ea reglementată

• Incinerarea deşeurilor separate din lichide trebuie făcută cu protejarea aerului

• Eliminarea şi anihilarea lichidelor costă

• Aceste costuri precum şi pericolul ecologic conduc la aşchierea uscată (dry machining)


bags

Aşchierea uscată şi beneficiile minimizăriicantităţii de lichid de aşchiere

Source: Weinert, CIRP Annals 53/2/2004


bags

Factori

• Performanţele materialului

• Materialul semifabricatelor

• Procedeul de aşchiere

• Maşina-unealtă


bags

Aplicaţii:


bags

Uzura sculelor aşchietoare


bags

Cauzele scoaterii din uz a sculelor aşchietoare

0

25

50

75

100

Oţel rapid Carburi

metalice

Ca

zuri

de

det

erio

rare

a

scu

lei %

Uzurănormală

Deteriorări

accidentale


bags

Locul şi rolul uzurii în procesul de aşchiere

EFECTELE UZURII

Uzura prin abraziuneUzura prin adeziuneUzura prin difuzieUzura prin oxidareUzura prin efect termo-electricUzura prin coroziuneUzura prin eroziuneUzura prin oboseală, etc

Mecanismede uzură

UZURA TĂIŞULUI

• Modificarearugozităţii• Afectareapreciziei de prelucrare• Creşterea suplimentară a forţelor şi momentelor• Creştereacosturilor de fabricaţie

Incărca-rea termică şi mecani-că a tăişului

Proprietăţi-le fizico-chimice ale perechii de material sculă şi piesăRegimul de aşchiere

FACTORI


bags

Tăiş de sculă uzat după STAS 14046/1-81

Zona A

VA

A A

B

BUzură decraterUzură sub

formă de crestătură

Plan PT

VBBmax

b

CB

N

VBC

Uzură prindesprindere

VBB

VBNb/

4

Zon

a

VA

max

r

a

KLKM

KB

KT

Uzură prin oxidare

A-A

Tăiş de sculă uzat

CoroKey 2006 – Practical tips / Tool wear

Faţeta uzurii prin desprindere pe faţa de aşezare

Remediere

Alegerea unei carburi mai rezistente la uzură

Reducerea vitezei de aşchiere


Uzură sub formă de crestăturăOxidarea în zona limitei adâncimii de aşchiere

Remediere

Selectarea unei carburi mai rezistente la uzură

Selectarea unui unghi de atac mai mic

Modificarea adâncimii de aşchiere


Uzură de craterDifuzia dintre materialul sculei şi semifabricat

Remediere

Alegerea unei carburi mai rezistente la uzurăresistance

Diminuarea vitezei de aşchiere


Remediere

Selectarea unei carburi mai rezistente la uzură

Reducerea vitezei de aşchiere sau a avansului

Deformarea plastică a tăişuluiCăldură şi apăsare specifică substanţială


Fisurarea termicăModificări bruşte de temperatură, solicitări termice ciclice

Remediere

Stabilizarea temperaturii

Alegerea unei carburi mai rezistente la uzură


Remediere

Alegerea unei plăcuţe cu tăiş mai rezistent

Alegerea unei carburi mai tenace

Sfărmarea tăişuluiSolicitare prea mare a tăişului pentru materialul de sculă ales


Fracturarea tăişului

Remediere Reducerea avansului

Reducere vitezei de aşchiere

Alegerea unei carburi mai tenace



bags

Mecanisme de producere a uzurii

• Există numeroase teorii şi ipoteze privind uzura sculelor aşchietoare, dar ele converg în afirmaţia că uzura este consecinţa acţiunii mai multor mecanisme de uzură care acţionează separat sau se potenţează unele pe altele.

• Mecanismele de uzură puse în evidenţă în cazul sculelor aşchietoare sunt: – uzura prin abraziune; – uzura prin adeziune;– uzura prin difuziune;– uzura prin oxidare;– uzura prin efect termo-electric;– uzura prin coroziune.

Remediere

Creşterea vitezei de aşchiere

Alegerea unei geometri mai “pozitive”

Depunerea pe tăişAderarea materialului semifabricatului pe tăişul sculei



bags

Influenţa vitezei asupra uzurii feţei de aşezare

0

0.04

0.08

0.12

0.16

0.2

0.24

1 10 100

Viteza de aşchiere [m/min]

Faţe

ta d

e u

zură

VB

[m

m]


bags

Schema procesului de difuziune în cazul tăişului din carburi metalice

Fe C Co

Aşchie: OL50

Sculă: P30

Descompunerea WCşi formarea Fe3W3C; (FeW)6C; (FeW)23C6

WC

TiC-WC(TaC/NbC)CO-WC-MeC


bags

Zonele tăişului expuse uzurii prin oxidare

Zone de oxidare

Depuneri de oxizi

Crater de uzură

Faţeta de uzură


bags

Influenţa mediului de aşchiere asupra uzurii


bags

Generarea suprafeţelor prin aşchiere

Strunjirea


bags

Tipuri de strunjire


bags

Strunjirea - cinematica

1000

nDv

snvf

Md

sarctg

o90

Viteza de aşchiere:

Viteza de avans:

Unghiul direcţiei rezultante de aşchiere:

Unghiul direcţiei de avans:


bags

Secţiunea aşchiei

rsa sin

rsin

tb

b

t

a

s=a

b=t

s

s

r

n nn

vf

vf

vf

a) b) c)

r

a

b

t

r =90o

Parametri tehnologici: t şi sParametri geometrici: a şi b


bags

Rugozitatea suprafeţelor strunjite

t

s

rR

max

'rr= 0

s/2 s/2

Rm

ax

r

a) b)

Suprafaţa generatărr

max

'ctgctg

sR

când r = 0

când r 0

r8

sR

2

max


bags

Geometria funcţională a

cuţitului de strungF-F(Pfe)


Pre

P-P(Ppe)

IntersecţiaPTe cu Ppe

S

Pre

pe pe

pe

P

P

O-O(Poe)

S(PTe)


