^tpa^cap 05d_param Proces Aschiere^frame.pdf

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 1

Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere Procesul de prelucrare prin aşchiere se desfăşoară prin acţiunea directă a sculei aşchietoare asupra piesei semifabricat, în prezenţa unor mişcări de lucru asigurate de maşina-unealtă şi a unui mediu înconjurător adecvat. Se disting astfel 4 elemente care participă la proces şi care, prin caracteristicile lor, determină condiţiile de desfăşurare ale acestuia. Aprofundarea fenomenelor fizice caracteristice prelucrărilor mecanice prin aşchiere face necesară cunoaşterea unor noţiuni specifice (caracteristice celor 4 elemente participante), care formează parametrii procesului de aşchiere. Astfel:  semifabricatul (piesa de prelucrat) este caracterizată de un parametru caracteristic, numit  materialul aşchiat (prelucrat);  cinematica procesului de lucru, ce presupune atât mişcările de aşchiere cât şi poziţia relativă sculă - piesă, este definită prin  parametrii regimului de aşchiere;  scula aşchietoare este caracterizată prin mai mulţi parametri:  forma şi părţile componente;  materialul aşchietor (materialul din care este confecţionată partea activă a sculei);  parametrii geometrici constructivi;  parametrii geometrici funcţionali;  forma şi calitatea suprafeţelor active.  mediul în care se desfăşoară procesul de aşchiere este definit prin parametrul global numit:  mediul de aşchiere. La parametrii mai sus menţionaţi, în legătură directă cu elementele participante şi cu influenţă asupra condiţiilor de desfăşurare, se mai adaugă  secţiunea aşchiei nedetaşate – ce defineşte mărimea stratului de aşchiere. În cele ce urmează se va studia influenţa diferiţilor parametri asupra modului de desfăşurare şi a rezultatelor procesului de aşchiere.

5.1. Materialul prelucrat, ca parametru al procesului de aşchiere Compoziţia chimică şi caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor prelucrate prin aşchiere diferă foarte mult. O prima clasificare a acestora are în vedere natura lor: materiale metalice şi materiale nemetalice. Materialele metalice se pot subclasifica în metale feroase, ce includ fonta şi oţelul şi metale neferoase, precum cuprul şi aliajele sale (alama, bronzul), aluminiu şi aliajele sale, antimoniul etc. Dintre materialele nemetalice prelucrabile prin aşchiere sunt masele plastice, poliamida, teflonul, textolitul, lemnul etc.  Deşi de diverse categorii şi compoziţii chimice, d.p.d.v. al modului de comportare la aşchiere, materialele se pot clasifica în 2 mari categorii:  materiale ductile, în care pot fi citate oţelurile (în cea mai mare parte), cuprul, alama, , poliamida, teflonul ş.a;  materiale fragile, din care pot fi enumerate fonta, unele oţeluri înalt aliate, bronzul, textolitul. Materialele ductile se caracterizează prin formarea unor aşchii continue, deci un proces de Iulian ROMANESCU

2 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

aşchiere caracterizat prin comportare relativ stabilă. Materialele fragile formează aşchii discontinue, procesul de aşchiere căpătând un pronunţat caracter dinamic.  Materialele metalice cu proprietăţi fizico-mecanice superioare se prelucrează prin aşchiere mai greu (forţe mari, productivitate scăzută, costuri mari), în timp ce materialele ductile ridică probleme din punct de vedere al aderării aşchiilor la suprafeţele active ale sculei, al dificultăţilor de evacuare a aşchiilor şi al calităţii suprafeţei aşchiate.  Tehnologia de semifabricare influenţează desfăşurarea procesului de aşchiere. Semifabricatele turnate, prin neuniformitatea adaosului de prelucrare şi prin prezenţa în stratul superficial al unor corpuri străine {incluziuni} (pământ, nisip de turnătorie), se prelucrează mai greu decât semifabricatele laminate. Ţunderul la semifabricatele laminate sau forjate, cu duritate mai mare şi mai neuniformă ca şi prezenţa unor impurităţi influenţează, de asemenea, prelucrarea prin aşchiere.  Compoziţia chimică a materialelor metalice şi prezenţa elementelor de aliere, care pot forma carburi dure, influenţează mult desfăşurarea şi rezultatele aşchierii.  Constituienţii microstructurali ai fontelor şi oţelurilor, respectiv ferita, perlita, cementita, austenita, martensita, bainita, troostita, soorbita, grafitul influenţează în mod direct procesul de aşchiere. Ferita şi perlita în general avantajeaza aşchierea, iar ceilalţi constituienţi pot influenţa negativ procesul de aşchiere. Din acest punct de vedere unele oţeluri şi fonte pot fi prelucrate avantajos prin aşchiere numai prin anumite procedee de prelucrare (cu scule metalice sau cu scule abrazive). Constituienţii structurali obţinuţi prin recoacerea sau normalizarea oţelurilor dure avantajează prelucrarea cu scule metalice, iar constituienţii structurali care rezultă în urma călirii şi revenirii oţelurilor impun ca procedeu de prelucrare abrazarea. Ca urmare, materialele prelucrate prin aşchiere au fost împărţite în două mari categorii:  materiale uşor prelucrabile prin aşchiere;  materiale greu prelucrabile prin aşchiere. Acelaşi material poate fi uşor prelucrabil prin aşchiere prin anumite procedee de prelucrare şi greu prelucrabil prin aşchiere pentru alte procedee de prelucrare. În general, la aprecierea influenţei materialului aşchiat asupra procesului de aşchiere, se folosesc ca mărimi reprezentative duritatea HB şi rezistenţa specifică la rupere Rm (în MPa) sau rezistenţa specifică la curgere Rp02. La materialele metalice de tipul oţelului se foloseşte de obicei rezistenţa specifică la rupere Rm , iar la fonte şi aliaje neferoase se foloseşte de obicei duritatea HB. În raport cu aceşti parametri (Rm sau HB) se consideră material uşor prelucrabil dacă HR ≤ 50 şi Rm ≤ 1200 MPa. Aceste domenii de prelucrabilitate sunt totuşi relative pentru că intervin şi elementele specifice fiecărui procedeu de prelucrare. Astfel, un oţel aliat cu duritatea HRC > 50 se prelucrează greu prin strunjire, burghiere sau frezare, dar se prelucrează relativ uşor cu scule abrazive sau diamantate. Pentru a caracteriza posibilităţile de prelucrare prin aşchiere a materialelor, specialiştii au introdus noţiuni/termeni noi, precum prelucrabilitate prin aşchiere sau aşchiabilitate. Se poate concluziona că materialul aşchiat prin natura sa (fragil sau ductil, omogen sau neomogen, policristalin sau amorf), prin proprietăţile fizico-mecanice (duritate HB, rezistenţă la rupere, conductivitate termică), prin compoziţia chimică şi prin natura, forma, dimensiunile şi distribuţia constituienţilor microstructurali determină în mare măsură modul de desfăşurare a procesului de aşchiere (mărimea forţelor de aşchiere) şi rezultatele aşchierii (precizia şi calitatea suprafeţelor prelucrate). TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 3

5.2. Parametrii regimului de aşchiere Parametrii regimului fac parte din parametrii de bază ai procesului de aşchiere. Ei se realizează prin cinematica sistemului tehnologic MUSDP şi prin poziţia relativă sculă - piesă. Indiferent de procedeul de prelucrare prin aşchiere, regimul de aşchiere este caracterizat prin următorii parametrii: viteza principală de aşchiere v, avansul de aşchiere s şi adâncimea de aşchiere t (fig. 5.1).

Fig. 5.1. Cinematica şi parametrii regimului de aşchiere pentru principalele procedee de prelucrare: (a) – strunjirea longitudinală; (b) – rabotarea plană; (c) – găurirea (burghierea cu burghiu elicoidal cu 2 dinţi); (d) – frezarea (cu freza cilindro-frontală)

 Viteza de aşchiere sau viteza efectivă de aşchiere (ve) sau viteza rezultantă de aşchiere este viteza instantanee pe direcţia rezultantă de aşchiere a unui punct considerat pe tăişul sculei. Se exprimă în [m/min] sau [m/s].  Viteza principală de aşchiere (v), numită şi viteza mişcării principale de aşchiere, este viteza liniară instantanee relativă sculă - piesă pe direcţia mişcării principale a unui punct considerat pe tăişul sculei. Iulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

4 | 44

 Viteza principală de aşchiere este principalul parametru al regimului de aşchiere şi se exprimă în [m/min] sau [m/s]. Mişcarea principală de aşchiere este caracterizată prin frecvenţa n, exprimată în rotaţii pe minut (rot/min) – în cazul mişcărilor principale circulare şi în curse duble pe minut (c.d./min) pentru mişcările rectilinii alternative.  În cazul mişcării principale rectilinii alternative, constituită dintr-o cursă activă cu viteza va şi o cursă de revenire – inactivă, de viteză vi, curse efectuate pe lungimea L [mm], viteza principală de aşchiere se calculează cu relaţia: 1 k L  n  , [m/min] k 1000 vi k 1 va

v

în care:

(5.1) (5.2)

reprezintă raportul dintre viteza în cursa de înapoiere (cursa inactivă) şi viteza din cursa activă, în care se produce aşchierea (va = v). Mişcarea principală de aşchiere rectilinie alternativă poate fi realizată:  cu viteză uniformă (k = ct = 1) în cazul maşinilor de rabotat longitudinal şi a celor de mortezat, când viteza se calculează cu relaţia: v

2 Ln , 1000

[m/min]

(5.3)

 sau cu viteză variabilă – în cazul maşinilor de rabotat transversal, când vi ≥ va , respectiv k > 1 (timpul neproductiv este mai mic decât cel productiv), când se acceptă utilizarea relaţiei (5.3) pentru calcularea valorii medii a vitezei.  În cazul mişcărilor principale circulare (furnizate de cuplele cinematice fus - lagăr) viteza tangenţială a mişcării principale de aşchiere se calculează cu relaţia: v

 Dn , 1000

[m/min]

(5.4)

în care D (în mm) reprezintă diametrul elementului (scula aşchietoare sau semifabricatul), ce execută mişcarea principală de rotaţie.  Avansul de aşchiere (s) Indiferent de tipul mişcării de avans, se defineşte avansul de aşchiere (s) ca reprezentând mărimea deplasării relative sculă - piesă pe direcţia mişcării de avans, la un ciclu al mişcării principale (rotaţie sau cursă dublă). Avansul de aşchiere se exprimă în mm/rot (pentru mişcări principale circulare) şi mm/c.d. (pentru mişcări principale rectilinii alternative) – dacă mişcare de avans este rectilinie şi în grade/rot sau grade/c.d. – dacă mişcarea de avans este circulară. Există şi cazuri în care mişcarea de avans lipseşte, fiind substituită de construcţia specială a sculei (ex: broşarea).  Viteza de avans (vs) este viteza instantanee relativă sculă - piesă în direcţia mişcării de avans. Dacă mişcarea de avans este simultană cu mişcarea principală de aşchiere (ex: strunjirea, burghierea, alezarea, ş.a.) ea este continuă, iar viteza de avans este constantă în mărime şi sens şi se poate exprima în funcţie de frecvenţa n a mişcării principale şi de avansul s. vs  n  s , [mm/min] (5.5) Pentru sculele aşchietoare cu mai mulţi dinţi aşchietori (z) se defineşte avansul pe dinte: sz 

s , z

(5.6) TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 5

 La realizarea mişcării efective (rezultante) de aşchiere sunt posibile două cazuri distincte:  realizarea mişcării/mişcărilor de avans simultan cu mişcarea principală (caracterizează majoritatea procedeelor de prelucrare);  realizarea mişcării/mişcărilor de avans în mod intermitent, înaintea fiecărei curse active a mişcării principale. În acest caz, mişcarea de avans se produce practic în afara fazei de aşchiere (ex: rabotarea, mortezarea). În consecinţă, pentru calcularea vitezei efective (rezultante), vor fi utilizate relaţiile:      în primul caz: ve  v  vs '  vs"   (5.6) (5.7)  în cazul al doilea ve  v La majoritatea procedeelor de prelucrare (strunjire, burghiere, frezare) există o singură mişcare de avans, drept pentru care viteza efectivă se calculează cu relaţia: (5.6’) ve  v  v s Având în vedere că viteza de avans este pronunţat mai mică decât viteza principală, la proiectare se admite ca viteza de aşchiere ve să se considere egală cu viteza principală v.  Adâncimea de aşchiere (t) este distanţa dintre suprafaţa generată şi suprafaţa de aşchiat, măsurată perpendicular pe suprafaţa prelucrată (perpendicular pe direcţia mişcării de avans). Adâncimea de aşchiere poate fi definită şi ca grosimea stratului de material îndepărtat la a trecere a sculei. Valorile adâncimii de aşchiere sunt limitate de rezistenţa elementelor componente ale sistemului M.U.S.D.P. şi se stabilesc/fixează la începutul aşchierii, prin mişcarea de reglare. Se notează cu t şi se măsoară în mm.  Lăţimea de frezare (B) – mărime utilizată la operaţia de frezare, este distanţa dintre suprafaţa generată şi suprafaţa de aşchiat, definită într-un plan perpendicular pe direcţia de avans şi măsurată pe direcţie paralelă cu axa frezei. În acest caz, adâncimea de aşchiere t se măsoară în acelaşi plan normal la s, dar perpendicular pe B (v. fig. 5.1, d)1. În cazul unor procedee complexe de prelucrare prin aşchiere, în care există mai multe mişcări de avans (mişcări interdependente între sculă şi semifabricat) – cum ar fi danturarea roţilor dinţate – e mai dificilă reprezentarea parametrilor regimului, în special a mărimii avansului.

5.3. Construcţia şi geometria sculelor aşchietoare Scula aşchietoare participă în mod direct la generarea suprafeţei de prelucrat prin transformarea adaosului de prelucrare în aşchii. Ca urmare, elementele sale constructiv-geometrice influenţează, alături de materialul aşchietor, modul de desfăşurare şi rezultatele aşchierii şi se constituie ca parametri ai procesului de aşchiere.

