proiect_scule_aschietoare

8/22/2019 proiect_scule_aschietoare

1/293

INTRODUCERE

Creaia i producia material a constituit de-a lungul timpului unprincipal factor n dezvoltarea societii umane npreun, desigur, cu creaiai producia spiritual. Este, prin urmare, ntr-u totul justificat orice efort nsprijinul susinerii creterii performanelor n ce privete calitatea iproductivitatea produciei materiale de orice fel.

In contextul mai larg al tehnologiilor utilizate actualmente deindustria prelucrtoare, alturi de procedeele noi i moderne de uzinare amaterialelor, prelucrarea prin achiere a metalelor i-a pstrat aria deextindere i importana, n principal, prin efortul specialitilor din domeniu dea-i mbunti i crete n permanen performanele i competitivitatea.

Astzi este unanim recunoscut c producerea de bunuri materialede calitate, la parametrii prescrii de proiectant i solicitai de utilizator esteposibil numai printr-un efort conjugat al productorilor, care trebuie sdispun de echipamente tehnologice performante, de precizie ridicat.

Prin excelen, sculele achietoare sunt parte component asistemelor tehnologice pentru prelucrri mecanice prin achiere i echipeaztoat gama de maini unelte, de la cele universale la cele specializate i cucomand numeric.

De calitatea i precizia sculelor achietoare depinde nemijlocitcalitatea produselor realizate prin aceste tehnologii, precizia lor de execuie,

productivitatea i preul de cost, ntr-un cuvnt performanele icompetitivitatea produselor.O bun parte din intreprinderile mici i mijlocii I M M uri - alturi

de cele mari i puternice din punct de vedere financiari ca dotare tehnic,i ntemeiaz activitile n sfera produciei materiale i utilizeaz tehnologiide prelucrare prin achiere a metalelor.

Lucrarea de fa se adreseaz deopotriv sectoarelor industrialecare sunt numai utilizatori de scule, precum i celor care dispun decapacitatea de concepie, proiectare i execuie de scule achietoare nregie proprie, sau n mod centralizat.

In lucrare se regsete o bun parte din experiena autorilor ndomeniul tehnologiei achierii i sculelor achietoare, n contextul mai larg al

preocuprilor colectivelor de specialiti de la Catedra de maini-unelte apolitehnicii ieene.

Lucrarea este n egal msura util specialitilor, tehnicieni, ingineri,precum i studenilor din domeniul construciilor de maini.

Autorii


2/293

Capitolul 1: Rolul sculelor achietoare n construcia de maini . Direcii de dezvoltare

1

CAPITOLUL 1:ROLUL SCULELOR ACHIETOARE N CONSTRUCIA DE MAINI.

DIRECII DE DEZVOLTARE

Scula achietoare este acea parte a sistemului tehnologic cu ajutorul creiase realizeaz nemijlocit ndeprtarea sub form de achii a surplusului de materialdintr-un semifabricat n vederea obinerii formei, dimensiunilor i calitii desuprafa, prescrise prin documentaia tehnic, a unui organ de main.Suprafeele prelucrate iau natere ca urmare a micrii relative dintre tiul sculei isemifabricat, realizat cu ajutorul mainii-unelte.

n ce privete destinaia sculelor, trebuie artat c diversitatea mare aformelor i dimensiunilor pieselor, a dus la apariia unui numr mare de tipuri de

scule achietoare. Aceast diversitate de tipuri i dimensiuni este determinat dediferitele condiii impuse sculelor i suprafeelor prelucrate, de schemele degenerare i achiere adoptate, de caracterul produciei. ntruct procedeele de lucrusunt foarte variate, rezulti scule cu forme geometrice diferite, ale cror tiuri auns o geometrie comun.

Dezvoltarea tehnologiei construciilor de maini a condus la pefecionareaprelucrrii prin achiere, n special datorit faptului c aceasta reprezint ncprocedeul principal prin care se pot realiza precizii nalte ale formei, dimensiunilorinetezimii suprafeelor, cu toate c n domeniul celorlalte prelucrri de formare, ca:turnarea de precizie, tanarea, ambutisarea i extrudarea, rularea, .a., s-au fcutprogrese nsemnate. Astfel, n ntreprinderile constructoare de maini i aparate,prelucrrile prin achiere reprezint peste 50 60% din totalul manoperei uzinale irespectiv din totalul manoperei de produs.

Se apreciaz c orice mbuntire realizat n construcia de sculeachietoare exercit o puternic influen asupra construciei de maini, asupraperfecionrii proceselor tehnologice de fabricaie a organelor de maini n general.Totodat, faptul c sculele achitoare se execut din materiale costisitoare, care, nunele cazuri, mpreun cu manopera, reprezint pn la 10% din costul produselorexecutate, face ca ele s prezinte interes nu numai n domeniul oarecum restrns altehnologiei, ci i n planul economiei naionale.

Calitile unei maini depind de realizarea formei, a dimensiunilor, a pozi ieirelative i a netezimii suprafeelor active a organelor componente, n condiiile deprecizie prescrise. Printre factorii care determin precizia se numr, fr ndoial,i scula achietoare cu precizia ei de proiectare, de execuie, de reglare pe maina-unealt.

Dar importana sculelor rezulti din aceea c, creterea performanelor lorconduce la cretera productivitii, la reducerea preului de cost al produsului. Deasemenea, aa cum exist posibilitatea agregrii mainilor-unelte, exist iposibilitatea agregrii sculelor achietoare, prin realizarea i folosirea de sculecombinate.

Sunt, aadar, pe deplin justificate preocuprile privind cretera producieide scule tipizate, standardizate sau speciale, ct i preocuprile privind crearea denoi scule cu performane constructiv-funcionale superioare.


3/293


2

n domeniul perfecionrii sculelor se manifest o serie de tendine, dintrecare pot fi menionate urmtoarele:

Mrirea capacitii achietoare a sculelor prin utilizarea de materiale iforme constructive noi i prin raionalizarea condiiilor de exploatare; capacitatea deachiere a oelurilor rapide, nalt aliate cu cobalt, vanadiu i molibden a fost sensibilmrit prin ridicarea coninutului de carbon i respectiv duritii de la 62 - 65 HRC la72 HRC; performanele carburilor metalice uzuale au fost mbuntite considerabilprin utilizarea carburilor elaborate sau acoperite cu titan pur.

Rezultate interesante s-au obinut prin utilizarea de scule cu noi tipuri decarburi de tantal i niobiu, care asigur plcuelor o rezisten la incovoiere mrit,precum i o rezisten mai mare la temperaturi ridicate ( 900 1000C );

Utilizarea plcuelor mineralo-ceramice s-a extins ca urmare a rezolvrii

problemelor de prindere mecanic pe supori cu capacitate crescut de absorie avibraiilor; o larg utilizare au cptat-o la prelucrarea de finisare a materialelordure, cristalele i policristalele de diamant i nitrur cubic de bor ( Borozon, Elbor,Cubonit ), care asigur sculelor respective o durabilitate de 30-35 ori mai maredect a carburilor metalice;

Economisirea de material special de scule, tendin realizat prin nlocuirean special a construciilor monobloc cu scule avnd numai partea achietoare dinmateriale speciale de scule; la sculele de dimensiuni mari aceast tendin prezintmare interes, deoarece construcia monobloc este neavantajoas, ducnd la risipde material scump; construcia de scule cu partea achietoare detaabil trebuiepreferat i n cazul unor condiii grele de lucru, condiii la care se comportsatisfctor plcuele din carburi metalice;

Tendina de folosire pe scar larg a plcuelor de carburi meralice i

mineraloceramice a impus extinderea sistemului de fixare i reglare a priiachietoare a sculei;

nlocuirea treptat a sculelor cu un ti prin scule cu tiuri multiple sau, ngeneral, cu posibilitatea utilizrii dup mai multe scheme de achiere;

Extinderea construciei de scule care permite mrirea simultan aavansurilor i vitezelor de achiere cu efecturea n aceeai trecere a degrorii ifinisrii;

Cretera preciziei de profilare a sculelor cu profil complex prin utilizarea nprocesele de proiectare a calculatoarelor electronice;

Dezvoltarea sistemelor de scule achietoare utilizate pe mainile-unelte cucomand numeric, destinate prelucrrii tridimensionale;

Limitarea varietilor constructive i a sortimentelor dimensionale prinstandardizarea, tipizarea i normalizarea majoritii sculelor achietoare.

O preocupare important a specialitilor din domeniul sculelor achietoarese refer la perfecionarea metodologiilor de proiectare, n sensul creterii graduluide generalizare a acestora pentru o gam larg de tipuri de scule, precum iadaptarea acestora la posibilitile oferite de tehnica de calcul automat. n aceastdirecie, n unele lucrri se propune o scul generalizat, abstract, prin care sepoate obine majoritatea sculelor existente, ct i gsirea de noi scule achietoare,iar n alte lucrri, pe baza unor sisteme de referin legate fie de anumite priinvariabile ale mainii-unelte sau piesei, fie de scula achietoare, se ajunge la


4/293


3

stabilirea unor relaii cu caracter general pentru determinarea unghiurilor i aprofilului prii achietoare a sculei, metode care deschid direcii noi privinddeterminarea parametrilor ce intervin la proiectarea unei scule, n strns legturcu posibilitile reale de execuie i de control ale acesteia.

Dotarea i consumul de scule achietoare n industrie constituie un elementimportant, care atest nivelul tehnologic al acesteia.

Folosirea unor scule achitoare adecvate proceselor tehnologice constituieo important surs de reducere a preului de cost al prelucrrii.

Scula achitoare se constituie astfel ca o important parte a sistemuluitehnologic destinat prelucrrilor prin achiere. ntre parametrii consructivi-funcionaliai acestuia, ndeosebi capacitatea energetic a mainii-unelte i capacitatea de

achiere a sculei este necesar s existe o compatibilitate, un echilibru reciproc,astfel ca puterea disponibil n sistem s poat fi consumat de ctre scul nproces i invers, posibilitile oferite de caracteristicile sculei s fie utilizate ct maicomplet prin nivelul parametrilor funcionali ai mainii-unelte. Cutarea permanent,pe diverse ci, a acestui echilibru ntre capacitatea de achiere a sculei icapacitatea energetic a mainii-unelte a constituit mereu un important factor deprogres tehnic n acest domeniu al tehnicii.

Lucrarea de fa se adreseaz studenilor de la facultile cu profil mecanic,fiind n acelai timp util i specialitilor ce activeaz n domeniul prelucrriimecanice prin achiere.


5/293

Capitolul 2: Materiale utilizate n construcia sculelor achietoare

4

Rc

[daN/mm]

% C

-65

0.4

12

3

10

30

0.8

CAPITOLUL 2: MATERIALE UTILIZATE N CONSTRUCIA

SCULELOR ACHIETOARE

2.1Proprietile materialelor pentru scule

Fenomenele fizice care nsoesc prelucrarea prin achiere, impunmaterialului din care este confecionat partea activ a unei scule achietoareurmtoarele proprieti:

rezisten mecanic, n special la eforturile de compresiune sauncovoiere, suficient pentru a suporta eforturile de achiere;

duritatea s fie superioar duritii materialului de achiat;

termostabilitate, ceea ce reprezint capacitatea materialului de a-imenine proprietile mecanice, n special duritatea i rezistena lancovoiere n urma nclzirii i meninerii la o anumit temperatur(temperatura de stabilitate); depirea temperaturii determostabilitate provoac transformri structurale ireversibile, cuscderea pronunat a calitilor mecanice;

rezistena la uzur, la cald i la rece.n plus, acestor materiale li se mai cere o bun clibilitate, prelucrabilitate

prin achiere ridicat, conductibilitate termic suficient pentru asigurarea evacuriirapide a cldurii degajate n procesul de achiere, pre de cost sczut, etc.