Pre e

O

F

O

F

PTe

PTe

e

Pre

e

e

A

IntersecţiaPTe cu Pfe

Direcţia deavans

fe

fe

fe

re '

re

Poe

Direcţia rezultantă deaşchiere

Ppe

Pr

ffe

ffe

reo º90costgtg

re

M

o sind

sarctg

re

M

ooe sind

sarctg

re

M

ooe sind

sarctg

vve


bags

Influenţa unghiului de înclinare T

v (h0)

h

v (h0)

v (h=0)

oeP

P-P

Planul axial al piesei

DM

M

pe

p

p

pe

pe

M

P

r

90º- r

O-O

O

O

2

2

2h

d

harctg

M

reo costgarctg

re

M

oo

hd

harctg cos

22

2

re

M

oo

hd

harctg cos

22

2


bags

Unghiurile funcţionale in planul de măsurare funcţional Poe

re

M

re

M

ooe

hd

harctg

d

sarctg

cos

2

sin

2

2

re

M

re

M

ooe

hd

harctg

d

sarctg

cos

2

sin

2

2


bags

Geometria funcţională la strunjirea transversală

º360s

2

D2

sarctgfM

º360s

2

D2

sarctgffeM

º360s

2

D2

sarctgffeM

rooeM sin

º360s

2

D2

sarctg

rooeM sin

º360s

2

D2

sarctg

a

feM

fM

Pr

s

a=s/

2

vMveM

veM'vM'

fM

fM'

M' vfvf

ct. f

M

Pre

PT P

Te

vf=n·s

r

DM

feM

f

n

M


bags

Găurirea


bags

Cinematica procesului de găurire

vfve

v

Mişcarea deaşchiere

Direcţia mişcăriide avans

Direcţia mişcăriide aşchiere

Direcţia mişcăriirezultante de aşchiere

1000

nDv

b

snvf


bags

Geometria constructiva a burghiului elicoidal

unghiul eliceicanalului

principal

2r


bags

Geometria constructivă a

burghiului elicoidal

f

f

D1

b'

Dm

Tăişulprincipal

r

r

r

'

F(Pf)

F

S

S (PT)

O(Po)PT

Pr

Pf

Tăişultransversal

Tăişulsecundar

r' D1

Db

f


bags

Unghiul de degajare

D

M

D

b

pe

fM

f

Desfăşurata elicei tăişului secundar

Desfăşurata elicei ce trece prin punctul M

tgD

Dtg

b

MM

f

b

MfM tg

D

D

rb

MoM

sinκ

tgω

D

Dtgγ

tg


bags

Secţiunea aşchiei la burghiere

a

t=Db/2

sd

r

rb

2

Dt

b

2

ssd

rd sinsa

rsin

tb


bags

r

H

Fr

FP

Ff

Db

d

Fr

FP

Ff

Fr Fr

Forţele de aşchieredbakdF P1

1,1PP

2/Db

2/d

br

PP1d1,1PPP

2

d

2

DsinskdFF

2

HF2M Pa )dD(5,0dH b

4

d

4

DsinskM

2b

2

rPP1

d1,1Pa

2

d

2

Dκsinsk2F

br

ff1df1,1a

/ηPPωMP amuaa


bags

Geometria funcţională la burghiere

fM

f

Pf

v

ve

vf

PrPre

feM

fM

feM

Planul de lucru


bags

Operaţii înrudite

a) Găurirea din plin

b) Găurirea cu pregăurire

c) Alezarea cu cuţit

d) Lărgirea

e) Adancirea

f) Lamarea

g) Alezarea

h) Tarodarea

i) Găurirea adânca


bags

Frezarea


bags

Frezarea frontală si cilindrica


bags

Procedee de frezare - cinematică

t

t1

tt1

t

t1

t

tt1

t1

t

Freză cilindrică Freză deget

Freză frontalăFreză discFreză cilindro-frontală

Freză frontală

vf vf

vf

vf vf

vf

n n

n

n

nn

1000

nDfv

snvf

z

ssd


bags

Frezarea cilindrică

semifabricat

semifabricat

Pf

Pf

freza

freza

vf

vft1

n

n


bags

Scule de frezat

1

7

6

5

4

3

2

13

12

11

10

9

8

16

15

14


bags

Secţiunea aşchiei la frezarea cilindrică

a

vf

amax

sd

Freza

Semifabricat

nsd

sinsa d

f

1dm

D

tsa

cos/tb


bags

Secţiunea aşchiei la frezarea frontală

a'a

s d

r

rd sinsinsa

Tr cossin

tb


bags

Geometria constructivă a dintelui frezei frontale

P

O

F F

P

O

S

r

o

p

p

T> 0º

P-P

O-O

f

f

F-F

Tăişulprincipal

Tăişulsecundar


bags

Componentele forţei rezultante de aşchiere la frezare

FT

FR

Fa

Fr

Fy

Fx

FRFz

nPr

Pf

Pf

Fx

FR

Pf

Pf

n

FT

FR

Fp

Fr

FyFz

Fa

Pr

a) b)

a) frontală; b) cilindrică


bags

Variaţia componentei principale instantanee FTij care încarcă un tăiş:

FTi FTiFTi

FTimed FTimedFTimed

a) b) c)a) la frezarea frontală simetrică; b) la frezarea cilindrică contra avansului; c) la frezarea cilindrică în sensul avansului


bags

Calculul componentei principale şi a momentului de aşchiere

z

2zsim

f

1

D

t2

iP1

rP

T

P1d1,1P

,i,T sinsincos

stkF

,FF

simz

1i

i,TT2

DFM

fz

1i

,i,Ta

sim


bags

Rectificarea


bags

Caracteristicile sculelor cu geometrie nedefinită

Scule abrazive


bags

Materiale abrazive• Electrocorindonul (simbol A după STAS 10720-84) se obţine din

bauxită şi carbon, în cuptoare electrice. El se diferenţiază, după gradul de puritate, în electrocorindon normal (11A), seminobil (41A) si nobil (33A). Acest material abraziv se foloseşte pentru rectificarea metalelor care dau aşchii lungi, cu rezistenţă mare la întindere, precum şi pentru oţelurile aliate şi nealiate, durificate sau nedurificate, oţelurile turnate (ne)aliate, bronzuri rezistente (tenace).

