Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Tehnica mecanica

Index » inginerie » Tehnica mecanica
» ASCHIEREA - NOTIUNI DE TEORIA ASCHIERII

ASCHIEREA - NOTIUNI DE TEORIA ASCHIERII

 

M'

Fig. 1.17. Deformarea materialului aschiat.

Pornind de la cel mai simplu proces de aschiere, rabotarea ortogonala, I.A. Time a propus urmatoarea ipoteza de formare a aschiei (fig.1.17,c). Sub actiunea unei forte exterioare F, generata de masina-unealta, materialul din fata suprafetei de degajare a sculei este deformat elastic, apoi plastic si transformat in aschii in limitele unui unghi diedru Σ, format de planul dupa care are loc forfecarea materialului prelucrat si planul fetei de degajare. Fata de solicitarile care apar la comprimarea unei epruvete prismatice, cu eforturi unitare normale σ si tangentiale  maxime dupa o directie care formeaza un unghi de 45˚ cu directia de actiune a fortei F, in cazul aschierii intervin fortele de coeziune interna care leaga materialul de aschiat de restul materialului piesei. Deformatia stratului care se transforma in aschie are loc in conditii mai dificile, iar liniile de alunecare (dupa directia MM', formand unghiul β₂, fig. 1.17,c) se vor curba catre suprafata libera a stratului AC. Daca eforturile unitare tangentiale maxime depasesc o anumita valoare, are loc detasarea stratului de aschiere dupa un plan care reprezinta infasuratoarea liniilor de alunecare si care a fost numit plan de forfecare. Unghiul dintre directia miscarii principale si linia AM -urma planului de forfecare- se numeste unghi de forfecare (notat cu β₁) si are valori mai mici de 45°.

Forma aschiei reprezinta un indicator sigur al conditiilor de aschiere, aratand gradul de deformare plastica suferit de stratul de material detasat. Forma aschiei depinde de: natura materialului prelucrat, geometria sculei, regimul de aschiere etc. Se deosebesc aschii de rupere si aschii de deformare plastica (fig. 1.22).

Fig. 1.22. Tipuri de aschii la prelucrarea metalelor:

1-aschii de rupere; 2, 3, 4 - aschii de deformare plastica

Aschiile de rupere sunt caracteristice materialelor de prelucrat casante si apar cand raportul σ/ este supraunitar (σ fiind efortul unitar normal iar  efortul tangential din stratul de aschiere care apar sub actiunea sculei). Ruperea elementului de aschie are loc, la inceput, dupa o directie aproape paralela cu directia principala, urmand desprinderea printr-o rupere fragila, dupa o directie care deviaza brusc spre exterior (fig.1.22, 1).

Aschiile de deformare plastica apar la prelucrarea materialelor plastice si cand in stratul de aschiere raportul σ/ este subunitar. Energia necesara detasarii aschiei de deformare plastica este mai mare decat energia detasarii aschiei de rupere. Aschiile de deformare plastica difera intre ele prin marimea gradului de deformatie. In ordine descrescatoare a gradului de deformatie se deosebesc:

aschii in grupe de elemente (fig.1.22, 2), cu legatura slaba intre grupele de elemente si cu legatura vizibila intre elementele aceluiasi grup. Avand deformatii mari la detasare, procesul de aschiere nu este corespunzator din punct de vedere energetic;

aschii in trepte, cu legatura relativ puternica intre grupele de elemente constitutive si cu deformatii plastice mai reduse (fig.1.22, 3);

aschii continue (de curgere), sub forma de benzi, obtinute prin alunecarea elementelor de aschie continuu in planul de forfecare, cu un consum de energie minim (fig.1.22, 4).

Forma definitiva a aschiei apare pe fata de degajare, la o anumita distanta de tais si nu in fata taisului sculei, deoarece se produc deformatii si la contactul aschiei cu aceasta suprafata. S-a stabilit ca, in toate cazurile, in zona taisului se formeaza numai aschii de curgere, iar fenomenele si deformatiile produse pe fata de degajare a sculei determina aparitia tuturor celorlalte tipuri de aschii.

1.2.2. Fenomene plastice secundare

Stratul ecruisat

Procesul de aschiere este insotit si de fenomene legate de contactul dintre fata de asezare a sculei si suprafata prelucrata. Stratul de baza de sub suprafata prelucrata isi modifica proprietatile fizico-mecanice. Dupa forma zonei de deformatii la aschiere (fig.1.18,a,b) rezulta ca deformatiile, care se propaga in fata varfului sculei dupa limita inferioara OA, coboara sub nivelul suprafetei prelucrate cu distanta h, fapt evidentiat prin masurarea microduritatii si prin examenul metalografic. Experimental s-a dovedit ca adancimea deformatiilor remanente h depinde in special de raza de ascutire ρ_β a taisului, de grosimea aschiei nedetasate h_D si de unghiul de degajare al sculei .

Fig. 1.18. Zona formarii aschiei (a) si zona deformatiilor remanente (b).

Din figura 1.19 se observa ca stratul de aschiere, superior punctului C (liniei BC), va aluneca in lungul planului de forfecare si se va transforma in aschie. Restul de material aflat sub punctul C, de grosime h_ρ, va fi puternic comprimat si refulat sub tais. Grosimea acestui strat,

h_ρ = ρ_β(1 - cos β₁) [mm], (1.7)

va creste cu cresterea lui ρ_β si cu scaderea unghiului β₁. De asemenea, grosimea h_ρ creste cu cat scade raportul h_D/ρ_β, adica la grosimi mici de aschiere fenomenul de ecruisare se intensifica .

Fig. 1.19. Formarea stratului ecruisat.

Valoarea avansului influenteaza mult grosimea stratului ecruisat h, care poate atinge valori de ordinul milimetrilor. Viteza de aschiere influenteaza mai putin deoarece apare fenomenul de recristalizare, opus ecruisarii.

Tensiunile remanente din stratul superficial pot atinge valori ridicate, de pana la 500 700 N/mm², si pot fi de intindere (daunatoare fiindca micsoreaza rezistenta la oboseala) sau de compresiune (favorabile).

Stratul franat si stratul de curgere

Unul dintre fenomenele de contact aschie-fata de degajare consta in aparitia presiunilor si temperaturilor ridicate, care, la oteluri de exemplu, duc la aderarea particulelor pe fata de degajare, fenomen favorizat si de rizurile acestei fete. Se produce, pe varful rizurilor, sudarea la rece a materialului aschiei care, in deplasarea sa, poate smulge particule din materialul sculei sau poate lasa particule pe fata de degajare a sculei. Are loc atat uzarea sculei cat si aparitia unui strat subtire de material dur, ecruisat, din particule de aschii pe fata de degajare, numit strat franat sau aderent.

Procesul de smulgere si de retinere de particule duce la aparitia unei rezistente la inaintare a aschiei pe fata de degajare, respectiv a unei forte de frecare, de un gen deosebit, intre aschie si fata sculei si intre straturile succesive ale aschiei. Devierea liniilor de alunecare in stratul franat se prezinta in figura 1.20,a. Viteza de deplasare a diferitelor straturi de aschie variaza de la zero in stratul aderent la valoarea v₁ din aschie. Prin urmare, spre deosebire de frecarea obisnuita dintre doua corpuri solide in miscare relativa, frecarea in procesul de aschiere implica si o frecare interioara, datorita alunecarii relative a straturilor din zona stagnata AOC (fig.1.20,b) si din vecinatatea acesteia.

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

Fig.1.20. Stratul franat din zona de contact (a)

si lungimea totala de contact (b).

Frecarea interioara are loc pe distanta c₁, in care eforturile tangentiale sunt constante iar eforturile normale variaza in sensul descresterii odata cu indepartarea de muchia de aschiere.

Stratul de contact aschie-scula, la prelucrarea otelurilor, ajunge intr-o stare plastica avansata la temperaturi de peste 600˚C si incepe sa alunece, formand stratul de curgere. Grosimea acestui strat scade cu cresterea vitezei, respectiv a temperaturii. Pot fi create conditii pentru formarea unui strat de curgere cat mai plastic care sa protejeze zona de contact de frecarea directa cu aschia. In unele cazuri, cand zona de contact se apropie de tais, stratul poate fi expulzat in directia taisului de unde poate curge pe fata de asezare ca o panglica subtire, puternic ecruisata.

Depunerea pe tais

Forta de frecare dintre stratul inferior al aschiei si fata de degajare poate depasi, in anumite conditii, forta de coeziune interioara a aschiei, astfel ca o parte din stratul de curgere este franat si lipit de fata de degajare (fig.1.21,a), formand depunerea de tais.

Fig. 1.21. Taisul de depunere (a) si variatia geometriei reale

a sculei datorita depunerii pe tais (b).

Depunerea pe tais este formata din material foarte puternic ecruisat, cu structura amorfa si cu proprietati fizico-mecanice mult diferite de cele ale materialului aschiei. Duritatea sa depaseste de 2,53,5 ori duritatea materialului prelucrat.

Acest tais depus poate prelua rolul taisului sculei, dar nu este stabil, distrugandu-se si formandu-se din nou foarte repede. Odata cu formarea sa, se modifica unghiul de degajare real _e (fig.1.21,b) si fortele de aschiere si apare pericolul ca sistemul tehnologic sa vibreze. Cu distrugerea sa, taisul de depunere poate smulge particule din materialul sculei, accelerand uzarea fetei de degajare si poate ingloba particule in suprafata prelucrata, inrautatind calitatea suprafetei. Aparitia depunerii pe tais poate duce la modificari ale dimensiunilor piesei.

In aceste conditii, taisul de depunere poate avea un rol pozitiv numai la degrosare. Finisarea se recomanda a se executa cu viteze sub 15 20 m/min sau peste 50 60 m/min, valori pentru care marimea depunerii pe tais este redusa.

1.3. Mecanica procesului de aschiere

1.3.1. Fortele si rezistentele de aschiere

Fortele de aschiere apar ca rezultat al deformarii elastice si plastice a aschiei si a suprafetei prelucrate, pentru ruperea, detasarea, deformatia suplimentara (incovoierea si spiralarea) a aschiei precum si pentru invingerea fortelor de frecare dintre aschie si fata de degajare si dintre fata de si suprafata prelucrata.

Ca urmare a miscarii relative cu viteza v_e dintre piesa si scula, scula exercita o forta sub actiunea careia stratul de aschiere este indepartat sub forma de aschie dupa linia MA, simultan cu invingerea tuturor fortelor de frecare (interne si externe). In fiecare element de suprafata dS_f de pe suprafata de forfecare MA (fig.1.22) apar eforturi unitare de compresiune s_r si eforturi unitare tangentiale t_r, care dau nastere la reactiunile fortelor de deformare plastica:

(1.8)

si

(1.9)

in care: R_c reprezinta rezistenta totala la compresiune, datorata tensiunilor normale s_r

R_f reprezinta rezistenta totala la alunecare datorata tensiunilor tangentiale de forfecare t_r

Deplasarile pe suprafata de forfecare dau nastere si unei forte de frecare interioare F_i, proportionala cu tensiunile normale si cu coeficientul de frecare interioara m_i

sau , (1.10)

in care m_i este coeficientul de frecare interioara.