Cu toate c aceste proprieti sunt determinate de compoziia chimic istructura intern, calitatea materialului folosit pentru construcia prii achietoare asculelor este apreciat prin duriatatea sa, considerndu-se c o valoare a duritii

de 62-64 HRC este suficient n majoritatea cazurilor.Materialele folosite la confecionarea sculelor achietoare, care corespundproprietilor enumerate, sunt: oelurile carbon de scule, oelurile aliate,amestecurile din carburi metalice, materialele mineralo-ceramice i materialeleextradure.

2.2Oeluri carbon pentru scule

Aceste materiale au coninutul n carboncuprins ntre 0,7 - 1,4 %, fr alte elemente dealiere, prezentnd o structur perlitic-feriticsau perlitic cu carburi n exces n starerecoapt i o structur martensitic dur n

stare clit. Duritatea oelurilor carbon pentruscule este influenat de procentul de carbon(Fig. 2.1), curbele referindu-se la: 1- starerecoapt, 2 stare forjat, 3 stare clit.

Tratamentul termic de recoacere pentruobinerea perlitei globulare se face prin nclzirela cca. 740C, urmat de rcire lent n cuptor,urmrindu-se mbuntirea prelucrabilitii prinachiere.


6/293


5

Clirea oelului carbon de scule are drept scop obinerea unei structurimartensitice dure, nclzirea realizndu-se la o temperatur la care carbonul estedizolvat n fier, formnd austenita. Pentru oelurile hipoeutectoide OSC 7 i OSC8, dup diagrama Fe C, temperaturile de clire depesc cu 40 - 60C linia criticsuperioar AC3, iar pentru oelurile hipereutectoide OSC 9 OSC 13 temperaturilede clire depesc cu 40 - 60C linia critic inferioar, respectiv linia A1. Cretereaexagerat a temperaturii de clire trebuie evitat, ntruct aceasta poate duce ladecarburare, la producerea de fisuri, precum i la ptrunderea exagerat a clirii,cu deformarea materialului.

Aceste oeluri prezint o clibilitate redus, stratul de clire avnd oadncime cuprins ntre 3 i 8 mm.

Viteza de rcire trebuie s fie ridicat, pentru a trece n martensit o cantitate

ct mai mare de austenit, motiv pentru care se folosete drept agent apa sau apacu sruri.

Duritatea dup clire este de 64 67 HRC, oelul prezentndu-se tensionat,fragil i sensibil la fisurare. Pentru nlturarea cestor inconveniente, se practic orevenire, n urma creia duritatea scade la 61 63 HRC, iar starea de tensiuniinterne se diminueaz.

Revenirea const din nclzire la cca. 150 - 240C, revenire joas, urmat dercire lent. Pentru sculele care necesit o tenacitate mai ridicat (cazul burghielorcu diametre sub 1 mm), pentru a le asigura o rezisten mai mare la ocuri, semrete temperatura de revenire la 200 - 240C, ceea ce duce, ns, la o reducerea duritii, pn la 58 61 HRC.

Principalele neajunsuri ale oelului carbon sunt urmtoarele: termostabilitate

sczut (200 - 250C), dictat de temperatura de revenire, pericolul decarburriistratului superficail n timpul operaiilor de rectificare sau ascuire, deformare latratament termic, adncime redus de clire.

n prezent, oelurile carbon de scule se folosesc la construcia sculelor carelucreaz cu viteze reduse sub 20 m/min sau a sculelor cu acionare manual,respectiv fileiere, tarozi sau alezoare.

Oelurile carbon de scule sunt standardizate prin STAS 1700 80.

2.3Oeluri aliate pentru scule

Acestea conin, pe lng carbon n proporie de 0,7 2,2%, i alte elementede aliere, precum: wolfram, crom, vanadiu, nichel, molibden, mangan, etc.,elemente care confer acestor oeluri proprieti superioare.

Dintre mrcile uzuale, pot fi enumerate oelurile cu crom, C 120, C 15, celealiate cu wolfram, VCW 45, VCW 50, precum i cele aliate cu mangan, VM 18.

Procentele de materiale de aliere se situeaz, n general, sub 6% pentrufiecare element. Prezena lor asigur oelurilor o termostabilitate crescut, 350 -400C, fapt pentru care vitezele de achiere pot atingr valori de 30 35 m/min.

Elementele de aliere au drept scop principal mbuntirea clibilitii oelului,mrind duritatea dup clire i adncimea stratului clit.


7/293


6

O importan deosebit n construcia sculelor prezint oelul C 120, datoritproprietilor sale. Prezena carburilor dure de crom i asigur o rezisten sporit lauzura abraziv, iar procentajul ridicat de carbon i crom i asigur proprieti deautoclire (motiv pentru care sculele prelucrate la cald trebuie rcite foarte lent).

Clirea se realizeaz prin nclzire la temperatura de 950 - 1050C, curcire direct n ulei sau baie de KNO3, nclzit la 400 - 500C.

Temperatura de revenire variaz n funcie de temperatura de clire, fiindcuprins n limitele 150 - 200C, pentru clirile joase, respectiv 220 - 270Cpentru clirile nalte.

Pentru sculele de precizie ridicat, de forme complexe, cu variaiidimensionale minime dup tretamentul termic, se recomand clirea sub 0C, curcire n bi de sruri, la temperaturi de 70 - 90C. Sculele se introduc nrefrigerator nvelite n azbest.

Oelul C 120 are proprietatea remarcabil de a fi stabil fa de deformaiilecauzate de tratamentul termic, n special dac se efectueaz o rcire n trepte, faptce l recomand pentru confecionarea broelor, filierelor sau tarozilor.

2.4Oeluri rapide

Aceste materiale au un coninut nalt de materiale de aliere, wolframul, deexemplu, ajungnd la 20%, ceea ce determin o termostabilitate ridicat aacestora, cuprins ntre 600i 650C, putnd lucra la viteze de achiere de pnla trei ori mai mari dect sculele din oeluri carbon de scule (50 60 m/min).

Mrcile de oeluri rapide romneti sunt de la Rp1 la Rp5, cel mai uzual fiindoelul Rp3, care are n compoziie 18% W, 4% C, 1% V. Acest tip de oeluri sunt

standardizate conform STAS 7382-88.Influena elementelor de aliere se manifest astfel:Carbonul, n procent de pn la 0,6%, determin formarea structurii

martensitice dure, precum i proprietile de rezisten mecanic la ocuri,rezisten la uzur la rece, etc. Majorarea procentului de carbon nu este favorabil,acest lucru determinnd creterea coninutului de austenit rezidual.

Wolframul reprezint elementul principal de aliere, prezentndu-se sub formacarburilor complexe de wolfram i fier, Fe3W3C, n care se dizolv vanadiu. Acestecarburi asigur oelului rapid termostabilitate ridicat (cca. 600C), duritate de 63 65 HRC, precum i rezisten la uzur, la rece i la cald.

S-a constatat c, odat cu creterea procentului de wolfram, de la 8 9%,pn la 18%, procentul de wolfram din soluia solid martensit nu crete, decinici termostabilitatea nu se mrete. Pe aceast baz, s-au elaborat mrcile de oelrapid Rp5, Rp9, Rp10, Rp11, de nlocuire, care conin numai 9% W, dar care, avndun procent redus de carburi nedizolvate, manifest o rezisten sczut la uzur larece.

Cromul determin o cretere a clibilitii, dar, mrirea procentajului peste 5 6%, duce la creterea coninutului de austenit rezidual i la scdereapronunat a prelucrabilitii.

Vanadiul trece n carbur de vanadiu, cu duritate foarte ridicat, imprimndoelului rapid o rezisten la uzur crescut.


8/293


7

Cobaltul conduce la creterea termostabilitii oelului rapid, coninutulraional de cobalt fiind de 5 15%.

Tratamentul termic al oelului rapid se compune din clire la temperaturnalt, 1270 - 1290C, pentru Rp3, iar pentru evitarea fisurrii, acasta se face ndou sau trei trepte. Meninerea la temperatura de clire se realizeaz n funcie deconfiguraia piesei, fiind recomandat ntre 6 8 secunde/ mm de gosime a pieseiclite.

Rcirea se recomand a fi efectuat n trepte i, ca mediu, bile de azotat depotasiu, nclzite la 400 - 500C.

Revenirea are drept scop detensionarea martensitei primare, transformareaaustenitei reziduale n martensiti uniformizarea duritii. Consecina imediat arevenirii este creterea uoar a duritii, mrirea termostabilitii i a calitilor

mecanice ale materialului sculei.Revenirea oelului rapid este nalt, la cca. 550 - 570C, i se recomand a

fi repetat de 2 3 ori, pentru micorarea procentului de austenit rezidual.Uneori, acest proces poate fi continuat prin tratament sub 0C, pn la aproximativ80C .

O mbuntire substanial a proprietilor materialelor pentru sculeachietoare se obine prin practicarea tratamentelor termo-chimice, respectivcianurare, sulfizare, fosfatare, cromare.

2.5Carburi metalice sinterizate (metalo-ceramice)

Materialele sinterizate din carburi metalice utilizate n construcia priiachietoare a sculelor se compun din carburi de wolfram, titan i tantal, legate ntre

ele cu ajutorul unui liant, respectiv cobaltul. Procesul de sinterizare se refer latratamentul termic aplicat pulberilor de carburi, omogenizate prin amestecare ipresate n matri, pentru stabilirea formei, tratament care const n nclzire ncuptoare cu vacuum, la temperaturi ntre 1300 - 1600C, urmat de revenire.

Datorit proprietilor lor generale, referitoare la duritate peste 80 HRC,rezisten mare la uzuri, n special, o mare stabilitate termic, pn la 900C,carburile metalice se utilizeaz la prelucrarea prin achiere a majoritii materialelormetalice i nemetalice, cu viteze de achiere foarte mari, comparativ cu sculeleconfecionate din celelalte materiale (100 300 m/min).

Greutatea specific a materialelor sinterizate permite aprecierea porozitii,care se gsete, n general, n limitele 1 2%. O porozitate redus, deci o greutatespecific ridicat, indic o calitate nalt a materialului achiat.

Conductivitatea termic redus a materialelor metalo-ceramice le facesensibile la variaii de temperatur. Operaiile de lipire a plcuelor dure pe corpulsculei, precum i operaiile de ascuire i rectificare trebuie relizate n condiiispeciale, pentru evitarea fisurrii.

Duritatea carburilor metalice sinterizate crete odat cu mrirea coninutuluide carburi i scade odat cu creterea procentajului de cobalt.

Rezistena la uzur a carburilor sinterizate este superioar oelului rapid, iarrezistena la compresiune a acestor materiale este foarte ridicat, cca. 400 daN/mm2i crete odat cu creterea duritii.