• Carbura de siliciu, (simbol C după STAS 10720-84) se obţine în cuptoare electrice prin reacţia dintre cuarţul pur (97 - 99,5 % SiO2) şi carbon. Carbura de siliciu se foloseşte în două variante cu proprietăţi specifice, carbura de siliciu neagră (21C) şi carbura de siliciu verde (22C). Domeniul de utilizare este rectificarea materialelor cu rezistenţă mai mică, care dau aşchii scurte, (fonta cenuşie, fonta albă, aliajele dure) şi rectificarea aliajelor neferoase, a materialelor nemetalice, (sticla, materialele ceramice, cauciucul şi materialele sintetice).


bags

Materiale abrazive• Carbura de bor, este mai dură decât carbura de siliciu şi se foloseşte

aproape exclusiv sub forma granulelor nelegate (libere) pentru lepuirea metalelor dure.

• Nitrura de bor cubic cristalină (CBN), sub formă de granule abrazive are duritatea cea mai mare, după diamant. Este caracterizată de o stabilitate termică mai mare decât cea a diamantului, deoarece primele semne de oxidare apar la peste 1000º C, (la diamant apar la 700º C). Se deosebeşte de diamant şi prin lipsa afinităţii chimice faţă de componenţii de aliere din oţeluri. Discurile cu granule din CBN sunt foarte performante şi lucrează azi la viteze de rectificare de 300 m/s.

• Diamantul este cel mai dur material abraziv. El se utilizează cel mai frecvent ca o sculă auxiliară pentru profilarea suprafeţelor active ale corpurilor abrazive, şi pentru restabilirea capacităţii de aşchiere a acestora prin îndepărtarea stratului cu granule tocite şi îmbâcsit cu aşchii.


bags

Liantul• Cel mai utilizat liant este cel ceramic (80% din cazuri). Lianţii ceramici

permit o bună gradare a durităţii, o porozitate bună şi asigură rezistenţă la influenţele lichidului de aşchiere. Sunt puţin sensibili la temperatură, dar foarte sensibili la şocuri. Viteza de rectificare admisibilă pentru discurile cu liant ceramic este de 35 m/s.

• Răşinile sintetice utilizate ca lianţi nu sunt sensibile la şocuri şi de aceea se folosesc la discurile abrazive destinate pentru debitări, pentru înlăturarea bavurilor, etc.

• Lianţii minerali (silicaţi, magneziţi), se folosesc la rectificarea uscată a pieselor subţiri, sensibile la temperatură (ascuţirea sculelor aşchietoare).

• Lianţii organici cum sunt cauciucul şi răşinile organice se folosesc la debitare sau la corpuri abrazive elastice.

• Lianţii metalici obţinuţi prin sinterizarea pulberilor din oţel sau din bronz, se folosesc pentru discurile cu granule din diamant sau CBN.


bags

Fabricaţiasculelor abrazive


bags

Scule abrazive


bags

Granulaţia

• Granulaţia este o măsură pentru definirea mărimii granulei abrazive şi se referă la dimensiunea medie a granulelor. După acest criteriu materialele abrazive se clasifică în: granule (2000…160 m), pulberi (160…40 m) şi micropulberi (40…5 m). Grupa granulelor cuprinde 12 sorturi de granulaţii notate: 200; 150; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 32; 25; 20; 16; numerele indicând dimensiunile minime ale granulelor în sutimi de mm. Grupa pulberilor cuprinde 6 sorturi: 12; 10; 8; 7; 5; 4, iar grupa micropulberilor, 7 sorturi de granulaţii notate: M40; M28; M20; M14; M10; M7; M5, unde dimensiunea granulelor este exprimată în m (STAS 1753-90).


bags

Granulaţia

Granulaţia se alege după criteriile următoare: • Cu cât mai moale şi mai ductil este materialul

piesei, cu atât granulaţia sculei abrazive trebuie să fie mai mare.

• Cu cât se pretinde o suprafaţă mai bună, cu atât trebuie să fie granulaţia mai fină.

• Cu cât se cere o productivitate mai mare, cu atât se alege o granulaţie mai mare.

• Granulaţia poate fi aleasă mai mică dacă lungimea de contact a sculei cu piesa este mică .


bags

Duritatea

• Gradul de duritate a corpului abraziv este definit ca rezistenţa punţilor de liant la smulgerea unei granule din structură şi reflectă în mare măsură proprietăţile liantului, (a nu se confunda cu duritatea granulei). Se deosebesc următoarele grade de duritate:

• A, B, C, D, deosebit de moale• E, F, G, foarte moale• H, I, J, K, moale• L, M, N, O, mijlociu• P, Q, R, S, dur• T, U, V, W, foarte dur• X, Y, Z, deosebit de dur.


bags

Duritatea

Duritatea corpului abraziv se alege după următoarele criterii:

• cu cât materialul piesei este mai dur, cu atât mai moale trebuie să fie discul (uzura fiind mai mare, granulele tocite 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.

• Pentru a alege discuri mai dure, comportarea dinamică a maşinii de rectificat trebuie să fie mai bună.


bags

Autoascuţirea

• Atunci când forţele de rectificare, care prin uzură cresc, provoacă depăşirea rezistenţei punţilor de liant (şi peste o anumită limită chiar şi a granulelor), se produce desprinderea acestora, fenomen numit şi autoascuţire.