5.3.1. Părţile componente şi elementele constructive ale sculelor aşchietoare Diversitatea procedeelor de prelucrare prin aşchiere şi multitudinea formelor geometrice şi a dimensiunilor pieselor de prelucrat au condus la o gama largă de tipuri de scule. Cu toate acestea, având în vedere acelaşi scop final pentru care au fost create, se poate afirma că sculele aşchietoare sunt compuse din 3 părţi:  partea activă; Unii specialişti utilizează, în cazul frezării, termenii adâncimea radială de aşchiere (în locul adâncimii de aşchiere t) şi adâncimea axială de aşchiere (în locul lăţimii de frezare B). 1

Iulian ROMANESCU

6 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

 partea de poziţionare-fixare pe maşina-unealtă;  corpul sculei. Procedeul de prelucrare, mişcările de generare, poziţia relativă sculă - piesă, dispozitivele de orientare-fixare ale sculelor au condus la o varietate largă a formei şi dimensiunilor celor trei părţi componente (fig. 5.2).  Spre exemplu, cuţitul de strung (fig. 5.2, a) a căpătat forma actuală din necesitatea de a materializa dintele (scula - pană) la care s-a ataşat un corp pentru poziţionarea şi fixarea pe maşinaunealtă. Din aceleaşi considerente s-au dezvoltat diverse forme de scule cu unul sau mai mulţi dinţi.  Partea activă a sculei (1) participă în mod direct la transformarea adaosului de prelucrare în aşchii (la deformarea şi detaşarea/desprinderea aşchiilor) (la desfăşurarea procesului de aşchiere/generare), în prezenţa mişcărilor relative sculă-semifabricat. Este formată din partea aşchietoare şi partea de ghidare - calibrare.  Partea aşchietoare este concretizată prin unul sau mai mulţi dinţi aşchietori şi tot atâtea suprafeţe, canale sau spaţii de cuprindere şi evacuare a aşchiilor (v. notaţia 1a din fig. 5.2, c şi d).  Partea de ghidare - calibrare, prezentă numai la anumite scule, are rol de autoghidare a sculei în timpul aşchierii şi de curăţire/netezire a suprafeţei aşchiate şi este concretizată prin faţete care mărginesc dinţii aşchietori (v. notaţia 1b din fig. 5.2, c) sau chiar dinţi destinaţi acestui scop (v. notaţia 1b din fig. 5.2, d). La unele scule, partea de calibrare - ghidare se confundă cu partea aşchietoare sau lipseşte (v. fig. 5.2, a şi b). Deseori, pe partea activă a sculei sunt dispuse praguri sau canale pentru răsucirea (spiralarea) şi fărâmiţarea (fragmentarea) aşchiilor, cât şi pentru dirijarea lor după direcţii bine determinate (v. fig. 5.2, a).  Partea de poziţionare – fixare (2 în fig. 5.2), care se confundă uneori cu corpul sculei, serveşte la poziţionarea şi fixarea sculei pe maşina-unealtă, într-un suport, pe un arbore sau dorn port-sculă, într-un mod convenabil faţă de semifabricat, în vederea prelucrării acestuia. Ea este realizată sub forma unui corp prismatic(v. fig. 5.2, a şi d), un corp de revoluţie cilindric sau conic (v. fig. 5.2, c) sau alezaj cilindric sau conic (v. fig. 5.2, b), cu sau fără elemente de antrenare (antrenor – la burghie; canale de pană – la frezele cu poziţionare pe alezaj).  Corpul sculei (3), prismatic sau de revoluţie, are rolul de a reuni, într-un ansamblu rigid şi rezistent, partea activă şi partea de poziţionare - fixare. Pe corpul sculei se pot practica direct tăişurile sau se pot asambla – nedemontabil (prin lipire tare) sau prin fixare mecanică – plăcuţe aşchietoare, ori dinţi cu plăcuţe aşchietoare.  În afară de cele trei părţi importante prezentate, la o sculă aşchietoare se mai definesc axa sculei şi suprafaţa de sprijin.  Axa sculei (v. notaţia OO1 din fig. 5.2), prezentă la sculele de revoluţie, este axa imaginară de simetrie, utilizată la executarea, controlul, fixarea şi reascuţirea sculei.  Suprafaţa de sprijin este suprafaţa plană, cilindrică sau conică, ce mărgineşte partea de poziţionare - fixare, cu rol în orientarea şi fixarea sculei în dispozitiv, în vederea execuţiei, măsurării, reascuţirii şi a lucrului efectiv.  Elementele constructiv-geometrice ale dintelui aşchietor Dintele aşchietor, prin materialul din care este executat şi prin elementele sale constructivgeometrice determină în cea mai mare măsură modul de desfăşurare şi rezultatele aşchierii. Principalele elemente constructiv-geometrice ale unui dinte aşchietor sunt suprafeţele (feţele) de degajare şi de aşezare şi muchia aşchietoare (fig. 5.3).  Faţa (suprafaţa) de degajare (Aγ) este suprafaţa părţii aşchietoare a sculei pe care alunecă şi TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 7

sunt îndepărtate aşchiile din zona de aşchiere. Poate fi o suprafaţă plană sau curbă, cu sau fără faţetă (fig. 5.4). Faţetele (înguste de câteva zecimi de mm) au orientare diferită faţă de suprafaţa de degajare (în mod frecvent γ0 < γ) şi servesc la îmbunătăţirea rezistenţei termomecanice a muchiei aşchietoare (tăişul activ).

Fig. 5.2. Părţile componente ale sculelor aşchietoare: (1) – partea activă; (2) – partea de poziţionarefixare; (3) – corpul sculei. (a) – cuţit pentru strunjire; (b) – burghiu elicoidal cu coadă conică; (c) – freză cilindro-frontală cu alezaj; (d) – broşă pentru canal de pană Iulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

8 | 44

a

b

Fig. 5.3. Elementele constructiv-geometrice ale dintelui aşchietor  Faţa (suprafaţa) de aşezare principală (Aα) este suprafaţa părţii aşchietoare a sculei orientată spre suprafaţa instantanee de aşchiere de pe semifabricat. Poate fi o suprafaţă plană sau curbă, cu sau fără faţetă, orientată la un unghi α0 (0 < α0 < α) (fig. 5.4, b). Faţeta are rolul de a îmbunătăţi contactul dintre suprafaţa de aşezare şi suprafaţa instantanee de aşchiere, în scopul diminuării vibraţiilor. Uneori dintele aşchietor are suprafaţa de aşezare în trepte, cu scopul de a evita interferenţa cu suprafaţa prelucrată, dar păstrând geometria optimă în vecinătatea tăişului (cazul cuţitelor de strunjire interioară pentru diametre mici) (fig. 5.5), ori pentru a permite reascuţirea a b c (refacerea calităţii aşchietoare) Fig. 5.4. Forma suprafeţelor active ale dintelui aşchietor: (a) – fără plăcuţelor din CMS brazate (fig. faţete; (b) – cu faţetă de degajare; (c) – cu faţetă de aşezare 5.6).  Faţa (suprafaţa) de aşezare secundară (A’α) este suprafaţa părţii aşchietoare a sculei orientată spre suprafaţa generată.  Muchia aşchietoare (m.a.), obţinută ca intersecţie a feţei (feţelor) de degajare cu feţele de aşezare, realizează, în prezenţa mişcării de aşchiere, tăierea (decuparea) adaosului de prelucrare. Ea materializează planul de grosime infinit mică ce caracterizează aşchierea ideală şi trebuie să posede o bună capacitate de tăiere. Muchia aşchietoare este formată din două sau mai multe tăişuri, rectilinii şi/sau curbilinii.  Tăişul este partea din muchia aşchietoare ce rezultă ca intersecţie între faţa de degajare şi una din feţele de aşezare. În funcţie de contribuţia la desfăşurarea procesului de aşchiere, tăişurile pot fi active sau inactive, principale, secundare, generatoare, de trecere şi auxiliare (v. fig. 5.3):  Tăişul principal (T) reprezintă partea muchiei aşchietoare cu cea mai mare contribuţie la TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 9

transformarea în aşchii a adaosului de prelucrare; este orientat în sensul mişcării de avans. Tăişul principal reprezintă fizic intersecţia feţei de degajare (Aγ) cu faţa de aşezare principală (Aα).  Tăişul secundar (T’) nu participă în mod direct la procesul de aşchiere, dar asigură o construcţie rezistentă pentru dintele sculei. El este materializat de intersecţia feţei de aşezare secundare (Aα’) cu faţa de degajare (Aγ) şi este orientat în direcţie opusă tăişului principal. De forma şi calitatea acestui tăiş depinde în cea mai mare măsură rugozitatea suprafeţei prelucrate.  Tăişul de trecere (T0) este un tăiş de lungime mică, practicat în scopul rigidizării muchiei şi pentru realizarea unei calităţi superioare a suprafeţei. Este un tăiş netezitor.  Tăişul auxiliar (T1) este practic obţinut din tăişul principal (T) şi are rolul de a conferi muchiei aşchietoare o rezistenţă termo-mecanică sporită. Tăişurile ce formează muchia aşchietoare pot fi rectilinii sau curbilinii, iar fiecăruia îi corespunde câte o suprafaţă de aşezare: principală Aα, secundară A’α, de trecere Aα0, auxiliară Aα1 (v. fig. 5.3, a). În general, muchia aşchietoare are în componenţă un tăiş principal T şi un tăiş secundar T’, dar, în cazul muchiilor complexe, mai poate conţine, suplimentar, un tăiş de trecere (generator) T0 şi/sau un tăiş auxiliar T1 (v. fig. 5.3, b).

Fig. 5.5. Geometria cuţitului de strunjire interioară cu suprafaţa de aşezare în trepte

Fig. 5.6. Suprafaţă de aşezare în trepte la dintele aşchietor armat cu plăcuţă din CMS brazată

  La un dinte aşchietor se definesc unul sau mai multe vârfuri, ca intersecţie a două tăişuri successive. Vârfurile ce participă la generarea suprafeţei de prelucrat se numesc vârfuri principale sau generatoare (A şi B pentru cuţitul din fig. 5.3, b). De obicei, se utilizează dinţi aşchietori cu un singur vârf, obţinut ca parte de legătură între tăişul principal şi cel secundar (fig. 5.7). Vârful poate avea o formă rotunjită, caracterizată de raza la vârf rε (v. fig. 5.7, a) sau poate fi obţinut ca intersecţie neracordată (v. fig. 5.7, b).  Raza de rotunjire (bontire) a tăişului ρ, măsurată într-un plan normal la tăiş, este raza nominală a rotunjirii ce rezultă la intersecţia feţei de degajare cu faţa de aşezare, datorită în special posibilităţilor tehnologice actuale de ascuţire şi reascuţire a sculelor (fig. 5.8).

5.3.2. Parametrii geometrici constructivi ai dintelui aşchietor Parametrii geometrici ce caracterizează partea activă a sculei sunt: unghiurile părţii aşchietoare; forma feţelor active (de aşezare şi de degajare); forma faţetelor şi a tăişurilor; razele de vârf şi de rotunjire (bontire); forma şi dimensiunile canalelor de cuprindere şi evacuare a aşchiilor. Pentru a caracteriza elementele geometrice al dintelui aşchietor, considerate ca elemente Iulian ROMANESCU

10 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

independente sau dependente de procesul de aşchiere, sunt definite mai multe sisteme de referinţă:  sistemul de referinţă constructiv;  sistemul de referinţă pasiv ;  sistemul de referinţă cinematic (conform STAS) sau funcţional (conform vechii denumiri). Ca urmare, după sistemul de referinţă la care se raportează, pe dintele aşchietor se disting mai multe categorii de unghiuri:  unghiurile constructive – definesc geometria dintelui aşchietor considerat ca un corp geometric independent (în afara procesului efectiv de aşchire). Ele caracterizează strict scula aşchietoare prin desenul de execuţie al acesteia şi rezultă în urma ascuţirii sau reascuţirii ei;  unghiuri pasive (efective) – sunt determinate de geometria constructivă a sculei şi de poziţia relativă sculă - piesă, în absenţa procesului de aşchiere (fără a lua în considerare mărimile vitezelor de lucru). La poziţionarea corectă/normală a sculei în suport şi în raport cu piesa semifabricat, unghiurile pasive sunt identice cu cele constructive;  unghiurile funcţionale – caracterizează geometria sculei în procesul de aşchiere propriuzis şi au în vedere condiţiile concrete în care se desfăşoară acesta (geometria constructivă, poziţia relativă sculă - semifabricat cât şi cinematica procesului de aşchiere).

a b Fig. 5.7. Forma vârfului dintelui aşchietor: cu rază (a) şi fără rază (b) la vârf

Fig. 5.8. Raza de rotunjire a tăişului

În general, indiferent de sistemul în care sunt definite, unghiurile caracteristice dintelui aşchietor se măsoară/se definesc în plane de referinţă bine precizate care, la rândul lor, se stabilesc în raport cu anumite sisteme de axe de coordonate. Pentru fiecare sistem există o direcţie ce este luată ca referinţă / ca reper / ca direcţie de plecare, ea fiind (după caz) direcţia principală de aşchiere sau direcţia (rezultantă) de aşchiere. În altă ordine de idei, trebuie avut în vedere că geometria dintelui aşchietor depinde de poziţia punctul considerat pe muchia aşchietoare, punct ales ca origine a sistemului de axe de coodonate (sistem rectangular drept, în general) şi, prin urmare, ca origine / punct de intersecţie a planelor de referinţă. Punctul M considerat ca origine a sistemului de coordonate poate fi ales în vârful dintelui aşchietor sau oriunde pe muchia aşchietoare şi, în funcţie de poziţia sa, permite definirea / stabilirea geometriei tăişului respectiv (principal, secundar, auxiliar etc.). TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 11

 Sistemul de referinţă constructiv Sistemul de referinţă constructiv ataşat dintelui aşchietor, pentru poziţia normală a acesteia în raport cu semifabricatul şi cu sistemul de fixare pe maşina-unealtă, este în general un sistem triortogonal drept, cu originea în punctul M ales pe un tăiş, în care axa Mz coincide cu direcţia mişcării principale (sau tangentă) de aşchiere (considerată a fi executată de scula aşchietoare), axa Mx este orientată pe direcţia şi în sensul mişcării de avans (sau a avansului principal, dacă există două mişcări de avans), iar axa My completează, prin poziţie şi orientare, sistemul rectangular drept. Sistemului de axe Mxyz i se ataşează un sistem de referinţă constructiv, format din trei plane de referinţă: planul de bază [B]; planul tăişului [T] şi planul de măsurare constructiv (secant) [S], plane care se intersectează în acelaşi punct M, ales pe muchia aşchietoare (fig. 5.9).  Planul de bază constructiv [B] conţine punctul M considerat pe tăiş (originea sistemului de referinţă constructiv) şi este perpendicular pe direcţia principală de aşchiere Mz.  Planul de măsurare constructiv (planul secant) [S] trece prin punctul M considerat pe tăiş şi este perpendicular pe planul de bază [B]. Prin unica condiţie de a fi perpendicular pe planul de bază, planul secant este de fapt un fascicul de plane, ce au ca element comun direcţia principală Mz. Poziţia generală, oarecare, a planului secant este mai puţin utilizată în definirea geometriei constructive a unei scule aşchietoare. În mod frecvent, sunt utilizate câteva poziţii particulare ale planului secant [S]. Astfel, prin rotirea planului secant general în jurul azei Mz, se ajunge la poziţia particulară de tangenţă la tăiş, numită planul tăişului [T].

