Cap2 modif

STUDIUL PROCESULUI DE RECTIFICARE PARAMETRII REGIMULUI DE RECTIFICARE

CAPITOLUL II STUDIUL PROCESULUI DE RECTIFICARE 2.1. Aspecte generale privind rectificarea. Parametri regimului de rectificare rotund exterioar ntre vrfuri cu avans longitudinalDup cum reiese din studiile bibliografice, s-au fcut numeroase aprecieri legate n special de comportarea sculei abrazive n timpul procesului de achiere. n cadrul acestui proces de prelucrare, scula achietoare are ca i caracteristic esenial faptul c este alctuit din pulberi abrazive legate printr-un liant ceea ce complic din start lucrurile legate de stabilitatea n timp a formei i dimensiunii sculei, a capacitii de achiere, a gradului de mbcsire, etc. Pe periferia discului se afl un numr foarte mare de granule abrazive. n prima faz datorit razei de rotunjire (bontire) a granulei de 20 30 m, granula se trte pe suprafaa semifabricatului, producndu-se o strivire a stratului superficial. Pe msur ce presiunea crete, granula ptrunde n material producnd la nceput o zgriere apoi o refulare a materialului n fa i n lateral, ca apoi s se produc detaarea achiei. Strivirea i zgrierea sunt cu att mai intense cu ct grosimea achiei este mai mic i raza de rotunjire a granulelor mai mare. Cu ct viteza de achiere este mai mare i avem fore de frecare mari, se pot atinge temperaturi ridicate de pn la 900 - 1200C, ceea ce poate conduce la transformri structurale de suprafa a semifabricatului. Astfel n cazul oelurilor, nclzirile care sunt peste punctele critice de transformare Ac1 i Ac3 urmate de rciri brute (datorit lichidului de rcire-ungere LRU ), duc la transformri de faze (martensit cubic austenit la nclzire i austenit martensit tetragonal la rcire) ceea ce conduce la variaii de volum, deci implicit la apariia unor tensiuni interne care pot depi limita de rupere i pot provoca fisuri. Dac se lucreaz fr rcire, regimurile de achiere sunt mai "blnde", temperaturile ajungnd la limite superioare de 200 - 350C favoriznd structurile inferioare. n urma studiilor fcute s-au putut trage o serie de concluzii generale legate de influena unor parametri ai regimului de achiere asupra temperaturii de achiere i deci implicit a fenomenelor fizice care pot aprea n timpul achierii. Dintre acestea putem evidenia: - temperatura n zona de achiere crete odat cu creterea vitezei sculei abrazive vsc dup o lege exponenial (valorile exponenilor fiind ntre 0,25 ... 0,35), n acelai timp temperatura scznd cu creterea diametrului sculei (pietrei) (exponent 0,25);

1


- temperatura de achiere scade cu micorarea granulaiei, scderea duritii grunilor i creterea porozitii pietrei. n general se urmrete scderea temperaturii ceea ce conduce la scderea tensiunilor interne i deci la evitarea fisurilor de suprafa sau a eventualelor arsuri. Avnd n vedere c aceste fisuri de suprafa sunt foarte fine, uneori greu detectabile, pentru a asigura o calitate corespunztoare suprafeei i o durabilitate n timp se impune alegerea cu grij a parametrilor regimului de achiere. n practica tehnologic se folosesc metodologii consacrate de stabilire a parametrilor de achiere, sau pot fi folosite cu succes i cu o tot mai larg utilizare cataloagele productorilor de maini-unelte respectiv scule abrazive, care pe baza unor rezultate experimentale n special, ofer valorile cele mai potrivite n funcie de materialul prelucrat, cerinelor impuse de proiectant i oferta tehnologic a atelierului de prelucrare (maini din dotare, SDV-uri, lichide de rcire-ungere, etc). Datele de la care pleac inginerul tehnolog pentru stabilirea parametrilor regimului de rectificare (n cazul lucrrii de fa avnd doar rectificarea rotund exterioar ntre vrfuri cu avans longitudinal) sunt: - desenul de execuie al piesei; - caracteristicile mainii unelte aflate n dotare i pe care se dorete realizarea prelucrrii; - caracteristicile sculei abrazive (pietrei). Ca o idee de baz, n general se face o distribuie a adaosului de prelucrare maxim astfel: - (0,7 - 0,8)Apmax - pentru prelucrarea de degroare; - (0,2 - 0,3)Apmax - pentru prelucrarea de finisare. Parametrii regimului de achiere la rectificare pot fi clasificai:

A. Parametri legai de regimul de prelucrare propriuzis:a. avansul longitudinal - fa [mm/rot] b. avansul transversal (n cazul nostru identic cu adncimea de achiere ae) - fr [mm/cd], ae c. numrul de treceri -i d. viteza periferic a pietrei - vsc [m/s] e. viteza periferic a piesei - vtp [m/min] f. fora principal de achiere - Fy [daN] g. puterea de antrenare a pietrei - Psc [kw] h. puterea de antrenare a piesei - Pp [kw] i. natura lichidului de rcire-ungere LRU

B. Parametri legai de piatra de rectificat

a. caracteristicile pietrei de rectificat (material abraziv, liant, porozitate, granulaii, etc) b. durabilitatea pietrei c. regimul de reascuire a pietrei