• Prin autoascuţire se asigură o prezenţă periodică de granule "ascuţite " pe suprafaţa activă a discului abraziv. Rata desprinderii granulelor tocite nu trebuie să fie exagerată pentru că ar conduce la un randament de abrazare defavorabil şi la un consum mare de scule abrazive.


bags

• Atunci când se cer precizii mari şi rugozităţi mici, această autoascuţire va avea ca efect modificarea formei suprafeţei active a discului, necesitând periodic un proces de "îndreptare", adică o "strunjire" fină cu diamant. Procesul de uzură ondulată a discului abraziv se datorează vibraţiilor maşinii. Cu cât comportarea dinamică a maşinii este mai bună (vibraţii mai mici), duritatea discului se poate alege mai mare.


bags

Scule pentru diamantarea discurilor


bags


bags

Determinarea durităţii

• Determinarea durităţii se poate face prin multe metode, printre care cele mai folosite sunt:

– măsurarea modului de elasticitate E a discului abraziv prin măsurarea frecvenţei proprii a acestuia;

– atacarea focalizată a unei zone de pe discul abraziv cu un jet de nisip de cuarţ, de un anumit volum, granulaţie şi la o anumită presiune, adâncimea craterului erodat fiind o măsură a durităţii (STAS 2995/1-87).


bags

Structura discului abraziv• Pentru un volum Vg dat, şi pentru un anume

material de liant, duritatea discului va depinde de volumul de liant Vl. Pentru un Vg dat şi o duritate dată, volumul porilor (şi implicit productivitatea) poate fi crescută doar prin îmbunătăţirea materialului liantului.

• Structura corpurilor abrazive este normată în 15 grade (de la 0 la 14).

• Structura 0, numită şi închisă, are un volum Vg = 62 %. Fiecărui grad următor îi corespunde o scădere cu 2 % a volumului Vg. Pentru discurile abrazive uzuale structuri normale sunt 4 şi 5, iar structuri deschise, 6 şi 7.

• În principiu, prelucrarea unui material mai moale, rezistent şi ductil, cere o structură mai deschisă, pentru a asigura (la o duritate şi un material de liant dat), un volum mare al porilor, în special la procedeele de rectificare caracterizate de zone de contact lungi (rectificare interioară). Astfel căldura dezvoltată va fi mai mică, dar rugozitatea piesei inferioară.

%) (100 V (%) V (%) V (%) V dplg

E, FK, M

Q,P

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

%

90 80 70 60 50 40 30 20 10100

Volumul liantului din Vd-V

g în %

Duritatea

Domeniul de existenţăal corpurilor abrazive

0

5

7

14

Volumul porilor din Vd-Vg în %

Volumul granulelor Vg

din volumul discului Vd

A


bags


bags

Codificarea discurilor abrazive

Viteza periferică delucru în cazul prelucrărilormanuale

Forma corpuluiabraziv

Dimensiunile corpuluiabraziv

Denumirea comercială

Viteza periferică delucru în cazul prlucrărilormecanizate

Tip liantStructurăDuritateGranulaţieTip material abraziv


bags

Exploatarea discurilor abrazive


bags

Echilibrarea discurilor abrazive


bags

2009 Prof.dr.ing.Dănuţ Julean

Echilibrarea discurilor abrazive


bags

Echilibrarea discurilor . Metoda qvasi-dinamică


bags

Montarea discurilor abrazive


bags

Rectificarea plană

vftvfl

vf

vd vd

vd vd

vftvftvflvfl

vf

sv sv

svsv


bags

Rectificarea rotundă

Rectificare cilindrică exterioară Rectificare cilindrică interioară

Metoda Norton Metoda Landisîntre vârfuri

Rectificare cilindrică exterioarăprin pătrundere

Rectificare cilindrică interioarăfără vârfuri

Rectificare cilindrică interioarăfără vârfuri

Rectificare cilindrică exterioarăprin pătrundere

vd

vp

vfl

vd vd

vd

vd

vd

vp vp

vp

vp

vp

vd

Disc de rectificare

Disc de antrenare

vda

vp

Disc de reglajcu rotire libera

Disc de antrenare

Disc de rectificare

Disc de rectificare

Disc de antrenare

Disc de antrenare

Disc de rectificare

Riglă de ghidareRiglă de ghidare

Riglă de ghidare

PiesăPiesă

Piesă

Piesă

Piesă Piesă

Piesă Piesă

PiesăPiesă

Piesă

Rectificare cilindrică interioarăprin pătrundere

Rectificare cilindrică exterioarăfără vârfuri

vft

vfl

vftvft

vft

vd

vda

vp

vfl

vfl

vfl

vf

vp

vp

vda vda

vdavdr

vdr

vd


bags

Formarea aşchiei

• Modelarea procesului de formare aşchiei

Granulăabrazivă cugeometrieidealizată

Aşchia detaşată

Planuri deforfecare

a1

v

Semifabricat


bags

Secţiunea aşchiei la rectificarea plană

Trachoidădescrisă de tăişulurmător

Trachoidădescrisă de un tăiş

t

vf

nd

lc

A

A

a


bags

Unghiul

Y

X

lteoretic

Rg

Rd

Disc din Al

Granulăde diamant

Epruvetă (vf'= 0)

tTraiectoriatăişului T


bags

Influenţa unghiului aspra raportului deformaţii

elastice, plastice şi de aşchiere după Okamura

20' 40' 60' 80' 100' 120' Unghiulminute

Elastic

Aşchiere

Plastic

Elastic

Rd

Elastic

Elastic

Pla

stic

Elastic

Vd=25m/s

0

Cot

a X

, m

m

Y=Ymax4

2

6

8

10

12

Domeniul dedeformare plastică

Domeniul dedeformareelastică

Domeniul de aşchiere


bags

Formarea aşchiei la rectificare

aschie

Mat. refulat

Zona def. elastice Zona def. plastice Zona de aschiere


bags

Topografia suprafeţei active a discului abraziv după Lortz

z

z

z=0

Distanţa între granule

Tăiş 1 Tăiş 2Tăiş 3

Tăiş 4

Distanţa între tăişuri

Suprafaţadiscului abraziv

D

(z)N(z) N'

stat stat

în 1/mm

Nstat (z), numărul de tăişuri la nivelul (z)

Granulaţie mică

medie

mare

25 50 Adâncimea spaţiului de tăiere z, m

Num

ărul

sta

tic

de t

ăişu

ri N

'sta

t , 1

/mm

10

20

30

densitatea tăişurilor n'stat (z):

(z) n'dz

(z) N'dstat

stat


bags

A

E1

E2

E3

Piesă

Disc abrazivfix

ta)

E2 (vf2)

E1 (vf1)

z Profiluldisculuiabraziv

Tăiş de granulă activ Tăiş de granulă inactiv

b)

a) Modelul cinematic folosit de Lortzpentru determinarea numărului de tăişuri dinamic active

b) Stabilirea numărului de tăişuri dinamic active


bags

Numărul dinamic de tăişuri

• numărul dinamic de tăişuri pentru z zcrit

nu mai creşte;

• procentul tăişurilor care aşchiază din totalul tăişurilor, la un nivel z dat, este destul de mic (5…15%).