Prin urmare, din cauza deformarii plastice a materialului, apare o rezistenta interioara de deformare R_i data de relatia

(1.11)

in care R_d este rezistenta la deformare plastica.

Fig. 1.22. Fortele si rezistentele de aschiere:

R_c - rezistenta la compresiune; R_f - rezistenta la alunecare datorita tensiunilor de forfecare; F_i - forta de frecare interioara; R_i - rezistenta interioara la deformare; R_g - reactiunea dintre material si fata de degajare; R_a-reactiunea dintre material si fata de asezare; F_g - forta de frecare dintre aschie si fata de degajare; F_a - forta de frecare dintre suprafata prelucrata si fata de asezare.

Intre scula si suprafata prelucrata apare o forta de respingere R_a, care provine din lucrul mecanic de deformatie a suprafetei prelucrate, si o forta de frecare F_a, intre suprafata prelucrata si fata de asezare a sculei

, (1.12)

in care m_a este coeficientul de frecare la interfata suprafata prelucrata - suprafata de asezare.

In mod analog, intre suprafata de degajare a sculei si aschie apar forta de respingere R_g si forta de frecare F_g

, (1.13)

in care m_g este coeficientul de frecare la interfata aschie - suprafata de degajare.

Rezulta ca, in orice moment, asupra sculei actioneaza o rezistenta totala R de forma

(1.14)

Rezistenta totala R are o directie oarecare in spatiu, de aceea, pentru dimensionarea sculei si a lanturilor cinematice ale masinii-unelte (lantul cinematic principal si cel de avans) prezinta interes componentele acesteia dupa directiile sistemului de referinta cinematic OXYZ (fig. 1.23).

Ff

Fig. 1.23. Componentele fortei de aschiere:

a - la strunjire; b - la frezare; c - la rabotare;

R - rezistenta totala la aschiere; F_c - componenta principala; F_f - componenta in directia avansului; F_p - componenta radiala.

Componentele fortei de aschiere sunt proiectiile vectorului R (rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ (fig.1.23). Componenta axiala F_f este paralela cu directia de avans si solicita mecanismul de avans longitudinal al masinii-unelte. Componenta radiala F_p solicita mecanismul de avans transversal si dispozitivele de fixare ale sculei si piesei. Componenta tangentiala F_c numita si principala, determina puterea necesara aschierii.

1.3.2. Determinarea fortelor de aschiere

Determinarea marimii fortelor de aschiere se poate face atat teoretic cat si experimental.

Relatiile teoretice de calcul pentru fortele de aschiere sunt determinate, in majoritatea cazurilor, pe baza unor ipoteze simplificatoare, dar care conduc la valori destul de apropiate de cele obtinute pe baze mai riguroase, insa mai putin apreciate de practicieni.

Ipoteza comprimarii politropice a aschiei considera aschia ca o epruveta supusa numai la compresiune, pornind de la faptul ca in zona de aschiere sunt dominante eforturile de comprimare plastica, forta de aschiere fiind

F = s· A = s· f· a_p = s h_D· b_D , iar .

Ca urmare,

, (1.15)

in care:

s_o este efortul unitar normal de compresie cand apar primele deformatii plastice (remanente);

n - coeficientul politropic (n este 0,25 pentru otel si 0,33 pentru fonta );

k_l - coeficientul de comprimare plastica a aschiei.

Deoarece variatia lui k_l cu grosimea h_D se poate exprima printr-o functie de forma

si , se obtine

, (1.16)

in care:

C_F este o constanta care depinde de materialul prelucrat si de geometria sculei,

;

x_F, y_F - exponentii ce arata gradul de influenta a adancimii de aschiere si avansului asupra fortei: x_F = 1, y_F = 1 - n·x .

Relatia (1.16) poate fi dedusa si prin metoda Rayleigh din analiza dimensionala, conform careia fenomenul fizic studiat poate fi considerat ca fiind proportional cu un produs de puteri ale marimilor fizice de care depinde.

Deoarece x_F > y_F rezulta ca influenta lui a_p este mai mare decat influenta lui f ; de aceea, daca se urmareste micsorarea fortei, se va limita in primul rand adancimea de aschiere si in al doilea rand avansul.

Relatiile complete ale componentelor fortei de aschiere expliciteaza factorii de influenta cei mai importanti (parametrii regimului de aschiere), tinand cont si de influenta altor factori prin intermediul unor coeficienti de corectie. Aceste relatii au forma

(1.17)

in care:

- sunt coeficientii care tin seama de materialele prelucrate;

- coeficienti globali de corectie care tin seama de conditiile de lucru schimbate fata de cele experimentale. Acesti coeficienti sunt produse ale coeficientilor partiali de corectie, de forma

K_F = K_m·K_M·K_g·K_a·K ·K_r·K_r·K_l K_s·K_ha·K_hg (1.18)

coeficienti care tin respectiv seama de:

K_m - de natura materialului prelucrat; K_M - de materialul sculei; K_g - de unghiul de degajare g ; K_a - de unghiul de asezare a ; K_κ - de unghiul de atac k_r ; K_r - de raza de varf r_e K_r - de raza de ascutire r_b; K_l - de lichidul de aschiere; K_s - de calitatea suprafetelor prelucrate; K_ha - de uzura fetei de asezare a sculei; K_hg -de uzura pe fata de degajare.

Metodele de determinare experimentala a fortei de aschiere sunt numeroase si se impart in directe si indirecte.

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

Metodele indirecte se pot considera metoda utilizarii franei Prony si metoda masurarii puterii absorbite de la retea.

Doua dintre componentele fortei de aschiere care au, in general, valori mai mici decat componenta principala F_c, adica componentele axiala F_f si radiala F_p, se exprima uneori in functie de componenta principala cu ajutorul unor coeficienti subunitari. Pentru exemplificare, la strunjire se pot considera

F_f = (0,20,3)·F_c si F_p = (0,250,4)·F_c

si rezulta

[N] (1.19)

Apasarea specifica de aschiere p se defineste prin raportul dintre forta de aschiere (principala) si aria aschiei nedetasate,

(1.20)

Rezulta ca marimea p scade cu cresterea grosimii aschiei, h_D. Daca se cunoaste valoarea marimii p (exista tabele pentru diferite tipuri de prelucrare si pentru diferite materiale) se poate calcula componenta principala F_c cu relatia F_c = p·A.

1.3.3. Lucrul mecanic si puterea in procesul de aschiere

Pentru a invinge rezistenta de aschiere a materialului si a produce aschierea este necesar ca masina-unealta sa realizeze miscarea principala si miscarile de avans, dezvoltand o putere corespunzatoare.

Lucrul mecanic L_c produs de masina-unealta, trebuie sa fie

; (1.21)

in care R este rezistenta totala; l este deplasarea, n este unghiul dintre R si l. Deoarece prezinta importanta componentele F_p, F_c si F_f precum si deplasarile pe directiile acestor forte, respectiv Dl_x, Dl_y, Dl_z, lucrul mecanic L_c are expresia

(1.22)

Puterea consumata la aschiere este data de raportul dintre lucrul mecanic si timpul de aschiere t,

(1.23)

Deplasarile unitare sunt tocmai vitezele miscarilor de aschiere,

- viteza de deplasare in lungul sculei,

- viteza principala de aschiere,

- viteza de avans,

si in acest caz expresia puterii P va fi

. (1.24)

In general, deplasarea dupa directia Ox este aproape nula in timpul prelucrarii, deplasarea dupa directia Oz se executa de regula cu viteza de avans v_f foarte mica in raport cu viteza de aschiere v_c si, de aceea, fara a face o eroare mai mare de 12 %, puterea de aschiere se poate calcula cu relatia

[kW] , (1.25)

iar puterea motorului de actionare P_m a lantului cinematic principal cu relatia

[kW] (1.26)

in care h_p este randamentul lantului cinematic principal, forta este in N si viteza de aschiere in m/min.

Pentru calculul puterii motorului ce actioneaza lantul cinematic de avans P_f se foloseste relatia:

[kW] (1.27)

in care h_f este randamentul lantului cinematic de avans.

1.4. Fenomene termice in procesul de aschiere

Un fenomen care insoteste in mod constant procesul de aschiere al metalelor este aparitia caldurii. Sursa de aparitie a caldurii o constituie lucrul mecanic total consumat in procesul de aschiere, L, dat de relatia

L = L_dp + L_fg + L_fa + L_de + L_oa L_sa

in care: L_dp - lucrul mecanic consumat pentru deformarea plastica;

L_fg - lucrul mecanic consumat prin frecari pe fata de degajare;

L_fa - lucrul mecanic consumat prin frecari pe fata de asezare;

L_de - lucrul mecanic consumat pentru deformarile elastice;

L_oa - lucrul mecanic consumat pentru ondularea aschiei;

L_sa - lucrul mecanic consumat pentru sfaramarea aschiei.

Ultimii trei termeni din relatia (1.28) se pot neglija deoarece reprezinta doar 2.3% din lucrul mecanic total, astfel incat acesta se poate aproxima prin suma primilor termeni,

L L_dp + L_fg + L_fa

Lucrul mecanic consumat in procesul de aschiere se transforma aproape integral in caldura (peste 99,5%) si numai o mica parte (sub 0,5%) se inmagazineaza sub forma de energie potentiala in piesa. Caldura, rezultata din transformarea lucrului mecanic determinat cu relatia (1.29), are drept principale surse (fig.1.24):

deformatiile plastice in planele de alunecare ale stratului aschiat (Q_d);

frecarea dintre aschie si fata de degajare a sculei (Q_fg

frecarea dintre suprafata prelucrata si fata de asezare a sculei (Q_fa

Se poate scrie, in consecinta,

Q = Q_d + Q_fg + Q_fa (1.30,a)

Caldura provenita de la cele trei surse se transmite in zonele cu temperatura mai scazuta, repartizandu-se in aschie (Q_a), in scula (Q_s), in sistemul piesa - dispozitiv de prindere - masina - unealta (Q_p) si in mediul ambiant (Q_ma), rezultand urmatoarea relatie:

Q = Q_a + Q_s + Q_p + Q_ma (1.30,b)

Fig. 1.24. Principalele surse de caldura in procesul de aschiere:

Q_d - caldura rezultata in planul de forfecare; Q_fcaldura datorata frecarii la interfata

suprafata prelucrata - fata de asezare; Q_fcaldura datorata frecarii la interfata

aschie - fata de degajare; Q_s - caldura disipata in scula; Q_p - caldura disipata in

piesa; Q_a - caldura disipata in aschie; Q_ma - caldura disipata in mediul ambiant.