9/293


8

Rezistena la ncovoiere este, n general, sczuti, legat de aceasta, estesczut rezistena la ocuri, aceasta fiind cu att mai mic, cu ct rezistena lacompresiune i duritatea sunt mai ridicate, deci, cu ct coninutul de cobalt este mairedus.

Plasticitatea sczuti fragilitatea sunt dezavantajele eseniale ale carburilormetalice sinterizate. La unele tipuri de carburi, odat cu creterea temperaturii nprocesul de achiere, crete plasticitatea i scade fragilitatea. De aceea, ndomeniul vitezelor mici i mijlocii, durabilitatea acestor materiale poate fi mai micdect a oelului rapid, fapt ce nu le recomand pentru utilizare.

n ceea ce privete compoziia amestecului de carburi metalice, acestemateriale se mpart n dou mari grupe:

Amestecuri coninnd carbur de wolfram i titan, sinterizate n liant

de cobalt, simbolizate, conform I.S.O., prin P i M; Amestecuri coninnd carbur de wolfram, avd ca liant cobaltul,

simbolizate prin K.Indicaiile de utilzare a acestor varieti de carburi metalice sinterizate au n

vedere compoziia materialului prelucrat, tipul operaiei (degroare, finisare),precum i tipul de achie degajat (achie de curgere, achie de rupere, etc.).

Materialele din grupele P i M sunt indicate la prelucrarea oelului i amaterialelor neferoase, care dau achii de curgere, avnd o bun rezisten lauzuri stabilitate termic ridicat, determinate de prezena carburii de titan.

n cazul prelucrrii materialelor care dau achii de rupere, cazul fontelor, serecomand folosirea amestecurilor care conin numai carbur de wolfram, respectivgrupa K, care este mai puin dur dect carbura de titan, dar mai tenace.

De asemenea, sunt elaborate plcue din carburi metalice, acoperite

superficial cu un strat foarte rezistent la uzur, carbur de titan, nitrur de titan, saucu un strat dublu carbur de titan i oxid de aluminiu, sau acoperire cu pulbere dediamant. Asemenea materiale sandwich permit creterea vitezelor de achiere lafinisare cu 30 50%.

Materialele metalice sinterizate pentru scule se produc sub form de plcue,destinate fie lipirii pe corpul sculei, fie fixrii mecanice, numite plcue schimbabile,i care nu se ascut. Formele si dimensiunile plcuelor schimbabile sunt prevzuten STAS 1930/0 1930/5 1980, iar ale celor pentru lipire n STAS 6373/1 6373/4 1986.

2.6 Materiale mineralo ceramice

Aceste materiale rezult prin sinterizarea pulberilor de oxid de aluminiu,

Al2O3, sau n amestec cu alte carburi metalice, carbura de titan, fr liant, fiindlivrate sub form de plcue pentru armarea prii active a sculelor.Sunt caracterizate printr-o rezisten la uzur foarte mare, o duritate

superioar (90 92 HRA), o stabilitate la cald foarte ridicat pn la 1100C ceea ce permite prelucrri cu viteze de achiere de 200 -600 m/min. n schimb, auo fragilitate ridicat, utilizarea lor fiind limitat la prelucrri de finisare, n absenaocurilor.


10/293


9

Geometria tiului din materiale mineralo-ceramice are unghiul de degajarecu valori negative, pentru a transforma solicitarea de ncovoiere a prii achietoarentr-o solicitare preponderent de compresiune.

2.7Materiale extradure

O larg rspndire au sculele care folosesc ca parte activ materiale cuduritate mai mare dect a carburilor sinterizate. Acestea sunt cunoscute subdenumirea de materiale extradure, n acest categorie intrnd diamantul i nitruracubic de bor.

2.7. 1 Diamantul

Este folosit sub form de monoicristal sau pulbere nglobat ntr-o mas deliant, respectiv corpuri abrazive. Diamantul industrial este, n general, de tip sintetic,obinut din grafit de puritate 99,8%, la o presiune cuprins n limitele 0,7105 1,5105 daN/cm2i la temperatura de 3000C. Culoarea diamantului sintetic variazde la cenuiu la verde deschis. Dimensiunile cristalelor acoper domeniul 0,2 0,3mm, avnd un numr mare de muchii achietoare, prevzute cu unghiuri deascuire = 70 - 110i raze de bontire de ordinul a 6 10 m. n cazul strunjirii,cristalele care armeaz cuitele au unghiuri de degajare negative, 3 - 8, iarsuprafaa de aezare se lefuiete, pentru a obine raze de bontire de pn la 5 10 m.

Diamantul natural este cel mai dur material, avnd microduritatea de 10 000daN/mm2, fa de 4000 9000 daN/mm2 la nitrura cubic de bor, de 2300 daN/mm2

la materialele mineralo-ceramice, de 1500 daN/mm2

la materialele metalo-ceramicei de 850 daN/mm2 la oelul rapid.De asemenea, prezint o bun conductivitate termic, de 9 ori mai mare

dect SiC i de 35 ori mai mare dect a carburilor metalice. Rezistena la uzureste de 100200 de ori mai mare dect a materialelor abrazive (SiC, Al2O3) laprelucrarea oelurilor, respectiv de 30006000 de ori mai mare la prelucrareacarburilor metalice.

Utilizarea diamantului este raional la prelucrarea materialelor neferoase,avnd n vedere c prelucrarea materialelor feroase este nsoit de difuzia atomilorde carbon n reeaua fierului, ceea ce determin uzura rapid a cristalelor dediamant.

2.7.2 Nitrura cubic de bor (N.C.B.)

Este o sare a acidului azotic, cristalizat n sistemul cubic, n urma unuitratament termic i de presare (3500K i 105 daN/mm2). Denumirea comercialeste Borazon (SUA) sau Elbor, cu liant metalic nichel cobalt i Cubonit (Rusia),Amborit, cu liant ceramic sau Semibor.

Procesul de obinere a NCB din nitrura de bor, cristalizat n sistemulhexagonal, este asemntor celui de obinere a diamantului sintetic.

Cteva proprieti fizice ale NCB: densitate 3,45 g/cm3, duritate (HV) max.9000 daN/mm2, stabilitate termic 1300C.


11/293


10

Se remarc duritatea foarte mare a NCB, apropiat ca valoare de cea adiamantului, precum i stabilitatea termic superioar acestuia. Trebuie remarcatc, spre deosebire de diamant, NCB nu prezint tendina de a reaciona cu fierul(diamantul are tendina de grafitizare la temperaturi de 700 - 800C i de reacionachimic cu fierul).

Acest material este folosit, n special, pentru confecionarea sculelorabrazive. Cristalele de NCB, avd mrimi cuprinse ntre 15 600 m, sunt livratesub form simpl, metalizate sau nglobate cte dou trei cristale ntr-un liant dur(rini, carburi metalice, sticl).


12/293

Capitolul 3: Geometria constructiv a sculelor achietoare

11

CAPITOLUL 3: GEOMETRIA CONSTRUCTIV A SCULELOR ACHIETOARE

3.1 Prile componente ale sculelori elementele prii achietoare

Scula achietoare este destinat s genereze forma diferitelor organe demaini prin ndeprtarea sub form de achii a adaosului de material dintr-unsemifabricat.

Necesitile tehnologice de prelucrare prin achiere au determinat concepiai execuia unei varieti mari de forme constructive ale sculelor. Cu toate acesteaele au comune urmtoarele pri componente, fig. 3.1:

1. dintele sculei, care prezint proprieti achietoare i particip directla detaarea achiilor;

2. canalul pentru achii, cu rolul de cuprindere i evacuare a achiilor;3. corpul sculei, unete ntr-o structur proprie i rezistent, dinii i

canalele pentru achii;4. partea de poziionare-fixare, servete la prinderea n dispozitiv pe

maina-unealt.Pe dintele sculei este materializat partea achietoare, prevzut cu

urmtoarele elemente (Fig. 3.1): faa de aezare principal; faa de aezare secundar;

faa de degajare; tiul principal, constituit din intersecia feei de aezareprincipale cu cea de degajare;

tiul secundar, aflat la intersecia feei de aezaresecundare cu cea de degajare;

vrful dintelui, constituit din intersecia a dou tiuri.

c

e

f

da1

4

3

2

c

f

aa

f1

e

ca

1

2

34

b

b

Fig. 3.1


13/293


12

Pentru mbuntirea comportrii n achiere a sculelor, partea achietoareeste prevzut, de obicei, pe lng tiurile principal i secundar, i cu tiurileauxiliari de trecere (Fig. 3.2).

Prin ti auxiliar se nelege o poriunescurt, l0, din tiul principal, pe care unghiulde atac este micorat, iar prin ti de trecerese nelege tiul de lungime l1, care areunghiul de atac nul.

Parametrii geometrici constructivi aiprii achietoare

Parametrii geometrici ai priiachietoare se refer la urmtoarele elemente:

unghiurile prii achietoare, respectiv:unghiul de aezare, , unghiul dedegajare, , unghiul de atac, K, unghiul la vrf, , unghiul de nclinare, ,unghiul de achiere, , unghiul de ascuire, ;

forma feei de aezare; forma feei de degajare; forma tiurilor; raza de racordare a vrfului; raza de bontire a tiului;

canalele de fragmentare longitudinali pragurile; canalele de fragmentare lateral; faetele; seciunea rezistent a dintelui.

Geometria constructiv aprii achietoare definetescula achietoare ca un corpgeometric independent deprocesul de achiere. nacelai timp, cunoatereamrimii parametrilor dinteluiachietor permite reglareadispozitivelor pentru

poziionarea sculei, laoperaiile de ascuire rectificare, precum icalculul i apreciereavalorilor funcionale aleparametrilor geometrici.

Pentru definirea unghiurilor constructive se apeleaz la un sistem dereferin, legat de scula achietoare. Obinuit, este utilizat un sistem de referin

K

l1

l0K'

K'

v

Fig. 3.2

Fig.3.3


14/293


13

rectangular, XYZ, legat de puncul M de pe ti n care se definete geometria(Fig. 3.3).

Axa MZ coincide cu direcia micrii principale, v, la o poziionare normal asculei n raport cu suprafaa prelucrat. Axa MX se alege pe direcia avansului degenerare (de lucru):de exemplu, la burghiu, aceasta este paralel cu axa luigeometric, iar la frez cilindro-frontal are o direcie radial. Axa MY completeaztriedrul de referin.

Planul determinat de axele MX i MY se numete plan de baz, notat cu B.Caracteristic planului de baz, B, este poziia normal a vitezei principale deachiere la acesta. n consecin, planul de baz va fi paralel cu planul de aezaren dispozitivul de lucru, la sculele avd corpul prismatic, n timp ce la sculele careau la baz un corp de revoluie, acesta va fi un plan axial.

Pentru definirea unghiurilor constructive, este necesar s se apeleze, pelng planul de baz, B, la un plan T, perpendicular pe planul de bazi tangent npunctul M la ti, numit planul tiului.

Unghiurile prii achietoare se definesc ntr-un plan care are o poziieperpendicular la ti (plan normal), sau n plane secante, respectiv planullongitudinal (ZMY) i transversal (ZMX).

n Fig. 3.4 este prezentat geometria constructiv a unui dinte achietor alunei scule.

N

N

M

K

T

T

x

z

y

x

x

x

x

N

N

y

yy

y

K'

Fig. 3.4.