Fig. 5.9. Sistemul de referinţă constructiv al sculei aşchietoare

Prin urmare, se defineşte  planul tăişului [T] ca fiind planul normal pe planul de bază constructiv [B] şi tangent la tăiş în punctul M considerat. Prin rotirea în continuare a planului secant [S] în jurul axei Mz se găseşte o altă poziţie particulară, în care planul devine normal la planul tăişului [T]; este planul secant normal [N]. În mod frecvent, la definirea geometriei constructive a sculelor, în sistemul de referinţă se Iulian ROMANESCU

12 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

utilizează planul de baza [B]2, planul tăişului [T] şi planul secant normal [N]. În acest caz, cele trei plane constructive formează un triedru drept, cu vârful în punctul M. Sunt definite şi alte poziţii particulare ale planului secant, utilizate de obicei la reglarea dispozitivelor de ascuţire - reascuţire a sculelor:  planul secant [SX], este planul secant ce are ca normală axa My;  planul secant [SY], este planul secant ce are ca normală axa Mx. Observaţii:  Poziţia planelor constructive [T] şi [S] (sau [N]; [SX]; [SY]) şi, prin urmare, şi mărimea unghiurilor constructive (definite în aceste plane), este în principiu diferită de la un punct M la altul, de-a lungul aceluiaşi tăiş (a se vedea tăişul curbiliniu), motiv pentru care trebuie precizată cu exactitate poziţia pe tăiş a punctului generic M, în care se definesc unghiurile constructive.  Planele constructive se definesc pentru fiecare tăiş, căpătând denumirea tăişului respectiv: plan ... principal, plan ... secundar, plan ... auxiliar, plan ... de trecere, iar notarea se face cu indicele corespunzător tăişului (v. fig. 5.3, a).  Unghiurile constructive – definite şi măsurate în planele sistemului de referinţă constructiv, se pot grupa în:  unghiuri pentru definirea poziţiei tăişului;  unghiuri pentru precizarea poziţiei feţei de aşezare şi a celei de degajare.  Unghiurile de poziţie ale tăişului Pentru definirea poziţiei fiecărui tăiş se utilizează următoarele unghiuri: unghiul de atac κ; unghiul la vârf εr ; unghiul de înclinare λ (fig. 5.10).  Unghiul de atac (Κ) al tăişului este unghiul definit în planul de bază constructiv [B] şi măsurat (în punctul M) între planul tăişului [T] şi direcţia Mx (direcţia avansului principal)3. Unghiul de atac constructiv se defineşte pentru fiecare tăiş şi capătă denumirea corespunzătoare acestuia: unghi de atac principal Κ, unghi de atac secundar Κ’, unghi de atac auxiliar Κ1, unghi de atac de trecere Κ0.  Unghiul de vârf (la vârf) (εr) este unghiul, definit în planul de bază constructiv [B] şi măsurat între planele tăişurilor ce delimitează vârful respectiv al dintelui aşchietor (sau unghiul măsurat între urmele celor două tăişuri vecine pe planul de bază constructiv). Între unghiurile Κ, Κ’ şi εr există relaţia evidentă: (5.4)    ' r  180  Poziţia tăişului principal faţă de corpul sculei este caracterizată de unghiul complementar de atac (ψ), măsurat în planul de bază [B] între planul tăişului [T] şi planul secant [SY]. Pentru orice punct M considerat pe tăişul principal este valabilă relaţia:     90 (5.5)  Unghiul de înclinare al tăişului (λ) este unghiul definit în planul tăişului [T] şi măsurat între planul de bază [B] şi urma tăişului în [T]4. Stabilirea corectă a poziţie planului de bază [B] se face prin raportarea la direcţia principală de aşchiere Mz şi nu la suprafaţa de sprijin a sculei, care numai în cazuri particulare este paralelă cu planul de bază (cazul cuţitelor de strung şi de rabotat). 3 La strunjire există două direcţii posibile de avans (longitudinal şi transversal), dintre care avansul longitudinal (în lungul axei Ox) se consideră ca fiind avansul principal. 4 Unghiul de înclinare mai poate fi definit şi altfel: este unghiul măsurat în [T], între [B] şi tangenta la tăiş în punctul M, conţinută în planul [T]. 2

TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 13

Fig. 5.10. Reprezentarea unui dinte aşchietor în planele de referinţă constructive, cu evidenţierea unghiurilor de poziţie ale tăişurilor şi ale feţelor de degajare şi de aşezare (cu 1, 2, 2’ şi 3 este marcată ordinea de reprezentare grafică a proiecţiilor)

La fel ca la unghiul de atac Κ, unghiul de înclinare λ se defineşte pentru fiecare tăiş şi primeşte denumirea tăişului respectiv.  Unghiurile de poziţie ale suprafeţelor active (faţa de degajare şi faţa de aşezare) Unghiurile care precizează poziţia feţelor de degajare şi de aşezare se definesc în planul secant (în mod frecvent, în planul secant normal [N]) şi sunt: unghiul de degajare, unghiul de aşezare, unghiul de ascuţire şi unghiul de aşchiere (v. fig. 5.10).  Unghiul de degajare constructiv (γ) este definit în planul secant [S] şi se măsoară între planul tangent în punctul M la faţa de degajare Aγ şi planul de bază [B] ce conţine acest punct. Pentru poziţiile particulare ale planului secant, unghiul de degajare se notează cu indicele corespunzător acestuia: γN – în planul [N]; γX – în planul [SX]; γY – în planul [SY].  Unghiul de aşezare constructiv (α) este definit în planul secant [S] şi se măsoară între planul Iulian ROMANESCU

14 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

tangent la faţa de aşezare Aα în punctul M dat şi planul tăişului [T] prin acel punct. Se măsoară în acelaşi plan secant cu unghiul γ şi se notează după caz cu α, αN, αX, αY,  Unghiul de ascuţire (de pană) constructiv (β), măsurat în planul secant [S], este unghiul dintre planul tangent la faţa de aşezare Aα în punctul M şi planul tangent la faţa de degajare Aγ în acelaşi punct. Se măsoară în acelaşi plan secant cu unghiurile de degajare γ şi de aşezare α şi se notează după caz cu β, βN, βX, βY.  Unghiul de aşchiere constructiv (δ), definit în acelaşi plan secant cu γ, α, β, este unghiul dintre planul tangent la faţa de degajare a sculei şi planul tăişului [T], în punctul M considerat. După caz, capătă notaţiile δ, δN, δX, δY. Pentru determinarea unghiurilor constructive ale cuţitelor de strung, se utilizează un dispozitiv special (MASSI), ce permite măsurarea unghiului de atac К – în [B], a unghiurilor de aşezare αN şi de degajare γN – în [N] şi a unghiului de înclinare λ – în [T]. Unghiul la vârf εг – în [B] şi unghiurile de ascuţire β şi de aşchiere δ – în [N] se calculează ulterior din relaţiile 5.4 şi, respectiv. 5.6 şi 5.7:       90 (5.6)     90 (5.7)  În afara elementelor prezentate, asupra modului de defăşurare a procesului de aşchiere influenţează alte două unghiuri de bază, care au în vedere dispunerea dinţilor aşchietori pe corpul sculei (la sculele cu mai mulţi dinţi):  unghiul de înclinare al dinţilor ω (v. fig. 5.5b şi 5.5c);  unghiul φ dintre doi dinţi succesivi (pasul unghiular) (v. fig. 5.5b). Valorile acestor unghiuri influenţează în general uniformitatea desfăşurării aşchierii si se constituie ca parametri ai procesului de aşchiere. Împreună cu unghiurile suprafeţelor active şi tăişurilor formează geometria constructivă a sculei aşchietoare.  Observaţii asupra unghiurilor constructive 1. Unghiurile de atac Κ, Κ’, Κ0, … şi unghiurile de vârf εг – măsurate în [B] sunt, prin definiţie, considerate pozitive5. 2. Unghiul de degajare γ, ca unghi de înclinare a feţei de degajare în raport cu planul de bază, capătă valori negative sau pozitive, semnul lui fiind impus, prin convenţie, de mărimea unghiului de aşchiere δ (v. rel. 5.7.): pentru δ < 90o , efectul de pană al sculei este mai accentuat şi se consideră γ pozitiv, iar pentru δ > 90o se consideră γ negativ (în planul secant din fig. 5.10. s-a prezentat cazul γ pozitiv). 3. Ţinând cont că planul de măsurare constructiv (secant) [S] poate ocupa orice poziţie particulară – cu condiţia de a conţine punctul M şi de a fi perpendicular pe planul de bază [B] – se observă că planul tăişului [T] este de fapt un caz particular de plan secant. Rezultă implicit că unghiul de înclinare λ (definit în [T]) este un caz particular de unghi de degajare. De aceea, semnul unghiului de înclinare λ respectă aceeaşi regulă ca unghiul γ: λ este negativ când tăişul, în mişcarea lui, precede vârful sculei şi pozitiv când vârful sculei aşchietoare precede tăişul (fig. 5.11). 4. Unghiurile constructive constituie, alături de celelalte dimensiuni ale sculei, elemente obligatorii pe desenul de execuţie. 5. În cazul sculelor cu mai multe vârfuri pe un dinte aşchietor (broşe, freze melc, cuţite de strung pentru retezare, cuţite de raboteză ş.a.), unghiurile tăişurilor şi semnele lor se stabilesc în raport cu 5

Nu există noţiunea de unghi de atac negativ. TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 15

un vârf considerat pe dinte.

a b c Fig. 5.11. Semnul unghiului de înclinare λ al tăişului la un dinte aşchietor)

5.3.3. Parametrii geometrici funcţionali ai dintelui aşchietor La stabilirea sistemului de referinţă constructiv (a axelor de coordonate şi a planelor constructive) s-a considerat scula aşchietoare ca un corp independent (în afara procesului de lucru), iar mişcările de lucru au fost considerate numai ca direcţie şi sens ‒ pentru stabilirea direcţiilor Mz şi Mx ‒ nu însă şi ca valoare; în acelaşi timp, poziţia sculei faţă de semifabricat şi direcţiile de mişcare sunt cele normale. Geometria funcţională a dintelui aşchietor ia în consideraţie geometria constructivă, poziţia relativă sculă – semifabricat, dar şi cinematica procesului (mărimea componentelor vitezei de aşchiere). Teoretizând, geometria funcţională va ţine cont de mişcarea relativă sculă – piesă, definită prin vectorul viteză de aşchiere (viteză rezultantă de aşchiere): (5.8) 𝑣⃗ = 𝑣𝑥 𝑖⃗ + 𝑣𝑦 𝑗⃗ + 𝑣𝑧 𝑘⃗⃗ în care vx, vy, vz sunt componentele scalare ale vitezei pe cele 3 direcţii ale sistemului triortogonal drept Mxyz, iar 𝑖⃗, 𝑗⃗ şi 𝑘⃗⃗ sunt versorii axelor respective. Practic, se va ţine cont de vectorul vitezei principale de aşchiere 𝑣⃗ şi vectorul vitezei de avans 𝑣 ⃗⃗⃗⃗: 𝑠 (5.9) 𝑣𝑒 = 𝑣⃗ + 𝑣 ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗𝑠 Pentru definirea geometriei funcţionale într-un punct M de pe muchia aşchietoare a dintelui, se amintesc 2 plane cunoscute deja:  planul [FA] tangent în M la faţa de aşezare a sculei;  planul [FD] tangent în M la suprafaţa de degajare şi se definesc două noi plane ce trec prin punctul M:  planul de presiune [P], ce are ca normală viteza rezultantă de aşchiere 𝑣⃗ e  planul de aşchiere [A], ce este perpendicular pe planul de presiune [P] şi tangent în punctul M la tăiş. Este deci un plan ce conţine direcţia rezultantă de aşchiere şi este tangent la suprafaţa instantanee de aşchiere. În cazul general, de existenţă a unei singure mişcări de avans efectuată pe direcţie normală la mişcarea principală, unghiul diedru format între planul de presiune [P] şi planul de bază [B] este egal cu unghiul θ format între viteza principală şi viteza efectivă/rezultantă de aşchiere: 𝑣𝑠 (5.10) 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑣 Iulian ROMANESCU

16 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

Comparând aceste noi plane funcţionale cu planele sistemului constructiv, se poate afirma că sistemul de referinţă funcţional este alcătuit din trei plane:  planul de presiune [P], a cărui normală coincide cu direcţia vectorului viteză de aşchiere (rezultantă) 𝑣⃗ e ‒ plan corespunzător planul de bază [B] din sistemul de referinţă constructiv;  planul de aşchiere [A], care conţine vectorul 𝑣⃗ e şi este tangent la suprafaţa instantanee de aşchiere ‒ similar planului tăişului [T] din sistemul constructiv;  planul secant funcţional [Sf], care conţine vectorul 𝑣⃗ e, deci este perpendicular pe planul de presiune [P] ‒ plan similar cu planul secant din sistemul constructiv. În aceste condiţii, în sistemul de referinţă funcţional pot fi definite următoarele unghiuri:  unghiul de aşezare funcţional αf ‒ este definit în planul secant [Sf], între planul tangent la suprafaţa de aşezare [FA] şi planul de aşchiere [A] (direcţia vectorului 𝑣⃗ e);  unghiul de degajare funcţional γf ‒ definit în planul secant [SF], între planul tangent la suprafaţa de degajare [FD] şi planul de presiune [P];  unghiul de atac funcţional Kf ‒ măsurat în planul de presiune [P] între planul de aşchiere [A] şi direcţia rezultantă de avans (se consideră cazul general al simultaneităţii mai multor mişcări de avans, cu o viteză rezultantă de avans vxy, conţinută în planul de bază constructiv);  unghiul de înclinare funcţional λf ‒ măsurat în planul de aşchiere [A], între tangenta T la tăiş şi planul de presiune [P]. În mod asemănător, se pot defini unghiul de aşchiere funcţional δf şi unghiul de ascuţire funcţional βf, definite în planul secant funcţional [Sf].

