TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE A SUPRAFETELOR PLANE

TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE A SUPRAFETELOR PLANE

1. Generalitati

Prelucrarea suprafetelor plane se poate face in urmatoarelemoduri (procedee):

- rabotare si mortezare - frezare plana- brosare plana

- rectificare plana- netezire plana

Pentru a alege corect unui din procedeele anterior amintite, este bine sa se analizeze tehnologic intre marimea adaosului de prelucrare si dimensiunile (de gabarit) ale piesei (respectiv ale suprafetei de prelucrat). Acest factor primordial trebuie pus in concordanta cu precizia de prelucrare (toleranta sau treapta de precizie ISO) cu gradul de netezime al suprafetei (rugozitatea), cu volumul fabricatiei (Nr.buc./an) precum si cu starea si calitatea materialului.

2.Rabotarea si mortezarea suprafetelor plane

Rabotarea se efectueaza pe masini de rabotat longitudinal (raboteze) sau pe masini de rabotat transversale (sepinguri).Pe raboteze, masa avand fixata pe ea piesa de prelucrat, executa o miscare rectilinie-alternativa. Avansul transversal, pe directia perpendiculara este realizat de suportul cutitului si se

produce intermitent dupa fiecare cursa de lucru. Aschierea se executa doar intr-un singur sens de miscare (cursa activa), realizata cu viteza v (fig.2.), iar revenirea in pozitie initiala se face in gol cu viteza v_g.

O caracteristica importanta a masinilor de rabotat este ca au mai multe suporturi port-scula: suporturi centrale si suporturi laterale, care permit prelucrarea simultana a mai multor suprafete a piesei.

Pe masini de rabotat transversal (sepinguri). miscarea rectilinie-alternativa este executata de cutitul fixat in portcutitul fixat de pe berbecul masinii. Piesa de prelucrat fixata pe masa masinii primeste miscarea de avans transversal care se realizeaza intermitent, dupa fiecare cursa dubla a cutitului.

Rabotezele si sepingurile se folosesc larg la productia individuala si de serie mica, datorita universitatii lor, simplitatii deservirii, preciziei suficiente de prelucrare si costului mai mic in comparatie cu masinile de frezat. Cutitele de rabotat sunt scule mai simple si mai ieftine in comparatie cu frezele. in ce priveste domeniul de utilizare, rabotezele se folosesc de obicei pentru prelucrarea pieselor cu suprafete plane lungi, in timp ce sepingurile se utilizeaza pentru piese cu dimensiuni mici.

La mortezare, scula (cutitul) efectueaza miscarea rectilinie-alternativa in plan vertical. Masa masinii, pe care este fixata piesa (semifabricatul) are miscarea de avans in plan orizontal.

Procedeul, cat si masinile, se folosesc la productia individuala sau de serie mica (mai ales la masini grele) in vederea prelucrarii canalelor de pana in butucii rotilor dintate, a executarii gaurilor profilate (patrate, dreptunghiulare, etc.), diferite de cele rotunde. Sa subliniem, ca in cadrul fabricatiei de serie mare si masa mortezarea este inlocuita prin brosare.

Un exemplu tipic de prelucrare prin mortezare este cel prezentat m fig.

Figura () reprezinta cazul mortezari unui canal de pana. Piesa de mortezat se aseaza pe masa masinii, prinsa cu bride sau intr-o menghina. Reglarea cutitului se face dupa trasaj, dupa sablon sau prin aschii de proba.

De remarcat, ca mortezarea nu poate fi inlocuita cu nici un alt procedeu, daca se prelucreaza suprafete plane interioare sau exterioare infundate (fig.4.)

Parametrii regimului de aschiere (rabotare si mortezare) :

- adancimea de aschiere (t) - avansul transversal (St)

- viteza de aschiere (v)

In general rabotarea (datorita adancimilor mari de aschiere si avansurilor mari de lucru si a vitezelor de aschiere reduse) este o operatie de degrosare. Finisarea, de obicei, a suprafetelor prelucrate astfel se face prin alte procedee tehnologice.

Repartizarea adaosurilor de prelucrare se face astfel:

- 90% se repartizeaza degrosarii

- 10% pentru finisare adancimea de aschiere (t) se recomanda in felul urmator: - la rabotarea longitudinala,

fig .3

- t<= (3-4) mm la degrosare S = (0,27-1,61) mm/c.d. (pentru otel)

- S = (0,45-2,55) mm/c.d. (pentru fonta)

-t <= 0,5 mm la finisare    S = (0,50-1,90) mm/c.d. (pentru otel) S = (1,0-10) mm/c.d. (pentru fonta)

Fig.4.