2


2.2. Alegerea parametrilor de achiere pentru RREV2.2.1. Parametri de achiere legai de regimul de achiere propriu-zisMetodologia de stabilire a regimului de achiere este urmtoarea: a. Stabilirea adncimii de achiere ae este egal n cadrul rectificrii rotunde exterioare ntre vrfuri RREV cu avansul de ptrundere fr. a e = fr deci i- nr. de treceri va fi

i=

Apmax ae

(2.1)

abraziv

Apmax - adaos maxim de prelucrare b. Stabilirea avansurilor - avansul longitudinal fa = B [mm/rot] (2.2) unde: = avans longitudinal n fraciuni din limea discului

va lua valori: - pentru degroare - = 0,5 ... 0,8 - pentru finisare - Ra = 1,6 ... 3,2 m = 0,4 ... 0,6 - Ra = 0,4 ... 0,8 m = 0,25 ... 0,4 B = limea discului abraziv [mm] - avansul de ptrundere - se recomand tabelar funcie de diametrul piesei (dp), coeficientul i viteza avansului principal (vfa - viteza avansului longitudinal al mesei) n cazul degrorii i funcie de diametrul piesei dp, avansul longitudinal fa i viteza de avans longitudinal vfa n cazul finisrii. fr degroare = f2 (dp, ,vfa)k2 (2.3) fr finisare = f3 (dp,fa,vfa)k3 (2.4) unde k2 - coeficient de corecie care se alege funcie de diametrul pietrei i natura materialului piesei k3 - coeficient de corecie care ine seama de precizie, de natura materialului de prelucrat i diametrul pietrei D. c. Viteza de avans principal vfa vfa = f1 (dp, material pies) [m/min] - se alege tabelar funcii de diametrul piesei dp i tipul materialului de prelucrat. d. Viteza de achiere vsc - este considerat la rectificare viteza de rotaie a discului abraziv [m/s]. Ea se alege tabelar funcie de tipul rectificrii, materialul prelucrat i dac este faza de degroare sau de finisare.

3


e. Viteza de rotaie a piesei vtp [m/min] se calculeaz astfel: - rectificarea de degroare

vtp =(2.5)

0,2 d 0,3 p T 0 ,5 f r 0,1 d 0,3 p T0 ,5

kVT

- rectificarea de finisare

vtp =unde:

fr

kVT kVB(2.6)

dp - diametrul piesei [mm] T - durabilitatea discului [ min] kVT - coeficient de corecie funcie de durabilitatea discului abraziv kVB - coeficient de corecie funcie de limea discului abraziv f. Stabilirea forei principale de achiere Ft (Fy) [daN] 0100090000037800000002001c00000000000400000003010800050000000b020000000005000000 0c02b500e302040000002e0118001c000000fb021000070000000000bc0200000000010202225379 7374656d0000e302000018210000985c110004ee8339484322000c020000040000002d0100000400 0000020101001c000000fb02c4ff0000000000009001000000000440001254696d6573204e6577205 26f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d010100050000000902000000020 d000000320a360000000100040000000000e302b400204f1b00040000002d010000030000000000 (2.7) unde: CF - coeficient de corecie care depinde de natura materialului - pentru oel clit CF = 2,2 - pentru oel neclit CF = 2,1 - pentru font CF = 2,0 g. Stabilirea puterii necesare (este de fapt un calcul de verificare), puterea necesar trebuind s fie mai mic dect cea disponibil la maina unealt) Pentru rectificarea cu avans axial (longitudinal) avem puterea necesar pentru acionarea piesei care va fi:0 Pp = 0,15 vtp,7 f a0,7 d 0, 25 B 0,25 k NT k NB p

[kw]

(2.8) unde: kNT =coeficient de corecie funcie de duritatea discului abraziv kNB = coeficient de corecie funcie de limea discului abraziv Pentru acionarea sculei puterea necesar va fi: [KW] Pentru puterea necesar rotaiei piesei se poate folosi i formula

Ft v Psc = sc 100

(2.9)

4


[KW] (2.10) i. Natura lichidului de rcire ungere LRU n bibliografie ca [55], [23], [56], etc, sunt cuprinse indicaii de utilizare a lichidului de rcire ungere dndu-se o serie de reete de fabricaie a diferitelor tipuri de LRU. Utilizarea acestora se face funcie de materialul de prelucrat i caracteristicile sculei abrazive. 2.2.2. Parametri legai de piatra de rectificat n lucrrile [46], [57], s.a, se face un studiu foarte amnunit a modului de alegere a pietrelor de rectificat. Trebuie subliniat nc de la nceput c recomandrile care se fac n diferite lucrri sau cataloage de firm, sunt n special rezultatele unor ncercri experimentale. Cu att mai mult, sunt foarte multe cazuri n care, la caracteristici de fabricaie identice ale unor scule abrazive dar cu productori diferii, rezultatele practice au diferit. De aceea n general se dispune de fiecare dat efectuarea unor ncercri experimentale pentru a se putea obine rezultate maxime n ceea ce privete optimizarea procesului de rectificare. Prelucrarea prin rectificare, cu obinerea unor performane maxime n ceea ce privete productivitatea, calitatea suprafeei i durabilitatea discurilor abrazive, este posibil doar n condiiile cunoaterii exacte a caracteristicilor discurilor abrazive. La alegerea unei scule abrazive se va avea n vedere: - alegerea granulaiei; - alegerea duritii; - alegerea structurii; - alegerea liantului; - stabilirea durabilitii sculei; - stabilirea regimului de reascuire a pietrei. a. Alegerea materialului abraziv Acesta poate fi n general: - oxizi de aluminiu (Al2O3); - carburi de siliciu (SiC); - nitrat de bor (elbor); - diamant. n fig. 2.1 se prezint sintetic modul de alegere a materialului pietrei n funcie de materialul de prelucrat i randamentul prelucrrii.