Repartitia caldurii totale in aschie, in scula, in piesa si in mediul ambiant variaza de la un procedeu de aschiere la altul, precum si in cadrul aceluiasi procedeu, in functie de conditiile de aschiere. Pentru exemplificare sunt prezentate valorile orientative la strunjire si la gaurire:

a) strunjire b) gaurire

Q_a = (0,5.0,86)Q Q_a = 0,28Q

Q_s = (0,09.0,03)Q Q_s = 0,52Q

Q_p = (0,4.0,1)Q Q_p = 0,15Q

Q_ma = 0,01Q    Q_ma = 0,05Q

Cantitatile de caldura care trec in aschie, in scula si in piesa se pot stabili fie teoretic, fie pe cale experimentala, ridicandu-se campul termic al sculei (fig.1.25,a), al zonei aschie-scula si al zonei piesa-scula (fig.1.25,b).

Fig. 1.25. Campul termic in zona de aschiere:

a)    in partea activa a sculei; b) in zonele aschie - scula si scula - piesa

Analiza campului termic in zona de aschiere permite sa se desprinda mai multe concluzii:

Temperatura cea mai mare se produce in centrul de presiune al sculei (zona in care aschia apasa cel mai puternic pe fata de degajare), care este si centrul de temperatura (q_s,max), situat la din lungimea activa a taisului fata de varful sculei.

Temperatura sculei scade cu cresterea distantei fata de tais.

Forma campului termic este influentata de geometria sculei. Suprafetele izoterme ale campului au convexitatea catre corpul sculei la valori mari ale unghiurilor b si e_r ori in sens invers, catre varful sculei, la valori mici ale acestor unghiuri. Rezulta ca sculele care au taisuri si varfuri prea ascutite sunt susceptibile de concentratii mari de caldura.

Temperatura maxima a aschiei (q_a,max) se inregistreaza in vecinatatea punctului de desprindere de pe fata de degajare a sculei, aschia inmagazinand si caldura provenita din frecarea cu aceasta suprafata.

Temperatura aschiei scade in directia suprafetei ei exterioare, precum si in cea a alunecarilor maxime, deoarece sursa de caldura de pe fata de degajare este mai puternica.

Temperatura maxima in piesa (q_p,max) se produce in planul de forfecare, in apropierea varfului sculei. Caldura patrunde putin in piesa din cauza radierii intense a acesteia catre mediul inconjurator.

1.5. Uzura si durabilitatea sculelor aschietoare

1.5.1. Formele si parametrii uzurii

In procesul de aschiere scula se uzeaza ca urmare a interactiunii reciproce cu semifabricatul: scula aschiaza semifabricatul si acesta, impreuna cu aschia, supun scula unui proces de uzare.

Uzura sculei aschietoare are o influenta negativa asupra desfasurarii procesului de aschiere, asupra preciziei dimensionale si de suprafata a pieselor, precum si asupra consumului de material. Realizarea unor piese de calitate ridicata, stabilirea unor regimuri de aschiere mai productive precum si utilizarea rationala si eficienta a sculelor aschitoare impun cunoasterea comportarii lor la uzare.

Fig. 1.26. Uzura cutitului (STAS 12046/1-81).

In STAS 12046/1- 81, elaborat dupa ISO 3685-1977, se stabilesc parametrii pentru caracterizarea uzurii sculelor aschietoare avand partea activa din oteluri de scule, din carburi metalice sau din materiale mineralo-ceramice(fig.1.26). Aceste regiuni, avand definiti mai multi parametrii ai uzurii, se afla :

pe fata de asezare secundara, de lungime a, egala cu lungimea activa a muchiei secundare (T'_act) si de latime notata cu VA_A;

pe fata de asezare principala, de lungime b, egala cu lungimea activa a muchiei principale (T_act), care s-a impartit in trei zone, C, B si N; latimea uzurii se noteaza cu VB si indicele zonei, iar latimea medie a uzurii are valoarea

; (1.31)

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

KT - adancimea craterului;

KM - distanta de la muchie pana la mijlocul craterului;

KB - latimea craterului;

KL - distanta de la muchie pana la marginea craterului;

K = KT/ KM , caracteristica de profunzime;

KS = KL/ KB , caracteristica de suprafata.

Uzura se produce preponderent numai pe una dintre suprafetele active ale sculei aschietoare, sau pe ambele suprafete, in urmatoarele conditii :

uzura numai pe fata de asezare apare, in general, in cazul aschierii cu viteza mica si grosime mica a aschiei, deoarece creste lucrul mecanic specific al fortelor de frecare pe fata de asezare;

uzura numai pe fata de degajare apare, in general, pentru viteza mare de aschiere si grosime mare a aschiei, deoarece lucrul mecanic al fortelor de frecare pe fata de degajare este mai mare;

uzura pe fetele de asezare si degajare apare in conditii medii de aschiere si este cazul cel mai des intalnit .

Evolutia uzurii in timp reprezinta curba caracteristica a uzurii (fig.1.27). Aceasta evolutie are aceeasi alura pentru uzura pe fetele de degajare si de asezare ale sculei. Curba caracteristica se construieste pe baza datelor experimentale, prelucrand un anumit material, in conditii date de aschiere (geometria sculei, regimul de aschiere etc.) si masurand la anumite momente ( t ) uzura sculei pe fata de asezare (de exemplu VB_B ) sau pe fata de degajare (de exemplu KT).

Fig. 1.27. Curba caracteristica a uzurii.

Pe curba caracteristica de uzura (fig.1.27) se observa trei zone distincte:

perioada uzurii de rodaj (sau de amorsare - zona OA), in care, intr-un timp relativ scurt, t_A, uzura creste foarte repede, in special prin netezirea asperitatilor suprafetei sculei;

perioada de uzura normala (zona AB), in care uzura creste mult mai lent pe durata de la t_A la t_B ,avand o variatie aproximativ liniara si corespunzand regimului de lucru normal;

perioada uzurii de distrugere (sau catastrofala), care apare dupa un timp t_B si in care se produce cresterea brusca a uzurii.

Uzarea se produce cu o anumita intensitate sau viteza , I, a carei valoare poate fi determinata in fiecare punct al curbei cu relatia

in care u poate fi oricare din parametrii uzurii: VB, KT etc. Intensitatea de uzare reprezinta grafic panta tangentei la curba caracteristica de uzura si este aproximativ constanta in cadrul fiecareia dintre cele trei perioade.

1.5.2. Mecanismele de producere a uzurii

Uzura sculelor aschietoare este rezultatul indepartarii unei cantitati de material de pe fetele active ale sculei ca urmare a unor mecanisme mecanice, chimice, electrice ori combinatii ale acestora .

Uzura prin abraziune apare la toate sculele aschietoare si se explica prin frecarea existenta intre materialul de aschiat si scula, sau prin prezenta unui material intermediar intre acestea.

In timpul aschierii duritatea materialului aschiat creste de 2-3 ori in zona de contact cu scula aschietoare, in timp ce duritatea stratului superficial al sculei din zona activa scade sub actiunea temperaturii produse, astfel incat materialul de prelucrat erodeaza scula aschietoare, pe fondul unor presiuni mari in zona de contact. Daca materialul semifabricatului contine particule dure (impuritati, oxizi, carburi ), aceste particule pot zgaria scula (brazdare plastica).

Aceeasi actiune o produc particulele dure detasate din materialul sculei care, inglobandu-se in materialul semifabricatului, abrazeaza scula.

Uzura prin oboseala mecanica apare la sculele supuse la solicitari variabile (aschiere discontinua; stunjire intrerupta; frezare s.a.). Ea apare sub forma unor fisuri, amorsate de defectele de suprafata, provocand smulgeri, exfolieri sau ruperea stratului de acoperire de pe suprafata sculei.

Uzura provocata de vibratii (denumita de unii autori si uzura de sfaramitare) se manifesta mai ales in cazul sculelor prevazute cu placute din carburi metalice. Procesul de aschiere este insotit intotdeauna de vibratii mai mult sau mai putin intense ale sistemului tehnologic masina-unealta- dispozitiv-piesa-scula (MUDPS), astfel incat scula este supusa la sarcini dinamice care, din cauza rezistentei scazute la soc a carburilor metalice, produc faramitari foarte fine ale muchiilor aschietoare ale sculelor.

Uzura datorita depunerii pe tais apare la prelucrarea materialelor tenace, care formeaza depuneri pe varful sculei. Odata cu indepartarea periodica a depunerilor metalice sunt indepartate si particule din materialul sculei.

Uzura de adeziune apare in cazul in care, sub actiune intima, particulele mici de aschie se sudeaza pe fata de degajare a sculei. Punctele de sudura sunt rupte de catre aschie, ruperea avand loc pe o suprafata diferita de suprafata initiala, provocand uzura unuia sau altuia dintre materiale.

Uzura prin difuziune are loc numai la sculele cu placute din carburi metalice. Din cauza vitezei mari de curgere si a temperaturilor ridicate (de ordinul 600 -1000 C), la interfata aschie/scula, unde are loc contactul, atomii de la una sau mai multe faze ale materialului sculei pot sa difuzeze in aschie. Procesul de difuziune se poate extinde rapid in masa intregii placute datorita conductivitatii termice, apar zone sarace in carbon prin difuziunea acestuia in aschie sau in liantul placutei, iar partea activa a sculei se degradeaza, avand proprietati fizico-mecanice necorespunzatoare.

Uzura datorita tensiunilor termice apare in special la aschierea materialelor putin tenace si se manifesta sub forma unor fisuri perpendiculare pe muchia aschietoare (ruptura zimtata). Aceste fisuri sunt generate de tensiunile termice variabile.

Uzura datorita oxidarii se manifesta numai la sculele cu placute din carburi metalice, deoarece otelurile de scule isi pierd capacitatea de aschiere inainte de a surveni oxidarea..

Uzarea datorita curentilor electrici are caracterul unui proces electrochimic si se explica prin aparitia curentilor electrici in procesul de aschiere. Piesa, in combinatie cu scula, formeaza un termocuplu in care scula, in general, constituie polul pozitiv, permitand un transport de atomi de pe scula, producand uzarea acesteia.

Uzura totala a sculei aschietoare. In procesul de aschiere diferitele mecanisme de uzare actioneaza rareori separat. De obicei uzura sculei aschietoare este rezultatul actiunii mai multor mecanisme, chiar daca unul dintre ele este preponderent in functie de conditiile de aschiere: cuplul de materiale scula-piesa, viteza de aschiere, temperatura de aschiere etc. In figura 1.28 se prezinta o diagrama de principiu in care apar componentele uzurii si uzura totala.