Exemple de determinare a unghiurilor funcţionale În practica prelucrărilor prin aşchiere apar dese cazuri în care mişcarea de avans are valoare mare, ceea ce conduce la diferenţe apreciabile între valorile unghiurilor funcţionale şi cele constructive. Este cazul strunjirii longitudinale sau transversale cu avansuri mari, strunjirea filetelor cu pas mare, detalonarea dinţilor frezelor profilate, ori situaţii în care scula aşschietoare nu respectă ‒ din condiţii voite sau nu – poziţia normală/standard, cu vârful „la linia centrelor” (lucrul cu vârful sculei subînălţat sau supraînălţat faţă de axa semifabricatului).  Influenţa vitezei de avans asupra unghiurilor funcţionale. A La strunjirea cilindrică cu avans longitudinal (fig. 5.12), prin sumarea vitezei principale cu viteza de avans, traiectoria descrisă de un punct M de pe tăiş este o elice cilindrică. Viteza rezultantă de aşchiere ve, tangentă la suprafaţa instantanee de aşchiere şi la elice, va fi cu atât mai înclinată faţă de direcţia principală de aşchiere cu cât raportul dintre viteza de avans vs şi viteza principală v este mai mare. În figura 5.12 a fost considerat un caz particular, de utilizare a unui cuţit cu unghiul λ = 0º şi unghiul de atac principal κ = 90º, caz în care planul secant normal (constructiv) [N] în punctul M de pe tăişul principal este identic cu planul secant funcţional [Sf] şi conţin vectorii viteză principală v, viteză de avans vs şi viteză efectivă ve. Se poate uşor observa în secţiunea N-N diferenţa dintre unghiurile funcţionale αNf, γNf şi cele constructive αN, γN: unghiul de degajare funcţional creşte cu unghiul θ dintre planul de bază şi cel de presiune, iar unghiul de aşezare funcţional scade cu aceeaşi valoare. B Strunjirea cu avans transversal Chiar dacă vârful cuţitului se află în poziţie normală (standard) ‒ în acelaşi plan orizontal cu axa semifabricatului, la strunjirea cu avans transversal (cazul prelucrării unei suprafeţe plane frontale cu generatoare cinematică, cazul generării unei suprafeţe cilindrice înguste cu Γ materializat, ori la debitarea/retezarea pe strung) (fig. 5.13), pe măsură ce diametrul piesei se TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 17

micşorează, viteza principală scade (la menţinerea constantă a turaţiei piesei) şi creşte continuu unghiul θ dintre viteza rezultantă de aşchiere şi viteza principală, astfel încât creşte continuu unghiul de degajare funcţional şi scade continuu unghiul de aşezare αf.

Fig. 5.12. Unghiurile funcţionale la strunjirea cilindrică cu avans longitudinal

Fig. 5.13. Unghiurile funcţionale la strunjirea cu avans transversal

Dacă s-ar continua avansarea sculei până în apropierea centrului piesei cu menţinerea constantă a avansului şi fără creşterea vitezei principale, s-ar atinge valori negative ale unghiului αf, ceea ce ar cauza distrugerea sculei sau/şi a piesei. La maşinile-unelte automate şi cu CN se evită astfel de situaţii, prin creşterea continuă a turaţiei piesei pe măsură ce tăişul se apropie de axa de rotaţie. C Frezarea cilindrică cu freza cu dinţi drepţi NU Examen La frezarea cilindrică cu freza cu dinţi drepţi, planul normal la axa sculei conţine vectorul viteză principală de aşchiere, viteză de avans (şi viteză efectivă). Dacă vectorul vs este identic ca direcţie şi modul pentru oricare dinte din aşchiere, vectorul viteză principală ‒ tangent la cercul înfăşurător al vârfurilor dinţilor ‒ are poziţia diferită, în funcţie de poziţia unghiulară a dintelui (fig. 5. 14). Iulian ROMANESCU

18 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

NU ExamFig. 5.14. Variaţia unghiurilor funcţionale cu poziţia instantanee a dintelui la frezarea cilindrică

Astfel, pentru dintele 1 care intră în aşchiere, direcţia lui v coincide cu vs, în timp ce pentru dintele 3, ce urmează a ieşi din aşchiere, unghiul θ dintre v şi ve este maxim. În figură a fost considerat cazul simplificator în care unghiul de degajare constructiv este nul.   Influenţa geometriei pasive asupra unghiurilor funcţionale Unghiurile funcţionale sunt influenţate şi de poziţia relativă sculă-piesă (geometria pasivă). Astfel, dacă scula aşchietoare este poziţionată într-o poziţie diferită faţă de cea normală, standardizată, vârful acesteia fiind subînălţat (fig. 5.15, a) sau supraînălţat (fig. 5.15, b) faţă de axa piesei, unghiurile de degajare şi de aşezare funcţionale pot fi mult modificate.  Strunjirea transversală cu vârful cuţitului supraînălţat faţă de axa piesei (fig. 5.15, b) Poziţionarea vârfului dintelui aşchietor mai jos sau mai sus de «linia centrelor» conduce în mod inevitabil la modificarea unghiurilor pasive şi, în final, a celor funcţionale. La poziţionarea subînălţată a vârfului dintelui (fig. 5.15, a) unghiul de aşezare funcţional αf este mai mare decât cel constructiv, iar unghiul γf este mai mic. Odată cu micşorarea diametrului piesei la valori apropiate de subînălţarea h unghiul γf poate atinge valori negative pronunţate, ce pot conduce chiar la ruperea sculei. Un efect negativ mai pronunţat îl reprezintă cazul poziţionării supraînălţate a vârfului dintelui aşchietor (fig. 5.15, b), când unghiul de aşezare funcţional este mai mic decât cel constructiv. Pericolul producerii interferenţei dintre suprafaţa de aşezare şi suprafaţa instantanee de aşchiere (pentru valori negative ale lui αf) este amplificat şi de “contribuţia” diminuării diametrului pe măsura avansării transversale a sculei. Creşterea continuă a turaţiei semifabricatului constituie o soluţie de diminuare a efectului de scădere a unghiului αf – cauzată de micşorarea diametrului piesei, dar nu poate înlătura efectul negativ produs de supraînălţare.

5.3.4. Forma geometrică a suprafeţelor active şi a muchiei aşchietoare Suprafeţele active ale dinţilor aşchietori (suprafaţa de aşezare şi cea de degajare) pot avea forme distincte, impuse de caracteristicile generale ale sculei, de forma suprafeţei generate, de TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 19

condiţiile de lucru şi chiar de materialul prelucrat.

Fig. 5.15. Unghiurile funcţionale la strunjirea cu avans transversal, cu vârful sculei aşezat subînăltat (a) sau supraînălţat (b) faţă de axa piesei

 Astfel, suprafeţele de aşezare ale dinţilor aşchietori se prezintă sub diferite forme (5.16). La sculele monodinte (cuţite de strung, de raboteză sau morteză) faţa de aşezare este în general o suprafaţă plană, cu unghi de aşezare pozitiv (fig. 5.16, a). La sculele cu mai mulţi dinţi dispuşi pe un corp de revoluţie (cazul frezelor, a tarozilor) faţa de aşezare este curbilinie, convexă, cu unghi α pozitiv (fig. 5.16, b). La multe scule – ca broşe, freze, cuţite – geometria dinţilor este optimizată prin practicarea unor faţete plane, de lăţime redusă lf, în lungul tăişului, la un unghi de aşezare α0 Iulian ROMANESCU

20 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

mai mic decât unghiul feţei de aşezare (fig. 5.16, c). La unele scule, pe suprafaţa de aşezare sunt practicate faţete înguste supraînălţate, la unghiuri de aşezare α0 pozitive (fig. 5.16, d); acestea permit ascuţirea şi reascuţirea facilă, fără a afecta geometria şi lăţimea faţetei. În alte construcţii – precum dinţii unor broşe sau suprafeţele de aşezare secundare ale burghielor elicoidale – faţetele supraînălţate sunt dispuse la unghiuri de aşezare nule (fig. 5.16, e), ele căpătând funcţia de ghidare a sculei sau de curăţire a suprafeţei prelucrate [Con-98].

Fig. 5.16. Forma feţei de aşezare la dinţii aşchietori

 Suprafeţele de degajare ale dinţilor aşchietori au, de asemenea, diferite forme (fig. 5.17). Marea majoritate a dinţilor aşchietori au faţa de degajare plană (fig. 5.17, a), cu unghi de degajare pozitiv, zero sau negativ; forma se întâlneşte în mod frecvent la scule mono-dinte (cuţite) şi la freze. La broşe, la unele cuţite şi freze, dinţii au faţa de degajare plană, cu unghiul γ pozitiv şi faţetă de lăţime lf, tot cu unghi de degajare pozitiv, dar γf < γ (fig. 5.17, b). Faţeta de pe faţa de degajare poate fi şi la un unghi de degajare negativ (fig. 5.17, c), ceea ce conferă rezistenţă mărită muchiei aşchietoare; la prelucrarea întreruptă a materialelor dure şi tenace, intrarea dintelui în material se face cu şoc, în acest caz evitându-se primul contact cu muchia aşchietoare.

Fig. 5.17. Forma feţei de degajare la dinţii aşchietori ([B] – urma planului de bază constructiv; [T] – urma planului tăişului) TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 21

La burghiele elicoidale şi la unele scule cu dinţii dispuşi pe elice (freze, adâncitoare, alezoare) feţele de degajare sunt suprafeţe curbe concave, cu unghi de degajare pozitiv (fig. 5.17,d). Pentru a controla modul de spiralare a aşchiilor, unele freze sau cuţite prezintă, pe faţa de degajare plană cu γ negativ, unul sau mai multe canale paralele cu tăişul (fig. 5.17, e). Eficienţa fiecărui canal în spiralarea forţată a aşchiilor este dată de distanţa de la muchia aşchietoare până la canal şi de mărimea avansului de aşchiere. Faţa de degajare cu γ pozitiv sau negativ ia o formă particulară în cazul practicării unui prag, în scopul fragmentării aşchiilor (fig. 5.17, f).  Asupra condiţiilor de lucru o anumită influenţă este datorată şi formei muchiei aşchietoare, stabilită în general după forma şi calitatea suprafeţei generate (fig. 5.18).

Fig. 5.18. Forma muchiei aşchietoare la cuţitul de strung

Cea mai simplă formă de muchie aşchietoare este formată din două tăişuri rectilinii, poziţionate la unghiurile de atac κ şi κ’ şi intersectate într-un vârf (fig. 5.18, a). În practică, tăişul principal şi cel secundar prezintă în vârf o zonă de racordare, de rază rε (fig. 5.18, b), cu rol important în creşterea calităţii suprafeţei generate şi a durabilităţii sculei. La limită, raza de racordare poate fi atât de mare, încât practic muchia aşchietoare capătă/are o formă curbilinie (fig. 5.18, c). Pentru creşterea rezistenţei şi a capacităţii de evacuare a căldurii de aşchiere, în condiţiile creşterii productivităţii, din tăişul principal se practică un tăiş auxiliar la unghiul de atac K1 < K (fig. 5.18, d); în aceste condiţii se poate creşte mărimea avansului s. O formă a muchiei aşchietoare ce conferă dintelui aşchietor şi rezistenţă, şi capacitate de evacuare a căldurii, dar şi posibilitatea lucrului cu valori mari ale avansului, fără a afecta calitatea suprafeţei generate, este forma compusă dintr-un tăiş principal rectiliniu, un tăiş secundar, un tăiş auxiliar şi un tăiş de trecere (netezitor), la unghi de atac K0 = 0º, ultimul având o lungime de 1 … 1,2 mm (fig. 5.18, e). La sculele profilate forma muchiei aşchietoare este conjugata formei suprafeţei de generat (fig. 5.18, f). Iulian ROMANESCU

22 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

5.3.5. Calitatea suprafeţelor active ale dintelui aşchietor Prelucrarea prin aşchiere presupune un contact permanent între suprafeţele active ale dintelui aşchietor şi semifabricat. Astfel, în lungul suprafeţei de degajare alunecă aşchiile formate, iar suprafaţa de aşezare principală este în contact cu suprafaţa instantanee de aşchiere. Precizia şi calitatea muchiei aşchietoare şi a suprafeţelor active ale sculei rezultă în urma operaţiei de ascuţire sau reascuţire şi sunt dictate de condiţiile concrete de realizare, precum şi de limitele tehnologiilor actuale. Calitatea (rugozitatea) suprafeţelor active ale dinţilor aşchietori influenţează atât condiţiile de desfăşurare a procesului de aşchiere, cât şi rezultatele acestuia, precum:  calitatea suprafeţei prelucrate;  nivelul forţelor de frecare pe suprafeţele active;  gradul de uzură şi viteza de uzare a dintelui;  solicitarea termică a dintelui aşchietor. Rugozitatea pronunţată (înălţimea mare a microneregularităţilor) a feţelor active determină creşterea coeficientului de frecare şi, ca urmare, a forţelor de aşchiere, precum şi a temperaturii în zona de aşchiere. Ca efect direct, scula aşchietoare se va uza mai rapid, diminuând timpul total de utilizare a acesteia. Rugozitatea mare a feţei de aşezare poate produce deteriorarea suprafeţei prelucrate, prin deformarea neuniformă a stratului superficial, zgârâierea, durificarea sau exfolierea lui, cu influenţe negative asupra preciziei dimensionale şi a calităţii de suprafaţă. Pentru diminuarea efectelor negative mai sus prezentate se recomandă ca suprafeţele active ale dintelui aşchietor să aibă o rugozitate cât mai mică şi o muchie aşchietoare cât mai ascuţită (raza de rotunjire ρ cât mai mică), obiective atinse printr-o ascuţire/reascuţire îngrijită, pe dispozitive speciale şi cu discuri abrazive cu granulaţie fină, de preferinţă diamantate. Prin operaţii suplimentare de supranetezire se obţin rugozităţi şi mai mici, cu suprafeţe de tip «oglindă».  Un alt aspect legat de calitatea suprafeţelor active îl reprezintă rezistenţa la uzare şi duritatea ridicată, calităţi indispensabile stratului superficial al suprafeţelor active. Chiar dacă masa dintelui este mai puţin dură, dar mai rezistentă la şocuri şi cu capacitate bună de transmitere a căldurii, stratul superficial al feţelor active trebuie să posede simultan rugozitate scăzută, duritate ridicată şi rezistenţă la uzare [Con].

