31

2. FIZICA I MECANICA PROCESULUIDE ACHIERE

Obiectivele unitii de nvare Cunoaterea unui model de formare a achiei i a

fenomenelor plastice secundare; Identificarea forelor i a rezistenelor ce se opun

achierii; Stabilirea mrimii forelor de achiere i a puterii

de achiere; Evidenierea fenomenelor termice din timpul

achierii; Formele de manifestare a uzurii i mecanismele ei

de producere; Definirea durabilitii sculelor achietoare i

stabilirea criteriilor de uzur.

32

Cuprins2. FIZICA I MECANICAPROCESULUI DE ACHIERE2.1. Fizica procesului de achiere ..................................... 33

2.1.1. Procesul formrii achiei .......................................... 332.1.2. Fenomene plastice secundare ................................... 36

2.2.Mecanica procesului de achiere ............................... 392.2.1. Forele i rezistenele de achiere .............................. 392.2.2. Determinarea forelor de achiere ............................. 432.2.3. Lucrul mecanic i puterea n procesul de achiere ..... 45

2.3. Fenomene termice n procesul de achiere .............. 472.4. Uzura i durabilitatea sculelor achietoare ............. 49

2.4.1. Formele i parametrii uzurii ..................................... 492.4.2. Mecanismele de producere a uzurii ........................... 522.4.3. Durabilitatea sculelor achietoare .............................. 542.4.4. Criterii de uzur ....................................................... 57

2.5.Medii de achiere ........................................................ 592.5.1. Rolul mediilor de achiere ........................................ 592.5.2. Clasificarea lichidelor de achiere ............................. 602.5.3. Utilizarea lichidelor de achiere ................................ 62Rezumat . 64Test de evaluare 65

33

2.1. Fizica procesului de achiere2.1.1. Procesul formrii achiei

La baza procesului de formare a achiei stau deformaiileelastice i plastice care se produc n materialul supus aciunii tiuluisculei. n final, are loc distrugerea coeziunii dintre stratul de achiat imaterialul de baz al piesei i separarea achiei. Viteza de deformare laachiere este de ordinul zecilor i sutelor de metri pe minut, temperaturadin zona de achiere este foarte ridicat i variabil, iar gradul dedeformare este mare. n plus, apar factori legai de scul, de regimul deachiere i de folosirea lichidelor de rcire-ungere, care influeneazgradul de deformare plastic. Frecarea interioar i exterioar dintreachie, scul i suprafaa prelucrat este deosebit de frecareaobinuit, complicnd i mai mult fenomenele care au loc n timpulachierii.

n cazul cel mai simplu, procesul de achiere poate fireprezentat ca n figura 1.17, unde sculei i se imprim de ctremaina-unealt o for F.

Dac stratul de achiere, de grosime hD, se consider separat derestul materialului printr-o tietur OO' (fig.1.17,a), atunci aciunea sculeipoate fi asimilat cu aciunea unui poanson care ar aciona cu aceeaifor F asupra unei epruvete prismatice (fig.1.17,b), solicitnd-o lacompresiune. n fiecare element de volum din masa epruvetei, subaciunea forei F, iau natere tensiuni normale principale si tensiunitangeniale maxime, avnd direcii nclinate la 45 fa de direciatensiunilor normale (fig.1.17,b). ntr-o prim etap epruveta sedeformeaz elastic. n momentul n care se depete limita elastic amaterialului epruvetei, ncep s se produc deformaii plastice(alunecarea relativ a elementelor de suprafa de-a lungul liniilor dealunecare). Cnd materialul epruvetei i-a epuizat capacitatea dedeformare, se produce ruperea n zonele n care tensiunile principale audevenit maxime (la 45 fa de direcia de acionare a forei).

34

Fig. 1.17. Deformarea materialului achiat.Pornind de la cel mai simplu proces de achiere, rabotarea

ortogonal, I.A. Time a propus urmtoarea ipotez de formare a achiei(fig.1.17,c). Sub aciunea unei fore exterioare F, generat de maina-unealt, materialul din faa suprafeei de degajare a sculei este deformatelastic, apoi plastic i transformat n achii n limitele unui unghi diedru, format de planul dup care are loc forfecarea materialului prelucrat iplanul feei de degajare. Fa de solicitrile care apar la comprimareaunei epruvete prismatice, cu eforturi unitare normale i tangeniale maxime dup o direcie care formeaz un unghi de 45 cu direcia deaciune a forei F, n cazul achierii intervin forele de coeziune interncare leag materialul de achiat de restul materialului piesei. Deformaiastratului care se transform n achie are loc in condiii mai dificile, iarliniile de alunecare (dup direcia MM', formnd unghiul 2, fig. 1.17,c)se vor curba ctre suprafaa liber a stratului AC. Dac eforturile unitaretangeniale maxime depesc o anumit valoare, are loc detaareastratului de achiere dup un plan care reprezint nfurtoarea liniilorde alunecare i care a fost numit plan de forfecare. Unghiul dintredirecia micrii principale i linia AM urma planului de forfecare senumete unghi de forfecare (notat cu 1) i are valori mai mici de 45.

M'

2

34

Fig. 1.17. Deformarea materialului achiat.Pornind de la cel mai simplu proces de achiere, rabotarea

ortogonal, I.A. Time a propus urmtoarea ipotez de formare a achiei(fig.1.17,c). Sub aciunea unei fore exterioare F, generat de maina-unealt, materialul din faa suprafeei de degajare a sculei este deformatelastic, apoi plastic i transformat n achii n limitele unui unghi diedru, format de planul dup care are loc forfecarea materialului prelucrat iplanul feei de degajare. Fa de solicitrile care apar la comprimareaunei epruvete prismatice, cu eforturi unitare normale i tangeniale maxime dup o direcie care formeaz un unghi de 45 cu direcia deaciune a forei F, n cazul achierii intervin forele de coeziune interncare leag materialul de achiat de restul materialului piesei. Deformaiastratului care se transform n achie are loc in condiii mai dificile, iarliniile de alunecare (dup direcia MM', formnd unghiul 2, fig. 1.17,c)se vor curba ctre suprafaa liber a stratului AC. Dac eforturile unitaretangeniale maxime depesc o anumit valoare, are loc detaareastratului de achiere dup un plan care reprezint nfurtoarea liniilorde alunecare i care a fost numit plan de forfecare. Unghiul dintredirecia micrii principale i linia AM urma planului de forfecare senumete unghi de forfecare (notat cu 1) i are valori mai mici de 45.

M'

2

34

Fig. 1.17. Deformarea materialului achiat.Pornind de la cel mai simplu proces de achiere, rabotarea

ortogonal, I.A. Time a propus urmtoarea ipotez de formare a achiei(fig.1.17,c). Sub aciunea unei fore exterioare F, generat de maina-unealt, materialul din faa suprafeei de degajare a sculei este deformatelastic, apoi plastic i transformat n achii n limitele unui unghi diedru, format de planul dup care are loc forfecarea materialului prelucrat iplanul feei de degajare. Fa de solicitrile care apar la comprimareaunei epruvete prismatice, cu eforturi unitare normale i tangeniale maxime dup o direcie care formeaz un unghi de 45 cu direcia deaciune a forei F, n cazul achierii intervin forele de coeziune interncare leag materialul de achiat de restul materialului piesei. Deformaiastratului care se transform n achie are loc in condiii mai dificile, iarliniile de alunecare (dup direcia MM', formnd unghiul 2, fig. 1.17,c)se vor curba ctre suprafaa liber a stratului AC. Dac eforturile unitaretangeniale maxime depesc o anumit valoare, are loc detaareastratului de achiere dup un plan care reprezint nfurtoarea liniilorde alunecare i care a fost numit plan de forfecare. Unghiul dintredirecia micrii principale i linia AM urma planului de forfecare senumete unghi de forfecare (notat cu 1) i are valori mai mici de 45.

M'

2

35

Forma achiei reprezint un indicator sigur al condiiilor deachiere, artnd gradul de deformare plastic suferit de stratul dematerial detaat. Forma achiei depinde de: natura materialuluiprelucrat, geometria sculei, regimul de achiere etc. Se deosebescachii de rupere i achii de deformare plastic (fig. 1.22).

Fig. 1.22. Tipuri de achii la prelucrarea metalelor:1-achii de rupere; 2, 3, 4 achii de deformare plastic

Achiile de rupere sunt caracteristice materialelor de prelucratcasante i apar cnd raportul / este supraunitar ( fiind efortul unitarnormal iar efortul tangenial din stratul de achiere care apar subaciunea sculei). Ruperea elementului de achie are loc, la nceput,dup o direcie aproape paralel cu direcia principal, urmnddesprinderea printr-o rupere fragil, dup o direcie care deviaz bruscspre exterior (fig.1.22, 1).

Achiile de deformare plastic apar la prelucrarea materialelorplastice i cnd n stratul de achiere raportul / este subunitar.Energia necesar detarii achiei de deformare plastic este mai maredect energia detarii achiei de rupere. Achiile de deformare plasticdifer ntre ele prin mrimea gradului de deformaie. n ordinedescresctoare a gradului de deformaie se deosebesc:

- achii n grupe de elemente (fig.1.22, 2), cu legtur slabntre grupele de elemente i cu legtur vizibil ntre elementeleaceluiai grup. Avnd deformaii mari la detaare, procesul de achierenu este corespunztor din punct de vedere energetic;

- achii n trepte, cu legtur relativ puternic ntre grupele deelemente constitutive i cu deformaii plastice mai reduse (fig.1.22, 3);

- achii continue (de curgere), sub form de benzi, obinute prinalunecarea elementelor de achie continuu n planul de forfecare, cu unconsum de energie minim (fig.1.22, 4).

Forma definitiv a achiei apare pe faa de degajare, la oanumit distan de ti i nu n faa tiului sculei, deoarece se producdeformaii i la contactul achiei cu aceast suprafa. S-a stabilit c, ntoate cazurile, n zona tiului se formeaz numai achii de curgere, iar

35

Forma achiei reprezint un indicator sigur al condiiilor deachiere, artnd gradul de deformare plastic suferit de stratul dematerial detaat. Forma achiei depinde de: natura materialuluiprelucrat, geometria sculei, regimul de achiere etc. Se deosebescachii de rupere i achii de deformare plastic (fig. 1.22).

Fig. 1.22. Tipuri de achii la prelucrarea metalelor:1-achii de rupere; 2, 3, 4 achii de deformare plastic

Achiile de rupere sunt caracteristice materialelor de prelucratcasante i apar cnd raportul / este supraunitar ( fiind efortul unitarnormal iar efortul tangenial din stratul de achiere care apar subaciunea sculei). Ruperea elementului de achie are loc, la nceput,dup o direcie aproape paralel cu direcia principal, urmnddesprinderea printr-o rupere fragil, dup o direcie care deviaz bruscspre exterior (fig.1.22, 1).

Achiile de deformare plastic apar la prelucrarea materialelorplastice i cnd n stratul de achiere raportul / este subunitar.Energia necesar detarii achiei de deformare plastic este mai maredect energia detarii achiei de rupere. Achiile de deformare plasticdifer ntre ele prin mrimea gradului de deformaie. n ordinedescresctoare a gradului de deformaie se deosebesc:

- achii n grupe de elemente (fig.1.22, 2), cu legtur slabntre grupele de elemente i cu legtur vizibil ntre elementeleaceluiai grup. Avnd deformaii mari la detaare, procesul de achierenu este corespunztor din punct de vedere energetic;

- achii n trepte, cu legtur relativ puternic ntre grupele deelemente constitutive i cu deformaii plastice mai reduse (fig.1.22, 3);

- achii continue (de curgere), sub form de benzi, obinute prinalunecarea elementelor de achie continuu n planul de forfecare, cu unconsum de energie minim (fig.1.22, 4).