N'din

N'stat

10

20

30

Nu

măr

ul s

tati

c de

tăi

şuri

N' st

at, 1

/mm

Nu

măr

ul d

inam

ic d

e tă

işur

i N

' din, 1

/mm

25 50

Adâncimea spaţiului de aşchiere z, m

zcrit


bags

Dependenţanumărului static

de tăişuri de condiţiile de îndreptare a

discului abraziv

Adâncimea spaţiului de aşchiere z , m

Nu

măr

ul

stat

ic d

e tă

işu

ri N

' stat

, 1

/mm

0 10 20 30 40 50

6

Moletă cu cristale de diamant

Sculă diamant monocristal

Sculă diamant policristalin

sd = 1,5 mm/rot

5

sd = 0,5 mm/rot

sd = 0,25 mm/rot

Adâncimea spaţiului de aşchiere z , m0 10 20 30 40 50

0 0,4 0,6 1,2 1,6Avansul de îndreptare sd, mm/rot

510

15

20

25

30

35

40

Num

ăru

l st

atic

de

tăiş

uri

N' st

at ,

1/m

m

1

2

3

4

1

2

3

4

5

1

2

3

4

0 0

0

Adâncimea spaţiuluide aşchiere zîn m


bags

Rectificarea rapidă

b

tvf

vd

Lt b V

fvtbQ lim1 f1 v· t · b Q

2limf2 vt b Q 1lim2lim ff vv

fvtb

Q'Q mm3/mm·s

mm3


bags

Dependenţa calitativă dintre forţa normală şi

productivitatea specifică respectiv

viteza de avans

20m/s 40m/s 60m/s 80m/s 100m/s

For

ţa s

peci

fică

nor

mal

ă F

' n, N

/mm

Q'20Q'100

Productivitatea specifică V', mm3/mm.s

Viteza de avans vf, în m/svf,20 vf100


bags


Caracteristicile rectificării cu CBN

Productivitatea

Uzura discului

Viteza de aşchiere

Rugozitatea

Forţa deaşchiere


bags


Performantele rectificării rapide


bags

Lepuirea

Piesa de lepuit

Granule de abraziv +petrol Masa m-u


bags

Lepuirea


bags

Construcţia unei scule de

honuit


bags

Honuirea


bags

Calitatea suprafeţelor rectificate , honuite şi lepuite


bags

LEGILE AŞCHIERII


bags

Influenţa adâncimii de aşchiere asupra dependenţei T-v

logT

logv

vT

T=ct.s=ct

t4 > t3 > t2 > t1

v3v3 v2 v1

T=ct.

tv

v1

v2

v3

v4

vT=f(t)

t1 t2 t3 t4

y

1T

t

Cv


bags

Influenţa avansului asupra dependenţei T-v

logv t

logT

logv

vT

T=ct.t=ct

s4 > s3 > s2 > s1

T=ct.

s

v1

v2

v3

v4

vT=f(s)

s1 s2 s3 s4v3v3 v2 v1

x

2T

s

Cv


bags

Între exponenţii x şi y există raporturile:

xy

vT

st

Cv

T

0yx1

xym

v

stT

Cv

Prin explicitarea durabilităţii constante cuprinsă în constanta de proporţionalitate CvT se obţine: relaţia lui Gilbert sau relaţia Taylor dezvoltată:


bags

Valabilă pentru strunjire această relaţie poate fi adaptată şi pentru alte procedee de aşchiere. Pentru frezare relaţia devine:

vug

1yx

dm

qsv

kzttsT

DCv

unde: Cv, m, x, y, g, q, u - sunt coeficienţii de model; t1 - lăţimea de contact;sd - avansul pe dinte;Ds - diametrul sculei;z - numărul de dinţi ai sculei;kv - coeficient de corecţie.


bags

Productivitatea tehnologică

• Productivitatea tehnologică a operaţiei de strunjire se defineşte drept volumul de aşchii detaşat în unitatea de timp: vstQ

x1y1v stCQ T

x1y1 xy

vT

st

Cv

T

Se urmareste cresterea productivitatiidar durabilitatea T trebuie menţinută constanta !


bags

Prima lege a aşchierii

• întotdeauna este mai avantajoasă mărirea adâncimii de aşchiere t decât cea a avansului s pentru creşterea productivităţii, în condiţiile menţinerii unei durabilităţi constante a sculei aşchietoare


bags

Influenţa vitezei

x

1

1

v

Cs

1x

1

1

v

CQ

Pentru cazul t = ct. Din rezultă:

xy

vT

st

Cv

T

Înlocuind in relaţia productivităţii: vstQ

Exponentul de la numitor este supraunitar pozitiv deci Q scade


bags

Influenţa vitezei

Pentru cazul s = ct. Din rezultă:

xy

vT

st

Cv

T

Înlocuind in relaţia productivităţii: vstQ

1y

1

2

v

Ct

1y

1

2

v

CQ

Exponentul de la numitor este supraunitar pozitiv deci Q scade


bags

Comparaţia

1x

1

1

v

CQ

1y

1

2

v

CQ

0yx1

1y

11

x

1

Se compara cele doua funcţii rezultate ţinând cont de mărimeaexponenţilor:


bags

A 2-a lege a aşchierii

• stabilirea elementelor regimului de aşchiere se face întotdeauna în ordine inversă influenţei lor asupra uzurii sau durabilităţii sculei adică: t, s,v


bags

Stabilirea parametrilor regimului de aşchiere

• Cea mai scurtă cale spre optimizarea regimului de aşchiere este determinarea optimizată a vitezei de aşchiere şi prin aceasta implicit a durabilităţii. Pentru acest lucru se adoptă unul din cele două criterii posibile de optimizare:

• minimizarea timpului operativ incomplet;

• minimizarea costului tehnologic al prelucrării.