1.5.3. Durabilitatea sculelor aschietoare

In orice proces de prelucrare prin aschiere scula aschietoare se uzeaza astfel ca, in momentul atingerii unei anumite valori a uzurii, este necesara intreruperea lucrului in vederea reascutirii taisului.

Se numeste durabilitatea sculei, T, durata de lucru a unei scule, intre doua reascutiri succesive.Durabilitatea sculei este unul dintre cei mai importanti parametrii care intervin in procesul de aschiere.

Fig. 1.29. Evolutia durabilitatii in functie de viteza de aschiere.

Valoarea durabilitatii este dependenta de o serie de marimi variabile: caracteristicile materialului piesei de prelucrat si ale materialului sculei, parametrii geometrici ai sculei, parametrii regimului de aschiere s.a. Legea de variatie a durabilitatii, in functie de toti acesti parametrii, este greu de stabilit si de aplicat. De aceea, s-au determinat dependente intre durbilitatea T si unul sau mai multi parametri. In figura 1.29 este prezentata dependenta durabilitatii de viteza de aschiere (in coordonate logaritmice ).

Domeniul uzual al vitezelor de aschiere este domeniul CD al curbei, domeniu care este practic aproape liniar. Diverse modele matematice pentru legea de variatie a durabilitatii s-au oprit asupra acestei zone, valabilitatea lor limitandu-se la acest domeniu.

Primul care a propus un asemenea model a fost inginerul american F. W. Taylor (1907), model exprimat prin relatia

(1.33)

sau prin relatia echivalenta

in care : T -durabilitatea, in min.; v -viteza de aschiere, in m/min.; k =tgα (fig.1.29); m -exponentul durbilitatii ; C1, C2 -constante.

Fig. 1.30. Modelul Taylor:

a)     in coordonate normale ; b) in coordonate logaritmice.

Exponentul m este variabil dar, pentru un domeniu restrans al vitezei de aschiere, se poate considera constant. In fig.1.30,a se prezinta curba corespunzatoare relatiei (1.33). Daca se logaritmeaza aceasta relatie se obtine

log T = k log v + log C1, (1.35)

care reprezinta, intr-un sistem dublu logaritmic, o dreapta (fig.1.30,b). Daca se considera doua viteze de aschiere diferite, v₁ > v₂ si se determina experimental durabilitatile T₁, respectiv T₂, coeficientul k se calculeaza cu relatia

iar exponentul durabilitatii, m, este

Cu cit valoarea exponentului k este mai mare (in valoare absoluta ), cu atat dreapta din fig.1.30,a este mai apropiata de verticala. In acest caz, la o crestere mica a vitezei de aschiere, rezulta o variatie mare a durabilitatii T, ceea ce inseamna ca scula este sensibila la variatia vitezei de aschiere. In cazul vitezelor de aschiere mici (degrosare, brosare), exponentul k are valori mai mici, scula fiind mai putin sensibila la modificarea vitezei.

Modelul Taylor corespunde strunjirii cu scule din otel rapid si cu placute din carburi metalice, la viteze mici de aschiere, dar nu poate cuprinde toate formele uzurii care apare la aschierea intensiva a otelurilor bogat aliate. In prezent exista si alte modele matematice care exprima evolutia durabilitatii sculei aschietoare.

Modelul Gilbert (1950) este o generalizare a modelului Taylor, in ecuatie intervenind si ceilalti doi parametri ai regimului de aschiere (adancimea de aschiere a_p si avansul f ),

Acest model este mai accesibil pentru tehnologi. Din aceasta relatie se poate explicita viteza de aschiere.

Alte modele au fost propuse de Kronenberg (1968), de König si Depiéreux (1969), de Opitz s.a.

Pana in prezent nu se poate afirma ca exista un model matematic pentru durabilitatea sculei aschietoare, care sa fie valabil pentru toate conditiile tehnologice. Fiecare model acopera un anumit domeniu al aschierii, in care permite stabilirea optimului de prelucrare.

1.5.4. Criterii de uzura

In functie de conditiile concrete ale prelucrarii, marimea maxima admisibila a uzurii este diferita: la degrosare, marimea maxima a uzurii admise poate fi foarte aproape de inceputul uzurii de distrugere, iar la finisare ea este mult mai mica.

Valoarea uzurii la care este necesara oprirea lucrului si reascutirea sculei se numeste uzura admisibila, iar durabilitatea corespunzatoare se numeste durabilitate admisibila. Expresia cantitativa a uzurii admisibile se numeste criteriu de uzura. In practica se folosesc mai multe criterii de uzura.

Criteriul petelor lucioase sau al franarii se foloseste numai la degrosare, in cazul prelucrarii cu scule din otel rapid. Conform acestui criteriu, scula trebuie reascutita cand pe suprafata prelucrata apar pete lucioase (la oteluri, deoarece la fonte apar pete intunecate). Acest fenomen se explica prin faptul ca scula, atingand valoarea uzurii de distrugere, nu mai patrunde in materialulu piesei, acesta fiind strivit. Concomitent, se inregistreaza o crestere brusca a apasarilor de aschiere, in special a componentelor F_p si F_f, crestere care poate fi folosita drept criteriu separat de apreciere a uzarii sculei.

Criteriul dat de forma aschiei se aplica la sculele cu placute din carburi metalice si se bazeaza pe schimbarea formei aschiei pe masura ce uzura avanseaza.

La aschierea cu placute din carburi de wolfram, aschia are la inceput forma unei benzi deoarece nu s-a format craterul pe fata de degajare. Pe masura ce placuta se uzeaza, aschia capata forma spirala, cu raze de curbura din ce in ce mai mici. La uzarea completa a placutei, aschia se desprinde sub forma de spirale scurte sau de bucati separate.

La aschierea cu placute din carburi de titan si de wolfram, aschia ia forma ondulata la uzarea completa a sculei.

Criteriile tehnologice exprima uzura admisibila a sculei in functie de conditiile de precizie impuse suprafetei prelucrate : toleranta admisibila T_p sau rugozitatea suprafetei R_z.

Pentru exemplificare, in cazul pieselor rotunde (fig.1.38), uzura radiala admisibila a sculei ,w_a , trebuie sa indeplineasca conditia

in care T_p reprezinta toleranta piesei; inlocuind w_a = VB_a tga , se obtine valoarea admisibila a uzurii pe fata de asezare (VB_a

Criteriul uzurii optime permite stabilirea valorii uzurii pentru care se obtine durata totala maxima de lucru a unei scule. Durata totala maxima de lucru t_max se calculeaza stabilind maximul functiei din relatia (1.41), in functie de numarul de reascutiri posibile i_j pentru diverse valori ale durabilitatii T_j,

t = i_j T_j [min]. (1.41)

Criteriile de uzura pentru cutitele de strung, prezentate de STAS 12046/2-84, standard care corespunde documentului ISO 3685-1977, stabilesc valorile admisibile pe fata de asezare a sculei.

Valorile uzurii admisibile se stabilesc, cu precadere, pentru uzura pe fata de asezare, pe baza urmatoarelor considerente :

uzura pe fata de asezare se produce mai repede decat uzura pe fata de degajare ;

uzura fetei de asezare are, din momentul aparitiei acesteia, o influenta negativa asupra desfasurarii procesului de aschiere si asupra calitatii suprafetei prelucrate ;

uzura pe fata de asezare se masoara mai usor .

Reducerea intensitatii uzurii, respectiv cresterea durabilitatii efective a sculelor aschietore, se poate obtine pe mai multe cai :

perfectionarea materialelor pentru scule ;

perfectionarea constructiva si optimizarea geometriei sculelor ;

imbunatatirea calitatii suprafetelor active ale sculei ;

folosirea lichidelor de aschiere (de racire-ungere).

Momentul actual in dezvoltarea productiei de scule aschietoare este momentul fabricarii sculelor acoperite cu straturi dure subtiri, tehnica ce permite combinarea favorabila a propietatilor materialului de baza al sculei cu cele ale materialului acoperirii, rezultand o scula care sa asigure simultan tenacitate, stabilitate termica si duritate ridicate.

1.6. Medii de aschiere

1.6.1. Rolul mediilor de aschiere

Caldura produsa in procesul de aschiere actioneaza asupra sculei aschietoare, conducand la micsorarea duritatii si a rezistentei la uzare a cesteia, precum si asupra piesei, modificandu-i dimensiunile si introducand tensiuni interne.

In scopul eliminarii sau atenuarii acestor inconveniente se utilizeaza mediile de aschiere: lichide de aschiere, gaze de aschiere si chiar medii solide (de exemplu bisulfura de molibden).

In cazul in care nu se foloseste nici un mediu de aschiere specific, are loc o aschiere asa-zisa "uscata", desi aerul atmosferic creaza, de fapt, un mediu de aschiere.

Mediile utilizate in procesul de aschiere pot sa indeplineasca unul sau mai multe din urmatoarele roluri :

de racire, constand in absorbirea si eliminarea partiala a caldurii, avand ca efect micsorarea temperaturii aschiei, a sculei si a suprafetelor prelucrate;

de ungere, micsorand fortele de frecare aschie-fata de degajare si suprafata prelucrata-fata de asezare;

de aschiere, usurand curgerea plastica si microfisurarea in planele de alunecare;

de impiedicare a depunerilor pe tais

de protejare a suprafetelor prelucrate, ale sculei, ale masinii-unelte si ale dispozitivelor contra coroziunii;

de spalare.

Dintre mediile de aschiere, in majoritatea cazurilor se utilizeza lichidele de aschiere si, de aceea, se va insista in special pe actiunea acestora in procesul de aschiere.

1.6.2. Clasificarea lichidelor de aschiere

Clasificarea lichidelor de aschiere se face dupa propritatile principale ale acestora (tabelul 1.3): proprietatile de racire, de ungere si efectul de aschiere. Lichidul cu efectul cel mai mare de racire este apa, iar lichidul cu efectul cel mai mare de ungere este uleiul. Intre aceste doua extreme sunt cuprinse toate lichidele de aschiere, cu observatia ca pe masura ce capacitatea de ungere a lichidului creste, capacitatea de racire scade.

Grupa I cuprinde solutiile apoase ale electrolitilor alcalini: carbonat de sodiu (soda calcinata), fosfat trisodic, silicati de sodiu si potasiu (sticla solubila), azotat de sodiu intr-un mediu slab alcalin, bicromat de potasiu sau de sodiu (ultimile doua cu concentratia limitata la max. 0,05.0,07 %, din motive de protectia muncii).