Forma definitiv a achiei apare pe faa de degajare, la oanumit distan de ti i nu n faa tiului sculei, deoarece se producdeformaii i la contactul achiei cu aceast suprafa. S-a stabilit c, ntoate cazurile, n zona tiului se formeaz numai achii de curgere, iar

35

Forma achiei reprezint un indicator sigur al condiiilor deachiere, artnd gradul de deformare plastic suferit de stratul dematerial detaat. Forma achiei depinde de: natura materialuluiprelucrat, geometria sculei, regimul de achiere etc. Se deosebescachii de rupere i achii de deformare plastic (fig. 1.22).

Fig. 1.22. Tipuri de achii la prelucrarea metalelor:1-achii de rupere; 2, 3, 4 achii de deformare plastic

Achiile de rupere sunt caracteristice materialelor de prelucratcasante i apar cnd raportul / este supraunitar ( fiind efortul unitarnormal iar efortul tangenial din stratul de achiere care apar subaciunea sculei). Ruperea elementului de achie are loc, la nceput,dup o direcie aproape paralel cu direcia principal, urmnddesprinderea printr-o rupere fragil, dup o direcie care deviaz bruscspre exterior (fig.1.22, 1).

Achiile de deformare plastic apar la prelucrarea materialelorplastice i cnd n stratul de achiere raportul / este subunitar.Energia necesar detarii achiei de deformare plastic este mai maredect energia detarii achiei de rupere. Achiile de deformare plasticdifer ntre ele prin mrimea gradului de deformaie. n ordinedescresctoare a gradului de deformaie se deosebesc:

- achii n grupe de elemente (fig.1.22, 2), cu legtur slabntre grupele de elemente i cu legtur vizibil ntre elementeleaceluiai grup. Avnd deformaii mari la detaare, procesul de achierenu este corespunztor din punct de vedere energetic;

- achii n trepte, cu legtur relativ puternic ntre grupele deelemente constitutive i cu deformaii plastice mai reduse (fig.1.22, 3);

- achii continue (de curgere), sub form de benzi, obinute prinalunecarea elementelor de achie continuu n planul de forfecare, cu unconsum de energie minim (fig.1.22, 4).

Forma definitiv a achiei apare pe faa de degajare, la oanumit distan de ti i nu n faa tiului sculei, deoarece se producdeformaii i la contactul achiei cu aceast suprafa. S-a stabilit c, ntoate cazurile, n zona tiului se formeaz numai achii de curgere, iar

36

fenomenele i deformaiile produse pe faa de degajare a sculeidetermin apariia tuturor celorlalte tipuri de achii.

2.1.2. Fenomene plastice secundareStratul ecruisatProcesul de achiere este nsoit i de fenomene legate de

contactul dintre faa de aezare a sculei i suprafaa prelucrat. Stratulde baz de sub suprafaa prelucrat i modific proprietile fizico-mecanice. Dup forma zonei de deformaii la achiere (fig.1.18,a,b)rezult c deformaiile, care se propag n faa vrfului sculei duplimita inferioar OA, coboar sub nivelul suprafeei prelucrate cudistana h, fapt evideniat prin msurarea microduritii i prin examenulmetalografic. Experimental s-a dovedit c adncimea deformaiilorremanente h depinde n special de raza de ascuire a tiului, degrosimea achiei nedetaate hD i de unghiul de degajare al sculei .

Fig. 1.18. Zona formrii achiei (a) i zona deformaiilor remanente (b).Din figura 1.19 se observ c stratul de achiere, superior

punctului C (liniei BC), va aluneca n lungul planului de forfecare i seva transforma n achie. Restul de material aflat sub punctul C, degrosime h, va fi puternic comprimat i refulat sub ti. Grosimea acestuistrat,

h = (1 cos 1) [mm], (1.7)va crete cu creterea lui i cu scderea unghiului 1. De asemenea,grosimea h crete cu ct scade raportul hD/, adic la grosimi mici deachiere fenomenul de ecruisare se intensific .

36

fenomenele i deformaiile produse pe faa de degajare a sculeidetermin apariia tuturor celorlalte tipuri de achii.

2.1.2. Fenomene plastice secundareStratul ecruisatProcesul de achiere este nsoit i de fenomene legate de

contactul dintre faa de aezare a sculei i suprafaa prelucrat. Stratulde baz de sub suprafaa prelucrat i modific proprietile fizico-mecanice. Dup forma zonei de deformaii la achiere (fig.1.18,a,b)rezult c deformaiile, care se propag n faa vrfului sculei duplimita inferioar OA, coboar sub nivelul suprafeei prelucrate cudistana h, fapt evideniat prin msurarea microduritii i prin examenulmetalografic. Experimental s-a dovedit c adncimea deformaiilorremanente h depinde n special de raza de ascuire a tiului, degrosimea achiei nedetaate hD i de unghiul de degajare al sculei .

Fig. 1.18. Zona formrii achiei (a) i zona deformaiilor remanente (b).Din figura 1.19 se observ c stratul de achiere, superior

punctului C (liniei BC), va aluneca n lungul planului de forfecare i seva transforma n achie. Restul de material aflat sub punctul C, degrosime h, va fi puternic comprimat i refulat sub ti. Grosimea acestuistrat,

h = (1 cos 1) [mm], (1.7)va crete cu creterea lui i cu scderea unghiului 1. De asemenea,grosimea h crete cu ct scade raportul hD/, adic la grosimi mici deachiere fenomenul de ecruisare se intensific .

36

fenomenele i deformaiile produse pe faa de degajare a sculeidetermin apariia tuturor celorlalte tipuri de achii.

2.1.2. Fenomene plastice secundareStratul ecruisatProcesul de achiere este nsoit i de fenomene legate de

contactul dintre faa de aezare a sculei i suprafaa prelucrat. Stratulde baz de sub suprafaa prelucrat i modific proprietile fizico-mecanice. Dup forma zonei de deformaii la achiere (fig.1.18,a,b)rezult c deformaiile, care se propag n faa vrfului sculei duplimita inferioar OA, coboar sub nivelul suprafeei prelucrate cudistana h, fapt evideniat prin msurarea microduritii i prin examenulmetalografic. Experimental s-a dovedit c adncimea deformaiilorremanente h depinde n special de raza de ascuire a tiului, degrosimea achiei nedetaate hD i de unghiul de degajare al sculei .

Fig. 1.18. Zona formrii achiei (a) i zona deformaiilor remanente (b).Din figura 1.19 se observ c stratul de achiere, superior

punctului C (liniei BC), va aluneca n lungul planului de forfecare i seva transforma n achie. Restul de material aflat sub punctul C, degrosime h, va fi puternic comprimat i refulat sub ti. Grosimea acestuistrat,

h = (1 cos 1) [mm], (1.7)va crete cu creterea lui i cu scderea unghiului 1. De asemenea,grosimea h crete cu ct scade raportul hD/, adic la grosimi mici deachiere fenomenul de ecruisare se intensific .

37

Fig. 1.19. Formarea stratului ecruisat.Valoarea avansului influeneaz mult grosimea stratului ecruisat

h, care poate atinge valori de ordinul milimetrilor. Viteza de achiereinflueneaz mai puin deoarece apare fenomenul de recristalizare, opusecruisrii.

Tensiunile remanente din stratul superficial pot atinge valoriridicate, de pn la 500 ...700 N/mm2, i pot fi de ntindere (duntoarefiindc micoreaz rezistena la oboseal) sau de compresiune(favorabile).

Stratul frnat i stratul de curgereUnul dintre fenomenele de contact achie-faa de degajare

const n apariia presiunilor i temperaturilor ridicate, care, la oeluri deexemplu, duc la aderarea particulelor pe faa de degajare, fenomenfavorizat i de rizurile acestei fee. Se produce, pe vrful rizurilor,sudarea la rece a materialului achiei care, n deplasarea sa, poatesmulge particule din materialul sculei sau poate lsa particule pe faa dedegajare a sculei. Are loc att uzarea sculei ct i apariia unui stratsubire de material dur, ecruisat, din particule de achii pe faa dedegajare, numit strat frnat sau aderent.

Procesul de smulgere i de reinere de particule duce la apariiaunei rezistene la naintare a achiei pe faa de degajare, respectiv aunei fore de frecare, de un gen deosebit, ntre achie i faa sculei intre straturile succesive ale achiei. Devierea liniilor de alunecare nstratul frnat se prezint n figura 1.20,a. Viteza de deplasare adiferitelor straturi de achie variaz de la zero n stratul aderent lavaloarea v1 din achie. Prin urmare, spre deosebire de frecareaobinuit dintre dou corpuri solide n micare relativ, frecarea nprocesul de achiere implic i o frecare interioar, datorit alunecrii

37

Fig. 1.19. Formarea stratului ecruisat.Valoarea avansului influeneaz mult grosimea stratului ecruisat

h, care poate atinge valori de ordinul milimetrilor. Viteza de achiereinflueneaz mai puin deoarece apare fenomenul de recristalizare, opusecruisrii.

Tensiunile remanente din stratul superficial pot atinge valoriridicate, de pn la 500 ...700 N/mm2, i pot fi de ntindere (duntoarefiindc micoreaz rezistena la oboseal) sau de compresiune(favorabile).

Stratul frnat i stratul de curgereUnul dintre fenomenele de contact achie-faa de degajare

const n apariia presiunilor i temperaturilor ridicate, care, la oeluri deexemplu, duc la aderarea particulelor pe faa de degajare, fenomenfavorizat i de rizurile acestei fee. Se produce, pe vrful rizurilor,sudarea la rece a materialului achiei care, n deplasarea sa, poatesmulge particule din materialul sculei sau poate lsa particule pe faa dedegajare a sculei. Are loc att uzarea sculei ct i apariia unui stratsubire de material dur, ecruisat, din particule de achii pe faa dedegajare, numit strat frnat sau aderent.

Procesul de smulgere i de reinere de particule duce la apariiaunei rezistene la naintare a achiei pe faa de degajare, respectiv aunei fore de frecare, de un gen deosebit, ntre achie i faa sculei intre straturile succesive ale achiei. Devierea liniilor de alunecare nstratul frnat se prezint n figura 1.20,a. Viteza de deplasare adiferitelor straturi de achie variaz de la zero n stratul aderent lavaloarea v1 din achie. Prin urmare, spre deosebire de frecareaobinuit dintre dou corpuri solide n micare relativ, frecarea nprocesul de achiere implic i o frecare interioar, datorit alunecrii

37

Fig. 1.19. Formarea stratului ecruisat.Valoarea avansului influeneaz mult grosimea stratului ecruisat

h, care poate atinge valori de ordinul milimetrilor. Viteza de achiereinflueneaz mai puin deoarece apare fenomenul de recristalizare, opusecruisrii.

Tensiunile remanente din stratul superficial pot atinge valoriridicate, de pn la 500 ...700 N/mm2, i pot fi de ntindere (duntoarefiindc micoreaz rezistena la oboseal) sau de compresiune(favorabile).

Stratul frnat i stratul de curgereUnul dintre fenomenele de contact achie-faa de degajare

const n apariia presiunilor i temperaturilor ridicate, care, la oeluri deexemplu, duc la aderarea particulelor pe faa de degajare, fenomenfavorizat i de rizurile acestei fee. Se produce, pe vrful rizurilor,sudarea la rece a materialului achiei care, n deplasarea sa, poatesmulge particule din materialul sculei sau poate lsa particule pe faa dedegajare a sculei. Are loc att uzarea sculei ct i apariia unui stratsubire de material dur, ecruisat, din particule de achii pe faa dedegajare, numit strat frnat sau aderent.