Pp =

Ft vtp 6000

5


Fig. 2.1. Alegerea materialului sculei abrazive b. Alegerea granulaiei pietrei de rectificat se face n funcie de: - cantitatea de material ce trebuie ndeprtat n unitatea de timp; - calitatea suprafeei piesei prelucrate; - proprietile materialului piesei. n fig. 2.2 se prezint o monogram dup care se poate face alegerea granulaiei funcie de cantitatea de material ndeprtat i rugozitatea suprafeei. c. Alegerea duritii discului abraziv se face aa cum se observ i n fig.2.3, dup: - natura materialului prelucrat; - proprietile acestora; - forma suprafeei prelucrate; - calitatea suprafeei; - parametrii regimului de achiere.

6


Fig. 2.2 Alegerea granulaiei pietrei de rectificat

Material prelucrat Oel r< 80 [daN/mm 2] r=80-140 r> 140 Metale uoare i aliajele lor Font cenuie Bronz, alam, cupru R.R.E L, M, N K J J K L, M

Natura operaiei R. Plan K, L J, K I, J I, J J J, K

R.R.I K,L J I I J J

7


Fig. 2.3 Alegerea duritii discului abraziv

d. Alegerea structurii discului abraziv se face dup sensibilitatea la temperatur a materialului de prelucrat n punctul de contact fig. 2.4.

Fig. 2.4 Alegerea structurii discului abraziv e. Alegerea liantului sculei abrazive se poate face funcie de fazele procesului de rectificare (degroare sau finisare), figura 2.5.

Fig. 2.5 Alegerea liantului sculei abrazive f. Alegerea durabilitii pietrei abrazive se poate face dup unii autori [39] tabelar sau dup alii [57] se ofer o relaie analitic. Cnd se face alegerea tabelar, se ine seama de: a. faza de degroare: - diametrul discului abraz - limea discului abraziv b. faza de finisare:

8


- treapta de precizie n care dorete s se realizeze prelucrarea piesei (la rectificrile cu suprafee cilindrice cu racordare se ine cont i de raza de racordare). O relaie analitic a determinrii durabilitii sculei abrazive n cazul unei rectificri cilindrice exterioare cu avans longitudinal este oferit n [31] i este de forma: C 1 T = q v v sc fa y

1 v fr

x

[min]

unde: C - constant caracteristic tipului de piatr q - echivalent de achiere - exponent care depinde de materialul prelucrat x, y - exponeni funcie de regimul de achiere g. Alegerea regimului de reascuire a pietrei Reascuirea discurilor abrazive se face n scopul restabilirii capacitii sale iniiale de achiere, refacerii formei geometrice a sculei i refacerii coaxialitii dintre axa de rotaie a discului i axa arborelui port scul a mainii. ndreptarea se poate face cu scule de diamant (creioane cu vrf de diamant sau cu sfrmturi de diamant) i cu scule din alte materiale dure ( carbur de siliciu, carburi metalice, discuri din oel clit). Operaia de reascuire are fazele de degroare i finisare, valorile avansurilor longitudinale i transversale fiind determinate tabelar. Tot tabelar se alege i mrimea diamantului de ndreptare funcie de diametrul sculei abrazive. Cea mai important problem, dup cum se arat i n lucrarea [53], este cea a determinrii momentului n care scula nu mai corespunde din punct de vedere a capacitii de achiere respectiv a calitii suprafeelor obinute i se impune reascuirea ei. Criteriile vehiculate de majoritatea autorilor i care au condus implicit la nor tehnologii adecvate sunt:stabilirea u - criteriul modificrii rugozitii - necesit sisteme performante de control activ n timpul prelucrrii rugozitii suprafeei; - criteriul creterii amplitudinii auto-oscilaiilor i zgomotului produs (vezi fig. 2.5); - criteriul cantitii limit de material prelevat utilizabil n special pe mainile echipate cu control numeric, contabilizarea acesteia fcndu-se cu ajutorul programului. Este cel mai practic sistem n condiiile existenei comenzii numerice n dotarea mainii unelte.

9


Fig. 2.5 Determinarea auto-oscilaiilor i a zgomotului la rectificare AP - arbore principal portpiatr SV - semnalul vibrator scul abraziv S - scul abraziv SS - semnal de sunet AC - aparat de control M - microfon EA - element de msurare a semnalului acustic Ac - accelerometru Ali autori au dezvoltat utilizarea unor traductori parametrici sau fotoelectrici pentru determinarea momentului reascuirii prin msurarea uzurii liniare a sculei respectiv modificrii rugozitii suprafeei.