15/293


14

3.2 Dependena parametrilor geometrici constructivi, msurai n diferiteplane secante

n practica proiectrii i fabricrii sculelor achietoare apare deseori necesardeterminarea parametrilor geometrici ntr-un plan secant, n raport cu valorilecunoscute din alte plane secante. Astfel geometria tiurilor auxiliar i secundardepind de geometria tiului principal, iar n cazul frezelor profilate-detalonate,pornindu-se de la valorile parametrilor geometrici adoptai n plan longitudinal, estenecesar determinarea valorilor acestora n plane normale la profil.

De asemenea, pentru poziionarea dinilor la operaiile tehnologice deexecuie a feelor de aezare i degajare a prii achietoare, precum i la cele de

ascuire-reascuire a acestora este necesar determinarea parametrilor geometricin planele longitudinal i transversal n raport cu cei adoptai din planul normal lati.

3.3.1. Pentru determinarea dependenelor unghiurilor prii achietoare dinplanul normal i unul oarecare, se alege un plan S-S care intersecteaz tiul sculeintr-un punct M i face cu axa MX unghiul , Fig. 3.5.

Pe interseciile dintre planul normal N-N, pe tiul principal aparent, dintre

planul S-S cu faa de degajare i tangent la tiul principal, se consider vectorii

S,N i T . Din condiia de coplanaritate a acestora rezult:

( ) 0SNT = Dar:

y

S

S

N

N

N'

N'

z

z

zx

z

N

S

K S

S

N

y

N1

y

N

N1

T

_

_

_

_N1

Fig. 3.5


16/293


15

SSS

NNN

sinksincosjcoscosiS

sinkKcoscosjKsincosiN

sinkKsincosjKcoscosiT

+=

+=

+=

Anulnd determinantul i rezolvnd se obine relaia (3.1).

0

sinsincoscoscos

sincoscossincos

sinsincoscoscos

SSS

NNN =

( ) ( ) += costgsintgtg NS (3.1)

Aceast relaie exprim dependena unghiului de degajare dintr-un plan S-Soarecare, normal la planul de baz i unghiul N din planul normal, unghiul de

nclinare i cel de atac principal K.Pentru stabilirea unei dependene similare ntre unghiurile de aezare se

presupune c faa de aezare este rotit spre faa de degajare pn se suprapun,

aa nct unghiul de aezare devine

=

2

, iar tgS= ctgS i tgN= ctg

N.Avnd n vedere aceste transformri, relaia (3.1) capt forma (3.2).

ctgS = ctgNsin(-K) + tgcos(-K) (3.2)

3.3.2. Pentru cazul =/2, se obine geometria n planul longitudinal MY,sub forma relaiilor(3.3)i (3.4).

tgY= tgNcosK + tgsinK (3.3)

ctgY= ctgNcosK + tgsinK (3.4)

3.3.3. Dac = /2, rezult geometria din planul transversal MX, subforma relaiilor(3.5) i (3.6).

tgX= tgNsinK tgcosK (3.5)

ctgX= ctgNsinK tgcosK (3.6)

3.3.4. Pe baza relaiilor (3.3) i (3.5) se obin direct dependenele dintreunghiul de nclinare, i unghiul de degajare normal constructiv, N, n funcie degeometria din planele longitudinal i transversal, respectiv relaiile (3.7) i (3.8).


17/293


16

tg= tgYsinK tgXcosK (3.7)

tgN= tgYcosK + tgXsinK (3.8)

Dependena parametrilor geometrici ai tiului auxiliar de cei ai tiuluiprincipal se deduce din particularitatea relaiei (3.1), Fig. 3.6, astfel:unghiul dedegajare normal, n planul N-N0, se determin pe baza relaiei (3.1), n care se

consider0

NS = i 0K2 += . Ca urmare, rezult c are loc relaia (3.9).

tgN0= tgNcos(K-K0) + tgsin(K-K0) (3.9)

n ceea ce privete unghiul de nclinare al tiului auxiliar, 0, acestareperezint, de fapt, unghiul de degajare msurat ntr-un plan secant, care faceunghiul K0 cu axa MX. Asfel, dac n ecuaia (3.1) S = 0i = K0, se obinerelaia (3.10).

tg0= tgNsin(K-K0) + tgcos(K-K0) (3.10)

Dependena unghiului de degajare, N, al tiului secundar se obineconsidernd, n ecuaia (3.1), c S = Ni = /2 K, astfel nct are loc ecuaia(3.11).

tgN=tgNcos(K+K) + tgsin(K+K) (3.11)

Expresia unghiului de nclinare, , al tiului secundar se stabiletepornind de la ecuaia (3.1), tiind c unghiul de nclinare al tiului secundarreperezint o valoare particular a unghiului de degajare, respectiv cea msurat nplanul tiului secundar. Astfel, pentru cazul =K, rezult relaia (3.12)

.

tg= tgNsin(K+K) tgcos(K+K) (3.12)

No

NoN'

N'

K

Ko

0

K'

N'

N'

No

No

z

'

Fig 3.6


18/293


17

Relaiile determinate mai sus sunt valabile pentru partea achietoare a

oricrei scule, n condiiile n care sistemul de referin a fost stabilit corect.

Legtura dintre unghiurile de degajare N1, msurat n planul normal N1 latiul real, i N, msurat n planul normal N la tiul aparent. (Tiul aparentreprezint proiecia tiului real n planul de baz.)

Versorii de intersecie N al planului N i 1N al planului N1 cu faa de

degajare sunt coplanari cu versorul T , fig. 3.5 i prin urmare se poate scrie,

( ) 0NNT 1 = .

Dar:

k

jiN

N

NNNN

++=

cossin

sinsinsincoscossincossinsincos

1

11111

.Scriind condiia de coplanaritate, rezult:

( ) ( )0

cossinsinsinsincoscossincossinsincos

sincoscossincos

sinsincoscoscos

11111NNNNN

NNN =

+

,

care prin transformare ajunge la obinerea relaiei (3.13)

costgtg NN1

= (3.13)

Legtura dintre unghiurile de aezare1

N , msurate n planul normal la

tiul real N1i N msurate n planul normal la tiul aparent N.Micornd pn la zero unghiul de ascuire, planul tangent la faa de

degajare se suprapune cu planul tangent la faa de aezare, iar11

NN 2 = i

NN 2 = , relaia (3.13) devine relaia (3.14)

cosctgctg NN1

= sau

costg

tg NN1

= (3.14)

Relaiile (3.13), (3.14) sunt utile n cazul trecerii valorilor parametrilorgeometrici din plan normal la cel frontal, pentru diferite tipuri de scule cu din ielicoidali, care au la baz corpuri de rotaie.


19/293

Capitolul 4: Geometria funcional a sculelor achietoare

18

CAPITOLUL 4: GEOMETRIA FUNCIONAL A SCULELOR ACHIETOARE

Spre deosebire de unghiurile constructive, care definesc scula achietoare caun corp geometric independent, servind pentru reprezentarea acesteia pe desenulde execuie, pentru reglarea dispozitivelor tehnologice, mainilor-unelte i a sculelorde ordine II, la prelucrarea suprafeelor active, unghiurile funcionale definesc sculaachietoare n interaciunea acesteia cu piesa prelucrat, lund n consideraieviteza instantanee a micrii relative, precum i unghiul de nclinare.

Prezena unor valori mari a componentelor vitez de avans longitudinal vxitransversal vy, determin o abatere considerabil a direciei vitezei rezultante

instantanee n raport cu cea a direciei principale vz. n cazul strunjirii filetului cu pasmare (Fig. 4.1), al detalonrii (Fig. 4.2), a strunjirii cu vrful mult supranlat (Fig.4.3) .a. apar diferenieri care pot deveni periculoase n special n ce priveteunghiurile de aezare.

n exemplele de mai sus unghiurile de aezare funcionale xf rezult maimici dect cele constructive, pot cpta valori exagerat de mici, se pot anula saupot deveni negative, cazuri n care procesul de achiere devine imposibil, caurmare a interferenei dintre suprafaa de aezare a sculei i suprafaa de achiere.

De asemenea n cazul unor unghiuri de nclinare foarte mari (burghie, freze

elicoidale), ca urmare a schimbrii substaniale a direciei de degajare D a achiein raport cu normala la tiN , din planul feei de degajare (dat de unghiul , Fig.4.4), apar diferenieri mari ntre unghiurile de degajare funcionale i celeconstructive.

n astfel de cazuri, dintre cele mai frecvente n tehnologiile moderne deprelucrare prin achiere, pot rezulta dou probleme de baz:

Fig. 4.1 Fig. 4.2 Fig. 4.3


20/293


19

Fig. 4.4

Verificarea unghiurilor funcionale pentru o geometrie constructivprestabiliti pentru anumii parametri ai micrii i poziiei relativedintre sculi pies, impui;

Determinarea parametrilor geometrici constructivi astfel nct ceifuncionali s capete valori optime necesare, pe baza principiiloroptimizrii parametrilor geometrici ai sculelor achietoare.

Pentru rezolvarea primei probleme, specifice proiectrii operative de rutin,este necesar cunoaterea relaiilor explicite ale unghiurilor funcionale n funcie decele constructive i de parametrii micrii relative, f = f (N, , K, vx, vy, vz), f = f(N, , K, vx, vy, vz), f= f(, K, vx, vy, vz), Kf= Kf(K, , vx, vy).

Pentru rezolvarea celei de a doua probleme, specifice sintezei inginereti a

parametrilor geometrici, este necesar cunoaterea relaiilor explicite ale unghiurilorconstructive n raport cu cele funcionale.

La definirea unghiurilor funcionale s-au considerat urmtoarele plane idirecii de referin, Fig. 4.4. (A), planul tangent la faa de

aezare n punctul M consideratde pe ti;

(D), planul tangent la faa dedegajare n acelai punct;

(P), planul de presiune normal ladirecia vitezei relative v;

(V, D), planul n care se degajachia;

T, tangenta la ti; Vxy, direcia rezultant a

micrilor de avans; N, normala n planul feei de

degajare pe ti; D, direcia de degajare a achiei

n planul feei de degajare.n conformitate cu schema

general din Fig. 4.4 unghiurile funcionale ale prii achietoare se definesc n felulurmtor:

f unghiul de aezare funcional, este format ntre direcia vitezei micrii

relative dintre sculi piesV i planul (A) tangent la faa de aezare;

f unghiul de degajare funcional, este unghiul dintre planul de presiune (P)i planul tangent la faa de degajare (D), msurat n planul (VD) de degajare aachiei;

f unghiul de nclinare funcional, este unghiul dintre tangenta T n punctul(M) de pe tii planul de presiune (P);

Kf unghiul de atac funcional, este unghiul dintre direcia ( xyV ) rezultant a

micrilor de avans i tangenta (T ) la ti.


21/293


20

Fig. 4.5

4.1Expresia unghiului de aezare funcional

Unghiul de aezare funcional f, msurat ntre direcia vitezei micrii

relative dintre scul i pies zkyjxi VVVV ++= i planul tangent la faa deaezare n punctul (M) considerat pe ti, este pus n eviden ntr-o seciune aprii achietoare, ca n Fig. 4.5.