5.4. Materialul aşchietor – parametru al procesului de aşchiere Prin proprietăţile sale, materialul aşchietor determină în cea mai mare măsură capacitatea de aşchiere şi rezistenţa termo-mecanică la nivelul muchiei aşchietoare. Când se vorbeşte de «materialul aşchietor» se are în vedere materialul utilizat la construcţia părţii active (dinţii aşchietori) a sculei, deoarece deseori partea de prindere-fixare şi corpul sculei sunt executate din materiale cu caracteristici mecanice inferioare ‒ în mod frecvent din oţel de construcţii. Pentru ca partea aşchietoare a sculelor să îndeplinească cerinţele de bază legate de capacitatea de aşchiere cu forţe mici şi rezistenţă termo-mecanică mare a tăişurilor, materialul aşchietor trebui să îndeplinească câteva caracteristici:  duritate superioară durităţii materialului prelucrat cu cel puţin 5 ÷ 6 HB, pentru a rezista uzurii abrazive. Această valoare este considerată limită, practic fiind necesară o diferenţă mai mare de duritate, pentru a evita uzarea prematură a sculei.  termostabilitate TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 23

Termostabilitatea la cald reprezintă capacitatea/proprietatea materialului de a-şi menţine proprietăţile fizico-mecanice după încălzire şi menţinere un anumit timp în aceste condiţii6.  rezistenţă ridicată la uzare la rece şi la cald. Proprietatea este asigurată în principal de structura şi compoziţia chimică a materialului, de prezenţa elementelor de aliere şi granulaţia acestora, în special a carburilor de Cr, V şi a carburilor complexe de W-Fe. Rezistenţa la uzare la rece este capacitatea materialului sculei de a-şi menţine particulele superficiale înglobate în masa de bază, atunci când acestea sunt supuse presiunilor şi forţelor de frecare exercitate de către piesă şi aşchie. Rezistenţa la uzare la cald se referă la capacitatea materialului sculei de a-şi menţine principalele proprietăţile mecanice (duritatea, rezistenţa la încovoiere) la temperaturi ridicate şi să prezinte rezistenţă ridicată la fenomenul de uzare.  rezistenţă sporită la solicitări de compresiune, încovoiere şi şocuri. Rezistenţa la deformare (compresiune, încovoiere) este necesară pentru a evita deformarea sculei sub acţiunea forţelor de aşchiere, cu efecte negative asupra deplasării vârfului aşchietor sau chiar al deformării remanente/definitive a acestuia.  tenacitate ‒ proprietate complexă care integrează duritatea şi ductilitatea, două caracteristici care variază în general în sensuri inverse. În cazul sculelor aşchietoare, tenacitatea constituie un compromis care încearcă să realizeze o duritate maxim posibilă şi o fragilitate cât mai redusă.  rezistenţă la oboseală şi la şocuri termice, calităţi importante pentru sculele supuse aşchierii întrerupte. La nivelul suprafeţei de degajare active, aflată în contact direct cu aşchia, materialul aşchietor se încălzeşte şi se dilată, apărând eforturi de compresiune; la desprinderea aşchiei, zona încălzită şi tensionată este răcită brusc de către mediul de aşchiere (în mod frecvent cu lichid de răcire-ungere), materialul contractându-se. Periodicitatea încălzirii şi răcirii bruşte poate conduce la fragilizarea şi distrugerea vârfului sculei.  rezistenţă la anumiţi factori de coroziune sau la oxidare (inerţie chimică) ‒ asigură rezistenţa la uzare prin difuzie, prin ozidare şi la uzarea chimică;  conductibilitatea termică ridicată ‒ pentru a permite disiparea rapidă a temperaturii de aşchiere în corpul sculei şi menţinerea temperaturii în zona vârfului cât mai scăzută ;  grad ridicat de prelucrabilitatea, calitate importantă pentru sculele cu configuraţie complexă. Reprezintă capacitatea materialului de a fi uşor prelucrabil, astfel ca scula să poată fi obţinută prin procedee tehnologice de productivitate ridicată.  preţ de cost scăzut. Materialul aşchietor trebuie să fie economic în privinţa modului de elaborare şi prelucrare, adică pretul materialului şi costul operaţiilor de prelucrare să fie rezonabil. În ideea reducerii costurilor, se aplică principiul executării părţii aşchietoare dintr-un material de scule care să satisfacă condiţiile de mai sus, în timp ce celelalte elemente vor fi confecţionate din oţeluri de construcţie. Proprietăţile enumerate pentru materialul aşchietor se obţin prin natura şi tehnologia de fabricare a acestuia şi prin tratamentele termice aplicate. Categoriile de materiale aşchietoare care se utilizează în construcţia sculelor şi proprietăţile lor de bază se prezintă în tabelul 5.1 [Coz-95].

Practic, temperatura de stabilitate reprezintă limita superioară de temperatură la care poate fi încălzit şi menţinut timp de 2 ÷ 3 ore un material, fără ca, după răcire, duritatea să scadă cu mai mult de 2 ÷ 3 HR. Limita de termostabilitate se obţine prin controlul temperaturii de revenire în cazul oţelurilor pentru scule, iar la carburile metalice sinterizate şi la materialele mineralo-ceramice este asigurată prin tehnologia de elaborare. 6

Iulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

24 | 44

Materialele utilizate în mod frecvent la executarea părţii aşchietoare a sculelor şi care corespund caracteristicilor prezentate mai sus sunt pot fi clasificate în două tipuri: materiale metalice şi nemetalice. Din prima categorie fac parte oţeluri carbon de scule (OSC), oţelurile slab aliate, oţelurile înalt aliate sau oţeluri rapide (Rp) şi, la limită, carburile metalice sinterizate (CMS). Materialele aşchietoare nemetalice sunt: materialele mineralo-ceramice (CM); cele extradure (diamant, nitrură cubică de bor) şi materialele abrazive. NU ExamTab. 5.1. Materiale aşchietoare [Coz-95] Materialul aşchietor

Duritatea

[daN/mm2] 1. Oţel carbon de scule (OSC), (călit şi revenit) 62 ÷ 65 2. Oţel inferior aliat (călit şi revenit) 64 ÷ 65 3. Oţel superior aliat (oţel rapid) (călit şi revenit) 65 ÷ 66 4. Carburi metalice sinterizate (CMS) 5. Carburi mineraloceramice (CM) (naturale, artificiale, cermeţi) 6. Abrazivi convenţionali:  electrocorindon;  carborund;  carbură de siliciu 7. Materiale superdure:  diamant monocristal;  nitrură cubică de bor (NCB) monocristal;  policristale de diamant;  policristale din nitrură cubică de bor

88 ÷ 90 HRA 91 ÷ 93 (2÷3) 103

Rm / Rp0.2 [daN/mm2] 400 / 360 400 / 300 400 ÷ 360 / 400 ÷ 200 500 ÷ 400 / 160 ÷ 50 150 ÷ 90 / 50 ÷ 30 – / 8 ÷ 26

Temperatura Viteza max. termostabilitate [ºC] [m/min] 200 ÷ 250 10 ÷ 15 300 20 ÷ 30 600 40 ÷ 60 900

80 ÷ 300

1200

400 ÷ 600

–

(1,5÷4) 103

800 ÷ 1200 1300 700 ÷ 900 1400 ÷ 1500

(5÷6) 103 (5÷6) 103 (3÷4) 103 (5÷7) 103

(2÷3) 103 (3÷3,3) 103 (3,7÷4,9) 103 (8÷10) 103 200 / 21÷49 3 (4,4÷9) 10 – 3 (8÷10) 10 20÷80 / 50÷100 (8÷10) 103 150 ÷ 200 / –

5.4.1. Oţeluri de scule Oţelurile de scule diferă esenţial de oţelurile de construcţie, atât prin nivelul cerinţelor/exigenţelor impuse, cât şi nivelul solicitărilor la care trebuie să reziste. Dacă oţelurile de construcţie sunt destul de bine caracterizate prin compoziţia chimică şi caracteristicile lor mecanice, oţelurilor de scule li se impun calităţi/proprietăţi suplimentare:  granulaţia ‒ influenţează atât comportarea pe durata tratamentului termic, cât şi unele caracteristici de exploatare, precum tenacitatea, rezistenţa la încovoiere şi la deformare plastică;  sensibilitatea la supraîncălzire ‒ caracterizează capacitatea oţelului de a-şi menţine granulaţia fină în domeniul temperaturilor înalte atinse pe durata tratamentului termic;  adâncimea de pătrundere a călirii ‒ caracterizează repartiţia durităţii în corpul sculei.  sensibilitatea la deformare în timpul călirii {tratamentului termic}, datorită transformărilor de fază ce au loc în timpul încălzirii şi răcirii. Caracteristica este importantă mai ales în cazul sculelor cu profil complex, de tipul broşelor sau sculelor profilate;  sensibilitatea la apariţia fisurilor în timpul călirii ‒ depinde de călibilitatea oţelului, fiind influenţată de configuraţia sculei;  capacitatea de şlefuire ‒ caracterizează sensibilitatea oţelurilor la apariţia fisurilor pe durata operaţiei de ascuţire şi este influenţată de compoziţia chimică, condiţiile de elaborare şi TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 25

microstructura oţelului. Principalele grupe de oţeluri de scule utilizate în mod frecvent la construcţia părţii aşchietoare a sculelor sunt oţelurile carbon de scule, oţelurile aliate şi oţelurile rapide. A. Oţelurile carbon pentru scule Sunt caracterizate printr-o prelucrabilitate foarte bună şi cost scăzut. Sunt oţeluri carbon de calitate superioară, hipereutectoide sau eutectoide, cu un conţinut de carbon între 0,65 şi 1,45% . Proprietăţile acestor oţeluri sunt influenţate esenţial de conţinutul de carbon şi de tratamentul termic aplicat. Mărirea conţinutului de C peste 0,7% conduce la creşterea durităţii în zona centrală a sculei, contribuind astfel la îmbunătăţirea caracteristicelor mecanice ale acesteia. Mărcile de oţeluri carbon de scule produse în Romania se simbolizează cu OSC: OSC7, OSC8, OSC8M, OSC9, OSC10, OSC10M, OSC12, OSC13, conform STAS 1700-66) în care cifrele reprezintă conţinutul de carbon în zecimi de procente.. După realizarea geometriei sculelor prin prelucrări mecanice {şi înainte de ascuţire} acestea se supun unui tratament termic de călire, urmat de revenire. Duritatea după călire atinge 64 ÷ 67 HRC, iar după revenirea joasă (la 150º ÷ 180ºC, în scopul menţinerii structurii martensitice după călire) duritatea scade cu câteva unităţi, până la 61 ÷ 63 HRC. La sculele cu construcţie fragilă (burghie cu diametru sub 1 mm) temperatura de revenire este ceva mai mare (200 ÷ 240º C), iar duritatea finală atinge numai 58÷61 HRC. Oţelurile carbon de scule, în pofida avantajul oferit de un preţ de cost redus şi al unei bune prelucrabilităţi, au o utilizare limitată la construcţia sculelor ce lucrează cu viteză mică de aşchiere (maxim 10 ÷ 15 m/min), preponderent la sculele cu acţionare manuală (tarozi, filiere, pile, pânze de ferăstrău), limitări datorate unor dezavantaje:  temperatură mică de termostabilitate (200...250ºC);  riscul crescut de deformare la tratamentul termic, impune evitarea utilizării în cazul sculelor cu formă complexă şi de dimensiuni mari;  pericol de decălire la ascuţire (după tratamentul termic) şi reascuţire. B. Oţelurile aliate pentru scule (STAS 3611-88) conţin, în afară de C într-un procent ridicat (0,7 ÷ 2.11% C) şi elemente de aliere (vanadiu, volfram, molibden, crom, mangan, cobalt, siliciu, nichel ş.a.), care asigură proprietăţi aşchietoare şi tehnologice (duritate şi proprietăţi mecanice) superioare oţelurilor carbon de scule, şi anume:  duritate mai mare, până la 64 ÷ 65 HRC;  temperatură de termostabilitate de 350 ÷ 400º C, ce permite lucrul cu viteze de aşchiere mai mari (20 ÷ 30 m/min). Influenţa unui element de aliere asupra caracteristicilor oţelurilor de scule depinde atât de procentajul ocupat, cât şi de interacţiunea cu carbonul şi cu celelalte elemente de aliere, precum şi de tratamentul termic aplicat. Conform standardului românesc, simbolul acestor oţeluri este format dintr-un grup de cifre ce reprezintă conţinutul de carbon în sutimi de procente, simbolurile chimice ale principalelor elemente de aliere (în ordinea ponderii ocupate) şi un alt grup de cifre care reprezintă conţinutul principalului element de aliere în zecimi de procente. În funcţie de procentul elementului de aliere majoritar, oţelurile aliate pentru scule se clasifică în 2 grupe:  oţeluri slab aliate, la care elementul de aliere majoritar este sub 6%; Iulian ROMANESCU