Procesul de smulgere i de reinere de particule duce la apariiaunei rezistene la naintare a achiei pe faa de degajare, respectiv aunei fore de frecare, de un gen deosebit, ntre achie i faa sculei intre straturile succesive ale achiei. Devierea liniilor de alunecare nstratul frnat se prezint n figura 1.20,a. Viteza de deplasare adiferitelor straturi de achie variaz de la zero n stratul aderent lavaloarea v1 din achie. Prin urmare, spre deosebire de frecareaobinuit dintre dou corpuri solide n micare relativ, frecarea nprocesul de achiere implic i o frecare interioar, datorit alunecrii

38

relative a straturilor din zona stagnat AOC (fig.1.20,b) i dinvecintatea acesteia.

Fig.1.20. Stratul frnat din zona de contact (a)i lungimea total de contact (b).

Frecarea interioar are loc pe distana c1, n care eforturiletangeniale sunt constante iar eforturile normale variaz n sensuldescreterii odat cu ndeprtarea de muchia de achiere.

Stratul de contact achie-scul, la prelucrarea oelurilor, ajungentr-o stare plastic avansat la temperaturi de peste 600C i ncepe salunece, formnd stratul de curgere. Grosimea acestui strat scade cucreterea vitezei, respectiv a temperaturii. Pot fi create condiii pentruformarea unui strat de curgere ct mai plastic care s protejeze zona decontact de frecarea direct cu achia. n unele cazuri, cnd zona decontact se apropie de ti, stratul poate fi expulzat n direcia tiului deunde poate curge pe faa de aezare ca o panglic subire, puternicecruisat.

Depunerea pe tiFora de frecare dintre stratul inferior al achiei i faa de

degajare poate depi, n anumite condiii, fora de coeziune interioar

f=1,42 mm/rot; vc=20 m/min.

38

relative a straturilor din zona stagnat AOC (fig.1.20,b) i dinvecintatea acesteia.

Fig.1.20. Stratul frnat din zona de contact (a)i lungimea total de contact (b).

Frecarea interioar are loc pe distana c1, n care eforturiletangeniale sunt constante iar eforturile normale variaz n sensuldescreterii odat cu ndeprtarea de muchia de achiere.

Stratul de contact achie-scul, la prelucrarea oelurilor, ajungentr-o stare plastic avansat la temperaturi de peste 600C i ncepe salunece, formnd stratul de curgere. Grosimea acestui strat scade cucreterea vitezei, respectiv a temperaturii. Pot fi create condiii pentruformarea unui strat de curgere ct mai plastic care s protejeze zona decontact de frecarea direct cu achia. n unele cazuri, cnd zona decontact se apropie de ti, stratul poate fi expulzat n direcia tiului deunde poate curge pe faa de aezare ca o panglic subire, puternicecruisat.

Depunerea pe tiFora de frecare dintre stratul inferior al achiei i faa de

degajare poate depi, n anumite condiii, fora de coeziune interioar

f=1,42 mm/rot; vc=20 m/min.

38

relative a straturilor din zona stagnat AOC (fig.1.20,b) i dinvecintatea acesteia.

Fig.1.20. Stratul frnat din zona de contact (a)i lungimea total de contact (b).

Frecarea interioar are loc pe distana c1, n care eforturiletangeniale sunt constante iar eforturile normale variaz n sensuldescreterii odat cu ndeprtarea de muchia de achiere.

Stratul de contact achie-scul, la prelucrarea oelurilor, ajungentr-o stare plastic avansat la temperaturi de peste 600C i ncepe salunece, formnd stratul de curgere. Grosimea acestui strat scade cucreterea vitezei, respectiv a temperaturii. Pot fi create condiii pentruformarea unui strat de curgere ct mai plastic care s protejeze zona decontact de frecarea direct cu achia. n unele cazuri, cnd zona decontact se apropie de ti, stratul poate fi expulzat n direcia tiului deunde poate curge pe faa de aezare ca o panglic subire, puternicecruisat.

Depunerea pe tiFora de frecare dintre stratul inferior al achiei i faa de

degajare poate depi, n anumite condiii, fora de coeziune interioar

f=1,42 mm/rot; vc=20 m/min.

39

a achiei, astfel c o parte din stratul de curgere este frnat i lipit defaa de degajare (fig.1.21,a), formnd depunerea de ti.

Fig. 1.21. Tiul de depunere (a) i variaia geometriei realea sculei datorit depunerii pe ti (b).

Depunerea pe ti este format din material foarte puternicecruisat, cu structur amorf i cu proprieti fizico-mecanice multdiferite de cele ale materialului achiei. Duritatea sa depete de2,5...3,5 ori duritatea materialului prelucrat.

Acest ti depus poate prelua rolul tiului sculei, dar nu estestabil, distrugndu-se i formndu-se din nou foarte repede. Odat cuformarea sa, se modific unghiul de degajare real e (fig.1.21,b) iforele de achiere i apare pericolul ca sistemul tehnologic s vibreze.Cu distrugerea sa, tiul de depunere poate smulge particule dinmaterialul sculei, accelernd uzarea feei de degajare i poate nglobaparticule n suprafaa prelucrat, nrutind calitatea suprafeei. Apariiadepunerii pe ti poate duce la modificri ale dimensiunilor piesei.

n aceste condiii, tiul de depunere poate avea un rol pozitivnumai la degroare. Finisarea se recomand a se executa cu viteze sub15 ...20 m/min sau peste 50 ...60 m/min, valori pentru care mrimeadepunerii pe ti este redus.

2.2. Mecanica procesului de achiere2.2.1. Forele i rezistenele de achiere

Forele de achiere apar ca rezultat al deformrii elastice iplastice a achiei i a suprafeei prelucrate, pentru ruperea, detaarea,deformaia suplimentar (ncovoierea i spiralarea) a achiei precum i

39

a achiei, astfel c o parte din stratul de curgere este frnat i lipit defaa de degajare (fig.1.21,a), formnd depunerea de ti.

Fig. 1.21. Tiul de depunere (a) i variaia geometriei realea sculei datorit depunerii pe ti (b).

Depunerea pe ti este format din material foarte puternicecruisat, cu structur amorf i cu proprieti fizico-mecanice multdiferite de cele ale materialului achiei. Duritatea sa depete de2,5...3,5 ori duritatea materialului prelucrat.

Acest ti depus poate prelua rolul tiului sculei, dar nu estestabil, distrugndu-se i formndu-se din nou foarte repede. Odat cuformarea sa, se modific unghiul de degajare real e (fig.1.21,b) iforele de achiere i apare pericolul ca sistemul tehnologic s vibreze.Cu distrugerea sa, tiul de depunere poate smulge particule dinmaterialul sculei, accelernd uzarea feei de degajare i poate nglobaparticule n suprafaa prelucrat, nrutind calitatea suprafeei. Apariiadepunerii pe ti poate duce la modificri ale dimensiunilor piesei.

n aceste condiii, tiul de depunere poate avea un rol pozitivnumai la degroare. Finisarea se recomand a se executa cu viteze sub15 ...20 m/min sau peste 50 ...60 m/min, valori pentru care mrimeadepunerii pe ti este redus.

2.2. Mecanica procesului de achiere2.2.1. Forele i rezistenele de achiere

Forele de achiere apar ca rezultat al deformrii elastice iplastice a achiei i a suprafeei prelucrate, pentru ruperea, detaarea,deformaia suplimentar (ncovoierea i spiralarea) a achiei precum i

39

a achiei, astfel c o parte din stratul de curgere este frnat i lipit defaa de degajare (fig.1.21,a), formnd depunerea de ti.

Fig. 1.21. Tiul de depunere (a) i variaia geometriei realea sculei datorit depunerii pe ti (b).

Depunerea pe ti este format din material foarte puternicecruisat, cu structur amorf i cu proprieti fizico-mecanice multdiferite de cele ale materialului achiei. Duritatea sa depete de2,5...3,5 ori duritatea materialului prelucrat.

Acest ti depus poate prelua rolul tiului sculei, dar nu estestabil, distrugndu-se i formndu-se din nou foarte repede. Odat cuformarea sa, se modific unghiul de degajare real e (fig.1.21,b) iforele de achiere i apare pericolul ca sistemul tehnologic s vibreze.Cu distrugerea sa, tiul de depunere poate smulge particule dinmaterialul sculei, accelernd uzarea feei de degajare i poate nglobaparticule n suprafaa prelucrat, nrutind calitatea suprafeei. Apariiadepunerii pe ti poate duce la modificri ale dimensiunilor piesei.

n aceste condiii, tiul de depunere poate avea un rol pozitivnumai la degroare. Finisarea se recomand a se executa cu viteze sub15 ...20 m/min sau peste 50 ...60 m/min, valori pentru care mrimeadepunerii pe ti este redus.

2.2. Mecanica procesului de achiere2.2.1. Forele i rezistenele de achiere

Forele de achiere apar ca rezultat al deformrii elastice iplastice a achiei i a suprafeei prelucrate, pentru ruperea, detaarea,deformaia suplimentar (ncovoierea i spiralarea) a achiei precum i

40

pentru nvingerea forelor de frecare dintre achie i faa de degajare idintre faa de i suprafaa prelucrat.

Ca urmare a micrii relative cu viteza ve dintre pies i scul,scula exercit o for sub aciunea creia stratul de achiere estendeprtat sub form de achie dup linia MA, simultan cu nvingereatuturor forelor de frecare (interne i externe). n fiecare element desuprafa dSf de pe suprafaa de forfecare MA (fig.1.22) apar eforturiunitare de compresiune r i eforturi unitare tangeniale r, care daunatere la reaciunile forelor de deformare plastic:

fs frfrc SSR d (1.8)i

fs frfrf SSR d (1.9)

n care: Rc reprezint rezistena total la compresiune, datorattensiunilor normale r ;

Rf reprezint rezistena total la alunecare datorat tensiunilortangeniale de forfecare r.

Fig. 1.22. Forele i rezistenele de achiere:Rc - rezistena la compresiune; Rf - rezistena la alunecaredatorit tensiunilor de forfecare; Fi - fora de frecare interioar;Ri - rezistena interioar la deformare; R - reaciunea dintrematerial i faa de degajare; R-reaciunea dintre material ifaa de aezare; F - fora de frecare dintre achie i faa dedegajare; F - fora de frecare dintre suprafaa prelucrat i faade aezare.

40

pentru nvingerea forelor de frecare dintre achie i faa de degajare idintre faa de i suprafaa prelucrat.

Ca urmare a micrii relative cu viteza ve dintre pies i scul,scula exercit o for sub aciunea creia stratul de achiere estendeprtat sub form de achie dup linia MA, simultan cu nvingereatuturor forelor de frecare (interne i externe). n fiecare element desuprafa dSf de pe suprafaa de forfecare MA (fig.1.22) apar eforturiunitare de compresiune r i eforturi unitare tangeniale r, care daunatere la reaciunile forelor de deformare plastic:

fs frfrc SSR d (1.8)i

fs frfrf SSR d (1.9)

n care: Rc reprezint rezistena total la compresiune, datorattensiunilor normale r ;

Rf reprezint rezistena total la alunecare datorat tensiunilortangeniale de forfecare r.

Fig. 1.22. Forele i rezistenele de achiere:Rc - rezistena la compresiune; Rf - rezistena la alunecaredatorit tensiunilor de forfecare; Fi - fora de frecare interioar;Ri - rezistena interioar la deformare; R - reaciunea dintrematerial i faa de degajare; R-reaciunea dintre material ifaa de aezare; F - fora de frecare dintre achie i faa dedegajare; F - fora de frecare dintre suprafaa prelucrat i faade aezare.

40

pentru nvingerea forelor de frecare dintre achie i faa de degajare idintre faa de i suprafaa prelucrat.

Ca urmare a micrii relative cu viteza ve dintre pies i scul,scula exercit o for sub aciunea creia stratul de achiere estendeprtat sub form de achie dup linia MA, simultan cu nvingereatuturor forelor de frecare (interne i externe). n fiecare element desuprafa dSf de pe suprafaa de forfecare MA (fig.1.22) apar eforturiunitare de compresiune r i eforturi unitare tangeniale r, care daunatere la reaciunile forelor de deformare plastic:

fs frfrc SSR d (1.8)i

fs frfrf SSR d (1.9)

n care: Rc reprezint rezistena total la compresiune, datorattensiunilor normale r ;

Rf reprezint rezistena total la alunecare datorat tensiunilortangeniale de forfecare r.