10


2.3. Analiza ciclului de lucru la rectificarea rotund exterioarn figura 2.6, se prezint schematic variaia volumului de material ndeprtat respectiv a puterii de achiere n funcie de fazele prelucrrii: - OA - apropierea rapid - AB - ptrunderea n material - BC - achierea cu o for relativ constant - CF - destinderea Astfel dup apropierea rapid OA pn la apariia primelor scntei, urmeaz o ptrundere n material AB, n care, datorit faptului c sistemul elastic se tensioneaz progresiv, avansul transversal real este mai mic dect cel reglat. Pe msur ce cresc tensionrile n STE i cresc deformaiile se preiau toate jocurile tehnologice, iar valoarea avansului transversal real se apropie de cel reglat. Dup [34] ecuaia curbei avansului de ptrundere este:f t j t 0 f t = f t 0 1 e F x

(2.12) t - timpul

ft - avansul transversal curent - avans transversal reglat j - rigiditatea STE

ft0

Fx - fora radial (fora pasiv Fp)

Fig. 2.6 Ciclul de lucru la rectificare P - putere de achiere VMI - volum de material ndeprtat Pentru ca faza de ptrundere(AB) s fie mai scurt, viteza de deplasare transversal a ppuii pietrei poate fi de i ori mai mare dect la celelalte

11


etape (i = 2 .. 4) Timpul necesar ptrunderii se poate determina cu o relaie de forma:

tp =(2.13)

1 2 i

Fx i +k ln f t0 j i k

Acelai rezultat se poate obine prin creterea rigiditii sistemului tehnologic elastic. A doua etap a rectificrii, cea cu avans transversal constant (BC), este caracterizat printr-o variaie a VMI sau P (linia DE), oscilaiile volumului de material ndeprtat, respectiv a puterii de achiere aprnd datorit variaiei reale a avansului transversal. Amplitudinea oscilaiilor depinde de raportul dintre avansul real i valoarea total a deformaiei STE. Conform [53] se arat c prelucrarea cu valori discrete ale avansului transversal, la capete de curs, produce solicitri necorespunztoare STE i de aceea s-ar impune rectificarea cu avans continuu ceea ce ar conduce la eliminarea solicitrilor pulsatorii i la reducerea oscilaiilor. O alt posibilitate de realizare a etapei a doua conform figurii 2.6, este cea dup linia D1E1, ceea ce presupune ca faza de ptrundere s se desfoare cu un avans rapid i se termin ntr-un punct deasupra condiiilor medii de ndeprtare a VMI. n etapa a doua viteza avansului transversal se micoreaz treptat, ceea ce permite reducerea timpului fazei de destindere i creterea preciziei i a calitii suprafeei. A treia etap CF, sistemul tehnologic treptat se ntoarce la faza iniial netensionat. Ecuaia curbei pentru aceast faz este de forma:

(2.14) x0 - deformaia sistemului la sfritul celei de a doua faze. Dac la aceast faz deformaia scade de la x0 la kx0 (k< 1) rezult timpul fazei de destindere

x = x0 e

f t j t 0 Fx

t=

(2.15) n figura 2.7 respectiv 2.8 se arat variaia VMI i a deformaie x, funcie de timpul fazei de destindere respectiv variaia timpului de destindere funcie de valorile lui k.

2 Fx 1 1 f t0 j k

12


Fig. 2.7 Variaia VMI i deformaiei Variaia timpului de destindere timp

funcie de

Fig. 2.8 funcie de coeficientul k

Analiznd cele dou grafice se poate concluziona c timpul fazei de destindere depinde de valoarea deformaiei STE, de rigiditatea acestuia i de cerinele de precizie i calitate a suprafeei. Cu ct rigiditatea STE este mai mare cu att timpul necesar fazei de destindere scade. Constatrile fcute mai sus sunt valabile dac rigiditatea STE respectiv fora radial (pasiv) Fx (Fp), sunt constante, ceea ce nu este valabil n practic. Introducerea comenzii adaptive CA, permite ca prin variaia continu a forei Fx, aceasta fiind comparat cu mrimea de referin Fxref, s se ajung la reducerea timpului necesar fazei de destindere deoarece la aceast faz nu mai avem de ndeprtat erori de form i dimensiune, urmrindu-se doar obinerea rugozitii prescrise. Pericolul de suprancrcare a mainii este nlturat n cazul comenzii adaptive deoarece aceasta nu permite n timpul procesului de achiere fore mai mari dect fora de referin.

2.4. Studiul deformaiilor elastice ale sistemului tehnologic n cazul prelucrrii prin rectificare rotund exterioar ntre vrfuri cu avans longitudinalAnaliznd ciclul de rectificare, rezult ca o concluzie principal faptul c, att precizia ct i durata prelucrrii, deci implicit capacitatea de producie, sunt influenate n mod direct de rigiditatea ntregului sistem tehnologic elastic STE compus din pies i main, ct i de abaterile geometrice ale mainii-unelte. n fig. 2.9 se prezint schematic lanul de dimensiuni n cazul rectificrii rotunde exterioare.

13


Fig. 2.9 Lanul de dimensiuni la rectificarea rotund exterioar Cota de nchidere a lanului A se poate obine n limitele prescrise doar printr-o cunoatere atent a deformaiilor elastice ale sistemului ct i a abaterilor sistematice datorate abaterilor geometrice ale componentelor mainii-unelte. Pentru a se obine dimensiunea A ct mai constant pe toat lungimea obiectului de prelucrat se impune ca: -s se compenseze abaterile geometrice ale STE; -deformaia STE pe direcia forei radiale Fx ( pasive Fp) s fie constant. n timpul prelucrrii exist o serie de factori perturbatori a cror efecte se suprapun. Putem spune c o serie de factori pot fi aleatori (neuniformitatea adaosului de prelucrare, variaia duritii materialului, erori de instalare, etc) iar unii sunt sistematici (uzura sculei, schimbarea temperaturii, schimbarea rigiditii STE, etc). Dintre erorile sistematice, rigiditatea STE are influena cea mai mare asupra preciziei de prelucrare. Pentru meninerea ct mai constant a cotei A pe toat lungimea piesei, este necesar ca deformaia STE sub aciunea forelor de achiere s rmn constant, adic:

x=

Fe j STE

= ct(2.16)

x - deformaia jSTE - rigiditatea sistemului tehnologic elastic Fe - fora echivalent Pentru a se menine x constant, avnd n vedere c jSTE este variabil rezult ca o necesitate, posibilitatea variaiei n timpul procesului de achiere a forei echivalente. Fora Fe este reprezentat n fig. 2.11