- in cazul rabotarii transversale:

la degrosare: idem ca la rabotare

la finisare: S - (0,3-0,6) mm/c.d.

pentru Ra = 12,5 .m

S=(0,l-0,35)mm/c.d.

pentru Ra = 6,3 .m

- la mortezare:

-t < =8 mm

la degrosare - S = (0,3-2,0) mm/c.d. (pentru otel)

- S = (0,6-2,0) mm/c.d. ( fonta)

la finisare - S = (0,7-1,5) mm/c.d. (la prelucrarea fontei si otelului)

pentru Ra = 12,5 .m

S = (0,25-1,0) mm/c.d. (la prelucrarea fontei si otelului) pentru Ra = 6,3 m

valorile anterior date se refera la raze de varf:

r = (1 - 3) mm

Pentru vitezele de aschiere se recomanda valorile:

la degrosare: v = 15-20 (m/min)

la finisare: v = 4-12 (m/min)

Aceste viteze sunt limitate de aparitia unor forte inertiale mari a maselor (considerabile) aflate in miscare cu schimbare brusca a semnului (pe aceeasi directie). Mai recent, prin folosirea cutitelor armate cu carburi metalice se pot atinge viteze de:

v = 45-75 (m/min) Timpul de baza in cazul rabotarii (conform fig.2.) va fi:

unde: b -latimea suprafetei de prelucrat (mm)

b1 - distanta de intrare a cutitului (mm)

b2 - distanta de depasire a cutitului (mm)

i - numarul de treceri

n - numarul de curse duble pe minut

s - avansul (mm/c.d.)

numarul de curse duble pe minut se determina cu relatia:

unde: v - viteza de aschiere (m/min)

L = l1 + l + l2 (mm) - cursa de lucru

m - raportul dintre v/vg (viteza de aschiere/viteza de mers in gol)

distanta de intrare:

iar distanta de depasire (iesire): b2 = 2-5 (mm)

Distantele de patrundere si depasire l1 si 12 sunt in functie de lungimea suprafetei de prelucrat., valorile lor fiind recomandate tabelar.     In cazul mortezarii, timpul de baza se determina analog (fig.3,)

s - avansul transversal (mm/c.d.)

n - numarul de curse duble (c.d./min)

B - latimea suprafetei plane mortezate (mm)

i - numarul de treceri

Principalul inconvenient al operatiei de rabotare este productivitatea relativ scazuta (aplicarea vitezelor mici de aschiere si a existentei vitezei de mers in gol). In vederea maririi productivitatii la rabotare se aplica urmatoarele solutii:

- marirea coeficientului de utilizare a sculei prin utilizarea divizarii in adancime (5./a) sau pe latime (5./b) a adancimii de aschiere, in cazul adaosurilor mari de prelucrare, respectiv pentru adaosuri mici de prelucrare.

- utilizarea cursei de revenire (inapoiere) drept cursa de lucru.

In fig.6. se arata sistemul care permite prelucrarea prin aschiere si in momentul revenirii sculei (forta cursa in gol), utilizand doua cutite.

Suportii port-scula (1) si (2) sunt montati pe suportul vertical (3). Suportul (1) este montat pe caruciorul (4) avand posibilitatea de reglare in plan vertical, cu ajutorul surubului (5). Cand unul din cutite se afla in lucru, celalalt este ridicat prin

rotirea automata a suportului sau.

Rabotarea suprafetelor plane se poate folosi ca procedeu in diverse situatii. Prezentam in continuare diverse exemple de prelucrare prin acest procedeu:

fig 5 a,b

Fig.7. - reprezinta rabotarea unei suprafete inclinate (inclinatie mica si latime mare), procedeul folosit fiind de copiere.

Fig.6.

Astfel se foloseste rigla (1) a carei inclinatie poate fi variata dupa necesitate. Scula portcutit se leaga de rigla prin intermediul unei role (2), astfel incat cand se imprima saniei suportului avansul orizontal (intermitent), atunci cutitul se deplaseaza pe verticala, corespunzator inclinatie riglei.

Rabotarea simultana a suprafetelor verticale si orizontale, cu mai multe cutite (de ex. cu trei cutite) se prezinta in fig.8 Aceasta metoda se aplica, de exemplu, la rabotarea suprafetelor ghidajelor si a suprafetelor laterale verticale de la batiurile masinilor-unelte.