Fig. 1.22. Forele i rezistenele de achiere:Rc - rezistena la compresiune; Rf - rezistena la alunecaredatorit tensiunilor de forfecare; Fi - fora de frecare interioar;Ri - rezistena interioar la deformare; R - reaciunea dintrematerial i faa de degajare; R-reaciunea dintre material ifaa de aezare; F - fora de frecare dintre achie i faa dedegajare; F - fora de frecare dintre suprafaa prelucrat i faade aezare.

41

Deplasrile pe suprafaa de forfecare dau natere i unei fore defrecare interioare Fi, proporional cu tensiunile normale i cucoeficientul de frecare interioar i,

cii RF sau frii SF , (1.10)n care i este coeficientul de frecare interioar.Prin urmare, din cauza deformrii plastice a materialului, apare orezisten interioar de deformare Ri dat de relaia

dcifci RRFRRR (1.11)n care Rd este rezistena la deformare plastic.

ntre scul i suprafaa prelucrat apare o for de respingere R,care provine din lucrul mecanic de deformaie a suprafeei prelucrate, io for de frecare F, ntre suprafaa prelucrat i faa de aezare asculei

RF , (1.12)n care este coeficientul de frecare la interfaa suprafa prelucrat suprafa de aezare.

n mod analog, ntre suprafaa de degajare a sculei i achieapar fora de respingere R i fora de frecare F ,

RF , (1.13)

n care este coeficientul de frecare la interfaa achie suprafaa dedegajare.Rezult c, n orice moment, asupra sculei acioneaz o

rezisten total R de forma FFRRRR i (1.14)

Rezistena total R are o direcie oarecare n spaiu, de aceea,pentru dimensionarea sculei i a lanurilor cinematice ale mainii-unelte(lanul cinematic principal i cel de avans) prezint interescomponentele acesteia dup direciile sistemului de referin cinematicOXYZ (fig. 1.23).

42

Fig. 1.23. Componentele forei de achiere:a - la strunjire; b - la frezare; c - la rabotare;

R - rezistena total la achiere; Fc - componenta principal; Ff - componenta ndirecia avansului; Fp - componenta radial.Componentele forei de achiere sunt proieciile vectorului R

(rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ(fig.1.23). Componenta axial Ff este paralel cu direcia de avans isolicit mecanismul de avans longitudinal al mainii-unelte.Componenta radial Fp solicit mecanismul de avans transversal idispozitivele de fixare ale sculei i piesei. Componenta tangenial Fc,numit i principal, determin puterea necesar achierii.

Ff

42

Fig. 1.23. Componentele forei de achiere:a - la strunjire; b - la frezare; c - la rabotare;

R - rezistena total la achiere; Fc - componenta principal; Ff - componenta ndirecia avansului; Fp - componenta radial.Componentele forei de achiere sunt proieciile vectorului R

(rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ(fig.1.23). Componenta axial Ff este paralel cu direcia de avans isolicit mecanismul de avans longitudinal al mainii-unelte.Componenta radial Fp solicit mecanismul de avans transversal idispozitivele de fixare ale sculei i piesei. Componenta tangenial Fc,numit i principal, determin puterea necesar achierii.

Ff

42

Fig. 1.23. Componentele forei de achiere:a - la strunjire; b - la frezare; c - la rabotare;

R - rezistena total la achiere; Fc - componenta principal; Ff - componenta ndirecia avansului; Fp - componenta radial.Componentele forei de achiere sunt proieciile vectorului R

(rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ(fig.1.23). Componenta axial Ff este paralel cu direcia de avans isolicit mecanismul de avans longitudinal al mainii-unelte.Componenta radial Fp solicit mecanismul de avans transversal idispozitivele de fixare ale sculei i piesei. Componenta tangenial Fc,numit i principal, determin puterea necesar achierii.

Ff

43

2.2.2. Determinarea forelor de achiereDeterminarea mrimii forelor de achiere se poate face att

teoretic ct i experimental.Relaiile teoretice de calcul pentru forele de achiere sunt

determinate, n majoritatea cazurilor, pe baza unor ipotezesimplificatoare, dar care conduc la valori destul de apropiate de celeobinute pe baze mai riguroase, ns mai puin apreciate de practicieni.

Ipoteza comprimrii politropice a achiei consider achia ca oepruvet supus numai la compresiune, pornind de la faptul c n zonade achiere sunt dominante eforturile de comprimare plastic, fora deachiere fiind

F = A = f ap= hD bD , iar nlk 0 .Ca urmare,

nlpo kafF , (1.15)n care:o este efortul unitar normal de compresie cnd apar primeledeformaii plastice (remanente);n coeficientul politropic (n este 0,25 pentru oel i 0,33 pentru font

);kl coeficientul de comprimare plastic a achiei.Deoarece variaia lui kl cu grosimea hD se poate exprima printr-ofuncie de forma

xD1l h

Ck i rD fh sin , se obine

FFyxpFnxr

npo faCf

CafF sin1 , (1.16)

n care:CF este o constant care depinde de materialul prelucrat i degeometria sculei,

nxrnF CC )(sin10 ;xF, yF - exponenii ce arat gradul de influen a adncimii deachiere i avansului asupra forei: xF = 1, yF = 1 nx .Relaia (1.16) poate fi dedus i prin metoda Rayleigh din analiza

dimensional, conform creia fenomenul fizic studiat poate fi considerat

44

ca fiind proporional cu un produs de puteri ale mrimilor fizice de caredepinde.

Deoarece xF > yF rezult c influena lui ap este mai mare dectinfluena lui f ; de aceea, dac se urmrete micorarea forei, se valimita n primul rnd adncimea de achiere i n al doilea rnd avansul.

Relaiile complete ale componentelor forei de achiereexpliciteaz factorii de influen cei mai importani (parametrii regimuluide achiere), innd cont i de influena altor factori prin intermediulunor coeficieni de corecie. Aceste relaii au forma

f,p,cf,p,cFf,p,cFf,p,cF

f,p,c Fzc

yxpFf,p,c KvfaCF (1.17)

n care:f,p,cFC sunt coeficienii care in seama de materialele prelucrate;f,p,cFK coeficieni globali de corecie care in seama de condiiilede lucru schimbate fa de cele experimentale. Aceticoeficieni sunt produse ale coeficienilor pariali de corecie,de formaKF = KmKMKKKKrKKl KsKhKh , (1.18)coeficieni care in respectiv seama de:

Km de natura materialului prelucrat; KM de materialul sculei; K de unghiul de degajare ; K de unghiul de aezare ; K deunghiul de atac r ; Kr de raza de vrf r ; K de raza de ascuire; Kl de lichidul de achiere; Ks de calitatea suprafeelorprelucrate; Kh de uzura feei de aezare a sculei; Kh de uzurape faa de degajare.

Metodele de determinare experimental a forei de achiere suntnumeroase i se mpart n directe i indirecte.

Metodele directe presupun folosirea unor dispozitive demsurare a unei componente, a dou sau a toate trei componentele,numite dinamometre. Dup modul de funcionare, dinamometrele pot fi:hidraulice, mecanice, cu traductoare inductive, capacitive,electromagnetice, piezoelectrice, tensometrice.

Metodele indirecte se pot considera metoda utilizrii frnei Pronyi metoda msurrii puterii absorbite de la reea.

Dou dintre componentele forei de achiere care au, n general,valori mai mici dect componenta principal Fc, adic componenteleaxial Ff i radial Fp, se exprim uneori n funcie de componenta

45

principal cu ajutorul unor coeficieni subunitari. Pentru exemplificare, lastrunjire se pot considera

Ff = (0,2...0,3)Fc i Fp = (0,25...0,4)FcAstfel c rezult

ccpf FFFFR )18,1...1,1(222 [N] (1.19)Apsarea specific de achiere p se definete prin raportul

dintre fora de achiere (principal) i aria achiei nedetaate,

Dy

Fp

yxpFpcc

hC

fC

fafaC

faF

AFp

FcFFc 21 (1.20)

Rezult c mrimea p scade cu creterea grosimii achiei, hD.Dac se cunoate valoarea mrimii p (exist tabele pentru diferite tipuride prelucrare i pentru diferite materiale) se poate calcula componentaprincipal Fc cu relaia Fc = pA.

2.2.3. Lucrul mecanic i puterea n procesul de achierePentru a nvinge rezistena de achiere a materialului i a

produce achierea este necesar ca maina-unealt s realizezemicarea principal i micrile de avans, dezvoltnd o puterecorespunztoare.

Lucrul mecanic Lc, produs de maina-unealt, trebuie s fielRLc ; coslRLc (1.21)

n care R este rezistena total; l este deplasarea, este unghiul dintreR i l. Deoarece prezint importan componentele Fp, Fc i Ff, precumi deplasrile pe direciile acestor fore, respectiv lx, ly, lz, lucrulmecanic Lc are expresia

zfycxpc lFlFlFL (1.22)Puterea consumat la achiere este dat de raportul dintre lucrul

mecanic i timpul de achiere t,

46

tLP c (1.23)

Deplasrile unitare sunt tocmai vitezele micrilor de achiere,px vt

l - viteza de deplasare n lungul sculei,

cy vtl - viteza principal de achiere,

fz vtl - viteza de avans,

i n acest caz expresia puterii P va fiffccpp vFvFvFP . (1.24)

n general, deplasarea dup direcia Ox este aproape nul ntimpul prelucrrii, deplasarea dup direcia Oz se execut de regul cuviteza de avans vf foarte mic n raport cu viteza de achiere vc i, deaceea, fr a face o eroare mai mare de 1...2 %, puterea de achiere sepoate calcula cu relaia

60000cccvFP [kW] , (1.25)

iar puterea motorului de acionare Pm a lanului cinematic principal curelaiap

ccm vFP 60000 [kW] (1.26)

n care p este randamentul lanului cinematic principal, fora este n Ni viteza de achiere n m/min.Pentru calculul puterii motorului ce acioneaz lanul cinematic de

avans Pf se folosete relaia:

ffff vFP

60000 [kW] (1.27)

n care f este randamentul lanului cinematic de avans.

47

2.3. Fenomene termice n procesul de achiereUn fenomen care nsoete n mod constant procesul de achiere

al metalelor este apariia cldurii. Sursa de apariie a cldurii o constituielucrul mecanic total consumat n procesul de achiere, L, dat de relaia

L = Ldp + Lf + Lf+ Lde + Loa + Lsa , (1.28)n care: Ldp - lucrul mecanic consumat pentru deformarea plastic;

Lf - lucrul mecanic consumat prin frecri pe faa de degajare;Lf - lucrul mecanic consumat prin frecri pe faa de aezare;Lde - lucrul mecanic consumat pentru deformrile elastice;Loa - lucrul mecanic consumat pentru ondularea achiei;Lsa - lucrul mecanic consumat pentru sfrmarea achiei.Ultimii trei termeni din relaia (1.28) se pot neglija deoarece

reprezint doar 23% din lucrul mecanic total, astfel nct acesta sepoate aproxima prin suma primilor termeni,

L Ldp + Lf + Lf . (1.29)Lucrul mecanic consumat n procesul de achiere se transform

aproape integral n cldur (peste 99,5%) i numai o mic parte (sub0,5%) se nmagazineaz sub form de energie potenial n pies.Cldura, rezultat din transformarea lucrului mecanic determinat curelaia (1.29), are drept principale surse (fig.1.24):

- deformaiile plastice n planele de alunecare ale stratuluiachiat (Qd);

- frecarea dintre achie i fa de degajare a sculei (Qf);- frecarea dintre suprafaa prelucrat i faa de aezare asculei (Qf).Se poate scrie, n consecin,

Q = Qd + Qf + Qf. (1.30,a)Cldura provenit de la cele trei surse se transmite n zonele cu

temperatur mai sczut, repartizndu-se n achie (Qa), n scul (Qs),n sistemul pies dispozitiv de prindere main unealt (Qp) i nmediul ambiant (Qma), rezultnd urmtoarea relaie:

Q = Qa + Qs + Qp + Qma . (1.30,b)

48

Fig. 1.24. Principalele surse de cldur n procesul de achiere:Qd cldura rezultat n planul de forfecare; Qfcldura datorat frecrii la interfaasuprafa prelucrat fa de aezare; Qfcldura datorat frecrii la interfaaachie fa de degajare; Qs cldura disipat n scul; Qp cldura disipat npies; Qa cldura disipat n achie; Qma cldura disipat n mediul ambiant.