26 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

 oţeluri înalt aliate, la care procentul depăşeşte 10 ÷ 12%.  Oţelurile slab aliate pentru scule au după călire o duritate şi o stabilitate la cald superioare oţelurilor carbon, ele putând fi utilizate la prelucrări cu viteze de aşchiere de până la 30...35 m/min. Ca şi în cazul oţelurilor carbon de scule, temperatura de revenire joasă conduce la temperaturi de termostabilitate cuprinse în intervalul 200º...250ºC. Temperatura de termostabilitate redusă face ca principalele aplicaţii ale acestor materiale să se rezume doar la sculele aşchietoare care lucrează cu viteze mici de aşchiere.  Oţelurile înalt aliate pentru scule cu cea mai largă utilizare în construcţia sculelor aşchietoare sunt cele cu conţinut ridicat de crom, cunoscute şi sub denumirea de oţeluri pentru scule foarte rezistente la uzură. Dintre caracteristicile acestor oţeluri, care le recomandă pentru executarea sculelor aşchietoare, se pot aminti:  rezistenţă sporită la uzura abrazivă, datorată în principal prezenţei carburilor de crom dure în exces;  călibilitate ridicată, diametrul critic de călire fiind de 100...150 mm;  temperatură de termostabilitate de 300...450ºC;  stabilitate dimensională mare în timpul tratamentului termic, situată sub limita de 2 µm/mm, caracteristică ce le recomandă pentru executarea sculelor complexe (de exemplu broşe cu forme complicate) sau de dimensiuni mari. C. Oţelurile rapide şi suprarapide Deşi fac parte din categoria oţelurilor înalt aliate pentru scule (conţin 18% wolfram, plus alte elemente de aliere precum crom, vanadiu, molibden), oţelurile rapide sunt de obicei prezentate separat de acestea, datorită caracteristicilor tehnologice şi de exploatare deosebite. Prezenţa carbonului, a wolframului şi a celorlalte elemente de aliere dau oţelurilor rapide caracteristici importante pentru aşchiere, şi anume:  duritate mare (63-65 HRC);  rezistenţă la uzare la rece şi la cald;  bună călibilitate;  limita de termostabilitate ridicată – de cca. 600ºC, permite folosirea sculelor din oţel rapid la viteze de aşchiere de 2 ÷ 4 ori mai mari (până la 60 m/min) cu asigurarea unei durabilităţi de 10...30 de ori mai mare faţă de celelalte oţeluri aliate pentru scule. Ca urmare, se utilizează în fabricarea majorităţii tipurilor de scule aşchietoare (cuţite, scule pentru prelucrarea găurilor, freze etc.). Elaborate în 1895 şi testate pentru prima dată în 1898 (de către Taylor şi White), oţelurile rapide a reprezentat un important salt calitativ în domeniul materialelor performante pentru scule, obţinut atât prin reţeta chimică a compoziţiei, cât şi prin TT aplicat. Într-o primă etapă de evoluţie, compoziţia chimică a fost caracterizată printr-un conţinut ridicat de elemente de aliere ‒ W, Mo, V, Co, în mod deosebit un procentaj important de wolfram (18%), aflat sub forma carburilor complexe de wolfram şi fier (Fe3W3C), peste 9%. Într-o a doua etapă, a fost diminuat conţinutul de W şi compensat cu alte elemente de aliere, îndeosebi Co şi Mo. Prin diminuarea procentajului de Wolfram şi creşterea celui de cobalt până la 15%, au fost elaborate oţelurile suprarapide (super-rapide). În noua structură/compoziţie a oţelului lipsesc carburile secundare de wolfram nedizolvate, din care cauză rezistenţa la uzare este redusă la temperaturi scăzute. Din acest motiv, oţelurile suprarapide sunt indicate pentru viteze de aşchiere TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 27

relativ mari. STAS 7382-66 prevede următoarele mărci de oţeluri rapide: Rp1, Rp2, Rp3, Rp4, Rp5, Rp6, Rp7, Rp8, dintre care Rp1, Rp2 si Rp6 sunt suprarapide. Cel mai utilizat în construcţia sculelor este Rp3 (18% W, 4% Cr, 1% V) corespondentul oţelului rusesc P18 şi a celui american 18/4/1.  În perioada de apogeu a utilizării oţelului rapid, pentru economia de material, erau confecţionate din oţel rapid numai partea activă a sculei, în timp ce corpul şi partea de prindere-fixare erau executate din oţel de construcţie. Una din soluţiile de montare a părţii active pe corpul sculei la freze, burghie, adâncitoare, alezoare era prin sudare cap la cap (Elementele erau aduse în contact, presate şi rotite în sensuri opuse; frecare producea încălzirea, iar presarea asigura sudarea elementelor). La sculele de dimensiuni mari, în special freze sau scule pentru prelucrarea alezajelor, atât corpul sculei cât şi dinţii (în general amovibili) erau confecţionati din oţel de construcţie, iar materialul aşchietor sub formă de plăcuţe din oţel rapid era lipit prin brazare (lipire tare cu aliaj pe bază de cupru şi argint) în locaşuri practicare special pe dinţii sculei.  O direcţie relativ recentă în dezvoltarea sculelor din oţel rapid este obţinerea acestora prin tehnologia de sinterizare a pulberilor. Pulberile diferitelor metale sunt, în general, obţinute prin pulverizarea şi solidificarea (aproape instantanee) a metalului lichid, într-un jet de gaz sau apă sub presiune. Particulele de oţel, ale căror dimensiuni nu depăşesc 400 µm, sunt apoi sinterizate la presiuni şi temperaturi înalte, în atmosferă de argon sau de azot. Oţelurile produse astfel sunt caracterizate prin fineţe şi distribuţie uniformă a carburilor metalice, printr-o foarte bună omogenitate, având în vedere lipsa fenomenelor de segregare [Cro-02]. Aceste particularităţi le confera o serie de avantaje:  o mai mare tenacitate;  capacitate de aşchiere superioară, influenţată de creşterea durităţii la cald;  deformaţii minime în urma tratamentului termic;  prelucrabilitate superioară la operaţia de rectificare (şlefuire).

5.4.2. Carburi metalice sinterizate (materiale metalo-ceramice) Aceste materiale (CMS) se obţin prin presarea şi sinterizarea unor particule ale unor compuşi duri, greu fuzibili (de obicei carburi metalice de wolfram, titan, molibden, tantal ş.a) şi a unui liant metalic (de regulă cobalt, mai rar nichel) ‒ sub formă de pulbere. Carburile metalice conferă materialului aşchietor duritate ridicată (70 ÷ 82 HRC) şi rezistenţă la uzare, în timp ce liantul metalic îi asigura tenacitatea. Proprietăţile fizico-mecanice ale acestor materiale sunt determinate de tipul carburilor din care sunt formate, proporţia liantului metalic şi structura microscopică. Calităţile deosebite ale CMS, ce a determinat acoperirea unui procentaj de 60% din consumul mondial de scule sunt:  temperatura de termostabilitate ridicată (900...1000ºC);  rezistenţă mare la uzură la cald;  viteze de aşchiere mai mari de 2...5 ori faţă de sculele din oţel Rp, cu efecte similare asupra creşterii productivităţii (viteze mari 100...300 m/min); Ca dezavantaje, fragilitatea şi rezistenţa mecanică mult inferioară oţelului rapid restricţioneaza utilizarea lor la prelucrările cu sarcini variabile mari, şocuri şi vibraţii accentuate. În prezent, standardele internaţionale ISO, clasifică aceste materiale în 6 grupe ISO de utilizare: P, M, K, N, S şi H (tab. 5.6): Iulian ROMANESCU

28 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

NU ExamTab. 5.2. Grupe de utilizare a carburilor metalice produse de firma SECO  Grupa P – pentru oţel, oţel inoxidabil feritic şi martensitic

 Grupa M – pentru oţel inoxidabil austenitic şi duplex uşor de prelucrat

TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

 Grupa K – pentru prelucrarea fontei

 Grupa N – pentru metale neferoase

 Grupa S – pentru super aliaje şi aliaje de titan

Iulian ROMANESCU

44 | 29

30 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

 Grupa H – pentru materiale dure

 alte materiale dificil de prelucrat

 pentru materiale plastice şi compozite

TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 31

 Pentru Grafit

 grupa ISO P este destinată prelucrării materialelor ductile (materiale feroase cu aşchii continue lungi), ca oţeluri laminate nealiate, slab sau înalt aliate, oţeluri turnate, inoxidabile feritice şi martensitice (conform standardului STAS: P012, P013, P014, P05, P10, P20, P25, P30, P40, P50);  grupa ISO M recomandată pentru materialele cu prelucrabilitate redusă, de tip oţel inoxidabil austenitic(conform STAS: M10, M20, M30, M40);  grupa ISO K este destinată prelucrării fontelor maleabile (feritice ‒ cu aşchii scurte şi perlitice ‒ cu aşchii lungi), cenuşii şi cu grafit nodular [Sandvik 2009]; (conform STAS: K01,K05, k10, K15, K20, K30, K40).  grupa ISO N se recomandă pentru metale neferoase: aliaje din aluminiu (forjat, turnat sau laminat), cupru şi aliaje din Cu [Sandvik 2009];  grupa ISO S ‒ pentru super aliaje (materiale rezistente la temperatură înaltă, pe baza de fier, nichel, cobalt), pentru titan şi aliaje de titan [Sandvik 2009];[SECO 2016];  grupa ISO H ‒ pentru prelucrarea materialelor dure (oţeluri călite şi temperate, oţeluri pentru rulmenţi şi pentru scule, oţeluri manganoase, fontă albă ş.a. [Sandvik 2009] [SECO 2016].  În afara acestor sorturi de materiale CMS, unele firme au dezvoltat materiale aşchietoare speciale, destinate prelucrării materialelor greu prelucrabile (aliaje durificate superficial sau din pulberi metalice), ori pentru prelucrarea materialelor plastice şi compozite (tab. 5.6) [SECO 2016]. Standardele ce clasifică aceste materiale precizează pentru fiecare grupă de utilizare materialul recomandat a fi prelucrat, tipul operaţiei (degroşare sau finisare) şi condiţiile de aşchiere, modul de variaţie a procentajului de carburi şi de Co, modul de variaţie a principalelor caracteristici mecanice. Materialele metalo-ceramice se livrează sub formă de plăcuţe cu o mare varietate de forme şi dimensiuni , fixându-se mecanic pe corpul sculei (plăcuţe amovibile) sau prin lipire cu aliaje de Cu-Ag (plăcuţe brazate). În general, plăcuţele brazate se ascut după lipire şi se pot reascuţi (în stare montată) numai cu discuri abrazive, în timp ce plăcuţele amovibile nu se reascut. Iulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

32 | 44

5.4.3. CERMET-uri Sub acestă denumire sunt cunoscute, în general, acele materiale aşchietoare care conţin o fază CERamică (oxidică sau nitrurică) şi o fază METalică (Ni pur sau carbură de Ti). La primele cermeturi produse până în anii `80 (cermet-uri «clasice») faza ceramică era formată din oxid de aluminiu pur, iar faza metalică din Ni pur. Datorită fragilităţii şi sensibilităţii la vibraţiile sistemului tehnologic, acestea au avut un domeniu restrâns de utilizare, limitat la strunjirea de finisare cu viteza mare, dar avans şi adâncime de aşchiere mică. După 1980 s-a dezvoltat o categorie nouă de cermet-uri, obţinute prin sinterizarea unor amestecuri de carburi şi nitruri ale unor materiale greu fuzibile (Ti, Ta, Nb), cu utilizarea Co (mai rar a Ni) ca liant metalic. Datorită conţinutului redus de W, aceste materiale mai sunt cunoscute şi sub denumirea de «aliaje dure fără W». Faţă de cermet-urile convenţionale {«clasice»/produse înainte de 1980} noile materiale sunt caracterizate de rezistenţă sporită la şocuri termice, mecanice şi la uzură. Aceste calităţi sunt determinate şi controlate prin proporţia de carburi şi de nitruri din masa aliajului. Datorită structurii fine a constituienţilor se pot obţine scule cu tăişuri având raze mici de bontire, cu durităţi mari la temperaturi ridicate şi rezistenţă la uzare superioară celei realizată din CMS.

a

b

NU ExamFig. 5.19. Caracteristicile cermet-ului: (a) – duritatea la temperaturi ridicate [Cro-02/fig. 1.9]; (b) – rezistenţa la uzare [Cro-02/fig.1.10]

Principalele calităţi aşchietoare ale cermet-urilor sunt:  stabilitatea chimică la temperaturi ridicate;  rezistenţa mare la uzarea feţei de aşezare şi de degajare;  temperatura de termostabilitate ridicată (1100º...1300ºC). Limitarea domeniului de utilizarea a cermet-urilor la prelucrările de finisare şi semifinisare realizate pe sistemele tehnologice cu rigiditate mare se datorează fragilităţii ridicate şi sensibilităţii la şocurile mecanice.

5.4.4. Materiale mineralo-ceramice Descoperite ca material aşchietor în anii `30, dar dezvoltate industrial după anii `50 ,materialele mineralo-ceramice se obţin prin sinterizare, elementul de bază fiind oxidul de aluminiu (Al2O3) combinat cu alţi oxizi alcalino-pământoşi şi oxizi ai unor metale dure, cum sunt cromul şi TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 33

wolframul. Principalele caracteristici ce le recomandă pentru armarea sculelor aşchietoare sunt:  bună rezistenţă la compresiune (până la 170 daN/mm2);  temperatură de termostabilitate ridicată (1100º÷1200ºC)  rezistenţa mare la uzare ;  stabilitate dimensională ridicată (apreciată la prelucrări de precizie);  tendinţă scăzută de aderare la materialul prelucrat, ce limitează condiţiile de apariţie a depunerilor pe tăiş. Ca dezavantaje ale materialelor mineralo-ceramice, ce limitează utilizarea lor la prelucrări de finisare şi semifinisare, cu nivel foarte scăzut de şocuri şi vibraţii, pot fi menţionate:  rezistenţă mică la încovoiere şi la tracţiune (σr = 7,5 daN/mm2)  tenacitate extrem de scăzută (KCU = 0,08 daJ/cm2);  fragilitate ridicată;  prelucrabilitate redusă; Se produc sub formă de plăcuţe prismatice, cu mai multe vârfuri, care se fixează exclusiv mecanic pe corpul sculei. Nu se practică reascuţirea lor, iar după folosirea tuturor vârfurilor devin inutilizabile. În prezent se utilizează 2 categorii de materiale ceramice (fig. 5.23) : pe bază de oxid de aluminiu (Al2O3) şi pe bază de nitrură de siliciu (Si3N4).