14


O Scul abraziv l2 Pies Pies

l1

Fe

Fr Fig. 2.11 Fora echivalent de rectificare Dac se scrie ecuaia de momente fa de O (pol momentan de rotaie ) se obine:

Fe = Fr

l2 l = Fr ; = 2 l1 l1

(2.17) Fr - este fora rezultant a componentelor Fx i Fy,, Fz avnd influene neglijabile Conform [53] se pot determina coordonatele polului momentan O. Trebuie s inem seama c, n cazul mainilor de rectificat n perioada de durabilitate a sculei, dintre componentele forei de achiere, doar componenta radial (pasiv) Fx (Fp) influeneaz decisiv comportamentul sistemului tehnologic elastic STE. De aceea toi autorii accept nlocuirea forei echivalente Fe cu fora radial (pasiv) Fx (Fp). n continuare se urmrete posibilitatea mririi preciziei de prelucrare prin variaia corespunztoare a forei Fx n cmpul bidimensional al mainii. Cercettorii care s-au ocupat de acest studiu au concluzionat c pstrarea constant a parametrilor regimului de achiere n timpul procesului de prelucrare nu conduce la indici superiori ai procesului i de aceea variaia forei radiale pe lungimea semifabricatului n funcie de variaia rigiditii STE, ncercnd s pstrm fora real spre valorile teoretice, este optim, asigurndu-se creterea substanial a preciziei i reducerea timpului necesar prelucrrii. Dezideratul mai sus menionat poate fi obinut prin introducerea comenzii adaptive CA.

15


n [53] sau [51] se face un studiu clar al deformaiilor elastice care apar n STE att n cazul prelucrrii ntre vrfuri ct i n cazul prinderii n mandrin. Avndu-se n vedere c n lucrarea de fa ne referim la cazul prinderii ntre vrfuri (cazul prelucrrii n mandrin fiind similar ca fenomen doar cu unele modificri ale soluiilor matematice), vom prezenta succint concluziile legate de determinarea deformaiilor elastice ale STE pe direcie radial. Indiferent de modul de prindere al semifabricatelor deformaia total n direcie radial a STE - xSTE are urmtoarea expresie: xSTE = xv +xp + xPR + xAP + xSP (2.18) xv - deformaia elastic a axei piesei prins ntre vrfuri sub aciunea forei radiale xp deformaia elastic a obiectului de prelucrat xPR - deformaia elastic a sculei (pietrei) pe direcie radial xAP - deformaia elastic pe direcia radial a arborelui port piatr xSP - deformaia elastic a urubului de antrenare a saniei transversale a ppuii pietrei de rectificat n continuare vom explicita valorile deformaiilor mai sus menionate astfel:

2.5. Influena parametrilor regimului de achiere asupra precizieiDup cum se arat, ntr-o serie de studii [43], [32], [24], etc, exist o influen direct a parametrilor de achiere asupra preciziei de prelucrare, aceasta fiind definit prin precizia dimensional , precizia de form, precizia poziiei reciproce i precizia asupra calitii suprafeei. Aa cum s-a artat i n capitolul anterior al prezentei lucrri, deformaia elastic a sistemului tehnologic STE i impreciziile lanului cinematic au o influen hotrtoare asupra preciziei dimensionale. n cazul prelucrrii prin rectificare, concomitent cu deformaiile elastice ale STE, mai apar deformaii termice i o uzur progresiv a pietrei, deci avem de-a face cu un sistem deosebit de instabil i greu de controlat. Dac n capitolul 2.5 s-a studiat influena deformaiilor elastice asupra procesului de rectificare i s-a concluzionat c pentru a crete toi indicii de performan ai prelucrrii (productivitate, precizie, etc) este necesar introducerea unei corelaii care s pstreze constant deformaia pe direcia radial prin variaia continu a forei radiale (pasive) Fx

x=

Fx j STE

= ct.

(2.18) atunci se poate spune c de fapt dimensiunea final este implicit influenat de parametrii de regim: avansul longitudinal fa, adncimea de achiere ae, viteza de rotaie a piesei vtp , etc. Dup unii autori se accept c fora maxim de prelucrare poate fi calculat pe baza cmpului de precizie aferent clasei de execuie a piesei i este dependent de mrimea adaosului de prelucrare. Deformaia STE se