Grupa II include solutiile apoase de substante capilar-active: sapunuri hidrofile (pe baza de potasiu, de sodiu, de trietanol-amina etc.), acizi naftenici, acid oleic si alti acizi grasi, precum si produse de sulfatare (amestec de acizi sulfonaftenici tehnici, ulei de ricin sulfatat etc.). Substantele capilar-active cele mai raspandite sunt sapunurile.

Grupa III cuprinde emulsiile de tip "ulei-apa", preparate din amestecuri care emulsioneaza in mod automat. Ele contin apa, substante capilar-active (emulgatori), uleiuri minerale emulsionate si inhibitori de coroziune. Au proprietati bune de racire, de ungere si de aschiere, dar la temperaturi inalte sufera descompuneri sau se evapora, fapt ce limiteaza domeniul de utilizare.

Grupa IV cuprinde emulsiile activate care, spre deosebire de cele din grupa III, au substante capilar active cu afinitate mai mare: substante cu sulf, acid oleic, acizi sintetici macromoleculari si esteri ai acizilor sintetici. Pentru marirea proprietatilor de ungere ale emulsiilor se pot utiliza adaosuri de grafit coloidal in apa.

Grupa V cuprinde uleiurile minerale si vegetale, cu proprietati de ungere foarte bune, dar care nu le pot depasi pe acelea ale emulsiilor activate.

Pentru aschiere se folosesc uleiuri minerale simple, uleiuri activate cu substante capilar-active, uleiuri cu sulf si uleiuri cu grafit.

Uleiurile vegetale si grasimile animale au proprietati de ungere mai mari decat uleiurile minerale, dar au stabilitate mai mica si sunt si deficitare. In acest context se pot utiliza amestecurile de uleiuri minerale si vegetale (numite si uleiuri compound). Dintre uleiurile vegetale prezinta interes uleiul de ricin sulfatat.

In prezent sunt standardizate mai multe uleiuri emulsionabile si neemulsionabile pentru prelucrarea metalelor (tabelul 1.4).

1.6.3. Utilizarea lichidelor de aschiere

Alegerea lichidelor de aschiere se face in functie de procedeul de prelucrare prin aschiere, de materialul de prelucrat, de materialul sculei, de regimul de aschiere, de forma aschiilor, de rugozitatea suprafetei prelucrate. Cateva precizari generale privind utilizarea lichidelor de aschiere sunt prezentate in continuare.

Tabelul 1.3. Clasificarea lichidelor de aschiere

La degrosare se utilizeaza lichide cu capacitate mare de racire deoarece se lucreaza cu sectiuni mari de aschie, deci se degaja multa caldura, iar rugozitatea suprafetei nu este importanta.

La finisare se lucreaza cu sectiuni mici de aschie si se urmareste o rugozitate mica a suprafetei. De aceea, lichidele de aschiere trebuie sa aiba preponderent proprietati de ungere si, in al doilea rand, proprietati de racire.

Otelurile inalt aliate, care au o conductibilitate termica mai mica, se prelucreaza folosind lichide de aschiere cu proprietati active.

Fontele se pot prelucra uscat pentru evitarea formarii pastei abrazive, obtinuta prin amestecarea lichidului cu praful si aschiile fine. Totusi, pentru usurarea indepartarii aschiilor se pot folosi lichide de aschiere: uleiuri cu vascozitate mica sau emulsii cu adaosuri anticorozive.

Prelucrarea aluminiului si aliajelor sale se poate face uscat sau cu lichide de aschiere:

la degrosare- emulsii neutre sau putin acide;

la finisare- uleiuri minerale cu fluiditate mare sau cu adaos de 5 % uleiuri vegetale.

Aliajele de cupru se pot prelucra uscat sau cu uleiuri aditivate cu compusi care contin sulf sub forma inactiva.

Tabelul 1.4. Uleiuri standardizate pentru aschiere

Bronzul si alama dura se aschiaza uscat sau folosind uleiuri aditivate si anticorozive.

Prelucrarea pe masini-unelte automate se face in prezenta uleiurilor minerale activate.

La rectificare se folosesc lichide cu capacitate ridicata de spalare, pentru evitarea imbacsirii corpului abraziv.

Pentru honuire, lichidele de aschiere trebuie sa aiba mai multe proprietati: capacitate buna de racire, actiune de ungere, actiune de spalare, stabilitate chimica.

La aschierea cu placute din carburi metalice si viteze mari de aschiere prelucrarea se face uscat. In acest caz, folosirea lichidului de aschiere este utila numai daca este trimis sub forma de jet subtire, sub presiune inalta, catre fata de asezare a sculei.

Masurile de protectia muncii trebuie strict respectate in legatura cu depozitarea, pastrarea, manipularea si folosirea lichidelor de aschiere. Aceste reguli sunt necesare deoarece utilizarea lichidelor de aschiere poate provoca iritatii ale mucoaselor si ale pielii executantilor, iritatii care pot evolua si spre forme mai grave.

1.7. Optimizarea procesului de aschiere

1.7.1. Aspecte generale

Aschierea materialelor, ca procedeu final de obtinere a unei piese, cu calitatile cerute conform documentatiei de executie, presupune stabilirea urmatoarelor aspecte:

marca materialului de prelucrat (proprietatile mecanice);

scula aschietoare, confectionata din materialul adecvat si cu geometria necesara utilizarii ei in conditii specifice;

regimul de aschiere cu parametrii sai;

masina - unealta.

Conditiile in care trebuie sa aiba loc un proces de aschiere trebuie sa tina seama de realizarea tuturor aspectelor unei economicitati maxime si anume :

obtinerea unei productivitati corespunzatoare, intelegand prin aceasta un anumit volum de aschii in unitatea de timp;

cost minim, incluzand in calcul toate costurile elementelor care participa la procesul de aschiere (costul sculelor aschietoare, costul energiei electrice, manopera, amortizarea masinii-unelte etc.);

calitatea optima a suprafetei, adica rugozitatea, ecruisarea suprafetei, transformari structurale care modifica functionalitatea suprafetei respective;

conditii privind protectia operatorului, referitoare la respectarea normelor de tehnica securitatii muncii si a igienei industriale.

Stabilirea conditiilor optime ale procesului de aschiere impune:

stabilirea geometriei optime a sculei aschietoare;

durabilitatea economica;

stabilirea elementelor regimului optim de aschiere;

determinarea prelucrabilitatii materialului de prelucrat;

stabilirea capacitatii de aschiere a sculei aschietoare.

Determinarea valorilor optime ale parametrilor procesului de aschiere reprezinta o operatie dificila, deoarece in cadrul procesului au loc multiple fenomene (deformatii plastice, frecare exterioara si interioara, ecruisarea materialului, relaxarea materialului, fenomene termice, uzura sculelor aschietoare, modificarea mediului de aschiere etc.), intr-o interdependenta foarte greu de descris prin functii matematice.

1.7.2. Stabilirea geometriei optime a sculei aschietoare

Optimizarea geometriei sculei aschietoare urmareste sa mareasca precizia de prelucrare, sa realizeze aschierea cu un consum minim de energie, cu o viteza de uzare minima a sculei, cu imbunatatirea calitatii suprafetei prelucrate, sa reduca vibratiile etc. Aceasta presupune parcurgerea mai multor etape, descrise in cele ce urmeaza.

a) Stabilirea unghiului de asezare optim _opt se realizeaza astfel incat sa permita reducerea a fortei de aschiere F_c , reducerea uzurii pe fata de asezare VB, micsorarea temperaturii in zona de lucru si cresterea rezistentei mecanice a varfului sculei aschietoare, rugozitatea mica a suprafetei prelucrate R_y (fig.1.32). Domeniul optim de variatie a unghiului  este 5˚. 8˚.

b) Stabilirea unghiului de degajare optim, g_opt (fig.1.33), se face tinand cont de influenta acestuia asupra: apasarii specifice p , frecarii pe fata de degajare F_fg, temperaturii , fortei principale de aschiere F_c , durabilitatii T si uzurii VB. Domeniul optim de variatie a unghiului de degajare este 15˚.45˚.

c) Stabilirea unghiurilor de atac k_r si k'_r optime tine seama de felul prelucrarii (degrosare sau finisare), de rigiditatea si stabilitatea la vibratii a sistemului MUDSP, de forma piesei, de durabilitatea sculei aschiatoare T, de forta principala de aschiere F_c, de inaltimea maxima a microneregularitatilor suprafetei prelucrate R_y etc. S-au stabilit k_r,_opt I(45˚.60˚ ) si k'_r,_opt I

d) Stabilirea unghiului de inclinare optim l_opt se face in functie de felul prelucrarii (degrosare, finisare), de continuitatea adaosului de prelucrare, de marca materialului ce se prelucreaza, de forma aschiei, de frecarea pe suprafata de asezare. Se recomanda l_opt

Fig. 1.32. Stabilirea unghiului de asezare optim _opt :

F_c - forta principala de aschiere; T - durabilitatea; R_y - inaltimea

maxima a neregularitatilor suprafetei de prelucrare;

VB - uzura pe fata de asezare.

Fig. 1.33. Stabilirea unghiului de degajare optim g_opt

F_c - forta principala de aschiere ; T - durabilitatea; R_y - inaltimea

maxima a neregularitatilor suprafetei de prelucrare.

e) Stabilirea formei optime a varfului sculei aschietoare se face tinand seama de influenta acestuia asupra temperaturii in zona de lucru, asupra uzurii taisului si asupra inaltimii neregularitatilor. Forma optima se obtine cand raza de racordare r_ε,_opt =(1,5 .2) mm.

In functie de natura si proprietatile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat se alege materialul partii active a sculei aschietoare.

In functie de solicitarile la care este supusa scula aschietoare se aleg sectiunea partii active a sculei si forma partii de prindere a sculei.

1.7.3. Norma de timp, productivitatea, costul prelucrarii prin aschiere si durabilitatea

a) Norma de timp

Pentru obtinerea eficientei maxime, la proiectarea proceselor tehnologice trebuie sa se urmareasca realizarea consumurilor minime de timp atat pentru fiecare operatie in parte, cat mai ales pentru intregul proces tehnologic de fabricatie a unei piese.

Fig . 1.34. Structura normei de timp.

Consumul de munca pentru o activitate depusa este materializat in norma de munca, necesara pentru realizarea unei operatii (a unui produs). Norma de timp (NT) reprezina durata necesara realizarii unei lucrari sau operatii in anumite conditii tehnico-economice. Norma de timp cuprinde elementele prezentate in figura 1.34 si se determina cu relatia

[min/buc] , (1.42)

in care:

t_u - timpul unitar, care reprezinta consumul de timp normat pentru realizarea unei operatii ;

t_pi -timpul de pregatire - incheiere, care se refera la timpul necesar operatorului inainte de a incepe prelucrarea si dupa terminarea prelucrarii unui lot de produse, pentru activitati precum insusirea documentatiei tehnice, pregatirea sculelor aschiatoare, a dispozitivelor si a verificatoarelor, reglarea masinii-unelte, aprovizionarea cu semifabricate, predarea produselor executate etc.;

n reprezinta numarul de piese ce se prelucreaza.