Repartiia cldurii totale n achie, n scul, n pies i n mediulambiant variaz de la un procedeu de achiere la altul, precum i ncadrul aceluiai procedeu, n funcie de condiiile de achiere. Pentruexemplificare sunt prezentate valorile orientative la strunjire i la gurire:

a) strunjire b) gurireQa = (0,50,86)Q Qa = 0,28QQs = (0,090,03)Q Qs = 0,52QQp = (0,40,1)Q Qp = 0,15QQma = 0,01Q Qma = 0,05Q

Cantitile de cldur care trec n achie, n scul i n pies sepot stabili fie teoretic, fie pe cale experimental, ridicndu-se cmpultermic al sculei (fig.1.25,a), al zonei achie-scul i al zonei pies-scul(fig.1.25,b).

Fig. 1.25. Cmpul termic n zona de achiere:a) n partea activ a sculei; b) n zonele achie scul i scul pies.

48

Fig. 1.24. Principalele surse de cldur n procesul de achiere:Qd cldura rezultat n planul de forfecare; Qfcldura datorat frecrii la interfaasuprafa prelucrat fa de aezare; Qfcldura datorat frecrii la interfaaachie fa de degajare; Qs cldura disipat n scul; Qp cldura disipat npies; Qa cldura disipat n achie; Qma cldura disipat n mediul ambiant.

Repartiia cldurii totale n achie, n scul, n pies i n mediulambiant variaz de la un procedeu de achiere la altul, precum i ncadrul aceluiai procedeu, n funcie de condiiile de achiere. Pentruexemplificare sunt prezentate valorile orientative la strunjire i la gurire:

a) strunjire b) gurireQa = (0,50,86)Q Qa = 0,28QQs = (0,090,03)Q Qs = 0,52QQp = (0,40,1)Q Qp = 0,15QQma = 0,01Q Qma = 0,05Q

Cantitile de cldur care trec n achie, n scul i n pies sepot stabili fie teoretic, fie pe cale experimental, ridicndu-se cmpultermic al sculei (fig.1.25,a), al zonei achie-scul i al zonei pies-scul(fig.1.25,b).

Fig. 1.25. Cmpul termic n zona de achiere:a) n partea activ a sculei; b) n zonele achie scul i scul pies.

48

Fig. 1.24. Principalele surse de cldur n procesul de achiere:Qd cldura rezultat n planul de forfecare; Qfcldura datorat frecrii la interfaasuprafa prelucrat fa de aezare; Qfcldura datorat frecrii la interfaaachie fa de degajare; Qs cldura disipat n scul; Qp cldura disipat npies; Qa cldura disipat n achie; Qma cldura disipat n mediul ambiant.

Repartiia cldurii totale n achie, n scul, n pies i n mediulambiant variaz de la un procedeu de achiere la altul, precum i ncadrul aceluiai procedeu, n funcie de condiiile de achiere. Pentruexemplificare sunt prezentate valorile orientative la strunjire i la gurire:

a) strunjire b) gurireQa = (0,50,86)Q Qa = 0,28QQs = (0,090,03)Q Qs = 0,52QQp = (0,40,1)Q Qp = 0,15QQma = 0,01Q Qma = 0,05Q

Cantitile de cldur care trec n achie, n scul i n pies sepot stabili fie teoretic, fie pe cale experimental, ridicndu-se cmpultermic al sculei (fig.1.25,a), al zonei achie-scul i al zonei pies-scul(fig.1.25,b).

Fig. 1.25. Cmpul termic n zona de achiere:a) n partea activ a sculei; b) n zonele achie scul i scul pies.

49

Analiza cmpului termic n zona de achiere permite s sedesprind mai multe concluzii:

Temperatura cea mai mare se produce n centrul de presiune alsculei (zona n care achia apas cel mai puternic pe faa dedegajare), care este i centrul de temperatur (s,max), situat la 3

1

21 din lungimea activ a tiului fa de vrful sculei.

Temperatura sculei scade cu creterea distanei fa de ti. Forma cmpului termic este influenat de geometria sculei.

Suprafeele izoterme ale cmpului au convexitatea ctre corpulsculei la valori mari ale unghiurilor i r, ori n sens invers, ctrevrfulsculei, la valori mici ale acestor unghiuri. Rezult c sculelecare au tiuri i vrfuri prea ascuite sunt susceptibile deconcentraii mari de cldur.

Temperatura maxim a achiei (a,max) se nregistreaz nvecintatea punctului de desprindere de pe faa de degajare asculei, achia nmagazinnd i cldura provenit din frecarea cuaceast suprafa.

Temperatura achiei scade n direcia suprafeei ei exterioare,precum i n cea a alunecrilor maxime, deoarece sursa decldur de pe faa de degajare este mai puternic.

Temperatura maxim n pies (p,max) se produce n planul deforfecare, n apropierea vrfului sculei. Cldura ptrunde puin npies din cauza radierii intense a acesteia ctre mediulnconjurtor.

2.4. Uzura i durabilitatea sculelor achietoare2.4.1. Formele i parametrii uzurii

n procesul de achiere scula se uzeaz ca urmare a interaciuniireciproce cu semifabricatul: scula achiaz semifabricatul i acesta,mpreun cu achia, supun scula unui proces de uzare.

Uzura sculei achietoare are o influen negativ asupradesfurrii procesului de achiere, asupra preciziei dimensionale i desuprafa a pieselor, precum i asupra consumului de material.Realizarea unor piese de calitate ridicat, stabilirea unor regimuri de

50

achiere mai productive precum i utilizarea raional i eficient asculelor achietoare impun cunoaterea comportrii lor la uzare.

Fig. 1.26. Uzura cuitului (STAS 12046/1-81).n STAS 12046/1- 81, elaborat dup ISO 3685-1977, se stabilesc

parametrii pentru caracterizarea uzurii sculelor achietoare avndpartea activ din oeluri de scule, din carburi metalice sau din materialemineralo-ceramice(fig.1.26). Aceste regiuni, avnd definii mai muliparametrii ai uzurii, se afl : pe faa de aezare secundar, de lungime a, egal cu lungimea

activ a muchiei secundare (T'act) i de lime notat cu VAA; pe faa de aezare principal, de lungime b, egal cu lungimea

activ a muchiei principale (Tact), care s-a mprit n trei zone, C, Bi N; limea uzurii se noteaz cu VB i indicele zonei, iar limeamedie a uzurii are valoarea

50

achiere mai productive precum i utilizarea raional i eficient asculelor achietoare impun cunoaterea comportrii lor la uzare.

Fig. 1.26. Uzura cuitului (STAS 12046/1-81).n STAS 12046/1- 81, elaborat dup ISO 3685-1977, se stabilesc

parametrii pentru caracterizarea uzurii sculelor achietoare avndpartea activ din oeluri de scule, din carburi metalice sau din materialemineralo-ceramice(fig.1.26). Aceste regiuni, avnd definii mai muliparametrii ai uzurii, se afl : pe faa de aezare secundar, de lungime a, egal cu lungimea

activ a muchiei secundare (T'act) i de lime notat cu VAA; pe faa de aezare principal, de lungime b, egal cu lungimea

activ a muchiei principale (Tact), care s-a mprit n trei zone, C, Bi N; limea uzurii se noteaz cu VB i indicele zonei, iar limeamedie a uzurii are valoarea

50

achiere mai productive precum i utilizarea raional i eficient asculelor achietoare impun cunoaterea comportrii lor la uzare.

Fig. 1.26. Uzura cuitului (STAS 12046/1-81).n STAS 12046/1- 81, elaborat dup ISO 3685-1977, se stabilesc

parametrii pentru caracterizarea uzurii sculelor achietoare avndpartea activ din oeluri de scule, din carburi metalice sau din materialemineralo-ceramice(fig.1.26). Aceste regiuni, avnd definii mai muliparametrii ai uzurii, se afl : pe faa de aezare secundar, de lungime a, egal cu lungimea

activ a muchiei secundare (T'act) i de lime notat cu VAA; pe faa de aezare principal, de lungime b, egal cu lungimea

activ a muchiei principale (Tact), care s-a mprit n trei zone, C, Bi N; limea uzurii se noteaz cu VB i indicele zonei, iar limeamedie a uzurii are valoarea

51

ni imed

VBn1VB

1; (1.31)

pe faa de degajare, pe care uzura apare sub forma unui crater,caracterizat de parametrii :

KT - adncimea craterului;KM - distana de la muchie pn la mijlocul craterului;KB - limea craterului;KL - distana de la muchie pn la marginea craterului;K = KT/ KM , caracteristica de profunzime;KS = KL/ KB , caracteristica de suprafa.Uzura se produce preponderent numai pe una dintre suprafeele

active ale sculei achietoare, sau pe ambele suprafee, n urmtoarelecondiii : uzura numai pe faa de aezare apare, n general, n cazul achierii

cu vitez mic i grosime mic a achiei, deoarece crete lucrulmecanic specific al forelor de frecare pe faa de aezare;

uzura numai pe faa de degajare apare, n general, pentru vitezmare de achiere i grosime mare a achiei, deoarece lucrulmecanic al forelor de frecare pe faa de degajare este mai mare;

uzura pe feele de aezare i degajare apare n condiii medii deachiere i este cazul cel mai des ntlnit .

Fig. 1.27. Curba caracteristic a uzurii.Evoluia uzurii n timp reprezint curba caracteristic a uzurii

(fig.1.27). Aceast evoluie are aceeai alur pentru uzura pe feele dedegajare i de aezare ale sculei. Curba caracteristic se construiete

51

ni imed

VBn1VB

1; (1.31)

pe faa de degajare, pe care uzura apare sub forma unui crater,caracterizat de parametrii :

KT - adncimea craterului;KM - distana de la muchie pn la mijlocul craterului;KB - limea craterului;KL - distana de la muchie pn la marginea craterului;K = KT/ KM , caracteristica de profunzime;KS = KL/ KB , caracteristica de suprafa.Uzura se produce preponderent numai pe una dintre suprafeele

active ale sculei achietoare, sau pe ambele suprafee, n urmtoarelecondiii : uzura numai pe faa de aezare apare, n general, n cazul achierii

cu vitez mic i grosime mic a achiei, deoarece crete lucrulmecanic specific al forelor de frecare pe faa de aezare;

uzura numai pe faa de degajare apare, n general, pentru vitezmare de achiere i grosime mare a achiei, deoarece lucrulmecanic al forelor de frecare pe faa de degajare este mai mare;

uzura pe feele de aezare i degajare apare n condiii medii deachiere i este cazul cel mai des ntlnit .