Reglarea pozitiilor cutitelor se face cu ajutorul unui sablon care are profilul identic cu sectiunea transversala a batiului de prelucrat.

Rabotarea suprafetelor plane verticale se executa de obicei cu cutite normale care se aseaza inclinat cu un unghi a=10°-20° fata de directia de avans (fig .9.).

In acest caz piesa este imobila, iar cutitul executa atat miscarea principala rectilinie alternativa in plan orizontal, cat si miscarea de avans vertical intermitenta, automat, dupa fiecare cursa dubla.

Fig.9 Fig.10. Fig.11.

In fig.10. se prezinta un procedeu de rabotare pe seping a suprafetelor inclinate, ce se executa cu un cutit normal fixat pe sania port-scula care se inclina.

Tot suprafata inclinata se mai poate rabota cu scula (cutitul) avand taisul paralel cu suprafata inclinata.

Rabotarea suprafetelor plane in trepte se prezinta dupa schema din flg.11.

Se observa ca e nevoie de a proiecta piesa tehnologic, adica a asigura canale pentru iesirea din aschie (scaparea) a cutitului, avand latimi de 5-10 mm.

Precizia de prelucrare

- la rabotare de degrosare: tr.9 (ISO) si Ra = 12,5-50 ( m)

in cazul finisarii: tr.7 (ISO) si Ra = 3,2-12,5 ( m)

- in cazul finisarii de precizie: tr.6. (ISO)

gradul de netezime: Ra = 0,8-3,2 ( m)

In general vorbind, precizia de prelucrare nu depaseste precizia de (0,1-0,2) mm/rot la raboteze.

In cazul prelucrarii pe seping, de asemenea nu se depaseste precizia de 0,5/1000 mm lungime,

La mortezare, se obtine precizia de 0,1-0,25 mm/1000mm lungime, iar gradul de netezime: Ra = 25-100 ( m)

Frezarea suprafetelor plane

Este un procedeu cu larga aplicabilitate si utilizare, in special la fabricatia de masa si de serie, unde inlocuieste cu succes rabotarea, datorita productivitatii sporite (mult mai mari). Chiar daca costul frezelor este mai mare decat al cutitelor de rabotat el este compensat pe deplin de avantajele obtinerii productivitatii mai mari (in comparatie cu rabotarea). Suprafetele plane se pot freza cu ajutorul frezelor cilindro-frontale elicoidale (freze frontale propriu-zise), cu frezele cilindrice elicoidale, freze disc si freze cilindro-frontale cu coada (freze deget), sau capete de frezat special proiectate si construite.

Alegerea metodei de frezare, a sculei aschietoare si a masinii unelte este determinata de dimensiunile si pozitia reciproca a suprafetelor de prelucrat, precum si de pozitia suprafetelor de asezare a pieselor de prelucrat. Principalele procedee de frezare a suprafetelor plane sunt:

- cu freze cilindrice - cu freze frontale

- cu freze cilindro-frontale - cu capete de frezare

Frezarea cu freze cilindrice (fig.12.). Se poate face pe doua cai:

a) in contrasensul avansului de lucru (S1)

b) in sensul avansului (S1)

Fig.12. In situatia frezarii in contrasensul avansului (a) sectiunea aschiei creste treptat, muchia aschietoare a dintelui la iesire din aschie are de scos o adancime a_max ; ea aluneca pe suprafata piesei inrautatind calitatea netezimii (rugozitatea). Referitor la sensul fortei de aschiere, aceasta tinde sa smulga piesa de pe masa sau de pe dispozitivul de fixare. Varianta de frezare in sensul avansului (b) se desfasoara complet invers. Aici aschia are la inceput valoare maxima, scazand apoi in final spre valoarea ei minima. Componenta verticala a fortei de aschiere apasa piesa spre dispozitiv (in directia mesei), asigurand astfel conditii mai bune de aschiere, cresterea productivitatii precum si o calitate mai buna a suprafetei. Apar insa trepidatii si vibratii ale sistemului. Exista totusi o situatie, si anume: prelucrarea prin frezare a pieselor cu crusta dura la suprafata, unde varianta recomandata este (a), adica prelucrarea in contrasensul avansului.

corect incorect Fig.1 Frezarea cu freze frontale este mai productiva decat cea cu freze cilindrice, deoarece sunt situati mai multi dinti aschietori, in plus si gabaritul sculei poate fi mai mare (D<=1000 mm). in fig.14. se prezinta diferite modalitati de lucru cu freze cilindro-frontale cu coada, iar in fig.15. modul de lucru cu frezele frontale in corelare cu caracteristicile suprafetei de prelucrat.