• Valoarea adâncimii de aşchiere şi a avansului se consideră cunoscute şi se stabilesc pe baza altor criterii cum ar fi tipul operaţiei: degroşare, finisare, sau în funcţie de rugozitatea impusă suprafeţei prelucrate.


bags

Calculul vitezei de aşchiere şi a durabilităţii corespunzătoare timpului operativ

incomplet minim

Timpul operativ incomplet, aferent prelucrării prin aşchiere a unei piese se determină cu relaţia:

sb

ba

p

piopi t

T

ttt

n

tt

unde:tpi este timpul de pregătire încheiere pentru prelucrarea unui lot de piese;tb – timpul de bază sau timpul efectiv de aşchiere;ta – timpul auxiliar;ts – timpul de schimbare a sculei;tb/T – numărul necesar de schimbări de sculă.


bags

În cazul strunjirii unei piese cilindrice de lungime l şi de diametru d, cu adâncime de aşchiere t şi avans s, timpul efectiv de aşchiere se determină cu relaţia:

tsv

Vtb

unde:V reprezintă volumul total de aşchii îndepărtat de sculă.


bags

Dependenţa dintre timpul operativ incomplet şi viteza de aşchiere

s1k

T

a

p

piopi t

tsvC

V

tsv

V)t

n

t(t

topi

v

tb

topi

ts/T

a

p

pit

n

t

topi,min

vopt

0dv

dtopi

k

T

sopt

C

t1)(kv

sopt t)1k(T

tb


bags

Factori care influenţează dependenţa timp operativ incomplet – viteză de aşchiere

topi

vvopt

s = ct.

t3

t2

t1

t1 < t2 < t3

topi

vvopt

s1s2

s3

s1 < s2 < s3 < s4

s4

a) adâncimea de aşchiere; b) avansul


bags

Calculul vitezei de aşchiere şi a durabilităţii corespunzătoare costului tehnologic de prelucrare

minim

)CtC(T

ttC)t

n

t(CC STRM

bbRMa

p

piRM s

unde:CRM - cheltuielile specifice aferente procesului de aşchiere (cu maşina-

unealtă, cu operatorul, etc.) în lei/min;CST - costul ce revine unei durabilităţi T a sculei în lei/min.

Costul tehnologic include toate cheltuielile efectuate

odată cu executarea unei piese.


bags

)CtC(tsvC

V

tsv

VC)t

n

t(CC STRM

1kT

RMa

p

piRM s

0dv

dC

k

T

RM

STs

ec

CC

Ct

)1k(v

Viteza care asigură un cost minim, denumită şi viteză economică, se obţine prin rezolvarea ecuaţiei:

)C

Ct)(1k(T

RM

STsec

C

v

Cmin

vec

)tn

t(C a

p

piRM

bRM tC

)CtC(T

tSTRM

bs

C


bags

Observaţii

• Analiza expresiilor vitezei şi durabilităţii optime sugerează ideea că pentru o pereche dată de materiale sculă-semifabricat, productivitatea ar depinde numai de timpul de schimbare al sculei ts, concluzie neadevărată.

• Având în vedere că timpii auxiliari nu depind de viteză, derivata lor este nulă, chiar dacă ponderea lor de multe ori depăşeşte timpul de bază şi deci afectează puternic productivitatea.


bags

• Meritul relaţiei Topt este că supraestimând importanţa timpului de schimbare a sculelor a contribuit la dezvoltarea sculelor cu plăcuţe schimbabile şi a sistemelor de schimbare automată a sculelor.

• Relaţiile deduse pentru viteza şi durabilitatea economică pot conduce şi ele la concluzii greşite. Datorită valorii mici a timpului de schimbare a sculei ts , durabilitatea economică şi costul de execuţie vor fi avantajoase dacă raportul CST/CRM este mare, adică dacă cheltuielile aferente prelucrării sunt mici. Această concluzie a condus la ideea de a reduce factorul CRM prin utilizare unor rate de amortizare a utilajelor de 15-25 ani, ceea ce a condus la uzura fizică şi morală a acestora.


bags

Domeniul eficace al vitezei de aşchiere

topi, min

vvoptvec

Cmin

topiC


bags

Concluzii

• Pentru obţinerea unor procese de aşchiere eficiente din punct de vedere economic nu este suficientă numai optimizarea unilaterală a regimului de aşchiere. În acelaşi timp trebuie urmărită şi optimizarea geometriei sculei şi asigurarea condiţiilor optime de desfăşurare a procesului.

• Pentru stabilirea valorilor concrete ale regimului de aşchiere trebuie ţinut cont şi de restricţiile impuse de sistemul tehnologic, de rigiditatea sculei, şi a piesei, de rugozitate, etc.


bags


Prelucrabilitatea prin aşchiere


bags

Definirea conceptului

• Prelucrabilitatea prin aşchiere –aşchiabilitatea materialului

• este un concept a cărui definire nu este complet standardizat

• se referă la abilitatea unui material de a fi prelucrat prin aşchiere, adică la ansamblul dificultăţilor care sunt întâmpinate în timpul procesului de prelucrare prin aşchiere


bags

• Considerarea tuturor proprietăţilor care caracterizează un material şi care influenţează prelucrabilitatea lui prin aşchiere, ar putea conduce la o apreciere mai precisă a acestei caracteristici, dar ar necesita, în acelaşi timp, un volum extrem de mare de date, care nu