Fig 1.35. Componenta timpului unitar.

Fig. 1.36. Componenta timpului operativ.

Timpul unitar cuprinde elementele prezentate in figura 1.35.

Timpul operativ (t_op) cuprinde timpul de baza (t_b) si timpul auxiliar (t_a), figura 1.36.

Conform celor prezentate se pot scrie urmatoarele relatii:

t_u = t_op +t_d + t_ir [min] (1.43)

t_op = t_b + t_a [min] (1.44)

t_d = t_dt + t_do [min] (1.45)

t_ir = t_on + t_ic [min] (1.46)

Timpul de baza depinde de parametrii regimului de aschiere; de aceea pentru calculul acestuia se utilizeaza relatii analitice tipice operatiilor mecanice ce se executa.

Pentru strunjire, gaurire, frezare si alezare timpul de baza se calculeaza cu relatia

[min] , (1.47)

in care: L reprezinta lungimea totala a cursei parcursa de scula aschietoare sau de semifabricat pentru realizarea fazei respective, in mm;

f - avansul la o rotatie a semifabricatului sau sculei, in mm/rot;

n - turatia semifabricatului sau sculei aschietoare, in rot/min;

i - numarul de treceri.

Drumul parcurs de semifabricat sau scula, pe directia miscarii de avans este, in general,

L = l + l₁ + l₂ [mm], (1.48)

in care : l reprezinta lungimea suprafetei prelucrate, in mm;

l₁ - lungimea de patrundere pentru intrarea sculei aschietoare in procesul de aschiere, in mm;

l₂ - lungimea de depasire (necesara iesirii sculei aschietoare din procesul de aschiere), in mm.

In cazul rabotarii si mortezarii, timpul de baza se determina cu relatia

[min] , (1.49)

in care : B reprezinta distanta parcursa de scula aschietoare pe directia avansului transversal, in mm;

n - numarul de curse duble ale semifabricatului sau sculei aschietoare, in c.d./min;

f - avansul sculei aschietoare, in mm/c.d.;

b₁ - lungimea de intrare a sculei aschietoare in procesul de aschiere, in mm;

b - lungimea suprafetei de prelucrat, in mm;

b₂ - lungimea necesara iesirii sculei din aschiere,in mm.

In mod obisnuit, t_b si t_a se stabilesc pentru fiecare faza a operatiei, iar t_do , t_dt si t_ir se iau din nomative sau se determina in procente (%) din t_b sau t_op , astfel incat pentru o operatie se poate scrie

,

in care: k₁ este procentajul din t_b pentru timpul de deservire tehnica a locului de munca;

k₂ - procentajul din t_op pentru timpul de deservire organizatorica a locului de munca;

k₃ - procentajul din t_op pentru timpul de intreruperi reglementare.

Tinand seama de relatiile (1.43).(1.46), timpul unitar va fi

t_u = t_b + t_a +t_dt + t_do +t_on + t_ic [min] (1.51)

In conformitate cu relatiile (1.50) si tinand seama de valorile determinate pe baza experientei a timpilor t_dt, t_do, t_ir, se poate scrie

t_u = k t_op = 1,08)t_op [min] , (1.52)

iar norma tehnica de timp devine

[min]. (1.53)

Daca numarul de semifabricate ce se prelucreaza este foarte mare (cazul productiei de serie mare sau de masa), atunci relatia (1.61) devine

NT t_u = k t_op [min] . (1.54)

b) Productivitatea prelucrarii prin aschiere

Productivitatea fabricatiei este o caracteristica fundamentala a exploatarii rationale si se defineste prin raportul dintre numarul de piese identice si timpul necesar prelucrarii:

P_v = n / NT [buc/ora] (1.55)

P_v = 1 / NT [1/min] (1.56)

Productivitatea prelucrarii prin aschiere poate fi exprimata tinand seama de cantitatea de aschii indepartate in unitatea de timp

P_v = v_c A = v_c a_p f [m³ /min] , (1.57)

in care: v_c - reprezinta viteza de aschiere;

A - aria aschiei;

a_p - adancimea de aschiere;

f avansul de lucru.

Productivitatea este influentata de:

viteza de aschiere (cu cresterea vitezei de aschiere productivitatea creste, aschierea rapida);

avansul de lucru (cu cresterea avansului de lucru productivitatea creste, aschierea intensiva );

adancimea de aschiere (cu cresterea adancimii de aschiere productivitatea creste, numarul de treceri scade).

Tinand seama de durabilitatea sculei (T) si de tipul de oprire pentru schimbarea sculei (t_s), productivitatea se exprima

(1.58)

c) Stabilirea timpului minim de executie a unei suprafete

Timpul de executie (t_e) al unei suprafete se determina cu relatia

[min] , (1.59)

in care t_s reprezinta timpul de schimbare al sculei uzate cu una reascutita, in min.

Timpul de baza t_b se poate exprima in functie de tipul prelucrarii (relatiile 1.47 si 1.49). Daca se considera prelucrarea unei suprafete de revolutie exterioara cu diametrul d, pe o lungime L, cu avansul f si viteza de aschiere v_c, atunci timpul de baza va fi (particularizand relatia 1.47)

[min] . (1.60)

Conform relatiei lui Taylor, intre durabilitatea sculei aschietoare si viteza de aschiere exista relatia

sau (1.61)

in care m reprezinta exponentul durabilitatii (m = 1 / k).

Folosind relatiile (1.60) si (1.61), relatia (1.59) devine

[min]. (1.62)

Conform relatiei (1.62), timpul de executie a unei suprafete se compune din trei termeni aditivi, care sunt influentati in mod diferit de v_c. Din reprezentarea grafica a celor trei termeni (fig.1.37),

, , , (1.63)

rezulta ca exista un timp minim al prelucrarii la o viteza de aschiere optima v_c,opt .

Pentru a afla minimul, se deriveaza expresia (1.62) in raport cu v_c si se anuleaza, rezultand:

, (1.64)

. (1.65)

Fig.1.37. Stabilirea timpului de executie minim al unei suprafete.

Inlocuind valoarea v_c,opt in relatia lui Taylor (1.61), se obtine:

,    (1.66)

ceea ce arata ca timpul minim de executie a unei suprafete depinde de timpul de schimbare a sculei aschietoare si de panta k (panta curbei care exprima dependenta dintre v_c si T ).

d) Stabilirea costului minim al prelucrarii

Costul prelucrarii(C) implica toate cheltuielile efectuate cu executarea unei piese (salarii, amortizarea masinii-unelte, scule aschietoare, materiale, energie, dispozitive si verificatoare, salariile operatorilor de la ascutitorie etc.),

C = C _m + C_aMU + C _SDV + C_e + C_SR (R₁/100 +R₂/100 )

in care: C_m reprezinta costul semifabricatului;

C_aMU - costul amortizarii masinii-unelte;

C_SDV - costul sculelor, dispozitivelor si verificatoarelor;

C_e - costul energiei electrice;

C_SR - cheltuieli cu salariile;

R₁ - cheltuieli de regie pe sectie;

R₂ - cheltuieli de regie pe intreprindere.

Costul pentru o piesa C_p , se calculeaza cu relatia

(1.68)

in care: C_SM - reprezinta costul salariilor si amortizarii masinii-unelte, in lei / piesa;

C_ST - costul sculei aschietoare / durabilitate, in lei.

Daca se considera t_b pentru prelucrarea unei suprafete de revolutie exterioara cu diametrul d, lungimea L si viteza de aschiere v_c , relatia (1.68) poate fi scrisa ca suma a trei termeni

,

sau

C_p = C + C + C

unde : este constant in raport cu v_c;

scade cu cresterea v_c;

creste cu cresterea lui v_c .

Dependenta intre costul prelucrarii C_p si viteza de aschiere v_c este prezentata in figura 1.38.

Viteza economica de aschiere v_c,ec se determina anuland derivata costului prelucrarii (relatia 1.71) in raport cu v_c ,

rezultand

. (1.72)

Fig. 1.38. Dependenta C_p = f (v_c).

e) Durabilitatea optima

Valoarea optima a durabilitatii sculelor aschietoare poate fi obtinuta folosind doua criterii de optimizare:

criteriul productivitatii maxime a procesului de prelucrare prin aschiere;

criteriul costului minim al prelucrarii.

Durabilitatea optima corespunzatoare productivitatii maxime T_pv se obtine daca se introduce in relatia lui Taylor (1.61) expresia vitezei din relatia (1.65), rezultand

    (1.73, a)

sau

. (1.73, b)

Durabilitatea corespunzatoare costului minim T_ec, numita si durabilitate economica, se obtine inlocuind in relatia lui Taylor expresia vitezei de aschiere economice din relatia (1.72),

, (1.74, a)

sau

. (1.74, b)

Analizand expresiile durabilitatii optime, obtinute pe baza celor doua criterii de optimizare (relatiile 1.73 si 1.74), se constata ca nu se obtine o valoare unica pentru care sa se realizeze atat o productivitate maxima cat si un cost minim. Acest aspect este evidentiat si in exemplul din figura 1.39.

In practica, durabilitatea optima, T_opt, se alege in functie de natura materialului, de forma sculei aschietoare, de sectiunea partii active a sculei si de scopul propus (productivitate maxima, cost minim, profit maxim etc.). Durabilitatea optima se considera, de obicei, durabilitatea corespunzatoare costului minim (T_ec) deoarece T_ec > T_pv si productivitatea ramane la valori ridicate (97 % in fig.1.39), adica

T_opt = T_ec . (1.75)

Fig. 1.58. Stabilirea durabilitatii optime.

Durabilitatile stabilite pe acest criteriu au fost corectate experimental si corelate cu capacitatea de aschiere a sculei.

Durabilitatea se exprima in normative ca valori medii ponderate pentru toate tipurile de scule aschietoare.

1.7.4. Stabilirea elementelor regimului optim de aschiere

Prin optimizarea regimului de aschiere se intelege determinarea acelor valori ale parametrilor sai pentru care prescriptiile tehnice restrictive sunt respectate, in conditiile unor parametrii economici cat mai favorabili. Daca se considera ca optimizarea functiei obiectiv se face in conditiile realizarii unui cost minim, se parcurg etapele prezentate in continuare.

a) Stabilirea adancimii de aschiere (a_p) si a numarului de treceri (i) se face in functie de felul operatiei si de marimea adaosului de prelucrare A_p. Adancimea de aschiere se determina cu relatia

La prelucrarile de degrosare se urmareste ca numarul de treceri sa fie cat mai mic si adancimea de aschiere a_p cat mai mare (pentru cresterea productivitatii). In aceste conditii, adancimea de aschiere este limitata de puterea masinii-unelte si de rezistenta mecanica a materialului de prelucrat.