    Aici, la frezarea frontala, sculei i se imprima o miscare de rotatie (ws), iar piesei (wp) in jurul axei de simetrie (fig.15./a).

In fig.15./b rotatia wp nu mai e necesara , datorita gabaritului mare al sculei, fiind necesara o miscare de avans longitudinal (S1) a piesei. De remarcat este necesitatea de a se asigura forta axiala cu sens dirijat dinspre piesa spre axul masinii (asa cum se indica fig.16.).

La degrosare: - se recomanda alegerea unor freze, cu diametru mai mic, insa cu dintii mai mari, care sa permita lucrul cu avans mare pe dinte, precum si adancime mare de aschiere.La finisare: se recomanda alegerea unor freze cu diametru mai mare si avand dinti mai multi si mai mici.Privitor la materialele de prelucrat : pentru materiale dure se folosesc freze cu dinti mici (marunti), cu adancime mica de aschiere, iar pentru materiale moi (tip neferoase) se aleg freze cu dinti dispusi mai rar (deci dinti mai mari).Masinile recomandate: masini de frezat orizontale sau verticale (tip FU-32), universale, portal, carusel cu tambur si masini speciale (cu capete de frezat), utilizate mai ales in productia de serie mare si masa. In vederea maririi productivitatii la frezare (pe o masina orizontala sau verticala-universala) in fig.17., respectiv 18. se dau urmatoarele exemple: in dispozitivul (4) - fig.17. se pot fixa mai multe piese (1) care se prelucreaza succesiv sau deodata cu frezele (2)

Productivitatea creste simtitor datorita utilizarii mai multor freze (scule) si a mai multor piese fixate in dispozitiv.

Un exemplu de productivitate marita este si asa-numita frezare continua (fig.18.) utilizand o masina de frezat cu cap vertical (cu doi arbori principali) si masa rotativa.

In productia de serie si masa, tot o frezare continua se obtine daca utilizam masini de frezat cu tambur rotativ (cu actiune continua, pe care se fixeaza piesele). Un astfel de procedeu se vede in fig.19. Piesele (2) se fixeaza pe tamburul (4) aflat in miscare de rotatie.

Frezele (1), situate cate doua de fiecare parte a tamburului, executa degrosarea (prima pereche), iar cealalta pereche finisarea suprafetelor semifabricatului. Avantajul metodei si productivitatea sporita consta in alimentarea si fixarea pe tambur a pieselor in timpul mersului, ceea ce asigura o frezare continua de mare productivitate.

Elementele regimului de aschiere:

Se stabilesc tinandu-se cont de: procedeul de frezare adoptat, masina-unealta disponibila, dimensiunile piesei (suprafetei), dimensiunile sculei (frezei) si constructia ei (tipul), puterea masinii unelte, calitatea suprafetei ce trebuie obtinuta si precizia dimensionala, lichidul de racire-ungere, etc

Elementele caracteristice regimului de aschiere:

t(mm) - adancimea de aschiere

Sd (mm/dinte) - avansul pe dinte

v (m/min) - viteza de aschiere

Ordinea in care se determina regimul de aschiere in cazul frezarii va fi:

- stabilirea marimii adancimii de aschiere (t)

- alegerea avansului pe dinte (Sd), sau a avansului pe rotatie a frezei (S) S=Sd oZ (mm/rot)

- stabilirea vitezei de aschiere (v), numarul de rotatii pe minut al frezei (n) si valoarea avansului longitudinal (Si)

- se determina prin calcul puterea necesara la frezare

- se verifica posibilitatea utilizarii regimului stabilit pe masina de frezat aleasa

- daca este cazul, se fac corectiile necesare in general se prefera ca adaosul de prelucrare (a) sa fie aschiat (indepartat) dintr-o singura trecere (a=t). In cazul cand sunt conditii de precizie si calitate ridicata ale suprafetei plane, aceasta se indeparteaza treptat, prin mai multe faze sau treceri (degrosare, finisare):

Valori recomandate:

tmax = 4-10 (mm) afin=tfin =(1,0-3,5) (mm)

(adancimea pentru finisare)

- avansul pe dinte (Sd ) se determina de regula dupa stabilirea adancimii de aschiere (t), tinand cont de rigiditatea sistemului tehnologic, puterea masinii, precizia dimensionala si calitatea suprafetei (Ra).