16


admite x = (0,25 0,15) Td (2.19) Td - valoarea cmpului de toleran, Temperaturile dezvoltate n zonele de contact pot influena foarte mult precizia dimensional n cazul unor prelucrri, n lucrarea [43] fcndu-se o sintez a modului de tratare teoretic i experimental a acestei probleme. Concluziile care reies arat c este necesar o limitare a temperaturii locale de contact sub o valoare limit lim: lim = Acr + (20 30)K (2.20) valoare peste care apar transformri structurale. Din studiul fcut a reieit de asemenea c este necesar, pentru a nu crete la valori prea mari temperatura din proces, s se limiteze fora radial Fx 40 daN (2.21)

i raportul (2.22) Concomitent cu deformarea STE i variaia temperaturii apare o uzur continu a sculei abrazive, care i ea influeneaz direct proporional asupra preciziei dimensionale. Dup autori ca [32] uzura poate fi exprimat analitic ca:

v sc 50 vtp

U sc = 0 dum

t

u = C (fa) unde: C - constant fa - avans axial m - exponent t - timp main consumat Precizia de form este i ea influenat direct de parametrii regimului de achiere. Prin deformarea STE, n direcie radial se obine n timpul prelucrrii cu parametrii de regim constani, o form de butoi a piesei. Anularea impreciziilor de form de acest tip are loc la faz de destindere, ceea ce conduce implicit, ca pe lng o precizie sczut s avem i o productivitae slab prin necesitatea creterii timpilor necesari fazei de destindere. Introducerea comenzii adaptive, capabile s controleze componenta radial a forei n special, elimin nc din fazele de degroare i finisare aceste erori de form, faza de destindere fiind necesar doar pentru obinerea rugozitii prescrise de proiectant. Fig. 2.17 Micrile relative pies-scul i mecanismul de formare a lobilor n timpul procesului de rectificare Prelucrarea de rectificare fiind o operaie n general final, calitatea suprafeei este una din cerinele majore. n foarte multe lucrri [53],[24],[43], s-a studiat amnunit influena parametrilor regimului de achiere, att a celor legai direct de procesul propriu-zis (vtp, vsc,fa,ae) ct i a celor legai de piatra de rectificat asupra calitii suprafeei.

(2.23) (2.24)

17


Utilizarea unor regimuri dure cu fore mari, deci implicit cu parametrii crescui, conduce la creterea rugozitii. n schimb creterea vitezei sculei conduce la scderea rugozitii ceea ce se poate explica fie prin faptul c n unitatea de timp un volum mai mare de granule abrazive vin n contact cu piesa, ceea ce presupune un volum mai mic de material prelevat pe granul i deci asperiti mai mici, sau prin creterea vitezei vsc apar ocuri dinamice care duc la o frmiare mai accentuat a grunilor, ceea ce asigur simultan o achiere foarte bun prin evitarea mbcsirii i asigurarea unor particule abrazive mai mici i deci implicit a unor microasperiti mai mici pe pies. n urma unor ncercri experimentale pe un semifabricat din OLC45 s-au obinut o serie de rezultate experimentale prezentate n figura 2.18 care ilustreaz elocvent cele precizate mai sus.

Fig. 2.18 Influena asupra rugozitii suprafeei a parametrilor achierii

Dup cum s-a mai artat, calitatea suprafeei poate fi un indiciu clar pentru nceperea procedurii de reascuire a sculei abrazive. Spre sfritul perioadei de durabilitate a sculei, calitatea suprafeei se nrutete n mod evident ceea ce se poate constata att vizual ct i prin intermediul instrumentelor de msur n cazul n care maina unealt este dotat cu aparatur de control activ. Introducerea comenzilor adaptive permite ca la faza de destindere s se urmreasc doar obinerea unei rugoziti corespunztoare. Deci se poate spune c scurtarea timpului de destindere n vederea creterii productivitii este legat direct de cerinele impuse de precizie referitoare la calitatea suprafeei. n figura 2.19 se prezint grafic dependena dintre rugozitate i timpul de destindere respectiv avansul de ptrundere (prelucrare cu avans transversal).

18


Fig. 2.19. Influena timpului de destindere asupra rugozitii O sintez a cercetrilor legat de influena parametrilor de achiere asupra rugozitii suprafeei sunt prezentate n [24] i [43]. Astfel n [24] se prezint o serie de concluzii referitoare la variaia rugozitii analiznd influena mai multor parametrii:

q=

Ra = f(vsc,vtp) - cnd ae = ct; Ra= f(q, Vop) - cnd ae = ct vsc =ct. G = f(fa) - cnd ae = ct

v sc = ct. v tp

(2.25) (2.26) (2.27)

Vop G= Vos

unde - Vop - volumul de material prelucrat pe pies Vos - volum de material ndeprtat de pe piatra abraziv G = f(Vop) - cnd fa = ct. (2.28) n concluzie se poate prezenta un algoritm foarte util de determinare a rugozitii funcie de adncimea de achiere sau funcie de avansul longitudinal: Ra = f(ae); q = ct.; fa = ct.;vsc = ct. (2.29) Ra = f(fa); q = ct.; ae = ct. (2.30)

19


n figura 2.20 se prezint sintetic modul de aplicare al algoritmului amintit mai sus, n cele dou cazuri i dup cum se observ n cazul utilizrii unor comenzi adaptive evoluate ca n cazul celei prezentate n lucrarea de fa, dotat cu aparatur de calcul evoluat i cu comand numeric, prin introducerea parametrilor generali i a unui soft corespunztor se poate urmri obinerea unei rugoziti corespunztoare prin urmrirea continu a parametrilor prezentai. Comanda numeric trebuie s completeze comanda adaptiv deoarece este nevoie de urmrirea continu a volumului de material prelucrat, ceea ce se poate face foarte uor n acest caz prin programul de tehnologie.. Lipsa comenzii numerice poate fi suplinit de un control activ, datele fiind prelucrate direct n unitatea de calcul i comand (calculatorul PC).