Planul tangent la fa de aezare (A)

este definit prin vectorul normal aN la faa

de aezare, iar planul de presiune (P) prin

vectorul normal pe el, adic vectorul V .Prin urmare

a

aff

VN

NVsin

2cos

==

Dup modul n care se definete

vectorul aN , ca produs a doi vectori

coninui n planul feei de aezare (N i

T , yN i T sau xN i yN ) se pot obine

o serie de expresii ale unghiului de aezarefuncional, funcie de cei constructivi.

Vectorii de secionare a feei de aezare sunt:KcosjKcossiniKsinsinN NNN +=

KsinjKsincosiKcoscosT +=

kcosjsinN yyy =

kcosisinN xxx =

Ca urmare, vectorul normal aN la faa de aezare poate fi exprimat prin una

din urmtoarele relaii:

NNN

a

cosKcossinKsinsin

sinKsincosKcoscos

kji

NTN

==

( ) ( )[ ]ktgjKcosKsintgtgiKsinKcostgtgcoscosN NNNNa +++=

n mod similar:

ktgjtgitgcoscosNNN yxyyxxya ++== ;


22/293


21

( )[ ]kKcostgjKcostgtgiKsincoscosNTN xxxxa +++==

Corespunztor celor patru expresii ale vectorului aN rezult patru expresii

ale unghiului de aezare funcional, funcie de diverse unghiuri constructive.Una din expresii este de forma:

( ) ( )

( )2222cos

1

cossinsincossin

zyxN

zNyNxN

a

af

vvvtg

vtgvKKtgtgvKKtgtg

NV

NV

++

+

+++==

(4.1)

n majoritatea cazurilor, pe desenele de execuie, n standarde, normative,ndrumare de proiectare, sunt prezentate valori ale parametrilor geometrici din plannormal, ale unghiurilor de nclinare i atac (N, , K), motiv pentru care relaia (4.1)este cel mai des utilizat.

Din expresia unghiului de aezare funcional rezult c n cazul particularcnd vitezele de avans au valori mici i neglijabile (vx vy 0), iar unghiul denclinare constructiv al tiului este nul ( = 0) atunci unghiul de aezarefuncional coincide cu cel constructiv, f= N.

4.2Expresia unghiului de degajare funcional

n conformitate cu schema general din Fig.4.4, unghiul de degajarefuncional este unghiul dintre planul de presiune, P, i planul tangent la faa dedegajare, unghi msurat n planul de degajare al achiei, care conine direcia

vitezei micrii relative kvjvivV zzx ++= i direcia, D, de degajare a achiei n

planul feei de degajare, deviat cu un unghi n raport cu normala N la ti.Pentru deducerea relaiei generale, care s exprime dependena unghiului

de degajare funcional, f de parametrii geometrici constructivi, respectiv , N1, N,i de unghiul de deviere, , se folosete schematizarea din Fig. 4.6, care reprezinto vedere n planul feei de degajare, n care apare att direc ia de degajare a

achiei, D, direcia normalei la ti, N , ct i vectorul tangent la ti, T , precum i

o seciune n planul de degajare a achiei.


23/293


22

Prin descompunerea vectorului D dup direcia tangent la ti i dup

direcia normalei la acesta, se obin vectorii T i N , de modul sin , respectiv cos. Gsind proieciile acestor vectori pe axele rectangulare XYZ ale sculei i

sumndu-le, rezult proieciile rectangulare ale versorului D .Avnd n vedere cN de modul cos se scrie astfel:

( )( )

( )k

jKK

iKKN

N

NN

NN

cossincos

sinsinsincoscoscoscos

cossincossincoscos

1

11

11

+

++

+=

iar vectorul T de modul sin are forma:

ksinsinjKsincossiniKcoscossinT += ,

versorul D se va exprima sub forma:

( )( )( )ksinsincossincos

jKsincossinKsinsinsincosKcoscoscos

iKcoscossinKcossinsincosKsincoscosTND

1

11

11

N

NN

NN

+

+

++=+=

Fig. 4.6


24/293


23

Unghiul de degajare funcional, f, este complementul unghiul de achierefuncional, f, msurat ntre direcia vitezei v i direcia D de degajare a achiei(Fig.4.6), respectiv f = 90 - f.

sin f= cos f= - cos (180f) =VD

VD , sau:

( )( )2z2y2x2z2y2xzzyyxx

f

vvvDDD

vDvDvDsin

++++

++=

(4.2)

Relaia (4.2) reprezint expresia general a unghiului de degajare funcional,

permind calculul acestuia pentru orice schem de prelucrare prin achiere,pornind de la parametrii micrii relative, vx, vy, vz, precum i de la parametriiconstructivi ai sculei, respectiv N1 unghiul de degajare constructiv, msurat nplanul normal la tiul sculei i calculabil n funcie de unghiul de degajare normalconstructiv, N, din planul normal la tiul aparent, K unghiul de atac constructiv, unghiul de nclinare i unghiul de deviere a achiei.

n cazurile n care componentele vx i vy ale vitezei de achiere suntneglijabile, relaia (4.2) capt o structur simpl (4.3).

sin f= cos sin N1cos + sin sin (4.3)

Dac

se aproximeaz

unghiul de deviere, , prin unghiul de nclinareconstructiv, , rezult pentru frelaia simplificat (4.4).

sin f= sin N1cos2+ sin

2

(4.4)

ntruct, pentru marea majoritate a sculelor, unghiul de degajare constructivprincipal este unghiul N, msurat n planul normal la tiul aparent, este raional cai relaiile simplificate (4.3) i (4.4) s fie exprimate n funcie de acest unghi.Avnd n vedere c au loc relaiiile (4.5), rezult pentru unghiul N1 relaia (4.6).

tgN1 = tgNcos i

1

1

1

N2

N2

N

tg1

tgsin

+

=

(4.5)

2N

2

N2

N

N2

N

cos

cossin

1sin

costg11

1sin

1

+

=

+

= (4.6)

Introducnd n relaia (4.4) se obine relaia (4.7).


25/293


24

Reprezentnd variaia unghiului de degajare funcional f n raport cu Ni se obin diagramele din Fig. 4.7 i Fig. 4.8, din care rezult urmtoarele concluziiimportante pentru sinteza optimal a unghiurilor de degajare:

Valoarea unghiului de degajare funcional f nu depinde de semnul unghiuluide nclinare;

Influena valorii absolute a unghiului de nclinare asupra unghiului funcionalde degajare f este cu att mai pronunat cu ct unghiul de degajare normalconstructiv N este mai mic; n acest sens, dac pentru N = 50 i o variaie aunghiului n limitele 50, unghiul funcional de degajare f variaz n limite

nguste (f = 50 - 5710), pentru N = -50, unghiul de degajare funcional variazn limite foarte largi (f= -50- +20);

Influena unghiului de degajare normal constructiv N, asupra unghiuluifuncional de degajare f este cu att mai pronunat, cu ct unghiul de nclinareeste mai mic n valoare absolut, variaia cea mai pronunat obinndu-se pentru = 0, cnd f= N;

Se pot obine valori apropiate de cele optime ale unghiului de degajarefuncional chiari n cazurile, cnd din motive de rezisteni rigiditate a tiului,unghiul de degajare normal constructiv capt valori foarte mici; aa cum rezultdin reprezentrile grafice chiar i pentru valori de -30 -50 ale unghiului dedegajare normal constructiv, se pot obine valori pozitive ale unghiului funcional dedegajare, cu condiia utilizrii unor unghiuri de nclinare mari n valoare absolut,

> 30 40.O aplicaie cunoscut n acest sens o reprezint construcia de frezecilindrice elicoidale cu dini rari, la care n scopul realizrii unor unghiuri de degajarefuncionale suficient de mari, fr a slbi prin aceasta tiul, se folosesc unghiuri denclinare foarte mari, de ordinul 40 60 grade.

Fig. 4.7 Fig. 4.8


26/293


25

4.3Expresia unghiului de atac funcional Kf

Unghiul de atac funcional Kf este unghiuldintre direcia rezultant de avans jViVV yxxy += ,

a micrii de achiere n planul xy i tangentaKsinjKsincosiKcoscosT += , la tiul

sculei n punctul M considerat, fig. 4.4 i 4.9.

2y

2x

yx

xy

xyf

VV

KsincosVKcoscosV

TV

TVKcos

+

+==

(4.8)

Relaia (4.8), pentru cazul particular Vy = 0, devine relaia (4.9)

KcoscosKcos f = (4.9)

n cazul cnd i unghiul de nclinare este nul, se obine egalitatea ntre

unghiul de atac funcional i cel constructiv.

4.4Expresia unghiului de nclinare funcionalf

Unghiul de nclinare funcional este determinat ntre planul de presiune (P)normal la V i tangenta 1T la ti n

punctul dat, fig. 4.10, msurat ntr-unplan care conine direciile V i 1T .

Avnd n vedere c

1

1

ff VT

TV

sin2cos ==

i ntructKsinjKsincosiKcoscosT1 +=

, rezult relaia (4.10)

2z

2y

2x

zyxf

VVV

VsinVKsincosVKcoscossin

++

+=

(4.10)

Fig. 4.9

Fig. 4.10


27/293


26

Care pentru cazul particular Vx = Vy = 0, d evident f= .Expresiile unghiurilor funcionale f, f, Kf, f, funcie de cele constructive i

de parametrii micrii relative au caracterul cel mai general i se pot folosi laanaliza geometriei constructive, pentru orice tip de scul. Pentru diferitele cazuriconcrete de prelucrare aceste relaii capt diferite forme particulare.

4.5Particularizrile relaiilor generale pentru cteva exemplecunoscute de prelucrare

4.5.1 n cazul strunjirii transversale cu cuit

de retezat, cu punctul M de pe ti la nivelul axeipiesei, Fig. 4.11, pe lng componenta

1000nDVz

= principal a vitezei de achiere,

apare i o component yV pe direcia avansului

transversal s,1000

nsVy= . nlocuind n relaiile

(4.4), (4.7), (4.8), (4.10), mrimile Vx = 0, Vy = -sn/1000; Vz = Dn/1000 i = = 0 se gsescrelaiile (4.11) particulare pentru analizaunghiurilor funcionale:

( ) ( )

( )

( )

0sin

0Kcos

Ds1

cosD

ssinsin

Ds1tg1

D

stgsin

f

f

2

NN

f

2

N2

Nf

=

=+

+=

++

=

(4.11)

4.5.2 n cazul strunjirii transversale, cndpunctul M de pe ti este supranlat n raport

cu axa piesei, Fig. 4.12, pe direcia axei Mz vaaciona componenta

2

2

zzD

h411000

DncosVV ==

, iar pe direcia

My dou componente:

Componenta1000

nsVy= , datorit

micrii de avans;Componenta

Fig.4.11

Fig.4.12


28/293


27

( )D

h21000

DnsinVV zy

== , datorit supranlrii cuitului n raport cu piesa.

Prin urmare, componentele vitezei micrii relative sunt:

( ) ( )2

2

zyxD

h411000

DnV;

D

h21000

Dn

1000snV;0V ===

.

nlocuind n relaiile generale se obin expresiile particulare ale unghiurilorfuncionale, pentru acest caz.

4.5.3 La strunjirea conic, cnd punctul Mse afl la nlimea axei piesei, Fig. 4.13, pentrumaterializarea curbei generatoare (dreapta nclinat cu un unghi n raport cu axa piesei),pe lng micarea principal dup direcia Mz, Vz= Dn/1000, mai sunt necesare micri pedireciile Vxi Vy aflate ntr-un anumit raport fa

de cealalt: tg1000

nstgVV xy

== .