La prelucrarile de finisare adancimea de aschiere se alege astfel incat sa se respecte prescriptiile legate de precizia prelucrarii si de rugozitatea suprafetei.

b) Stabilirea avansului de aschiere(f)

Marimea avansului depinde de rezistenta corpului sculei, de eforturile admise in mecanismele lantului cinematic de avans, de precizia dimensionala prescrisa si de rugozitatea suprafetei prelucrate.

La prelucrarile de degrosare se urmareste ca avansul sa fie cat mai mare, cu conditia respectarii factorilor restrictivi.

La finisare, avansul se alege dupa criteriul asigurarii preciziei si rugozitatii impuse suprafetei (de obicei, valorile avansului se aleg cat mai mici).

c) Stabilirea vitezei de aschiere

Viteza de aschiere se stabileste in functie de: marca materialului semifabricatului, materialul partii active a sculei aschietoare, adancimea de aschiere, avansul de lucru, durabilitatea sculei aschietoare, posibilitatile de prelucrare ale masinii-unelte etc.

Daca se considera relatiile de dependenta ale durabilitatii in raport cu o parte din variabilele procesului de aschiere, avand marimile de referinta si marimile similare efective T, v_c, a_p, f, g a, r atunci se pot scrie urmatoarele relatii:

etc. (1.77)

in care: k_T, x_T, y_T, n_T, r_T, u_T, q_T sunt exponenti.

Functia complexa a durabilitatii are forma

(1.78)

sau

, (1.79)

in care

(1.80)

este valoarea stabilita pentru conditiile de referinta.

Daca in relatia (1.79) se aleg pentru marimile efective g a, r , valorile lor de referinta, atunci se poate scrie

, (1.81)

in care

Din expresia (1.81) se expliciteaza viteza de aschiere v_c, rezultand

, (1.83)

in care:

, exponentul durabilitatii;

, exponentul adancimii de aschiere;

, exponentul avansului de aschiere.

Valorile pentru C_v, m, x_v, y_v sunt date in tabele in functie de schema de aschiere, de materialul sculei aschietoare, de materialul de prelucrat, de geometria partii active a sculei aschietoare etc.

Pentru conditii efective de aschiere diferite de cele de referinta, se impune corectarea vitezei de aschiere economice cu un coeficient global de corectie K_v, rezultand

(1.84)

in care K_v este coeficient de corectie ce tine cont de conditiile in care are loc prelucrarea,

in care:

K_T - coeficient care tine seama de durabilitate;

K_prel - coeficient care tine cont de prelucrabilitatea materialului;

K_Rm - coeficient care tine cont de caracteristicile mecanice ale materialului ce se prelucreaza;

K_Ry - coeficient care tine seama de starea suprafetei;

K_SC - coeficient care tine seama de influenta materialului sculei aschietoare;

K_a - coeficient care tine cont de influenta unghiului de asezare;

K_g - coeficient care tine cont de influenta unghiului de degajare;

- coeficient care tine cont de influenta unghiului de atac principal;

K - coeficient care tine cont de influenta unghiului de atac secundar;

K_r - coeficient care tine cont de raza la varf a sculei;

K_A - coeficient care tine cont de forma si sectiunea aschiei;

K_uz - coeficient care tine cont de uzura sculei aschietoare;

K_d - coeficient care tine cont de influenta formei suprafetei de degajare;

K_w - coeficient care tine seama de influenta lichidului de racire-ungere;

Valorile acestor coeficienti sunt date de in tabele, in normative. Se constata volumul mare de calcul pentru stabilirea vitezei de aschiere, de aceea utilizarea metodei de calcul analitic este limitata, ea justificandu-se in cazul productiilor de serie mare si de masa.

Calculand viteza economica de aschiere, se impune determinarea turatiei economice n_ec

, (1.86)

in care d reprezinta diametrul piesei ce se prelucreaza, in mm.

Deoarece turatiile masinilor-unelte au valori dupa o serie geometrica (un numar limitat de valori discrete), nu se poate alege decat turatia corespunzatoare din gama, cea mai apropiata de cea calculata (pentru operatiile de degrosare turatia imediat inferioara, iar pentru operatiile de finisare turatia imediat superioara).

Daca se noteaza cu n_a turatia adoptata conform gamei de de turatii a masinii-unelte, atunci se calculeaza viteza efectiva de aschiere cu relatia

[m/min] . (1.87)

Durabilitatea efectiva a sculei aschietoareT_ef, corespunzatoare vitezei efective de aschiere, difera de cea economica, avand valoarea

(1.88)

1.7.5. Metoda programarii matematice pentru stabilirea regimului optim de aschiere

Determinarea succesiva a parametrilor regimului de aschiere, asa cum s-a prezentat anterior, implica arbitrariul in calcul regimurilor de aschiere.

Utilizarea metodei programarii matematice presupune intocmirea si rezolvarea unui model matematic, care contine o functie de optimizare (functie scop sau obiectiv) si mai multe functii sau relatii restrictive.

Functia de optimizare poate fi de forma

F_op = f (G_SA, v_c, f, a_p, CT, RT), (1.89)

in care: G_SA reprezinta factorul care se refera la geometria sculei aschietoare;

CT- conditiile tehnologice;

RT- restrictiile tehnologice.

Optimizarea functiei scop se face prin mai multe metode:

optimizarea dupa costul prelucrarii;

optimizarea dupa productivitatea tehnologica;

optimizarea dupa profitul specific.

Daca se considera optimizarea dupa costul operatiei de prelucrare C_p, se impune stabilirea functiei de eficienta

, (1.90)

in care: C₁ reprezinta salariul executantului, in lei / min;

C₂ - cheltuielile legate de schimbarea sculei aschietoare, in lei;

t_b - timpul de baza, in min;

n_S - numarul de reascutiri ale sculei in timpul realizarii operatiei respective.

In cazul operatiilor de strunjire, de gaurire, de frezare, de alezare, timpul de baza se poate scrie pornind de la relatia

in care A_p reprezinta adaosul de prelucrare.

Numarul de reascutiri ale sculei n_s, se calculeaza cu relatia

Tinind seama de relatiile (1.91) si (1.92), expresia (1.90) devine

Dupa ce s-a stabilit functia de eficienta, etapa urmatoare consta in identificarea relatiilor de restrictie. Restrictiile care apar la prelucrarea mecanica a pieselor sunt:

a) Restrictii de natura cinematica, care se refera la limitele in care sunt admise sa varieze valorile turatiilor de lucru si ale avansului:

n_min < n_a < n_max

f_min < f < f_max

b) Restrictii de natura statica si dinamica,

F_{f , cap} F_f , F_{p, cap} F_p , F_{c, cap} F_c

P = F_c v_c < h P_o , F_I,cap F_i

in care: F_f, F_p, F_c sunt componentele fortei de aschiere;

F_{p, cap} ; F_{f , cap}; F_{c, cap} sunt valorile capabile ale acestora;

P - puterea necesara pentru aschiere;

P_o - puterea nominala a actionarii sistemului tehnologic;

F_i , F_i,cap - forta de inertie efectiva, respectiv capabila;

h - randamentul masinii-unelte.

c) Restrictia datorata vitezei de aschiere, care se refera la faptul ca, de regula, se alege o viteza reala de aschiere mai mica decat cea economica

, (1.97)

in care K_V este coeficientul de corectie total ce tine cont de conditiile de aschiere (relatia 1.85)

d) Restrictia impusa de stabilitatea termica a sculei

in care :

q si q_adm reprezinta valoarea efectiva si respectiv admisibila in zona de aschiere;

C_q, x_q, y_q,, z_q - constante dependente de caracteristicile sculei si semifabricatului.

e) Restrictii impuse de precizia prelucrarii ; eroarea totala la prelucrarea mecanica _tot trebuie sa indeplineasca conditia

_tot T_p , (1.99)

in care T_p reprezinta marimea campului de toleranta prescrisa piesei.

f) Restrictia impusa de uzura sculei aschietoare:

(1.100)

in care: u_a - reprezinta uzura admisibila a sculei; Q - volumul de aschii detasat in cursul prelucrarii; u_r,min - uzura admisibila a sculei la o singura prelucrare.

g) Restrictia impusa de deformatia elastica a sistemului tehnologic

(1.101)

in care: y reprezinta deformatia elastica a sistemului tehnologic; y_adm - deformatia admisibila a sistemului tehnologic; j_xy; j_yy; j_zy - indicii de rigiditate.

h) Restrictiile impuse de calitatea suprafetei, care rezulta din expresia analitica a inaltimii microasperitatilor si din modul de deplasare a generatoarei sau directoarei materializate. La strunjire restrictia este data de relatia

, (1.102)

in care: r - reprezinta raza la varf a sculei aschietoare; R_z,adm - inaltimea medie admisibila a microasperitatilor.

i)  Restrictia impusa de adancimea de aschiere

, (1.103)

in care: a_p,0 - este adancimea minima de aschiere sub care practic aschierea se elimina; A_p - adaosul de prelucrare.

j) Restrictii datorate rigiditatii dinamice a masinilor - unelte, de forma

, (1.104)

in care: R_din reprezinta rigiditatea dinamica a masinii-unelte;

T_p - toleranta la prelucrarea respectiva;

k₁ - coeficient subunitar ce reprezinta fractiunea din toleranta;

C_Fc, x_Fc, y_Fc -coeficienti determinati experimental in functie de natura materialului de prelucrat;

l-coeficient subunitar care permite relatia F_p l F_c

Dupa stabilirea functiei obiectiv si a restrictiilor impuse de particularitatile prelucrarii si ale sistemului tehnologic, se poate formula matematic problema care sa optimizeze procesul de aschiere astfel: sa se determine valorile optime pentru parametrii geometrici ai sculei aschietoare si pentru T, n, f, a_p care fac costul minim C_min sau productivitatea maxima Q_max, adica

, (1.105)

, (1.106)

in care: t_b reprezinta timpul de baza ;

t_a - timpul auxiliar;

t_s -timpul necesar pentru reglarea si schimbarea sculei;

n_b -numarul de piese prelucrate intre doua reascutiri.

Rezolvarea modelului matematic prezentat nu prezinta dificultati folosind programe de calcul intocmite deja (software-uri specializate).

Rezumatul capitolului

Desfasurarea procesului de aschiere presupune, in mod obligatoriu, existenta masinilor-unelte adecvate procedeului de generare a formelor si a preciziei de prelucrare, a sculelor aschietoare corespunzatoare cinematicii de aschiere, a semifabricatelor cu forme si dimensiuni apropiate de acelea ale piesei finite, a dispozitivelor de orientare si de fixare a semifabricatului, a mijloacelor de masurat si controlat etc.