întotdeauna sunt la dispoziţia tehnologului


bags

Factori de influenţă

• metalurgia

• elaborarea

• compoziţia chimică

• tratamentul termic

• starea suprafeţelor semifabricatului

• scula aşchietoare

• materialul şi geometria acesteia

• condiţiile şi regimul de aşchiere

• modul de fixare al piesei

• maşina-unealtă


bags

• prelucrabilitatea reflectă performanţele în procesul de aşchiere a cuplei de materiale sculă-piesă privite prin prisma unor criterii cantitative şi/sau calitative cum sunt:

– durabilitatea sculei;

– forma aşchiei;

– calitatea şi integritatea suprafeţei prelucrate;

– productivitatea procesului de aşchiere;

– consumul energetic.


bags

Evaluarea prelucrabilităţii

• Evaluarea prelucrabilităţii se realizează printr-o îmbinare a datelor ce descriu proprietăţile tehnologico-mecanice ale materialului de aşchiat şi rezultatele unor încercări practice specifice


bags

Criterii pentru aprecierea prelucrabilităţii

• Criteriul de prelucrabilitate Zv bazat pe evoluţia curbelor de uzură (sau durabilitate) în funcţie de viteza de aşchiere;

• Criteriul de prelucrabilitate Zs bazat pe examinarea formei aşchiei şi a rugozităţii suprafeţei prelucrate.

• Obs: criteriul Zv apreciază aşchiabilitateamaterialului prin prisma uzurii pe care o va induce sculei aşchietoare, criteriul Zs va ţine cont de rugozitatea suprafeţei prelucrate, de apariţia depunerilor, de forma aşchiei detaşate, etc.


bags

Indicatori de prelucrabilitate• Durabilitatea sculei T este considerată ca unul din cei

mai convenabili indicatori pentru aprecierea prelucrabilităţii. Pentru stabilirea experimentală a durabilităţii sunt necesare încercări costisitoare şi de foarte lungă durată precum şi o standardizare ridicată a experimentelor, începând cu controlul riguros al materialelor semifabricatelor şi cel al sculelor încă de la recepţia lor.

• Încercările de stabilire a durabilităţii sunt mari consumatoare de timp din cauza ridicării curbelor de uzură la diferite viteze constante.


bags

Metode rapide de apreciere a prelucrabilităţii: metoda strunjirii frontale

• Folosind mai multe turaţii, din ce în ce mai mari (nmax/nmin> 8) prin mai multe încercări se stabilesc diametrele corespunzătoare momentului când scula atinge uzura limită stabilită. Folosind diagrama din figura b şi relaţiile:

• se determină constanta şi exponentul din ecuaţia durabilităţii (Taylor):

log Ru

log n

2Ru

nst

a)

b) 1m

1mtg

m

uuv

)1m(ns

R

1000

nR2C

vTm = Cv


bags

Metoda strunjirii longitudinale cu creşterea vitezei în trepte

• Criteriul de apreciere a prelucrabilităţii este valoarea vitezei compatibile vcomp

Lz este lungimea aşchiată pe tronsonul unde s-a produs uzura;

vz - viteza corespunzătoare tronsonului unde s-a produs uzura;

vz-1 - viteza corespunzătoare ultimului tronson prelucrat complet;

L0 – lungimea unui tronson

Lo

s

n

Lz

0

z1zz1zcomp

L

L)vv(vv

• Tronsoanele se prelucrează cu viteze de aşchiere ce cresc în progresie geometrică cu raţia 1,12 şi presupun parcurgerea unor drumuri de aşchiere de 25 m pe fiecare tronson


bags

Metoda găuririi cu forţă de avans constantă

Indicatori de prelucrabilitate:• adâncimea de pătrundere -

l100 a unui burghiu standard sub acţiunea unei forţe de avans constante (Fa=100...200N) după 100 de rotaţii complete;

• timpul necesar prelucrării unei găuri de lungime prestabilită;

• viteza de avans realizată de burghiu.

l 100

Fa = cnst.


bags

Alte criterii

• Calitatea suprafeţei prelucrate– este deseori utilizată drept un criteriu de apreciere a

prelucrabilităţii şi chiar a finisabilităţii unui material.– rugozitatea suprafeţei prelucrate depinde de mărimea

avansului şi de geometria tăişului sculei dar şi de viteza de aşchiere. Ea este însă influenţată şi de evoluţia uzurii tăişului şi deci şi de aşchiabilitatea materialului prelucrat.

• Forma şi mărimea aşchiilor– joacă un rol important în aprecierea prelucrabilităţii în

special prin prisma proceselor de prelucrare pe maşini-unelte automate, când intervenţia factorului uman este redusă la maxim.


bags

Clasificarea formelor de aşchii după STAS 12046/2-84

TipAşchie tipbandă

II III IV V IV VII VIIII Aşchietubulară

Alungă

B

C

încâlcită

IA IIA IIIA IVA VA IVA VIIA VIIIA

IB IIB IIIB IVB VB VIB

scurtă

Aşchie înspirală

Aşchie eli-coidală în rondele

Aşchie elicoidalăconicăFormă

Aşchie tip arc

Aşchie elementară

Aşchie tip ace

Plană

Conică

Legate

Sfărâmate

IC IIC IVC VC

Forme favorabile Forme acceptabile


bags

• Formarea aşchiei şi forma acesteia sunt în strânsă corelaţie, nu numai cu proprietăţile materialului semifabricatului dar şi cu compoziţia chimică, cu prezenţa anumitor elemente, cum sunt de exemplu fosforul, sulful şi plumbul, care în cazul oţelurilor produc fragmentarea aşchiilor şi conduc la îmbunătăţirea aşchiabilităţii.


bags

Influenţa proprietăţilor materialelor asupra prelucrabilităţii

• Rezistenţa mecanică şi duritateaIn general rezistenţa mecanica şi duritatea reduse sunt favorabile din punctul de vedere al aşchierii. Excepţie fac materialele foarte ductile care prin producerea unor depuneri pe tăiş accentuate vor conduce la dificultăţi în ceea ce priveşte obţinerea unor rugozităţi corespunzătoare.