4.5.4 La strunjirea longitudinal cu punctul

M de pe ti subnlat n raport cu axa piesei,Fig. 4.14, direcia vitezei micrii principale zV nu coincide cu direcia Vz, formnd cu aceasta

un unghiD

h2arcsin= .

Viteza zV se afl cuprins n planul yMzi determin urmtoarele componenteortogonale:

D

h2

1000

nDsinVV;

D

h41

1000

nDcosVV zy2

2

zz

==

==

, iar pe direcia Mx, apare viteza de avans longitudinal 1000nsVx = .

4.5.5 n cazul frezrii plane cu freze cilindrice, Fig. 4.15, un punct M al

tiului sculei execut pe lng micarea principal1000

DnVz= i o micare de

avans,1000

snVa = ; pe cele dou axe de coordonate Mxi Mz ale sistemului de

referin constructiv, vor apare dou componente Vxi Vz ale micrii de achiere,

Fig. 4.13

Fig. 4.14


29/293


28

sin1000

snsinVV ax == , unde este unghiul de poziie variabil al punctului M, iar

cos1000

sn

1000

DnVVV zzz +=+= .

Din cazurile prezentate rezult nunumai c unghiurile funcionale nucoincid cu cele constructive, ci i faptulc unghiurile funcionale sunt variabileuneori n lungul tiului i n timp.Unghiurile funcionale sunt variabile nlungul tiului unei scule din

urmtoarele considerente maiimportante:Unghiul de nclinare fiind diferit

de zero, pe un singur punct de pe tiviteza micrii principale Vz, esteparalel cu axa Mz; pentru punctelenvecinate, direcia micrii principalefiind nclinat n raport cu aceast ax, vor apare componente suplimentare; deexemplu, dac la strunjire, unul din punctele tiului se afl la nlimea axei piesei,punctele nvecinate vor fi subnlate sau supranlate;

Unghiul de atac K fiind variabil n lungul tiului sculelor profilate, unghiurilefuncionale vor fi de asemenea variabile, n conformitate cu relaiile generale, ncare intr ca parametru unghiul de atac K;

Componentele vitezei de achiere Vx, Vy, Vz sunt variabile; de exemplu ncazul strunjirii transversale, viteza Vz este variabil ca urmare a modificrii n timp adiametrului suprafeei prelucrate; n cazul frezrii cilindrice-plane, att componentaVx ct i Vz sunt variabile n timp, ca urmare a variaiei n timp a unghiului de poziiea punctelor de pe ti.

Fig. 4.15


30/293

Capitolul 5: Geometria optim a prii achietoare a sculelor

29

CAPITOLUL 5: GEOMETRIA OPTIM A PRIIACHIETOARE A SCULELOR

Durata de exploatare a unei scule i deci economicitatea prelucrrii depinde nmare msur de modul cum au fost stabilii parametrii geometrici ai priiachietoare.

Pentru rezolvarea acestei probleme proiectantul trebuie s considere valorileoptime ale unghiurilor prii active ale sculei astfel nct dimensiunile i formatiurilor s asigure obinerea preciziei dimensionale, a formei i a rugozitiiprescrise pentru suprafeele care se prelucreaz. Condiiile de formare a achiilor,

care se creeaz prin adoptarea parametrilor geometrici optimi, trebuie s duc laobinerea unei durabiliti maxime a sculei, la desfurarea achierii cu fore imomente de achiere minime i o calitate ridicat a suprafeei prelucrate.

Prin geometrie optim se nelege deci ansamblul parametrilor geometrici aiprii achietoare care satisfac maximal att condiiile tehnice ale suprafeeiprelucrate, ct i cele privind comportarea n achiere a sculei.

5.1Criterii de optimizare

Pentru aprecierea gradului de optimalitate a geometriei unei scule achietoareeste necesar precizarea prealabil a criteriilor de optimizare, att a celor principale,ct i cele secundare.

Principalele criterii de optimizare a geometriei sculelor achietoare sunt:

Rezistena la uzur sau durabilitatea efectiv a sculei;Capacitatea de a achia cu fore i momente minime;Calitatea i precizia suprafeelor prelucrate.Pe lng aceste criterii principale se pot evidenia i o serie de alte criterii, dup

cum urmeaz:Locul de pe ti care vine primul n contact cu suprafaa de prelucrat;Direcia rezultantei forelor de achiere;Dinamicitatea forelori momentelor de achiere;Forma achiei i direcia de degajare a acesteia;Capacitatea canalelor de a cuprinde i evacua achiile;Ascuire i reascuire comod;Rezistena i rigiditatea tiului;Tehnologicitatea prii achietoare;

Preul de cost, .a.Rezistena la uzur sau durabilitatea efectiv a sculei este de cele mai multe oricriteriul esenial de optimizare a geometriei, datorit urmtoarelor considerente:

Creterea rezistenei la uzur, permite o sporire corespunztoare a vitezeioptime de achiere, deci i a productivitii prelucrrii;

Durabilitate ridicat conduce la micorarea consumului specific de scule peunitatea de produs, deci la reducerea preului de cost;


31/293


30

Creterea rezistenei la uzur determin o cretere corespunztoare astabilitii dimensionale a prii achietoare, cu consecine directe n cretereapreciziei prelucrrii.

Capacitatea de a achia cu fore i momente reduse reprezint un criteriuimportant, ntruct de acesta depind:

Rezistena i deformaia sculei i a sistemului tehnologic, stabilitatea la vibraiii implicit calitatea i precizia prelucrrii;

ncrcarea energetic unitar (puterea consumat pe unitatea de lungime atiului), de care depinde durabilitatea sculei;

Consumul energetic al mainii-unelte.Calitatea suprafeei prelucrate este un criteriu principal n cazul operaiilor de

finisare.

Locul de pe ti care vine primul n contact cu suprafaa de prelucrat prezintimportan deosebit n cazul sculelor a cror parte achietoare are aciuneintermitent, cu o dinamicitate ridicat a forelori momentelor de achiere. Pentrucuitele de mortezat i rabotat sau frezele cilindro-frontale se urmrete ca primulpunct de pe ti ce vine n contact cu suprafaa de prelucrat s fie ct mai ndeprtatde vrful dintelui sculei, deoarece vrful prezint o rezisten mecanic redus.

Direcia rezultantei forelor de achiere are influen asupra modului desolicitare a prii achietoare, a dintelui, a corpului i prii de fixare a sculei.

Dinamicitatea forelor i momentelor de achiere influeneaz n principalcalitatea suprafeei prelucrate, dari durabilitatea tiului sculei.

Forma achiei i direcia sa de degajare are importan n ce privetedescongestionarea zonei de achiere, a eliminrii cldurii, influennd pe aceastcale durabilitatea. De forma achiilor depinde i comoditatea deservirii mainii-

unelte, evitarea pericolului de accidentare a operatorului, depozitare panului.Capacitatea canalului de a cuprinde i elimina achiile degajate trebuie luat n

considerare la sculele la care achiile se degaj n spaii nchise sau seminchise, detipul broelor, frezelor de debitat, burghielor, adncitoarelor, .a.

5.2Criteriile eseniale de optimizare a prii achietoare

n raport de condiiile concrete de achiere, de materialul prelucrat, calitateasuprafeei prelucrate, regimul de achiere, de caracterul prelucrrii-degroare,semifinisare sau finisare, de prezena lichidelor de rcire-ungere, de materialulsculei, .a., este necesar s se procedeze la adoptarea, la selectarea, dinmultitudinea criteriilor de apreciere a comportrii sculei n achiere, a unui numrrestrns de criterii, numite eseniale, n raport cu care se procedeaz la optimizarea

geometriei tiului.Criteriile eseniale difer n raport i cu scopul prelucrrii. De exemplu, laoperaiile de degroare, cnd se urmrete un maxim de productivitate, cu unconsum minim de energie, fr a urmri o calitate i precizie ridicat, criteriileeseniale de optimizare sunt durabilitatea i capacitatea de a achia cu fore imomente minime. La operaiile de finisare ns, criteriile de optimizare eseniale vorfi calitatea suprafeei prelucrate i rezistena la uzur.

Pentru selectarea criteriilor eseniale este necesar evidenierea influenelor pecare parametrii geometrici ai prii achietoare o au asupra criteriilor de optimizare.


32/293


31

5.3Legtura dintre criteriile de optimizare i parametrii geometrici ai priiachietoare

Dup cum se poate constata, criteriile de optimizare sunt reprezentate defenomene i caliti ale procesului de achiere i ale sculei, ca rezistena la uzur,forele i momentele de achiere, calitatea i precizia suprafeei. Aceste fenomene icaliti sunt influenate de diferii parametri care apar n proces, cum sunt:elementele regimului de achiere, caracteristicile fizico-mecanice ale materialuluiprelucrat i ale materialului sculei, prezena i natura lichidelor de rcire-ungere,gradul de uzur al sculei, parametrii geometrici ai prii achietoare.

Pentru nelegerea modului n care influeneaz fiecare parametru, n specialfiecare parametru geometric, asupra criteriilor de optimizare, este necesar

precizarea factorului esenial care determin modul de desfurare al procesului deformare al achiei.Cercetrile n domeniul achierii au condus la concluzia c factorul esenial

care determin condiiile i modul de desfurare a procesului de achiere estetemperatura pe suprafaa de contact dintre achie i faa de degajare a sculei itemperatura medie n zona deformaiilor maxime a achiei.

La rndul ei temperatura este determinat n cea mai mare msur dencrcarea energetic unitar a tiului i capacitatea sculei de a elimina cldura dinzona de achiere.

Prin ncrcarea energetic unitar (E) se nelege puterea consumat peunitatea de lungime a tiului principal, proporional cu cantitatea de cldurdegajat n unitatea de timp, pe unitatea de lungime a aceluiai ti.

ncrcarea energetic unitar va fi dat de relaia:

lVP

E z=

mmmindaNm

, n

care:

Pz fora principal n daN;V viteza de achiere, n m/min;l lungimea prii active a tiului, n

mm.Expresia ncrcrii energetice unitare

poate fi detaliat funcie de parametriiregimului de achiere i parametrii geometriciai sculei, conform Fig. 5.1.

cosKsint

cosbl ==

Expresia forei poate fi scris: zPzPz

yxPz StCP =

ncrcarea energetic unitar devine: cosKsinVStCE zPzPz

y1xP =

Fig.5.1


33/293


32

n general 1xz

P = , aa nct cosKsinVSCE zP

z

yP =

Capacitatea de evacuare a cldurii din zona de achiere depinde n special demasa dintelui, de unghiul de ascuire , de masa corpului sculei i a prii de fixare,respectiv de seciunea de trecere a cldurii prin conducie.

Este evident c att creterea ncrcrii energetice unitare, ct i micorareacapacitii de evacuare a cldurii din zona de achiere duc la creterea temperaturii.

5.4Influena ncrcrii energetice unitare asupra principalelor criterii deoptimizare

Creterea ncrcrii energetice determin creterea temperaturii n zona de

achiere, nclzirea intens a sculei, intensificarea procesului de uzur i deci, lamicorarea durabilitii. Pe de alt parte, creterea temperaturii ara ca efectmicorarea forelor i momentelor de achiere. n concluzie, creterea ncrcriienergetice unitare influeneaz negativ durabilitatea i pozitiv capacitatea de aachia cu fore reduse.