La toate procedeele clasice de prelucrare prin aschiere, prelucarea se bazeaza pe existenta unei miscari relative intre scula si semifabricat, numita miscare de aschiere. Aceasta miscare se executa cu viteza de aschiere v_e (fig.1.5).

Miscarea de aschiere este, in general, o miscarea rezultanta, care ia nastere prin compunerea unor miscari absolute rectilinii, de rotatie, sau dupa o curba oarecare, pe care le executa scula si piesa in timpul aschierii. Miscarile absolute executate de catre scula si piesa in procesul de aschiere se pot grupa in: miscari principale si de avans (secundare ).

Miscarea principala de aschiere este acea componenta a miscarii de aschiere care determina desprindrea aschiilor la un ciclu de prelucrare, adica la o rotatie sau la o cursa a piesei sau a sculei. Miscarea principala de aschiere se executa cu o anumita viteza (viteza principala de aschiere) v_c, de catre scula sau de catre piesa.

Miscarea de avans este acea componenta a miscarii de aschiere prin care se aduc noi straturi de material in fata taisului sculei. Miscarea de avans se poate efectua continuu si simultan cu miscarea principala (fig. 1.5 a,b,c) sau intermitent si alternand cu aceasta (fig 1.5 d). Miscarea de avans se executa cu o viteza de avans v_f.

In functie de felul miscarilor absolute executate de catre scula si piesa, de directiile in care sunt executate si de tipul sculelor aschietoare utilizate se disting diferite procedee de prelucrare prin aschiere (tabelul 1.1): strunjire, burghiere, frezare, rabotare, mortezare, rectificare si brosare.

Una din conditiile necesare realizarii procesului de aschiere consta in existenta unor scule aschietoare (cutite, burghie, freze, alezoare, discuri abrazive s.a.) caracterizate printr-o geometrie si proprietati fizico-mecanice corespunzatoare.

In timpul prelucrarii semifabricatului, adaosul de material este detasat de pe suprafetele piesei sub forma de aschii. Valorile care definesc marimea aschiei sunt cunoscute sub denumirea de parametrii aschiei:

- parametrii geometrici (h_D - grosimea nominala a aschiei; b_D - latimea nominala a aschiei; l - lungimea nominala a aschiei);

- parametrii tehnologici (avansul f; adancimea de aschiere a_p).

La baza procesului de formare a aschiei stau deformatiile elastice si plastice care se produc in materialul supus actiunii taisului sculei. In final, are loc distrugerea coeziunii dintre stratul de aschiat si materialul de baza al piesei si separarea aschiei. Viteza de deformare la aschiere este de ordinul zecilor si sutelor de metri pe minut, temperatura din zona de aschiere este foarte ridicata si variabila, iar gradul de deformare este mare. In plus, apar factori legati de scula, de regimul de aschiere si de folosirea lichidelor de racire-ungere, care influenteaza gradul de deformare plastica. Frecarea interioara si frecarea exterioara dintre aschie, scula si suprafata prelucrata este deosebita de frecarea obisnuita, complicand si mai mult fenomenele care au loc in timpul aschierii.

Procesul de aschiere este insotit si de fenomene plastice secundare: stratul ecruisat, stratul franat, stratul de curgere si depunerea pe tais.

Fortele de aschiere apar ca rezultat al deformarii elastice si plastice a aschiei si a suprafetei prelucrate, pentru ruperea, detasarea, deformatia suplimentara (incovoierea si spiralarea) a aschiei precum si pentru invingerea fortelor de frecare dintre aschie si fata de degajare si dintre fata de degajare si suprafata prelucrata.

Componentele fortei de aschiere sunt proiectiile vectorului R (rel.1.14) pe axele unui sistem rectangular de coordonate OXYZ (fig.1.23). Componenta axiala F_f (forta de avans) este paralela cu directia de avans si solicita mecanismul de avans longitudinal al masinii-unelte. Componenta radiala F_p solicita mecanismul de avans transversal si dispozitivele de fixare ale sculei si piesei. Componenta tangentiala F_c, numita si principala, determina puterea necesara aschierii.

Aparitia caldurii este un fenomen care insoteste in mod constant procesul de aschiere al metalelor. Sursa de aparitie a caldurii o constituie lucrul mecanic total consumat L in procesul de aschiere. Acesta se transforma aproape integral in caldura (peste 99,5%) si numai o mica parte (sub 0,5%) se inmagazineaza sub forma de energie potentiala in piesa. Caldura dezvoltata in procesul de aschiere se transmite in zonele cu temperatura mai scazuta, repartizandu-se in aschie (Q_a), in scula (Q_s), in sistemul piesa - dispozitiv de prindere - masina - unealta (Q_p) si in mediul ambiant (Q_ma), in ordinea scaderii ponderii procentuale.

In procesul de aschiere scula se uzeaza ca urmare a interactiunii reciproce cu semifabricatul: scula aschiaza semifabricatul si acesta, impreuna cu aschia, supun scula unui proces de uzare. Uzura sculelor aschietoare este rezultatul indepartarii unei cantitati de material de pe fetele active ale sculei ca urmare a unor mecanisme mecanice, chimice, electrice ori combinatii ale acestora .

Evolutia uzurii in timp reprezinta curba caracteristica a uzurii (fig.1.27), care prezinta trei zone: perioada uzurii de rodaj, perioada de uzura normala si perioada uzurii de distrugere (sau catastrofala).

Se numeste durabilitatea sculei, T, durata de lucru a unei scule, intre doua reascutiri succesive.Durabilitatea sculei este unul dintre cei mai importanti parametrii care intervin in procesul de aschiere.

Caldura produsa in procesul de aschiere actioneaza asupra sculei ashietoare, conducand la micsorarea duritatii si a rezistentei la uzare a cesteia, precum si asupra piesei, modificandu-i dimensiunile si introducand tensiuni interne. In scopul eliminarii sau atenuarii acestor inconveniente se utilizeaza mediile de aschiere: lichide de aschiere, gaze de aschiere si chiar medii solide (de exemplu bisulfura de molibden). Mediile utilizate in procesul de aschiere pot sa indeplineasca unul sau mai multe din urmatoarele roluri : de racire, de ungere, de aschiere, de protejare a suprafetelor si de spalare.

Stabilirea conditiilor optime ale procesului de aschiere impune:

stabilirea geometriei optime a sculei aschietoare;

durabilitatea economica;

stabilirea elementelor regimului optim de aschiere;

determinarea prelucrabilitatii materialului de prelucrat;

stabilirea capacitatii de aschiere a sculei aschietoare.

Determinarea valorilor optime ale parametrilor procesului de aschiere reprezinta o operatie dificila, deoarece in cadrul procesului au loc multiple fenomene (deformatii plastice, frecare exterioara si interioara, ecruisarea materialului, relaxarea materialului, fenomene termice, uzura sculelor aschietoare, modificarea mediului de aschiere etc.), intr-o interdependenta foarte greu de descris prin functii matematice.

Cuvinte cheie si simboluri

Teste si subiecte de verificare

Realizarea unui proces de prelucrare prin aschiere presupune realizarea urmatoarelor conditii: a) existenta unei masini-unelte adecvate si a unui smifabricat corespunzator; b) existenta unei scule aschietoare capabila se detaseze materialul sub forma de aschii; c) existenta unor miscari relative intre scula aschietoare si semifabricat; d) toate conditiile enumerate anterior. (R: d)

Semifabricatele utilizate in vederea prelucrarii prin aschiere pot fi obtinute printr-un procedeu apartinand metodei de obtinere: a) prin turnare; b) prin deformare plastica; c) prin sudare; d) prin toate metodele amintite. (R: d)

Miscarea principala de aschiere se recunoaste deoarece: a) se produce numai in plan orizontal; b) asigura desprinderea aschiei de pe suprafata semifabricatului; c) se produce cu viteza cea mai mare; d) este executata numai de scula aschietoare. (R: b, c)

Definiti si schitati principiul principalelor procedee de prelucrare prin aschiere.

Schitati si definiti unghiurile sculei aschietoare in planul de masurare constructiv.

Prezentati principalele caracteristici ale otelurilor rapide si ale carburilor metalice utilizate pentru realizarea partii active a sculelor aschietoare.

Schitati si definiti parametrii geometrici, parametrii tehnologici si coeficientii de tasare ai aschiei.

Procesul formarii aschiei este: a) un proces de compresiune elastica a materialului; b) un proces de compresiune plastica a materialului; c) un proces identic comprimarii unei epruvete libere; d) un proces similar comprimarii unei epruvete legata de materialul semifabricatului. (R: d)

Depunerea pe tais reprezinta: a) o cantitate din materialul piesei indepartata de taisul sculei prin aschiere; b) o cantitate din materialul piesei, care adera la taisul sculei si este indepartata periodic; c) o cantitate de material depusa, inaintea prelucrarii, pe taisul sculei; d) o cantitate de material care lipseste din taisul sculei. (R: b)

Evidentiati rezitentele de aschiere, componentele rezistentei totale de aschiere si modul de calcul al acestora.

Lucrul mecanic dezvoltat in timpul procesului de aschiere se transforma aproape total in caldura. Prezentati modul cum se repartizeaza caldura in aschie, in scula si in piesa, precum si punctele de temperatura maxima din aceste elemente.

Prezentati formele de manifestare a uzurii pe fetele de degajare si de asezare si curba caracteristica a uzurii.

Durabilitatea T a sculei aschietoare reprezinta: a) timpul necesar pentru inlocuirea unei scule; b) durata de viata a unei scule; c) timpul efectiv de lucru al unei scule intre doua reascutiri succesive; d) timpul necesar pentru ascutirea sculei. (R: c)

Valorile uzurii admisibile se stabilesc, cu precadere, pentru uzura pe fata de asezare, deoarece : a) uzura pe fata de asezare se produce mai repede decat uzura pe fata de degajare; b) uzura fetei de asezare are, din momentul aparitiei acesteia, o influenta negativa asupra desfasurarii procesului de aschiere si asupra calitatii suprafetei prelucrate; c) uzura pe fata de asezare se masoara mai usor; d) se au in vedere toate motivele anterioare. (R: d)

Mediile utilizate in procesul de aschiere au unul sau mai multe din urmatoarela roluri: a) de racire si de ungere; b) de aschiere si de indepartare a depunerilor pe tais; c) de protejare a suprafetelor prelucrate si de spalare; d) de inmuiere a materialului de aschiat. (R: a, b, c)

Prezentati modul de stabilire a geometriei optime a sculei aschietoare.

Productivitatea prelucrarii prin aschiere.

Stabilirea costului minim al prelucrarii.

Durabilitatea optima.

Stabilirea valorilor optime pentru parametrii regimului de aschiere.