• Ductilitatea Ductilitatea este o proprietate în corelaţie cu duritatea. O aşchiabilitate bună se obţine atunci când se realizează un raport optim ductilitate/duritate.

• Conductivitatea termicăConductivitatea termică a materialului semifabricatului poate contribui la preluarea unei cantităţi sporite din căldura generată prin aşchiere. Conductivităţile termice ridicate sunt benefice din punctul de vedere al prelucrării prin aşchiere. De aici şi diferenţele remarcabile de aşchiabilitateîntre aliajele de aluminiu şi oţelurile termorefractare.


bags

• EcruisareaDupă cum se ştie metalele pot să-şi îmbunătăţească rezistenţa în urma unei deformări plastice suferite, îmbunătăţire ce depinde atât de mărimea deformării cât şi de viteza cu care s-a produs aceasta. La aşchierea oţelurilor, deformarea este puternic concentrată în zona de forfecare din imediată apropiere a tăişului sculei şi se va concretiza prin aşchii ecruisate, de duritate mai mare, şi uneori chiar ecruisarea stratului superficial al suprafeţei aşchiate. In procesul de formare a aşchiei lucrul mecanic specific consumat va fi mai mare. Pentru descărcarea solicitărilor tăişului şi o reducere a gradului de deformare se va opta pentru un tăiş cu unghi de degajare mai pronunţat. Ecruisarea conduce şi la diminuarea tendinţei de formare a depunerilor pe tăiş.


bags

• Prezenţa incluziunilorParticulele dure şi abrazive, cu dimensiuni mai mari de 150 m, sunt factori care intensifică uzura sculelor. Prezenţa incluziunilor caracterizează materiale de calitate inferioară şi sunt consecinţa procedeelor de elaborare. Microincluziunile sunt însă întotdeauna prezente. Cele abrazive, cum sunt cele din oxid de aluminiu (Al2O3) sau cele din calciu (Ca), trebuie evitate. Incluziunile din oxizi, de tipul oxizilor de fier sau de mangan (FeO, MnO), sunt mai puţin dăunătoare deoarece sunt mai deformabile şi pot fi angajate în procesul de formare a aşchiei. Prezenţa silicaţilor este însă favorabilă deoarece la prelucrările cu viteze mari ei se înmoaie şi pot contribui la diminuarea uzurii sculei.


bags

• Elemente de aliere pentru creşterea aşchiabilităţiiUna din metodele cunoscute de ridicare a capacităţii de aşchiere a oţelurilor este adăugarea în compoziţie a sulfului. Acesta formează cu magneziul compuşi care în timpul formării aşchiei dau naştere unor planuri cu rezistenţă scăzută reducându-se astfel consumul energetic necesar pentru amorsarea fisurilor şi pentru producerea ruperii aşchiilor. Rezultatul este creşterea practică a unghiului de forfecare în procesul formării aşchiei, amplificarea tendinţei de curbare aşchiei şi reducerea contactului cu faţa de degajare a sculei. La contactul cu faţa de degajare aceşti compuşi uşurează condiţiile de frecare. Aşchiabilitatea oţelurilor poate fi sporită şi prin prezenţa plumbului şi a seleniului. Aşchiabilitatea este puternic influenţată de cantitatea acestor elemente dar şi de mărimea, forma şi distribuţia compuşilor pe care îi formează în oţel.


bags

• Structura materialului

Structura materialului este un factor care afectează puternic prelucrabilitatea prin aşchiere. In cazul oţelurilor aşchiabilitatea este influenţată de prezenţa celor trei constituenţi structurali de bază: ferita, perlita şi cementita. Datorită durităţii mari, cantităţi mici de cementită vor influenţa puternic uzura sculei. Oţelurile feritice vor fi caracterizate de o aşchiabilitate mai bună decât cele martensitice.


bags

• Caracteristicile semifabricatului şi tratamentul termicMaterialul semifabricatului poate fi introdus în procesul de prelucrare sub formă de laminat la cald, normalizat, recopt, tras la rece sau îmbunătăţit. Semifabricatele laminate din punctul de vedere al aşchiabilităţii sunt caracterizate de o structură neomogenă şi proprietăţi diferenţiate care decurg din procesele de deformare şi menţinere la temperaturi ridicate. Normalizarea conduce la structuri mai fine şi mai omogene care îmbunătăţesc tenacitatea materialului şi aşchiabilitatea. Recoacerea, în special cea de globulizare, conduce la transformarea perlitei lamelare în perlită globulară, deci la obţinerea unei structuri favorabile aşchierii, caracterizată de o scădere a durităţii şi a solicitării la uzură a sculei. Deformarea la rece a semifabricatelor de dimensiuni mici urmăreşte uniformizarea structurii şi aduce ca avantaje reducerea depunerilor pe tăiş, a formării bavurilor şi îmbunătăţeşte textura suprafeţei prelucrate. Îmbunătăţirea prin creşterea durităţii materialului afectează uzura sculei. Pentru prelucrările moderne cu scule din carburi metalice dificultăţile în aşchiere apar peste 200 HB.


bags

• Elementele de aliere Majoritatea materialelor metalice utilizate azi sunt aliaje mai mult sau mai puţin bogate. Prezenţa elementelor de aliere determină proprietăţi specifice pentru aceste aliaje dar în acelaşi timp influenţează puternic aşchiabilitatea. Prezenta unor elemente de aliere cum sunt: nichelul (Ni), cobaltul (Co), magneziul (Mg), vanadiul (V), molibdenul (Mo), niobiul (Nb), wolframul (W), cuprul (Cu), etc. produc o diminuare a aşchiabilităţii oţelurilor. Alte elemente deja amintite: sulful (S), fosforul (P) şi plumbul (Pb), din contră, în cantităţi adecvate produc o îmbunătăţire a aşchiabilităţii. Chiar şi carbonul (C) principalul element de aliere are un efect benefic numai în limita 0,3…0,6%.

Date post:	22-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	sebastiandehelean
View:	221 times
Download:	23 times

Bazele Aschierii si Generarii Suprafetelor

Documents