Criteriul calitii de suprafa este influenat de ncrcarea energetic unitar nspecial n zona temperaturilor favorabile depunerilor pe ti.

5.5Influena capacitii de evacuare a cldurii din zona de achiere asupracriteriilor de optimizare

Creterea capacitii de evacuare a cldurii din zona de achiere determinscderea temperaturii i, prin aceasta, crete durabilitatea tiului, dari forele deachiere.

Rezult deci c creterea capacitii de evacuare a cldurii afecteaz pozitivcriteriul rezistenei la uzuri negativ criteriul capacitii de lucru cu fore i momenteminime. Aceast dependen este mult complicat cnd creterea capacitii deevacuare a cldurii se face prin utilizarea lichidelor de rcire-ungere. Prezena lordetermin o scdere a forelor de frecare dintre partea achietoare, suprafaa deprelucrat i achie, contribuind i pe aceast cale la creterea rezistenei la uzur.

5.6Influena parametrilor geometrici ai prii achietoare asupra criteriilor deoptimizare

Criteriile de optimizare suntinfluenate de urmtorii parametrigeometrici: unghiul de aezare,unghiul de degajare, unghiul de atacprincipal i secundar, unghiul denclinare al tiului, raza de racordarela vrf, forma feei de degajare iaezare, forma prii active a tiului,canalele de fragmentare longitudinali lateral a achiilor, raza de bontirea tiului.Fig.5.2


34/293


33

Cunoaterea modului n care influeneaz fiecare parametru geometric criteriile

de optimizare va permite adoptarea parametrilor geometrici optimi pentru diferitecazuri concrete de prelucrare.

5.6.1 Influena unghiului de aezare asupra criteriilor de optimizare

Creterea unghiului de aezare conduce,chiar i n cazul unei reveniri elasticeconstante a suprafeei prelucrate , lamicorarea suprafeei de contact dintre faa

de aezare i suprafaa prelucrat, Fig. 5.2, lamicorarea forei normale pe suprafaa decontact i a celei de frecare, la micorareancrcrii energetice unitare i prin aceasta, lacreterea durabilitii. Acest efect pozitiv estecontracarat, n cazul creterii exagerate aunghiului de aezare, de scderea capacitiide evacuare a cldurii, datorate scderiimasei dintelui.

Din acest motiv curbele de dependen a durabilitii T funcie de unghiul deaezare, Fig. 5.3, prezint maxime, la diferite valori ale unghiului de aezare, funciede tipul sculei i condiiile de achiere. Curba 1 se refer la cazul prelucrrii prinstrunjire cu un cuit din oel rapid a unui oel carbon, iar curba 3 a unui oel aliat;

curba 2 se refer la prelucrarea unui oel carbon cu o frez armat cu carbursinterizat; curba 4 se refer la cazul unei freze de col din oel rapid pentruprelucrarea unui oel aliat, iar curba 5 la cazul unei freze pentru debitat o el aliat.

n general maximul durabilitii sedeplaseaz la valori mari ale unghiului deaezare odat cu scderea grosimii achiei,Fig. 5.4.

Aceasta se explic prin aceea c, odatcu scderea grosimii achiei, pondereafenomenelor de frecare pe faa de aezarecrete, devenind deosebit de eficientcreterea unghiului de aezare. Scdereacorespunztoare a unghiului de ascuire este

n aceste cazuri mai puin duntoare, caurmare a scderii fenomenelor termice i defrecare pe faa de degajare.

Creterea unghiului de aezare determin, prin micorarea forelor normale i aforelor de frecare de pe faa de aezare, o micorare a forelor de achiere. Aluracurbelor experimentale de variaie a forelor de achiere n raport cu unghiul de

Fig.5.3

Fig.5.4


35/293


34

aezare sunt reprezentate n Fig. 5.5 i arat cscderea forelor de achiere este pronunat numaipn la o valoare a unghiului de aezare de 10 - 12.

n ceea ce privete calitatea suprafeei prelucrate,aceasta se mbuntete uor cu creterea unghiuluide aezare, ca rezultat al diminurii fenomenelor defrecare de pe faa de aezare. Unghiul influeneazcalitatea suprafeei i indirect, prin intermediul vibraiilor;cercetrile experimentale au artat c, dac n limitele

8 - 16 ale unghiului de aezare, acesta nuinflueneaz asupra amplitudinii autooscilaiilor, la valorimici ale unghiului de aezare, amplitudineaautooscilaiilor scade. Aceast concluzie estevalabilnumai att timp ct nu apare o uzur sensibil a feeide aezare. La sculele cu unghi mic de aezare, apariia uzurii determin mrireasuprafeei de contact cu piesa i intensificarea autooscilaiilor.

Unghiul de aezare are o influen pronunatasupra preciziei prelucrrii, n special prin intermediuluzurii pe direcie longitudinal hy; pentru o aceeaimrime a uzurii ha pe faa de aezare, uzura radial hycrete intens cu creterea unghiului , Fig. 5.6.

Datorit uzurii mai intense, a uzurii dimensionalehy, precizia prelucrrii are de suferit ca urmare acreterii unghiului de aezare.

Pentru mrirea stabilitii dimensionale a sculeifa de uzur, este indicat practicarea iniial prinascuire pe faa de aezare a unei faete cu unghi de

aezare nul, de lime hf = 0,1 0,2 mm, careface ca uzura s evolueze lent chiar la o sculnou, curba 2, Fig. 5.7. Practicarea faetei nuledetermin pe lng o stabilitate dimensionalridicat i o evoluie mai uniform a uzurii,precum i o cretere n medie de dou ori adurabilitii.

Rugozitatea Rz

n cazul prelucrrii cu

scule ce prezint faet nul pe faa deaezare este sensibil mai redus.

5.6.2 Influena unghiului de degajare asupra criteriilor de optimizare

Cercetrile n domeniul achierii au condus la concluzia c unghiul de degajareinflueneaz procesul de achiere att direct ct i indirect. Influena direct semanifest prin schimbarea direciei de degajare a achiei; creterea unghiului duce

Fig.5.5

Fig. 5.6

Fig. 5.7


36/293


35

Fig.5.9

la apropierea direciei de degajare de direcia de achiere V , Fig. 5.8, la micorareaunghiului de aciune (), dintre direcia micrii principale i planul de achiere,la mrirea unghiului a zonei deformaiilor plastice maxime, la micorarea grosimiiachiei (a < a), adic la micorarea comprimrii plastice = a/a0 > a/ao, lamicorarea forelor de achiere i a ncrcrii energetice unitare i prin urmare la

mrirea durabilitii.Influena indirect a unghiului de degajare n procesul de achiere se manifest

prin intermediul coeficientului de frecare ntre faa de degajare i achie.Cretereaunghiului de degajare determin o micorare a forelor de frecare, a ncrcriienergetice unitare i deci la mrirea durabilitii.

Creterea exagerat a unghiului de degajare poate face ca efectele pozitivemenionate s fie contracarate sau chiar depitede efectul negativ al micorrii masei dintelui

sculei i deci a capacitii de evacuare a clduriidin zona de achiere. Pe aceast baz curbele dedurabilitate T n raport cu unghiul de degajareprezint maxime, conform Fig. 5.9.

n Fig. 5.9, curbele 1i 2 corespund frezriioelului carbon OLC10 cu scule din oel rapid,respectiv frezrii oelului OLC45, curba 3prelucrrii cu scule armate cu materiale mineralo-ceramice a fontei cenuii, curba 4 prelucrrii cu

scule armate cu carburi a oelului mbuntit, iar curba 5 prelucrrii cu aceleaiscule a oelului clit.

Maximele curbelor de durabilitate T, n dependen cuunghiul de degajare, sunt deplasate spre valori mici i

negative cnd materialul de prelucrat este mai dur i maifragil i cu ct materialul sculei este mai puin rezistent lasarcini dinamice, Fig. 5.10.

Studiile experimentale de dependen a foreiprincipale de achiere, Pz, de unghiul de achiere =/2 -

, au condus la relaii empirice de forma zqz CP = , ncare valoarea exponentului qz este cuprins ntre 0,7 i1,35. Se constat, de asemenea, c valoarea coeficientului

Fig. 5.8

Fig. 5.10


37/293


36

qz, care reprezint gradul de influen al unghiului de achiere asupra forei deachiere principale, Pz, variaz, n limite largi, n funcie de ceilali factori, respectivviteza de achiere, avansul de lucru, mrimea unghiului de atac.

Unghiul de degajare influeneaz calitatea i precizia prelucrrii prin intermediulvibraiilor. Amplitudinea autooscilaiilori ondulaiile produse de vibraii pe suprafaaprelucrat cresc odat cu scderea unghiului de degajare, aceast cretere fiinddeosebit de pronunat n zona valorilor negative ale unghiului de degajare, Fig.5.11.

Explicaia const n faptul c, odat cuscderea unghiului de degajare, cresc foreleperturbatoare Pz i, n special, Py, seintensific fenomenele de frecare pe faa dedegajare i fenomenele de depunere pe ti.

Conform Fig.5.11, mai rezult i o scdere ainfluenei unghiului de degajare asupraamplitudinii autooscilaiilor, odat cu cretereavitezei de achiere, ceea ce este normal,ntruct creterea vitezei de achiere conducela o cretere a temperaturii din zona deachiere, aducnd astfel materialul dinaceast zon la o tempratur la care influenaunghiului de degajare este mult diminuat, attn ceea ce privete comprimarea plastic, ct

i referitor la forele i momentele de achiere.Din punct de vedere al calitii suprafeei, asigurat, n cea mai mare parte, de

fenomenele din imediata vecintate a vrfului dintelui, nu prezint o importan

deosebit valoarea unghiului de degajare normal, N, ci valorile unghiurilor dedegajare transversal, x, i longitudinal, y.

ntr-adevr, de valoarea unghiului de degajaretransversal depinde modul de lucru pe tiurileprincipal i secundar. Astfel, dac unghiul x estepozitiv, rezult un unghi de degajare transversalsecundar, x, Fig.5.12, deci condiii grele deachiere pe tiul secundar, a crui influen asupragenerrii seciunii restante i, deci, asupra calitiisuprafeei, este practic de aceeai importan cu ceaexercitat de tiul principal. Dacx < 0, rezultx>0, deci se obin condiii nefavorabile pe tiul

principal i condiii favorabile pe tiul secundar.Ca urmare, valoarea optim a unghiului dedegajare transversal pentru sculele de finisat seadopt zero, urmnd s se stabileasc, pe caleexperimental, valoarea optim a unghiului dedegajare longitudinal.

Fi . 5.11

Fig.5.12


38/293


37

5.6.3 Influena unghiului de atac principal asupra criteriilor de optimizare

Creterea unghiului de atac, K, duce la creterea grosimii achiei (a > a), lascderea limii achiei (b < b) i, prinaceasta, la scderea forei specifice deachiere, la creterea ncrcriienergetice unitare i, deci, la scdereadurabilitii, Fig.5.13.

Faptul c, odat cu cretereaunghiului de atac principal, cretencrcarea energetic unitar rezult idin expresia analitic a acesteia. La

aceasta se adaug i efectul scderiicapacitii de evacuare a cldurii prinscderea masei dintelui, pe seamamicorrii unghiului la vrf, .