NU ExamFig. 5.20. Clasificarea materialelor ceramice utilizate la aşchiere

Ceramica aşchietoare modernă este mai tenace şi mai sigură în exploatare datorită densităţii mai ridicate şi structurii cristaline îmbunătăţite, calităţi care se obţin prin:  adăugarea în ceramica pură a oxidului de zirconiu;  adăugarea unor cristale filiforme de carbură de Si (armare cu SiC);  elaborarea unor materiale ceramice prin combinarea cu faze dure, solide, de tipul TiC sau MoC. În pofida avantajelor oferite de proprietăţile superioare ale materialelor ceramice, ele sunt mai fragile şi mai puţin rezistente la şocuri decât CMS şi, în mod evident, decât oţelul rapid. De aceea utilizarea lor este limitată la finisare şi semifinisare, eficienţa maximă înregistrându-se la prelucrarea materialelor cu capacitate abrazivă mare şi conductibilitate termică scăzută (fontele) .

5.4.5. Nitrura cubică de bor Nitrura cubică de bor (NCB) este o formă alotropică sintetică a unei sări a acidului azotic (nitrura hexagonală de bor), cristalizată în sistem cubic, în urma unui tratament termomecanic asemănător cu cel utilizat la realizarea diamantului sintetic. NCB este cel mai nou material utilizat la aşchierea materialelor, regăsindu-se, în prezent, sub diferite denumiri: BORAZON (General electric), ELBOR-R (Rusia), WIDABOR (KruppIulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

34 | 44

Widia), AMBORITE (Valenite) ş.a. Dintre proprietăţile fizice de excepţie ale acestui material, se pot aminti:  duritatea (HV) de până la 9000 daN/mm2;  punctul de topire: 3250ºC;  stabilitatea termică în aer: 1300ºC;  stabilitatea termică în atmosferă neutră: 1600ºC. Se remarcă în mod deosebit duritatea ridicată (depăşită numai de cea a diamantului) şi inerţia chimică de excepţie, NCB nereacţionând chimic nici măcar cu fierul, la atingerea temperaturii de termostabilitate. Pentru armarea sculei aşchietoare, este utilizată, mai ales, forma policristalină a NCB, realizată prin legarea unui strat de cristale de nitrură cubică de bor (cu grosimea de 0,5...1,5 mm) pe un suport de carburi metalice sinterizate. Utilizarea NCB este justificată (datorită preţului ridicat) la aşchierea materialelor ce ridică probleme deosebite de prelucrabilitate, ca oţelurile refractare, aliajele feroase extrem de dure (oţeluri şi fonte călite). Aplicaţiile curente ale NCB sunt prezentate în tab. 5.9.

5.4.6. Diamantul Material extrem de costisitor, existent atât în stare naturală cât şi sintetică, sub formă de policristal sau pulbere, diamantul este folosit la:  armarea sculelor aşchietoare destinate prelucrării cu viteze foarte mari, pentru realizarea unor prelucrări cu precizie deosebită (finisare);  profilarea şi corijarea discurilor abrazive (sub formă de creioane cu vârf de diamant);  şlefuire cu pastă, intrând în componenţa unor paste abrazive, sub formă de praf de diamant. Fie sub formă monocristală sau policristalină, diamantul ‒ sintetic sau natural, prezintă următoarele calităţi aşchietoare:  duritate maximă (10 grade pe scara Mohs) dintre toate materialele cunoscute până în prezent;  cel mai mic coeficient de frecare cu majoritatea materialelor şi rezistenţă mare la uzare;  modul de elasticitate şi coeficient de conductibilitate termică ridicat;  temperatura de termostabilitate mare (1600 ÷ 1800ºC) Dezavantajele majore ale utilizării diamantului la aşchiere sunt fragilitatea, rezistenţa mică la încovoiere, tendinţa de grafitizare şi de combinare cu materialele din grupa fierului, la temperaturi mai mari de 700º...800ºC. Ca material aşchietor, diamantul a cunoscut succesul industrial mai ales în varianta sintetică.

NU ExamFig. 5.21. Scara de duritate Mohs

Cea mai utilizată formă de prezentare a diamantelor industriale pentru aşchiere este aceea a TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 35

unui strat de policristale depuse pe un suport din carbură metalică sinterizată (CMS). Stratul de diamant este depus, în funcţie de mărimea suportului, fie pe întreaga suprafaţă a acestuia, fie numai în zona unui singur vârf. Materialele la care este justificată prelucrarea prin aşchiere cu diamant sunt:  materiale neferoase ‒ aliaje de Al, cupru, zinc, mangan, carburi de wolfram;  materiale nemetalice ‒ răşini epoxidice, fibra de sticlă, răşini fenolice, grafit, cauciucuri şi materiale plastice dure, materiale ceramice. Vitezele ridicate de lucru, precum şi forţele de frecare reduse dintre aşchie şi sculă reduc tendiţa de formare a depunerii pe tăiş şi asigură o productivitate ridicată.

5.4.7. Materiale abrazive De natură mineralo-chimică şi cu duritate mare, materialele abrazive se utilizează în procesele de microaşchiere a unor materiale ce nu pot fi prelucrate prin alte procedee de aşchiere, ori la prelucrări în vederea obţinerii unei precizii şi calităţi de suprafaţă ridicate. Materialele abrazive se utilizează sub formă de granule (pulberi abrazive), pe suport de hârtie sau pânză, paste abrazive sau corpuri abrazive. Principalele proprietăţi ale materialelor abrazive sunt duritatea, capacitatea de abrazare şi granulaţia. După modul de obţinere, materialele abrazive se împart în 2 categorii: naturale şi sintetice. Din prima categorie fac parte cuarţul (Si2), şmirghelul (25...30% Al2O3+Fe2O3+silicaţi), corindonul natural (până la 95% Al2O3) şi diamantul. Cu excepţia diamantului, materialele abrazive naturale au un domeniu de utilizare restrâns, datorită în special impurităţilor, ce influenţează nefavorabil capacitatea de abrazare. Materialele abrazive artificiale sunt mai pure, motiv pentru care utilizarea lor s-a răspândit în majoritatea aplicaţiilor industriale. Din această categorie fac parte electrocorindonul, carbura de siliciu şi diamantul sintetic.  Electrocorindonul este obţinut prin topire în cuptoare electrice din minereu de bauxită sau oxid de Al, cu diferite adaosuri care influenţează cristalizarea şi tenacitatea. În funcţie de procentul de oxid de Al şi de diferitele adausuri folosite, electrocorindonul se produce în prezent în 2 variante principale: electrocorindon normal (cu 95...98% Al2O3), de culoare cenuşie sau roz-roşcată şi electrocorindon nobil, de culoare albă (99,1% Al2O3), roz (99% Al2O3 + 0,25% Cr2O3), monocristal (99,1% Al2O3) şi rubin (97% Al2O3 + 2% Cr2O3). Având în vedere duritatea ridicată şi numărul mare de muchii ascuţite, electrocorindonul este recomandat, în special, la prelucrarea oţelurilor, acolo unde apar eforturi de aşchiere mari.  Carbura de siliciu (carborund) se obţine prin combinarea siliciului cu carbonul (conţinut în pulberea de cărbune), în cuptoare electrice cu rezistenţă, la temperaturi de circa 2000ºC. În funcţie de conţinutul de carbura de siliciu, se disting 2 varietăţi: carbura neagră (cu un conţinut sub 95% SiC) şi carbura verde de siliciu (cu un conţinut de peste 97% SiC). Carbura verde de Si este un material extrem de dur (9,5 pe scara Mohs), casant şi sensibil la şoc, utilizându-se îndeosebi la prelucrarea materialelor dure, a ceramicii şi a sticlei.  Carbura de bor se obţine prin topirea oxidului de bor cu carbon. Are o duritate mare şi se foloseşte la alcătuirea unor pulberi şi paste abrazive pentru procesele de lepuire şi rodare.  Praful de diamant este cel mai dur material abraziv şi se fabrică pentru gradaţii fine ale granulaţiei. Iulian ROMANESCU

36 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

5.4.8. Supraacoperirea sculelor aşchietoare În vederea ameliorării performanţelor aşchietoare, sculele realizate din oţel rapid (HSS), CMS şi materiale mineralo-ceramice sunt deseori supraacoperite. Straturile de acoperire acţionează ca o barieră chimică şi termică între sculă şi semifabricat, mărind rezistenţa la uzare a sculei, îmbunătăţind inerţia chimică a materialului aşchietor, micşorează frecarea dintre sculă şi aşchie, contribuind astfel la micşorarea forţei de aşchiere şi la scăderea tendinţei de formare a tăişului de depunere. De asemenea, sculele supraacoperite pot fi utilizate la viteze de aşchiere mai mari şi pot căpăta durabilitate superioară celor fără acoperire. Trei din cele mai comune materiale utilizate la supraacoperirea materialelor aşchietoare sunt TiN, TiC şi Al2O3. Carbura de titan se remarcă ca fiind cel mai dur, oxidul de aluminiu Al2O3 ca cel mai inert d.p.d.v. chimic, în timp ce nitrura de titan TiN combină avantajos proprietăţile celorlalte două. În prezent există mai multe procedee de aplicare a acestor straturi suplimentare, ce pot fi clasificate fie ca depunere chimică de vapori (Chemical Vapour Deposition ‒ CVD), fie ca depunere fizică de vapori (Phisical Vapour Deposition ‒ PVD). Cel mai adesea, materialele cu supraacoperire cu duritate maximă sunt indicate pentru cazul în care uzura sculei se manifestă pe suprafaţa de aşezare, iar cele cu inerţie chimică maximă, în cazul uzurii feţei de degajare (uzura de crater) şi a celei prin oxidare.

NU ExamFig. 5.22. Viteza de aşchiere a materialelor aşchietoare cu supraacoperire [Cro-02]

5.5. Mediul de aşchiere – parametru al procesului de aşchiere În mod frecvent, procesul de aşchiere are loc în aer ‒ numită aşchiere uscată, dar şi în prezenţa unor fluide de aşchiere (lichide, mediu gazos, lichide pulverizate). Sunt şi situaţii deosebite, de prelucrare în câmp electric, în prezenţa vibraţiilor ultrasonore, în câmp magnetic, ori de aşchiere în vid (pentru materialele uşor fuzibile) sau de aşchiere criogenică (sub 0º C, în azot lichid). Mediul de aşchiere, prin proprietăţile sale şi prin modul în care este adus în zona de aşchiere, influenţează deosebit de complex desfăşurarea şi rezultatele aşchierii. Indiferent de natura sa, el trebuie să prezinte o serie de proprietăţi: TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 37

 capacitate de răcire ‒ calitatea mediului de aşchiere de a absorbi o cantitate cât mai mare de căldură din zona de aşchiere. Pentru sculă, temperatura ridicată din timpul procesului de lucru poate accentua procesul de uzare, iar pentru piesa semifabricat căldura acumulată în exces poate conduce la dilatare termică şi deformare, cu risc de depăşire a câmpului de toleranţă.  capacitate de ungere a suprafeţelor active ale dinţilor aşchietori, prin formarea unei pelicule subţiri, care diminuează frecările cu aşchia şi cu suprafaţa instantanee de aşchiere.  efect de microaşchiere ‒ capacitatea de pătrundere prin capilaritate în fisurile dintre fragmentele de aşchie şi de a exercita o presiune mărită (datorată unor aditivi), ce conduce la separarea fragmentelor de aşchie; astfel, aşchiile se formează cu eforturi diminuate.  micşorarea aderenţei materialului aşchiat. Pelicula formată în special pe suprafaţa de degajare permite alunecarea mai uşoară a aşchiilor şi împiedică aderenţa particulelor din materialul detaşat. Condiţiile de frânare a particulelor sub forma tăişului de depunere sunt astfel scăzute.  capacitatea de spălare ‒ proprietatea prin care mediul de aşchiere îndepărtează din zona de lucru aşchiile formate şi impurităţile desprinse de pe semifabricat. Capacitatea de transport şi de evacuare a aşchiilor este deosebit de importantă la procesele de aşchiere în spaţii semi-închise (burghiere, broşare etc.).  capacitatea de protecţie, are în vedere proprietatea mediului de a nu coroda scula aşchietoare, piesa sau elementele componente ale maşinii-unelte cu care interacţionează, precum şi de a nu fi nociv pentru operatorul uman care lucrează pe maşina respectivă. Răcirea şi ungerea sunt efectele de bază ale mediului de aşchiere. Apa este mediul de aşchiere cu cel mai puternic efect de răcire, iar uleiul asigură cel mai puternic efect de ungere. Mediile de aşchiere se aleg după efectele produse, cât şi din raţiuni economice.  Ca medii de lucru sunt folosite:  aerul din spaţiul în care se execută procesul de lucru, are efect de răcire-ungere foarte redus, dar avantajos economic;  soluţii pe bază de apă şi electroliţi (apă + inhibitori de coroziune), cu efect puternic de răcire. Ca inhibitori de coroziune: carbonat de sodiu, fosfat trisodic ş.a.  soluţii pe bază de apă, substanţe capilar active (săpunuri hidrofile, acizi graşi, produse de sulfatare) şi inhibitori de coroziune ‒ cu efecte bune de răcire-ungere şi de microaşchiere;  emulsii tip apă-ulei (apă + substanţe capilar active + inhibitori de coroziune + ulei mineral emulsionat) ‒ cu efecte bune de răcire-ungere şi de microaşchiere;  emulsii activate, cu proprietăţi superioare de ungere şi microaşchiere şi proprietăţi bune de răcire;  uleiuri minerale activate, supraactivate şi cu grafit ‒ cu proprietăţi superioare de ungere şi microaşchiere, dar mai reduse de răcire. În mod frecevent se folosesc uleiurile minerale de vâscozitate medie şi uleiurile sulfatate, cunoscute sub denumirea de sulfofrezol.  uleiuri vegetale şi grăsimi animale ‒ au proprietăţi de ungere mai bune, dar sunt mai puţin stabile decât uleiurile minerale, motiv pentru care sunt indicate numai pentru viteze reduse de aşchiere; se recomandă utilizarea sub formă de amestecuri de uleiuri minerale şi vegetale. Pe lângă aceste medii de aşchiere pe bază de apă şi uleiuri au fost experimentate şi alte medii: cloroform, azot, oxigen, hidrogen, bioxid de carbon, tetraclorură de carbon etc. Rezultate bune în ceea ce priveşte rezistenţa la uzare a sculei şi calitatea suprafeţei prelucrate s-au obţinut în prezenţa bisulfurii de molibden. Alegerea mediului de aşchiere se face în funcţie de procedeul de prelucrare, natura materialului aşchiat, natura materialului aşchietor, caracterul prelucrării etc. La degroşare sunt utile mediile de aşchiere cu efecte bune de răcire, iar la finisare medii cu efecte bune de ungere şi de Iulian ROMANESCU