Fig. 1.27. Curba caracteristic a uzurii.Evoluia uzurii n timp reprezint curba caracteristic a uzurii

(fig.1.27). Aceast evoluie are aceeai alur pentru uzura pe feele dedegajare i de aezare ale sculei. Curba caracteristic se construiete

51

ni imed

VBn1VB

1; (1.31)

pe faa de degajare, pe care uzura apare sub forma unui crater,caracterizat de parametrii :

KT - adncimea craterului;KM - distana de la muchie pn la mijlocul craterului;KB - limea craterului;KL - distana de la muchie pn la marginea craterului;K = KT/ KM , caracteristica de profunzime;KS = KL/ KB , caracteristica de suprafa.Uzura se produce preponderent numai pe una dintre suprafeele

active ale sculei achietoare, sau pe ambele suprafee, n urmtoarelecondiii : uzura numai pe faa de aezare apare, n general, n cazul achierii

cu vitez mic i grosime mic a achiei, deoarece crete lucrulmecanic specific al forelor de frecare pe faa de aezare;

uzura numai pe faa de degajare apare, n general, pentru vitezmare de achiere i grosime mare a achiei, deoarece lucrulmecanic al forelor de frecare pe faa de degajare este mai mare;

uzura pe feele de aezare i degajare apare n condiii medii deachiere i este cazul cel mai des ntlnit .

Fig. 1.27. Curba caracteristic a uzurii.Evoluia uzurii n timp reprezint curba caracteristic a uzurii

(fig.1.27). Aceast evoluie are aceeai alur pentru uzura pe feele dedegajare i de aezare ale sculei. Curba caracteristic se construiete

52

pe baza datelor experimentale, prelucrnd un anumit material, n condiiidate de achiere (geometria sculei, regimul de achiere etc.) imsurnd la anumite momente ( t ) uzura sculei pe faa de aezare (deexemplu VBB ) sau pe faa de degajare (de exemplu KT).Pe curba caracteristic de uzur (fig.1.27) se observ trei zonedistincte: perioada uzurii de rodaj (sau de amorsare - zona OA), n care, ntr-

un timp relativ scurt, tA, uzura crete foarte repede, n special prinnetezirea asperitilor suprafeei sculei; perioada de uzur normal (zona AB), n care uzura crete mult mai

lent pe durata de la tA la tB ,avnd o variaie aproximativ liniar icorespunznd regimului de lucru normal; perioada uzurii de distrugere (sau catastrofal), care apare dup un

timp tB i n care se produce creterea brusc a uzurii.Uzarea se produce cu o anumit intensitate sau vitez , I, a creivaloare poate fi determinat n fiecare punct al curbei cu relaia

tgd

dlim 0 tu

tuI t . (1.32)

n care u poate fi oricare din parametrii uzurii: VB, KT etc. Intensitateade uzare reprezint grafic panta tangentei la curba caracteristic deuzur i este aproximativ constant n cadrul fiecreia dintre cele treiperioade.

2.4.2. Mecanismele de producere a uzuriiUzura sculelor achietoare este rezultatul ndeprtrii unei

cantiti de material de pe feele active ale sculei ca urmare a unormecanisme mecanice, chimice, electrice ori combinaii ale acestora .

Uzura prin abraziune apare la toate sculele achietoare i seexplic prin frecarea existent ntre materialul de achiat i scul, sauprin prezena unui material intermediar ntre acestea.

n timpul achierii duritatea materialului achiat crete de 2-3 orin zona de contact cu scula achietoare, n timp ce duritatea stratuluisuperficial al sculei din zona activ scade sub aciunea temperaturiiproduse, astfel nct materialul de prelucrat erodeaz scula achietoare,pe fondul unor presiuni mari n zona de contact. Dac materialulsemifabricatului conine particule dure (impuriti, oxizi, carburi ), acesteparticule pot zgria scula (brzdare plastic).

53

Aceeai aciune o produc particulele dure detaate din materialulsculei care, nglobndu-se n materialul semifabricatului, abrazeazscula.

Uzura prin oboseal mecanic apare la sculele supuse lasolicitri variabile (achiere discontinu; strunjire ntrerupt; frezare.a.). Ea apare sub forma unor fisuri, amorsate de defectele desuprafa, provocnd smulgeri, exfolieri sau ruperea stratului deacoperire de pe suprafaa sculei.

Uzura provocat de vibraii (denumit de unii autori i uzur desfrmiare) se manifest mai ales n cazul sculelor prevzute cuplcue din carburi metalice. Procesul de achiere este nsoitntotdeauna de vibraii mai mult sau mai puin intense ale sistemuluitehnologic main-unealt- dispozitiv-pies-scul (MUDPS), astfel nctscula este supus la sarcini dinamice care, din cauza rezisteneisczute la oc a carburilor metalice, produc frmiri foarte fine alemuchiilor achietoare ale sculelor.

Uzura datorit depunerii pe ti apare la prelucrarea materialelortenace, care formeaz depuneri pe vrful sculei. Odat cu ndeprtareaperiodic a depunerilor metalice sunt ndeprtate i particule dinmaterialul sculei.

Uzura de adeziune apare n cazul n care, sub aciune intim,particulele mici de achie se sudeaz pe faa de degajare a sculei.Punctele de sudur sunt rupte de ctre achie, ruperea avnd loc pe osuprafa diferit de suprafaa iniial, provocnd uzura unuia sau altuiadintre materiale.

Uzura prin difuziune are loc numai la sculele cu plcue dincarburi metalice. Din cauza vitezei mari de curgere i a temperaturilorridicate (de ordinul 600 -1000 C), la interfaa achie/scul, unde are loccontactul, atomii de la una sau mai multe faze ale materialului sculei pots difuzeze n achie. Procesul de difuziune se poate extinde rapid nmasa ntregii plcue datorit conductivitii termice, apar zone srace ncarbon prin difuziunea acestuia n achie sau n liantul plcuei, iarpartea activ a sculei se degradeaz, avnd proprieti fizico-mecanicenecorespunztoare.

Uzura datorit tensiunilor termice apare n special la achiereamaterialelor puin tenace i se manifest sub forma unor fisuriperpendiculare pe muchia achietoare (ruptur zimat). Aceste fisurisunt generate de tensiunile termice variabile.

Uzura datorit oxidrii se manifest numai la sculele cu plcuedin carburi metalice, deoarece oelurile de scule i pierd capacitatea deachiere nainte de a surveni oxidarea.

54

Uzarea datorit curenilor electrici are caracterul unui proceselectrochimic i se explic prin apariia curenilor electrici n procesul deachiere. Piesa, n combinaie cu scula, formeaz un termocuplu n carescula, n general, constituie polul pozitiv, permind un transport deatomi de pe scul, producnd uzarea acesteia.

Fig.1.28. Uzura totalcomponentele acesteia.

a uzur mecanic;b uzur abraziv;c uzur prin forfecareadepunerilor:d uzur prin difuziunee uzur prin oxidaref uzur total.

Uzura total a sculei achietoare. n procesul de achiere diferitelemecanisme de uzare acioneaz rareori separat. De obicei uzura sculeiachietoare este rezultatul aciunii mai multor mecanisme, chiar dacunul dintre ele este preponderent n funcie de condiiile de achiere:cuplul de materiale scul-pies, viteza de achiere, temperatura deachiere etc. n figura 1.28 se prezint o diagram de principiu n careapar componentele uzurii i uzura total.

2.4.3. Durabilitatea sculelor achietoaren orice proces de prelucrare prin achiere scula achietoare se

uzeaz astfel c, n momentul atingerii unei anumite valori a uzurii, estenecesar ntreruperea lucrului n vederea reascuirii tiului.

Se numete durabilitatea sculei, T, durata de lucru a unei scule,ntre dou reascuiri succesive. Durabilitatea sculei este unul dintre ceimai importani parametrii care intervin n procesul de achiere.

Valoarea durabilitii este dependent de o serie de mrimivariabile: caracteristicile materialului piesei de prelucrat i alematerialului sculei, parametrii geometrici ai sculei, parametrii regimuluide achiere .a. Legea de variaie a durabilitii, n funcie de toi acetiparametrii, este greu de stabilit i de aplicat. De aceea, s-au determinatdependene ntre durabilitatea T i unul sau mai muli parametri. n

54

Uzarea datorit curenilor electrici are caracterul unui proceselectrochimic i se explic prin apariia curenilor electrici n procesul deachiere. Piesa, n combinaie cu scula, formeaz un termocuplu n carescula, n general, constituie polul pozitiv, permind un transport deatomi de pe scul, producnd uzarea acesteia.

Fig.1.28. Uzura totalcomponentele acesteia.

a uzur mecanic;b uzur abraziv;c uzur prin forfecareadepunerilor:d uzur prin difuziunee uzur prin oxidaref uzur total.

Uzura total a sculei achietoare. n procesul de achiere diferitelemecanisme de uzare acioneaz rareori separat. De obicei uzura sculeiachietoare este rezultatul aciunii mai multor mecanisme, chiar dacunul dintre ele este preponderent n funcie de condiiile de achiere:cuplul de materiale scul-pies, viteza de achiere, temperatura deachiere etc. n figura 1.28 se prezint o diagram de principiu n careapar componentele uzurii i uzura total.

2.4.3. Durabilitatea sculelor achietoaren orice proces de prelucrare prin achiere scula achietoare se

uzeaz astfel c, n momentul atingerii unei anumite valori a uzurii, estenecesar ntreruperea lucrului n vederea reascuirii tiului.

Se numete durabilitatea sculei, T, durata de lucru a unei scule,ntre dou reascuiri succesive. Durabilitatea sculei este unul dintre ceimai importani parametrii care intervin n procesul de achiere.

Valoarea durabilitii este dependent de o serie de mrimivariabile: caracteristicile materialului piesei de prelucrat i alematerialului sculei, parametrii geometrici ai sculei, parametrii regimuluide achiere .a. Legea de variaie a durabilitii, n funcie de toi acetiparametrii, este greu de stabilit i de aplicat. De aceea, s-au determinatdependene ntre durabilitatea T i unul sau mai muli parametri. n

54

Uzarea datorit curenilor electrici are caracterul unui proceselectrochimic i se explic prin apariia curenilor electrici n procesul deachiere. Piesa, n combinaie cu scula, formeaz un termocuplu n carescula, n general, constituie polul pozitiv, permind un transport deatomi de pe scul, producnd uzarea acesteia.

Fig.1.28. Uzura totalcomponentele acesteia.

a uzur mecanic;b uzur abraziv;c uzur prin forfecareadepunerilor:d uzur prin difuziunee uzur prin oxidaref uzur total.

Uzura total a sculei achietoare. n procesul de achiere diferitelemecanisme de uzare acioneaz rareori separat. De obicei uzura sculeiachietoare este rezultatul aciunii mai multor mecanisme, chiar dacunul dintre ele este preponderent n funcie de condiiile de achiere:cuplul de materiale scul-pies, viteza de achiere, temperatura deachiere etc. n figura 1.28 se prezint o diagram de principiu n careapar componentele uzurii i uzura total.

2.4.3. Durabilitatea sculelor achietoaren orice proces de prelucrare prin achiere scula achietoare se

uzeaz astfel c, n momentul atingerii unei anumite valori a uzurii, estenecesar ntreruperea lucrului n vederea reascuirii tiului.

Se numete durabilitatea sculei, T, durata de lucru a unei scule,ntre dou reascuiri succesive. Durabilitatea sculei este unul dintre ceimai importani parametrii care intervin n procesul de achiere.

Valoarea durabilitii este dependent de o serie de mrimivariabile: caracteristicile materialului piesei de prelucrat i alematerialului sculei, parametrii geometrici ai sculei, parametrii regimuluide achiere .a. Legea de variaie a durabilitii, n funcie de toi acetiparametrii, este greu de stabilit i de aplicat. De aceea, s-au determinatdependene ntre durabilitatea T i unul sau mai muli parametri. n

55

figura 1.29 este prezentat dependena durabilitii de viteza deachiere (n coordonate logaritmice ).

Fig. 1.29. Evoluia durabilitii n funcie de viteza de achiere.Domeniul uzual al vitezelor de achiere este domeniul CD al

curbei, domeniu care este practic aproape liniar. Diverse modelematematice pentru legea de variaie a durabilitii s-au oprit asupraacestei zone, valabilitatea lor limitndu-se la acest domeniu.