Influena general negativ acreterii unghiului K asupra durabilitiieste parial atenuat de micorarea foreispecifice de achiere n urma creteriincrcrii energetice unitare. Curbele devariaie ale durabilitii funcie de unghiulde atac principal, K, au o alurexponenial, Fig.5.14.

Din diagrame se remarc faptul c unghiul K influeneaz durabilitatea mai

intens n cazul operaiilor de degroare (curba 1), dect n cazul operaiilor definisare (curba 2). n cazul sculelor din oel rapid (curbele 1, 2) scderea unghiuluide atac duce la o cretere continu a durabilitii, iar la sculele armate cu plcuemetalo-ceramice se constat, uneori, un maxim (curba 3), dup care, odat cuscderea unghiului K, durabilitatea, n loc s creasc, scade. Aceasta se explic prin

faptul c, la unghiuri mici de atac, crete fora Py, pedirecie transversal la suprafaa prelucrat, i seintensific vibraiile, cu efect negetiv asupra durabilitiisculelor armate cu carburi metalice sinterizate.

n ce privete influena unghiului de atac asupraforelor de achiere, se poate remarca faptul c foraprincipal, Pz, scade odat cu creterea acestuia, caurmare a creterii ncrcrii energetice unitare, Fig.5.15.

n cazul prelucrrii oelurilor (curba 1) se constat,ns, de la o anumit valoare a unghiului K, fora Pzncepe din nou s creasc. Explicaia const ncreterea, la un moment dat, a lungimii l a poriuniicurbilinii a tiului (Fig.5.13), cu efectul negativ alintensificrii achierii complexe, care prevaleaz efectulpozitiv al creterii ncrcrii energetice unitare. n cazul

achierii fontei (curba 2) variaia forei Pz i menine alura descresctoare.

Fig.5.13

Fig.5.14

Fig.5.15


39/293


38

Influena unghiului de atac principal asupra componentelor Pxi Py este foartepronunat. Astfel, creterea unghiului K determin o cretere a forei Pxi scdereaforei Py. Acest lucru se poate constata i n mod direct, din considerente purgeometrice.

Calitatea suprafeei prelucrate este influenat mult de valoarea unghiului deatac principal, n primul rnd prin nlimea seciunii restante, H, determinat curelaia (5.1).

H = s /ctg K + ctg K (5.1)Se constat c nlimea seciunii restante a achiei crete intens cu creterea

unghiului de atac principal.

Precizia i calitatea prelucrrii sunt influenate puternic de valoarea unghiului deatac i prin intermediul forei Py. Astfel, la unghiuri K mici, fora Py crete, deformaiilesuprafeei prelucrate cresc, intensificndu-se vibraiile n sistemul tehnologic, ceeace duce la diminuarea calitii i preciziei prelucrrii.

Prin urmare, creterea unghiului de atac, K, exercit efecte contradictorii asupracalitii suprafeei prelucrate: un efect negativ, sub aspectul creterii seciuniirestante a achiei, precum i un efect pozitiv, indirect, prin intermediul diminuriivibraiilor.

5.6.4 Influena unghiului de atac secundar, K, asupra criteriilor deoptimizare

Acest parametru geometric determin, prin creterea sa, o micorare a

unghiului la vrfi, deci, a capacitii de evacuare a cldurii. Prin urmare, cretereaunghiului K determin o scdere a durabilitii, precum i o uoar scdere a forelorPx i Py. De asemenea, odat cu creterea unghiului de atac secundar, scadecalitatea suprafeei prelucrate, prin creterea seciunii restante a achiei.

Pe de alt prte, ns, ca i n cazul unghiului de atac principal, se obine unefect pozitiv prin micorarea corespunztoare a amplitudinii vibraiilor.

5.6.5 Influena razei de racordare, r, a vrfului activ al prii achietoareasupra criteriilor de optimizare

Creterea razei de racordare a vrfuluiduce la mrirea poriunii curbilinii a tiului,Fig.5.16, la micorarea unghiurilor de atacmedii, la scderea ncrcrii energeticeunitare i, deci, la mrirea durabilitii.Efectul este amplificat i de faptul c, odatcu creterea razei de racordare, cretemasa dintelui n zona vrfului i, deci, icapacitatea de evacuare a cldurii.

Fig.5.16


40/293


39

Fig.5.17

n ceea ce privete forele de achiere,creterea razei de racordare determin ointensificare a achierii complexe, a deformaiilorplastice n zona de formare a achiei, cu efectde mrire a forei principale de achiere,Fig.5.17

Creterea razei de racordare influeneazmult rugozitatea, prin scderea seciunii restantei mbuntirea calitii suprafeei. Pentru cazuln care seciunea restant a achiei estegenerat att de poriunile rectilinii, ct i de celeracordate ale tiurilor, nlimea, H, a

microneregularitii se obine cu relaia (5.2).

'ctgKctgK2

'Ktg

2

KtgrsH +

+= (5.2

n realitate, rugozitatea este mai mare dect cea dedus pe cale purgeometric, acest fapt datorndu-se urmtoarelor cauze principale:

Fenomenelor plastice - n special, apariiei i evoluiei tiului de depunere ide rupere smulgere la materialele fragile;

Fenomenelor dinamice, respectiv ocurilor i vibraiilor care nsoesc procesulde achiere i care, n cea mai mare msur, sunt provocate de acest proces;

Fenomenelor de frecare ntre suprafaa achiati faa de aezare a sculei.

Abaterile valorilor rugozitii teoretice, n raport cu cea determinatexperimental, sunt cu att mai mici, cu ct viteza de achiere este mai mare, fapt cese explic, n special, prin diminuarea sau chiar dispariia tiului de depunere.

Dar, creterea razei de racordare are i un efect negativ asupra rugozitii,avnd n vedere c, odat cu aceasta, scade grosimea medie a achiei, cresc attfora Pz, ct i fora Py, intensificndu-se, n acelai timp, vibraiile.

5.6.6 Influena unghiului de nclinare a tiului asupra criteriilor deoptimizare

Prin creterea unghiului de nclinare a tiului principal de la valori negative lavalori pozitive, lungimea activ a tiului, L, scade, atingnd minimul pentru = 0 (l =t /sin K cos ) i apoi crete. Trebuie amintit c, odat cu creterea unghiului de

nclinare, crete i valoarea unghiului de degajare funcional.Creterea unghiului de nclinare determin, de asemenea, o scdere a

capacitii de evacuare a cldurii din zona de achiere, pe seama scderii maseidintelui. Dac se ine seama i de faptul c variaia unghiului determin i ovariaie a raportului dintre componentele forei de achiere, rezult c aciuneaacestui parametru este deosebit de complex. Cercetrile experimentale au doveditexistena unui maxim pe curbele de durabilitate, trasate n raport cu unghiul ,maxim care apare la creterea unghiului de la valori negative spre valori pozitive.


41/293


40

Valoarea unghiului corespunztoare unei

durabiliti maxime depinde de condiiile deachiere.

n ceea ce privete forele de achiere, s-aconstatat experimental c, odat cu cretereaunghiului de nclinare, fora principal deachiere, Pz, scade, fora Px crete, iar fora Pyscade, Fig.5.18. n domeniul de valori cuprinsntre 5 - +15, variaiile forelor de achiere potfi neglijate.

Din punct de vedere al calitii suprafeeiprelucrate, s-a constatat o mbuntire aacesteia odat cu creterea unghiului denclinare, fenomen legat i de faptul c mrimeaunghiului de nclinare determin, n maremsur, direcia de degajare aachiilor,Fig.5.19. Astfel, la valori negative ale unghiului, achia se degaj spre suprafaa prelucrat,nrutindu-i calitatea, la valori = 0, achia se degaj ntr-un plan normal la tiulaparent, n timp ce la valori negative achia se degaj spre suparafaa de achiat,evitndu-se astfel pericolul zgrierii suprafeei prelucrate.

Valoarea unghiului de nclinare prezint o deosebit importan sub aspectul adou criterii secundare de optimizare, respectiv criteriul dinamicitii forelor de

achiere i criteriul locului de pe ti care vine primul n contact cu materialulprelucrat.Pentru valori negative ale unghiului de

nclinare, primul punct care vine n contact cumaterialul prelucrat, Fig.5.20, este ndeprtatde vrful sculei, ceea ce constutuie o situaiefavorabil din punct de vedere al solicitrilormecanice ale prii achietoare. Pentru unghiuride nclinare nule, contactul se face brusc, pentreaga lungime activ a tiului achietor,situaie considerat defavorabil, n special ncazul sculelor cu aciune intermitent, de tipulcuitelor de rabotat, i mortezat, frezelor sau

broelor.Dinamicitatea forelor de achiere se

manifest n special prin timpul n care fora deachiere se stabilizeaz la valoarea nominal.Pentru unghiuri de nclinare nule, acest timpeste, practic, egal cu zero, ceea ce nseamnocuri puternice la intrarea sculei n material,Fig.5.21. Pentru unghiuri de nclinare diferite dezero, de exemplu = 1, fora crete treptat pn

Fig.5.19

Fi .5.20

Fig.5.21

Fig.5.18


42/293


41

la valoarea ei nominal. Pentru o valoare absolut i mai mare a unghiului denclinare, = 2, timpul de stabilizare a forei de achiere va fi i mai mare, respectivt2> t1.

5.6.7 Influena formei feei de aezare asupra criteriilor de optimizare

Faa de aezare poate avea diferite forme, dintre care uzuale sunt considerateurmtoarele, Fig.5.22:

forma plan;forma plan cu faeti unghi de aezare pozitiv, nul sau negativ;forma curbilinie,

forma curbilinie cu faet;forma curbilinie cu faet reliefat cu unghi de aezare nul sau pozitiv.

Forma plan este simpl sub aspect tehnologic, dar dezavantajoas dinpunct de vedere al criteriului comoditii ascuirii i reascuirii. Astfel, la fiecare

reascuire trebuie prelucrat ntreaga suprafa de aezare, ceea ce conduce laconsum inutil de material i manoper.

n cazul formei plane cu faet, acest inconvenient dispare, dar reascuirileobinuite conduc la mrirea treptat a limii faetei, care, dup 5 6 reascuiri,trebuie readus la limea normal.

Folosirea unei faete nguste, f = 0,1 0,25 mm, cu unghi de aezare nul,asigur o cretere a stabilitii fa de uzura dimensional, cretereacorespunztoare a preciziei de prelucrare, dublarea durabilitii sculei imbuntirea calitii suprafeei prelucrate. Utilizarea unei faete nguste negative pefaa de aezare asigur o diminuare a vibraiilor n achiere, cu mbuntirea calitiisuprafeei prelucrate.

Formele curbilinii ale feei de aezare prezint avantaje n ceea ce priveterezistena i rigiditatea dintelui, acesta apropiindu-se de profilul de egal rezisten.

Forma curbilinie a feei de aezare prezint dificulti de ordin tehnologic att laexecuie, ct, mai ales, la operaiile de ascuire reascuire. Folosirea faetelorasigur o refacere mai comod a ti

Date post:	08-Aug-2018
Category:	Documents
Upload:	sara-heart
View:	213 times
Download:	0 times

proiect_scule_aschietoare

Documents