2.6 Influena parametrilor regimului de achiere asupra capacitii de producie, respectiv a costurilor de producieUnii autori au ncercat o definire matematic a influenei parametrilor regimului de achiere asupra capacitii de producie respectiv a costurilor de producie, pentru a o putea utiliza ntr-un posibil algoritm a procesului de prelucrare. Capacitatea de producie CP, definit ca producia maxim a unei maini unelte obinut ntr-o unitate de timp, poate fi exprimat astfel:

CP = I p Tdisp = p sp t disp

(2.31) unde: Ip - norm de utilizare intensiv psp - productivitate specific [uniti fizice / unitate de tmp] Tdisp - norm de utilizare extensiv tdisp - timp total disponibil [unitate de timp] Parametrii de achiere pot influena direct doar asupra timpului efectiv de prelucrare din cadrul normei de timp [29]. tef = tb + ta = fp (1+k) (2.32) fp = f(ac, fa, fr, vsc, vtp, Carsc) (2.33) unde: tb - timp de baz k - coeficient adimensional ta - timp auxiliar Carsc - caracteristici scul achietoare Alte lucrri ca [43], ncearc gsirea unei dependene ntre productivitate i variaia energiei critice, condiiile fiind expuse sintetic i n [43]. Soluiile matematice sunt destul de complicate, lund n calcul un numr foarte mare de parametri, ceea ce n condiiile unei prelucrri reale este foarte greu de controlat i cuantificat. Costul de producie la rectificare, este pe larg dezvoltat n [43] i [32]. Concluziile pe care le trag autorii menionai sunt c parametrii regimului de achiere influeneaz direct valorile costului de prelucrare ntre ele existnd o relaie analitic de forma:

20


C = Qm f v sc , v scec , T(2.34) C - costul de producie

(

)vsc - viteza sculei

scec viteza economic a sculei T - durabilitatea sculei n capitolul al treilea al prezentei lucrri se va ncerca o corelare direct ntre parametrii regimului de achiere n special al vitezei mesei longitudinale vfa respectiv turaiei piesei np implicit a vitezei de rotaie a piesei vtp i costul operaiei de rectificare, corelare ce va sta la baza unuia din algoritmii de optimizare prin comanda adaptiv.

v

2.7. Influena caracteristicilor mainii unelte asupra procesului de rectificareMaina unealt, din punct de vedere constructiv, este proiectat pentru nite valori bine determinate a parametrilor necesari. Acetia pot varia ntr-o gam de valori. Pentru a putea spune c maina este ncrcat la capacitate maxim, deci am obine productivitate maxim, ar nsemna s tindem spre regimuri de achiere cu valori reglate ale parametrilor spre limita superioar. Utilizarea unor astfel de regimuri ns, n cazul prelucrrilor de rectificare, care sunt operaii finale i n urma crora rezult piese finite care trebuie s ndeplineasc o serie de cerine n ceea ce privete precizia (dimensional, de form, de poziie reciproc, de calitate a suprafeei) sunt contraindicate, valorile maxime ale parametrilor regimului de achiere ducnd la abateri mari de la valorile cerute. n general, din punct de vedere constructiv, mainile unelte de rectificat sunt realizate astfel nct s existe o gam larg de reglaj a parametrilor, dar gama parametrilor uzuali este mult mai mic dect cea posibil de realizat la maina unealt. Limitarea acestor parametri se va face prin condiiile puse de precizia necesar a se obine (clasa de precizie). Maina unealt poate influena decisiv precizia piesei finite, aceasta putnd fi infuenat de precizia geometric (constructiv) a componentelor mainii unelte, precizia cinematic a mecanismelor mainii unelte sau precizia sub sarcin a mainii unelte. Precizia geometric poate avea o influen negativ mai ales n cazul n care nu se respect tehnologia de ntreinere a mainii unelte, nu se efectueaz reglajele i verificrile periodice impuse de constructor, ceea ce poate conduce la apariia unor imprecizii importante la pies din cauza n special a unor uzuri neuniforme. Precizia cinematic influeneaz asupra lanului cinematic al micrii de deplasare pe direcie transversal. Dup cum se cunoate, deoarece avem nevoie pe aceast direcie de o precizie micronic, o variaie de -2 pn la +3% poate conduce la rebutarea piesei n cazul n care cmpul de toleran este foarte strns. n cazul celorlalte micri (rotaia sculei, rotaia piesei, micarea saniei longitudinale) variaiile parametrilor reglai nu au aceeai influen ca cea a micrii pe direcie transversal. Rigiditatea sistemului tehnologic elastic, pe larg studiat n lucrarea de

21


fa este un factor determinant n obinerea unor precizii corespunztoare n condiiile unor productiviti ridicate i cu costuri minime. Dup cum am artat o rigiditate mai mare a componentelor mainii unelte conduce implicit la reducerea timpilor prelucrrii prin ajungerea mai rapid a sistemului la starea de ncrcare normat astfel nct parametrii reglai s fie i cei reali i prin eliminarea erorilor de form care n mod normal se nltur la faza de destindere ceea ce conduce implicit la un timp mai redus necesar pentru aceast faz. Multe lucrri de specialitate studiaz comportamentul dinamic al mainilor unelte. Avnd n vedere c, uzual regimurile de achiere la rectificare nu sunt foarte dure, nici fenomenele dinamice care apar nu influeneaz decisiv procesul de achiere. Totui se impune respectarea condiiilor necesare pentru a se evita apariia vibraiilor, a oricrui fenomen aleator perturbator care ar putea afecta n primul rnd precizia de prelucrare.