Primul care a propus un asemenea model a fost inginerulamerican F. W. Taylor (1907), model exprimat prin relaia

k1 vCT , (1.33)sau prin relaia echivalent

2m CTv , (1.34)n care : T - durabilitatea, n min.; v - viteza de achiere, n m/min.;k =tg (fig.1.29); m - exponentul durabilitii ; C1, C2 - constante.

Fig. 1.30. Modelul Taylor:a) n coordonate normale ; b) n coordonate logaritmice.

55

figura 1.29 este prezentat dependena durabilitii de viteza deachiere (n coordonate logaritmice ).

Fig. 1.29. Evoluia durabilitii n funcie de viteza de achiere.Domeniul uzual al vitezelor de achiere este domeniul CD al

curbei, domeniu care este practic aproape liniar. Diverse modelematematice pentru legea de variaie a durabilitii s-au oprit asupraacestei zone, valabilitatea lor limitndu-se la acest domeniu.

Primul care a propus un asemenea model a fost inginerulamerican F. W. Taylor (1907), model exprimat prin relaia

k1 vCT , (1.33)sau prin relaia echivalent

2m CTv , (1.34)n care : T - durabilitatea, n min.; v - viteza de achiere, n m/min.;k =tg (fig.1.29); m - exponentul durabilitii ; C1, C2 - constante.

Fig. 1.30. Modelul Taylor:a) n coordonate normale ; b) n coordonate logaritmice.

55

figura 1.29 este prezentat dependena durabilitii de viteza deachiere (n coordonate logaritmice ).

Fig. 1.29. Evoluia durabilitii n funcie de viteza de achiere.Domeniul uzual al vitezelor de achiere este domeniul CD al

curbei, domeniu care este practic aproape liniar. Diverse modelematematice pentru legea de variaie a durabilitii s-au oprit asupraacestei zone, valabilitatea lor limitndu-se la acest domeniu.

Primul care a propus un asemenea model a fost inginerulamerican F. W. Taylor (1907), model exprimat prin relaia

k1 vCT , (1.33)sau prin relaia echivalent

2m CTv , (1.34)n care : T - durabilitatea, n min.; v - viteza de achiere, n m/min.;k =tg (fig.1.29); m - exponentul durabilitii ; C1, C2 - constante.

Fig. 1.30. Modelul Taylor:a) n coordonate normale ; b) n coordonate logaritmice.

56

Exponentul m este variabil dar, pentru un domeniu restrns alvitezei de achiere, se poate considera constant. n fig.1.30,a seprezint curba corespunztoare relaiei (1.33). Dac se logaritmeazaceast relaie se obine

log T = k log v + log C1, (1.35)care reprezint, ntr-un sistem dublu logaritmic, o dreapt (fig.1.30,b).Dac se consider dou viteze de achiere diferite, v1 > v2 i sedetermin experimental durabilitile T1, respectiv T2, coeficientul k secalculeaz cu relaia

1212

loglogloglogtg vv

TTk , (1.36)

iar exponentul durabilitii, m, estek1m . (1.37)

Cu ct valoarea exponentului k este mai mare (n valoareabsolut ), cu att dreapta din fig.1.30,a este mai apropiat de vertical.n acest caz, la o cretere mic a vitezei de achiere, rezult o variaiemare a durabilitii T, ceea ce nseamn c scula este sensibil lavariaia vitezei de achiere. n cazul vitezelor de achiere mici(degroare, broare), exponentul k are valori mai mici, scula fiind maipuin sensibil la modificarea vitezei.

Modelul Taylor corespunde strunjirii cu scule din oel rapid i cuplcue din carburi metalice, la viteze mici de achiere, dar nu poatecuprinde toate formele uzurii care apare la achierea intensiv aoelurilor bogat aliate. n prezent exist i alte modele matematice careexprim evoluia durabilitii sculei achietoare.

Modelul Gilbert (1950) este o generalizare a modelului Taylor, necuaie intervenind i ceilali doi parametri ai regimului de achiere(adncimea de achiere ap i avansul f ),

xpyz afvCT . (1.38)Acest model este mai accesibil pentru tehnologi. Din aceast

relaie se poate explicita viteza de achiere.Alte modele au fost propuse de Kronenberg (1968), de Knig i

Depireux (1969), de Opitz .a.

57

Pn n prezent nu se poate afirma c exist un modelmatematic pentru durabilitatea sculei achietoare, care s fie valabilpentru toate condiiile tehnologice. Fiecare model acoper un anumitdomeniu al achierii, n care permite stabilirea optimului de prelucrare.

2.4.4. Criterii de uzurn funcie de condiiile concrete ale prelucrrii, mrimea maxim

admisibil a uzurii este diferit: la degroare, mrimea maxim a uzuriiadmise poate fi foarte aproape de nceputul uzurii de distrugere, iar lafinisare ea este mult mai mic.

Valoarea uzurii la care este necesar oprirea lucrului ireascuirea sculei se numete uzur admisibil, iar durabilitateacorespunztoare se numete durabilitate admisibil. Expresia cantitativa uzurii admisibile se numete criteriu de uzur. n practic se folosescmai multe criterii de uzur.

Criteriul petelor lucioase sau al frnrii se folosete numai ladegroare, n cazul prelucrrii cu scule din oel rapid. Conform acestuicriteriu, scula trebuie reascuit cnd pe suprafaa prelucrat apar petelucioase (la oeluri, deoarece la fonte apar pete ntunecate). Acestfenomen se explic prin faptul c scula, atingnd valoarea uzurii dedistrugere, nu mai ptrunde n materialul piesei, acesta fiind strivit.Concomitent, se nregistreaz o cretere brusc a apsrilor deachiere, n special a componentelor Fp i Ff, cretere care poate fifolosit drept criteriu separat de apreciere a uzrii sculei.

Criteriul dat de forma achiei se aplic la sculele cu plcue dincarburi metalice i se bazeaz pe schimbarea formei achiei pe msurce uzura avanseaz.

La achierea cu plcue din carburi de wolfram, achia are lanceput forma unei benzi deoarece nu s-a format craterul pe faa dedegajare. Pe msur ce plcua se uzeaz, achia capt form spiral,cu raze de curbur din ce n ce mai mici. La uzarea complet a plcuei,achia se desprinde sub form de spirale scurte sau de buci separate.

La achierea cu plcue din carburi de titan i de wolfram, achiaia form ondulat la uzarea complet a sculei.

Criteriile tehnologice exprim uzura admisibil a sculei n funciede condiiile de precizie impuse suprafeei prelucrate : toleranaadmisibil Tp sau rugozitatea suprafeei Rz.

Pentru exemplificare, n cazul pieselor rotunde (fig.1.38), uzuraradial admisibil a sculei ,wa , trebuie s ndeplineasc condiia

58

2Tw pa , (1.39)

n care Tp reprezint tolerana piesei; nlocuind wa = VBa tg , se obinevaloarea admisibil a uzurii pe faa de aezare (VBa)

tg2pa

TVB .(1.40)

Fig. 1.31. Influena uzuriiasupra preciziei dimensionale.

Criteriul uzurii optime permite stabilirea valorii uzurii pentru carese obine durata total maxim de lucru a unei scule. Durata totalmaxim de lucru max se calculeaz stabilind maximul funciei din relaia(1.41), n funcie de numrul de reascuiri posibile ij pentru diverse valoriale durabilitii Tj,

= ij Tj [min]. (1.41)Criteriile de uzur pentru cuitele de strung, prezentate de STAS

12046/2-84, standard care corespunde documentului ISO 3685-1977,stabilesc valorile admisibile pe faa de aezare a sculei.

Valorile uzurii admisibile se stabilesc, cu precdere, pentru uzurape faa de aezare, pe baza urmtoarelor considerente : uzura pe faa de aezare se produce mai repede dect uzura pe faa

de degajare ; uzura feei de aezare are, din momentul apariiei acesteia, o

influen negativ asupra desfurrii procesului de achiere iasupra calitii suprafeei prelucrate ;

uzura pe faa de aezare se msoar mai uor .Reducerea intensitii uzurii, respectiv creterea durabilitii

efective a sculelor achietore, se poate obine pe mai multe ci : perfecionarea materialelor pentru scule ; perfecionarea constructiv i optimizarea geometriei sculelor ;

58

2Tw pa , (1.39)

n care Tp reprezint tolerana piesei; nlocuind wa = VBa tg , se obinevaloarea admisibil a uzurii pe faa de aezare (VBa)

tg2pa

TVB .(1.40)

Fig. 1.31. Influena uzuriiasupra preciziei dimensionale.

Criteriul uzurii optime permite stabilirea valorii uzurii pentru carese obine durata total maxim de lucru a unei scule. Durata totalmaxim de lucru max se calculeaz stabilind maximul funciei din relaia(1.41), n funcie de numrul de reascuiri posibile ij pentru diverse valoriale durabilitii Tj,

= ij Tj [min]. (1.41)Criteriile de uzur pentru cuitele de strung, prezentate de STAS

12046/2-84, standard care corespunde documentului ISO 3685-1977,stabilesc valorile admisibile pe faa de aezare a sculei.

Valorile uzurii admisibile se stabilesc, cu precdere, pentru uzurape faa de aezare, pe baza urmtoarelor considerente : uzura pe faa de aezare se produce mai repede dect uzura pe faa

de degajare ; uzura feei de aezare are, din momentul apariiei acesteia, o

influen negativ asupra desfurrii procesului de achiere iasupra calitii suprafeei prelucrate ;

uzura pe faa de aezare se msoar mai uor .Reducerea intensitii uzurii, respectiv creterea durabilitii

efective a sculelor achietore, se poate obine pe mai multe ci : perfecionarea materialelor pentru scule ; perfecionarea constructiv i optimizarea geometriei sculelor ;

58

2Tw pa , (1.39)

n care Tp reprezint tolerana piesei; nlocuind wa = VBa tg , se obinevaloarea admisibil a uzurii pe faa de aezare (VBa)

tg2pa

TVB .(1.40)

Fig. 1.31. Influena uzuriiasupra preciziei dimensionale.

Criteriul uzurii optime permite stabilirea valorii uzurii pentru carese obine durata total maxim de lucru a unei scule. Durata totalmaxim de lucru max se calculeaz stabilind maximul funciei din relaia(1.41), n funcie de numrul de reascuiri posibile ij pentru diverse valoriale durabilitii Tj,

= ij Tj [min]. (1.41)Criteriile de uzur pentru cuitele de strung, prezentate de STAS

12046/2-84, standard care corespunde documentului ISO 3685-1977,stabilesc valorile admisibile pe faa de aezare a sculei.

Valorile uzurii admisibile se stabilesc, cu precdere, pentru uzurape faa de aezare, pe baza urmtoarelor considerente : uzura pe faa de aezare se produce mai repede dect uzura pe faa

de degajare ; uzura feei de aezare are, din momentul apariiei acesteia, o

influen negativ asupra desfurrii procesului de achiere iasupra calitii suprafeei prelucrate ;

uzura pe faa de aezare se msoar mai uor .Reducerea intensitii uzurii, respectiv creterea durabilitii

efective a sculelor achietore, se poate obine pe mai multe ci : perfecionarea materialelor pentru scule ; perfecionarea constructiv i optimizarea geometriei sculelor ;

59

mbuntirea calitii suprafeelor active ale sculei ; folosirea lichidelor de achiere (de rcire-ungere).

Momentul actual n dezvoltarea produciei de scule achietoareeste momentul fabricrii sculelor acoperite cu straturi dure subiri,tehnic ce permite combinarea favorabil a proprietilor materialului debaz al sculei cu cele ale materialului acoperirii, rezultnd o scul cares asigure simultan tenacitate, stabilitate termic i duritate ridicate.