La degrosare, folosind freze cilindro-frontale din otel rapid, Sd se alege in functie de puterea masinii:

P < 5 kW Sd = (0,04-0,30) mm/dinte

pentru: P>10kW => Sd = (0,15-0,50) mm/dinte

pentru finisare se folosesc valorile avansului pe rotatie si functie de rugozitatea suprafetei:

pentru: Ra= (3,2-12,5) m S = (0,23-3,9) mm/rot

Prin utilizarea frezelor armate cu placute din carburi metalice, avansul se reduce cu 50%. in cazul prelucrarii pe masini de frezat foarte rigide se pot lua avansuri de 1,5-2 ori mai mari decat cele anterior mentionate, iar frezarea pieselor subtiri sau care nu se pot fixa bine pe masina, avansul trebuie micsorat de 1,5-2 ori.

Viteza de aschiere se calculeaza sau se stabileste din tabele in functie de: materialul de prelucrat, rezistenta de rupere a materialului piesei (semifabricat), si caracteristicile partii aschietoare ale sculei (frezei) muchiei.

Astfel: - la frezarea otelurilor avand r <100 (daN/mm2 )

- pentru degrosare: v = 10 (m/min)

- pentru finisare: v = 16 (m/min)

- scula: - freza din otel rapid

utilizand pentru acelasi material prelucrat scula armata cu carburi metalice, se pot mari vitezele cu atare;

pentru: - degrosare: v=40 (m/min)

- finisare v=50 (m/min)

Numarul de rotatii pe minut ale frezei (n) se determina astfel;

unde

v - viteza de aschiere (m/min)

D - diametrul frezei (mm)

avansul longitudinal (S1 ) numit si viteza de avans longitudinal, se determina cu relatia:

S1=Sd*Z*n (m/min) in care:

Sd (mm/dinte) - avansul pe dinte

Z - numarul de dinti ai frezei

n (rot/min) - numarul de rotatii pe minut a sculei (frezei)

In fig.20. se dau domeniile valorilor rationale ale parametrilor regimului de aschiere la frezarea frontala. Un exemplu de stabilire a timpului de baza la frezarea cilindrica respectiva frontala se poate urmari in continuare (pe baza fig.22. a si b )

unde: L (mm) - lungimea cursei active a sculei L = lo + l1 + l2

i - nr. de treceri

S1 - viteza de avans longitudinal (mm/min)

Sd - avansul pe dinte (mm/dinte)

Z - nr. de dinti ai frezei

n - turatia frezei

l1 (mm) - distanta de patrundere

l2 (mm) - distanta de depasire

l0 (mm) - lungimea suprafetei prelucrate

distanta de patrundere se poate calcula dupa relatia:

t(mm) - adancimea de aschiere

D(mm) - diametrul frezei

- iar distanta de depasire: 11 = (2-5) (mm)

Referiri asupra preciziei de prelucrare prin frezare:

- aceasta depinde de procedeul de frezare adoptat

- erorile de prelucrare pot apare astfel:

la frezarea cu freze cilindrice si frontale, erorile de prelucrare pot fi produse de inexactitatile de forma ale piesei (adaos variabil), de uzura sculei (frezelor) si jocul acestora in stare neincarcata Totodata, aici mai intervine si imprecizia geometrica a masinii de frezat, deformatiile elastice ale sistemului tehnologic elastic, variatia adaosului de prelucrat, inexactitatea bazarii piesei sau fixarii ei pe masa masinii ori in dispozitiv.

fig 22

- Privitor la precizia de planeitate si paralelism, in cadrul frezarii cilindrice se afla intre limitele de 0,1-0,5 mm/1000 (mm) lungime.

- La frezarea frontala se asigura o precizie mai buna.

- Prin prelucrarea cu grup de freze, precizia care se obtine va fi mai mica de 0,5-1 mm/1000 mm lungime.

De retinut, ca in conditii normale, la prelucrarea prin frezare se asigura o precizie corespunzatoare treptei 8-10 (I.S.O.) si o rugozitate a suprafetei:

Ra = (25 - 100) .m in cazul degrosarii; iar la finisare:

Ra = (1,25-3,2) m

orect    incorect