38 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

curăţire-spălare a suprafeţelor active. Literatura de specialitate oferă următoarele recomandări:  prelucrarea materialelor fragile, de tipul fontelor, să se facă în aer;  pentru materialele cu conductivitate termică scăzută să se utilizeze medii de aşchiere cu proprietăţi bune de ungere şi microaşchiere;  aliajele de magneziu, care se aprind uşor în aer, să se prelucreze în mediul criogenic sau în prezenţa uleiurilor;  prelucrarea cu scule armate cu plăcuţe din carburi dure (CMS) să se facă în aer sau uleiuri cu debit mare, pentru a se evita şocurile termice – cu risc de fisurare a părţii active;  operaţiile de rectificare trebuie executate în prezenţa unor medii lichide, la presiune şi debit mare, cu capacitate ridicată de spălare a suprafeţelor active ale corpului abraziv. Este indicat uleiul mineral sau ulei mineral în amestec cu petrol.  Influenţa mediului de aşchiere se manifestă nu numai prin proprietăţile sale ci şi prin modul în care este condus în vecinătatea tăişului activ. În funcţie de procedeul de prelucrare prin aşchiere, construcţia sculei aşchietoare şi instalaţia din dotarea maşinii-unelte se poate utiliza una sau mai multe metode de conducere a mediului de aşchiere: metoda exterioară, metoda interioară şi metoda combinată.  Metoda exterioară este cea mai utilizată şi poate fi realizată în următoarele variante:  aşchiere în prezenţa mediului înconjurător (aşchiere în aer);  aşchiere cu lichid pulverizat (fig. 5.23), care are în vedere: ‒ efectul mediului asupra zonei de aşchiere, a suprafeţei prelucrate şi sculei aşchietoare, urmărinduse cu precădere capacitatea de răcire şi efectul de microaşchiere (fig. 5.23, a); ‒ efectul asupra sculei şi asupra suprafeţei prelucrate, urmărindu-se efectul de ungere al mediului, trimis cu presiune spre suprafaţa de aşezare a dintelui (fig. 5.23, b); ‒ efectul asupra sculei şi a aşchiei, acordându-se importanţă capacităţii de răcire şi efectului de ungere şi de diminuare a condiţiilor de formare a depunerilor pe tăiş – când mediul de aşchiere lichid este trimis în lungul suprafeţei de degajare a dintelui (fig. 5.23, c).

Fig. 5.23. Direcţii de introducere a lichidului de aşchiere la metoda exterioară cu lichid pulverizat [Con-98]

Metoda exterioară cu lichid pulverizat este recomandată la strunjire (v. fig. 5.23), frezare şi abrazare (fig. 5.24).  Metoda interioară se aplică în ideea răcirii exclusive a dintelui aşchietor. Pentru conducerea interioară a mediului de aşchiere (lichid sau gazos), scula aşchietoare trebuie să aibă o construcţie TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 39

specială. Este o metodă limitată din considerente tehnologice de realizare a sculelor, fiind experimentată în special la sculele monodinte utilizate la strunjire, cuţite confecţionate din oţel rapid sau armate cu plăcuţe din CMS brazate (fig. 5.25NU Exam). Deoarece în acest caz lichidul nu ia contact şi cu zona de aşchiere, cazul este considerat de unii specialişti ca fiind aşchiere uscată (în aer).

Fig. 5.24. Metoda exterioară de răcire cu lichid Fig. 5.25. Metoda interioară de răcire la strunjirea cu cuţit armat cu pulverizat la abrazarea cilindrică [Coz-95] plăcuţă din CMS [Coz-95]; [Con-98]NU Examen

 Metoda combinată suprapune acţiunea exterioară cu cea interioară. Asigură cele mai bune rezultate pentru menţinerea calităţii aşchietoare a sculei, creşterea productivităţii şi a calităţii suprafeţei prelucrare. Sunt exploatate nu numai capacitatea de răcire, ungere, evitarea depunerilor pe tăiş, dar şi capacitatea de transport a aşchiilor din zona de aşchiere spre exterior. În aceste condiţii, mediile de aşchiere utilizate (medii gazoase, chiar şi aerul, lichide sau lichide pulverizate sub forma de ceaţă) se mai numesc şi fluide de răcire-ungere-evacuare. Metoda combinată este întâlnită la prelucrarea găurilor lungi, a celor adânci şi chiar la burghierea clasică, cu utilizarea unor scule cu canale interioare pentru conducerea lichidelor în zona de lucru (fig. 5.26NU Examen).

a

b

Fig. 5.26. Metoda combinată de conducere a fluidelor de răcire-ungere-evacuare la burghierea găurilor adânci (a) şi la burghierea clasică (b) [Coz-95]; [Con-98] NU Examen

 La rectificare a fost experimentată o metodă combinată de răcire, care presupune introducerea lichidului sub presiune în interiorul discului şi evacuarea acestuia prin porii corpului abraziv, datorită forţei centrifuge ridicate (fig. 5.27NU Examen). S-a obţinut, astfel, o triplare a Iulian ROMANESCU

40 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

durabilităţii sculei, simultan cu creşterea productivităţii procesului de lucru şi a creşterii calităţii suprafeţei prelucrate. Efectul pronunţat de „spălare” a discului a permis aplicarea cu succes a procedeului la abrazarea materialelor neferoase moi, la care, în mod frecvent, microaşchiile se lipesc de granulele abrazive şi provoacă „îmbâcsirea” prematură a sculei.  Pentru conducerea mediului de aşchiere sunt necesare instalaţii hidraulice şi/sau pneumatice, alcătuite din rezervor, pompe şi motoare de acţionare, schimbătoare de căldură, separatoare de aşchii şi microaşchii, conducte pentru conducerea fluidelor în zona de aşchiere, sisteme de siguranţă şi de protecţie la suprasarcini etc. (fig. 5.28NU Examen).

Fig. 5.27. Metoda combinată aplicată la abrazare [Coz-95]

NU ExamFig. 5.28. Structura echipamentului de răcire-ungere din dotarea maşinilor-unelte, pentru răcirea-ungerea exterioară [Coz-95]

5.6. Forma şi dimensiunile aşchiei nedeformate Modul şi gradul de solicitare termomecanică a dintelui aşchietor poate fi apreciat prin forma geometrică şi dimensiunile secţiunii de material îndepărtat la un ciclu al mişcării principale (fig. 5.29). Secţiunea plană a acestui material ‒ înainte de deformare şi de transformare în aşchia propriu-zisă, definită într-un plan paralel cu planul de bază constructiv Mxy, se numeşte secţiune transversală Fig. 5.29. Secţiunea transversală a aşchiei a aşchiei nedeformate. Ea are forma geometrică nedeformate (teoretică) [Coz-95] dependentă de forma muchiei aşchietoare active, valoarea unghiului de atac principal κ, adâncimea de aşchiere t şi avansul de aşchiere s (mai precis de raportul t/s). Secţiunea transversală a aşchiei nedeformate nu constituie un parametru propriu-zis al procesului de aşchiere, ci un parametru global. Secţiunea este caracterizată prin formă, dimensiuni, arie şi este comparată cu secţiunea aşchiei reale, deformate.  Forma aşchiei nedeformate  În funcţie de forma muchiei aşchietoare active, secţiunea transversală a aşchiei nedeformate are:  formă de paralelogram cu laturile egale cu s şi t/sinκ ‒ pentru un tăiş activ rectiliniu (v. fig. 5.29);  formă de virgulă întoarsă (fig. 5.30) ‒ pentru un tăiş activ curbiliniu; TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 41

 formă complexă (fig. 5.31) ‒ pentru o muchie aşchietoare formată din mai multe tăişuri active drepte sau din segmente de dreaptă racordate cu arce.

Fig. 5.30. Secţiune transversală sub formă de virgulă întoarsă

Fig. 5.31. Secţiune transversală complexă a aşchiei nedeformate

  În funcţie de mărimea unghiului de atac principal κ (fig. 5.32), forma secţiunii aşchiei teoretice variază între un paralelogram îngust şi cu înclinare pronunţată ‒ pentru valori mici ale lui κ (fig. 5.32, a) şi un dreptunghi ‒ pentru κ = 90º (fig. 5.32, c). Ca urmare,  aşchiile subţiri (v. fig. 5.32, a) conduc la eforturi pronunţate în direcţie radială, în timp ce  aşchiile groase şi înguste (v. fig. 5.32, c) solicită puternic dintele aşchietor pe direcţie longitudinală.

a

b

c

Fig. 5.32. Influenţa unghiului de atac κ asupra formei secţiunii transversale a aşchiei nedeformate: (a) – aşchie subţire; (b) – aşchie normală; (c) – aşchie îngustă

 În funcţie de raportul între adâncimea şi avansul de aşchiere, pentru secţiunea transversală a aşchiei nedeformate există două situaţii limită (fig. 5.33):  formă normală (înaltă), caracteristică unui raport t/s > 1, formă întâlnită în mod frecvent (fig. 5.33, a);  formă întoarsă (joasă), caracteristică unui raport t/s < 1, formă dezavantajoasă din punct de vedere al modului de solicitare a dintelui aşchietor.

Iulian ROMANESCU

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

42 | 44

Fig. 5.33. Influenţa raportului t/s asupra formei secţiunii transversale a aşchiei nedeformate: (a) – aşchie normală (înaltă); (b) – aşchie întoarsă (joasă)

 Parametrii aşchiei nedeformate  Lăţimea b a aşchiei nedeformate reprezintă lungimea tăişului activ proiectat în planul de bază Mxy (segmentul AD în fig. 5.34, a).  Grosimea aşchiei nedeformate a reprezintă distanţa dintre două poziţii succesive ale sculei (la un ciclu al mişcării principale), măsurată perpendicular pe direcţia lăţimii, în planul de bază (segmentul BC în fig. 5.34, a). Din figura 5.34 se pot deduce relaţiile de calcul pentru lăţimea aşchiei b, grosimea a şi aria A a secţiunii aşchiei nedetaşate.

a

b

Fig. 5.34. Parametrii secţiunii transversale a aşchiei nedeformate: (a) – pentru un tăiş rectiliniu; (b) – pentru un tăiş curbiliniu

 Pentru tăişul rectiliniu (v. fig. 5.34, a), grosimea aşchiei teoretice b, lăţimea a şi aria secţiunii transversale A a aşchiei nedeformate sunt date în relaţiile (5.11), (5.12) şi, respectiv, (5.13). 𝑡 (5.11) 𝑏= , [mm] 𝑠𝑖𝑛 𝜅 𝑎 = 𝑠 ∙ sin 𝜅 [mm] (5.12) 2 𝐴 =𝑎∙𝑏 =𝑡∙𝑠 [mm ] (5.13)  Pentru secţiunea de aşchie tip virgulă întoarsă (v. fig. 5.34, b), obţinută cu un cuţit cu raza R de racordare la vârf, unghiul ψ de contact sculă-piesă este dat de relaţia (5.14), 𝑅−𝑡 (5.14) 𝜓 = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 , [° ] 𝑅 în funcţie de care se poate determina lăţimea aşchiei b (relaţia 5.15), 𝜓 (5.15) 𝑏 = 2𝜋𝑅 , [mm] 360 TPA  Cap. 5d

Cap. 5  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere

44 | 43

în timp ce grosimea a variază între limitele: 𝑎𝑚𝑖𝑛 = 0 şi 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑠 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜓 (5.16) La proiectarea elementelor sistemelor tehnologice MUSDP şi a tehnologiilor de prelucrare se folosec valorile ariei teoretice A, obţinute cu relaţia (5.13). Mărimile a şi b sunt denumite frecvent parametri fizici ai procesului de aşchiere, iar mărimile s şi t se denumesc parametri tehnologici ai procesului de aşchiere. Din analiza atentă a formei secţiunii aşchiei nedeformate (fig. 5.35) se observă că la aşchiere participă şi o mică porţiune din tăişul secundar, iar secţiunea de material ce încarcă dintele este în mod real mai mică decât aria A stabilită mai sus, datorită «paşilor» efectuaţi de sculă la fiecare ciclu al mişcării principale. Practic, din suprafaţa A, rămâne pe piesă o porţiune neprelucrată de arie Asr, numită secţiune restantă.  Astfel, aria reală a secţiunii transversale a aşchiei nedeformate va ţine cont de secţiunea restantă: (5.17) 𝐴𝑟 = 𝐴 − 𝐴𝑠𝑟 = 𝑡 ∙ 𝑠 − 𝐴𝑠𝑟 Prezenţa pe suprafaţa prelucrată a secţiunii restante va face ca generatoarea cinematică reală Γreal a suprafeţei generate să fie diferită ca formă de generatoarea teoretică Γt , înălţimea h a secţiunii restante având cea mai mare contribuţie la rugozitatea suprafeţei prelucrate.

Fig. 5.35. Secţiunea transversală reală a aşchiei nedeformate

Iulian ROMANESCU

44 | 44

TEORIA PRELUCRĂRILOR PRIN AŞCHIERE

Subiecte de examen S  Parametrii procesului de prelucrare prin aşchiere {enumerare}. Materialul prelucrat. S  Parametrii regimului de aşchiere {definiţii, relaţii, unităţi de măsură}. S  Părţile şi elementele componente ale sculei aşchietoare; exemplificare pe cuţitul de strung, pe burghiul elicoidal, pe freză (sau broşă). S  Parametrii geometrici constructivi ai dintelui aşchietor – ca parametri al procesului de aşchiere. Sistemul de referinţă constructiv; exemplificare pe un cuţit de strung. S  Parametrii geometrici funcţionali ai dintelui aşchietor; strunjirea cilindrică cu cuţit având κ = 90º şi λ = 0º. S  Parametrii geometrici funcţionali ai dintelui aşchietor; strunjirea cu avans transversal (debitarea / canelarea). S  Forma geometrică a suprafeţelor active şi a muchiei aşchietoare – parametri ai procesului de aşchiere. S  Materialul aşchietor, ca parametru al procesului de aşchiere. S  Mediul de aşchiere – parametru al procesului de aşchiere. Medii de aşchiere utilizate şi proprietăţile lor. Modalităţi de conducere în zona de lucru. S  Forma aşchiei nedeformate. S  Parametrii aşchiei nedeformate. Aria reală a secţiunii transversale a aşchiei.

TPA  Cap. 5d