2.5. Medii de achiere2.5.1. Rolul mediilor de achiere

Cldura produs n procesul de achiere acioneaz asuprasculei achietoare, conducnd la micorarea duritii i a rezistenei lauzare a cesteia, precum i asupra piesei, modificndu-i dimensiunile iintroducnd tensiuni interne.

n scopul eliminrii sau atenurii acestor inconveniente seutilizeaz mediile de achiere: lichide de achiere, gaze de achiere ichiar medii solide (de exemplu bisulfura de molibden).

n cazul n care nu se folosete nici un mediu de achierespecific, are loc o achiere aa-zis uscat, dei aerul atmosfericcreeaz, de fapt, un mediu de achiere.

Mediile utilizate n procesul de achiere pot s ndeplineascunul sau mai multe din urmtoarele roluri :

de rcire, constnd n absorbirea i eliminarea parial acldurii, avnd ca efect micorarea temperaturii achiei, a sculeii a suprafeelor prelucrate;

de ungere, micornd forele de frecare achie-fa de degajarei suprafa prelucrat-fa de aezare;

de achiere, uurnd curgerea plastic i microfisurarea nplanele de alunecare;

de mpiedicare a depunerilor pe ti; de protejare a suprafeelor prelucrate, ale sculei, ale mainii-

unelte i ale dispozitivelor contra coroziunii; de splare.Dintre mediile de achiere, n majoritatea cazurilor se utilizeaz

lichidele de achiere i, de aceea, se va insista n special pe aciuneaacestora n procesul de achiere.

60

2.5.2. Clasificarea lichidelor de achiereClasificarea lichidelor de achiere se face dup proprietile

principale ale acestora (tabelul 1.3): proprietile de rcire, de ungere iefectul de achiere. Lichidul cu efectul cel mai mare de rcire este apa,iar lichidul cu efectul cel mai mare de ungere este uleiul. ntre acestedou extreme sunt cuprinse toate lichidele de achiere, cu observaia cpe msur ce capacitatea de ungere a lichidului crete, capacitatea dercire scade.

Grupa I cuprinde soluiile apoase ale electroliilor alcalini:carbonat de sodiu (sod calcinat), fosfat trisodic, silicai de sodiu ipotasiu (sticl solubil), azotat de sodiu ntr-un mediu slab alcalin,bicromat de potasiu sau de sodiu (ultimele dou cu concentraia limitatla max. 0,050,07 %, din motive de protecia muncii).

Grupa II include soluiile apoase de substane capilar-active:spunuri hidrofile (pe baz de potasiu, de sodiu, de trietanol-amin etc.),acizi naftenici, acid oleic i ali acizi grai, precum i produse desulfatare (amestec de acizi sulfonaftenici tehnici, ulei de ricin sulfatatetc.). Substanele capilar-active cele mai rspndite sunt spunurile.

Grupa III cuprinde emulsiile de tip ulei-ap, preparate dinamestecuri care emulsioneaz n mod automat. Ele conin ap,substane capilar-active (emulgatori), uleiuri minerale emulsionate iinhibitori de coroziune. Au proprieti bune de rcire, de ungere i deachiere, dar la temperaturi nalte sufer descompuneri sau se evapor,fapt ce limiteaz domeniul de utilizare.

Grupa IV cuprinde emulsiile activate care, spre deosebire decele din grupa III, au substane capilar active cu afinitate mai mare:substane cu sulf, acid oleic, acizi sintetici macromoleculari i esteri aiacizilor sintetici. Pentru mrirea proprietilor de ungere ale emulsiilor sepot utiliza adaosuri de grafit coloidal n ap.

Grupa V cuprinde uleiurile minerale i vegetale, cu proprieti deungere foarte bune, dar care nu le pot depi pe acelea ale emulsiiloractivate.

Pentru achiere se folosesc uleiuri minerale simple, uleiuriactivate cu substane capilar-active, uleiuri cu sulf i uleiuri cu grafit.

Uleiurile vegetale i grsimile animale au proprieti de ungeremai mari dect uleiurile minerale, dar au stabilitate mai mic i sunt ideficitare. n acest context se pot utiliza amestecurile de uleiuri mineralei vegetale (numite i uleiuri compound). Dintre uleiurile vegetaleprezint interes uleiul de ricin sulfatat.

61

n prezent sunt standardizate mai multe uleiuri emulsionabile ineemulsionabile pentru prelucrarea metalelor (tabelul 1.4).

Tabelul 1.3. Clasificarea lichidelor de achiereNr.

grupeiDenumirealichidului deachiere

Caracteristica principal acompoziiei lichidului de

achiereProprietileprincipale

I Soluie de electrolii Ap + inhibitor de coroziune Proprieti nalte dercire

IISoluii apoase desubstane capilar-active (spunuri)

Ap + substane capilar-active +inhibitor de coroziune

Proprieti bunede rcire, deungere i deachiere

IIIEmulsii i soluiitransparente aleuleiurilor solubile nap

Ap + substane capilar-active(emulgatori) + ulei mineralemulsionat + inhibitor decoroziune

Idem

IV Emulsii activateAp+ substane capilar-active +ulei mineral emulsionat,coninnd substane capilar-active

Proprieti mari deungere i deachiere iproprieti bunede rcire

V Uleiuri minerale,activate,superactivatei cu grafit

Uleiuri minerale, uleiuri mineraleactivate cu substane capilar-active (acizi organicimacromoleculari i produse deoxidare ale hidrocarburilor).Uleiuri minerale cu sulf.Uleiuri compound cu sulf.Uleiuri cu sulf i clorurate.Uleiuri cu grafit.

Proprieti mari ifoarte mari deungere i deachiere iproprieti slabe dercire.

Tabelul 1.4. Uleiuri standardizate pentru achiereDenumirea istandardul Descriere Domeniul de folosire

ULEIURI EMULSIONABILE(Simbolizare: P- pentru prelucrarea metalelor; E- emulsionabil; cifra - gradul deactivare; EP- pentru extrem presiune)

PE1(A i B)STAS 2598/1,2 - 79

Ulei emulsionabil anticorozivcompus din: ulei mineral,componeni tensioactivi iaditivi anticoroziune.

Prelucrarea prin achierea fontelor, a oelurilor, aaliajelor de cupru i dealuminiu (strunjire, frezare,prelucrarea gurilor).

62

Denumirea istandardul Descriere Domeniul de folosire

PE2STAS 10926 - 77

Ulei emulsionabil compus din:ulei mineral, ageni tensioactivii aditivi pentru extrempresiune, antiuzur,anticoroziune, antirugin.

Prelucrarea oelului i fonteiprin procedee cu solicitrimecanice moderate i cuocuri.

PE5 EPSTAS 11313 - 79

Ulei emulsionabil anticoroziv,aditivat pentru extrempresiune: ulei mineral,componeni i aditivitensioactivi, anticorozivi ichimici activi pentru extrempresiune.

Prelucrarea intensiv aoelurilor aliate i naltaliate (prin strunjire, gurire,frezare, filetare, broare,mortezare, rabotare,debitare, rectificare)

ULEIURI NEEMULSIONABILE

P4STAS 10362 - 75

Ulei neemulsionabil obinut dinuleiuri minerale aditivateantirugin.

P4C1-prelucrarea oeluriloraliate i nalt aliate pentruguri adnci, broare,danturare.P4C2-prelucrarea prinbroare, filetare prin rulare icu capete de filetat.

P1RSTAS 11046 - 80 Ulei naftenic activat

Tip I - pentru inelelerulmenilorTip II - pentru rolele i acele

rulmenilorP1C

STAS 2800 - 72 Ulei mineral naftenic sulfuratPrelucrarea pieselor dinfont i oel.

2.5.3. Utilizarea lichidelor de achiereAlegerea lichidelor de achiere se face n funcie de procedeul de

prelucrare prin achiere, de materialul de prelucrat, de materialul sculei,de regimul de achiere, de forma achiilor, de rugozitatea suprafeeiprelucrate. Cteva precizri generale privind utilizarea lichidelor deachiere sunt prezentate n continuare.

La degroare se utilizeaz lichide cu capacitate mare de rciredeoarece se lucreaz cu seciuni mari de achie, deci se degaj multcldur, iar rugozitatea suprafeei nu este important.

La finisare se lucreaz cu seciuni mici de achie i se urmreteo rugozitate mic a suprafeei. De aceea, lichidele de achiere trebuie

63

s aib preponderent proprieti de ungere i, n al doilea rnd,proprieti de rcire.

Oelurile nalt aliate, care au o conductibilitate termic mai mic,se prelucreaz folosind lichide de achiere cu proprieti active.

Fontele se pot prelucra uscat pentru evitarea formrii pasteiabrazive, obinut prin amestecarea lichidului cu praful i achiile fine.Totui, pentru uurarea ndeprtrii achiilor se pot folosi lichide deachiere: uleiuri cu vscozitate mic sau emulsii cu adaosurianticorozive.

Prelucrarea aluminiului i aliajelor sale se poate face uscat saucu lichide de achiere:

- la degroare- emulsii neutre sau puin acide;- la finisare- uleiuri minerale cu fluiditate mare sau cu adaos de

5 % uleiuri vegetale.Aliajele de cupru se pot prelucra uscat sau cu uleiuri aditivate cu

compui care conin sulf sub form inactiv.Bronzul i alama dur se achiaz uscat sau folosind uleiuri

aditivate i anticorozive.Prelucrarea pe maini-unelte automate se face n prezena

uleiurilor minerale activate.La rectificare se folosesc lichide cu capacitate ridicat de

splare, pentru evitarea mbcsirii corpului abraziv.Pentru honuire, lichidele de achiere trebuie s aib mai multe

proprieti: capacitate bun de rcire, aciune de ungere, aciune desplare, stabilitate chimic.

La achierea cu plcue din carburi metalice i viteze mari deachiere prelucrarea se face uscat. n acest caz, folosirea lichidului deachiere este util numai dac este trimis sub form de jet subire, subpresiune nalt, ctre faa de aezare a sculei.

Msurile de protecia muncii trebuie strict respectate n legturcu depozitarea, pstrarea, manipularea i folosirea lichidelor deachiere. Aceste reguli sunt necesare deoarece utilizarea lichidelor deachiere poate provoca iritaii ale mucoaselor i ale pielii executanilor,iritaii care pot evolua i spre forme mai grave.

64

RezumatLa baza procesului de formare a achiei stau deformaiile elastice

i plastice care se produc n materialul supus aciunii tiului sculei. n final,are loc distrugerea coeziunii dintre stratul de achiat i materialul de baz alpiesei i separarea achiei. Viteza de deformare la achiere este de ordinulzecilor i sutelor de metri pe minut, temperatura din zona de achiere estefoarte ridicat i variabil, iar gradul de deformare este mare. n plus, aparfactori legai de scul, de regimul de achiere i de folosirea lichidelor dercire-ungere, care influeneaz gradul de deformare plastic. Frecareainterioar i frecarea exterioar dintre achie, scul i suprafaa prelucrateste deosebit de frecarea obinuit, complicnd i mai mult fenomenelecare au loc n timpul achierii.

Procesul de achiere este nsoit i de fenomene plastice secundare:stratul ecruisat, stratul frnat, stratul de curgere i depunerea pe ti.

Forele de achiere apar ca rezultat al deformrii elastice i plasticea achiei i a suprafeei prelucrate, pentru ruperea, detaarea, deformaiasuplimentar (ncovoierea i spiralarea) a achiei precum i pentrunvingerea forelor de frecare dintre achie i faa de degajare i dintre faade degajare i suprafaa prelucrat.

Componentele forei de achiere sunt proieciile vectorului R(rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ (fig.1.23).Componenta axial Ff (fora de avans) este paralel cu direcia de avans isolicit mecanismul de avans longitudinal al mainii-unelte. Componentaradial Fp solicit mecanismul de avans transversal i dispozitivele de fixareale sculei i piesei. Componenta tangenial Fc, numit i principal,determin puterea necesar achierii.

Apariia cldurii este un f