2.8. Concluzii generale privitoare la factorii care influeneaz procesul de prelucrare n cazul rectificrii rotunde exterioare ntre vrfuri cu avans longitudinalPentru o mai bun nelegere a modulului n care urmeaz n capitolul urmtor al lucrrii s se gseasc soluii de optimizare a procesului de prelucrare prin utilizarea comenzii adaptive, pentru a se putea pune bazele unor algoritmi tiinifici, simpli i eficieni (avndu-se n vedere multitudinea de factori care influeneaz procesul de prelucrare), se impune s sintetizm cteva concluzii eseniale: alegerea parametrilor de achiere att a celor legai de procesul de prelucrare propriu-zis ct i a celor legai de scula abraziv se poate face n mai multe moduri. O serie de autori sau firme ofer unele soluii analitice, iar alii datorit complexitii ridicate, ncearc oferirea unor soluii care au la baz studii experimentale laborioase. Avnd n vedere c o scul din aceeai compoziie de baz, cu aceeai structur liant etc, poate avea caracteristici diferite de la un productor la altul, atunci de multe ori se utilizeaz cataloage de firm care sintetizeaz rezultate experimentale pentru diferite feluri de prelucrri i cerine de precizie, productivitate, costuri, etc. De multe ori se ncearc folosirea aceleiai scule abrazive pentru prelucrarea unor materiale diferite, n condiii diferite legate de precizie, productivitate, etc, ncercnduse atingerea condiiilor impuse de proiectant prin variaia celorlali parametri ai regimului de achiere. n studiile de specialitate se ntlnesc o varietate foarte mare de concluzii legate de influena diferiilor parametrii asupra procesului propriu-zis de prelucrare, observndu-se c nu se poate defini foarte clar tendina de variaie a unui parametru. Dup cum se poate observa din diagramele prezentate n figura 2.21 exista tendina uneori nejustificat de modificare a unui parametru, dar care este compensat de variaia altui parametru

22


Fig. 2.21 Diagrame NORTON GRINDING WHEEL COMP. LTD i UNIVERSAL GRINDING WHEEL COMP. LTD Cele dou grafice de sus din fig. 2.21 sunt date de firma NORTON iar cele din partea inferioar a figurii de firma UNIVERSAL. O concluzie deosebit de important este aceea c, fora de achiere prin componentele sale i n special cea radial sunt influenate direct de variaia parametrilor regimului de achiere, concluziile directe fiind prezentate n paragraful 2.7.1. n paragraful 2.7.2 s-a artat corelaia direct ntre aceti parametrii i precizia de prelucrare n special rugozitatea suprafeei, existnd posibilitatea gsirii unor corelaii ntre parametri reglabili la maina unealt (vtp, vsc, vfa, etc) i forele dezvoltate respectiv precizia de prelucrare cerut. Aceleai corelaii se pot face ntre parametri de achiere i capacitatea de producie (productivitatea) respectiv costurile prelucrrii. Aceste observaii ofer deschiderea spre gsirea unor algoritmi necesari comenzii adaptive pentru a se asigura optimizarea procesului n funcie de obiectivele pe care ni le propunem. b. rigiditatea sistemului tehnologic elastic influeneaz n mod categoric ntregul proces de prelucrare. Deformaia STE este legat direct proporional de mrimea forelor din sistem i n mod decisiv de componenta radial (pasiv) Fx. Deci prin urmrirea permanent a variaiei acestei fore n timpul procesului de achiere se poate urmri continua deformaie a sistemului. n ideea creterii productivitii muncii prin reducerea timpilor necesari ncrcrii sistemului pn cnd parametri reglai devin egali cu cei reali i totodat prin reducerea timpilor necesari fazei de destindere, creterea rigiditii STE i pstrarea constant a deformaiei prin urmrirea i variaia componentei radiale a forei se impun ca nite cerine majore n ideea optimizrii procesului de rectificare. Pentru a fi atinse dezideratele artate mai sus, n faza iniial de tensionare a sistemului se pot utiliza regimuri dure (valori crescute ale parametrilor de pn la 4 ori). Literatura de specialitate ofer prea puine soluii analitice n direcia rezolvrii problemelor menionate, oferind n special studii experimentale prezentate grafic sau tabelar, ceea ce ridic greuti n cazul ncercrii definirii unor algoritmi necesari prelucrrii automate a datelor din proces. c. productivitatea respectiv costurile prelucrrii pot reprezenta indici importani de analiz a procesului de prelucrare. d. alegerea sculei abrazive i stabilirea momentului optim n care s se fac reascuirea sa este una din cele mai dificile probleme i este abordat n moduri diferite de cercettorii n domeniu. Utilizarea unor dispozitive care s constate gradul de uzur i mbcsire a pietrei (pneumatic., fotoelectric, vibraii) nu pot da rezultate mulumitoare i de aceea se impune tot mai mult aprecierea momentului reascuirii prin urmrirea volumului de material ndeprtat, lucru ce se poate

23


face prin utilizarea comenzii numerice simultan cu utilizarea unor dispozitive de msurare automat a abrazive i alegerea parametrilor de achiere, pentru a putea realiza prelucrri cu aceeai scul n condiiile unor semifabricate cu caracteristici diferite. n acest fel se pot obine costuri mai mici i o productivitate ridicat a prelucrrii de rectificare.dimensiunii sculei dup reascuire.

Scopul lucrrii. Probleme propuse spre rezolvare n vederea optimizrii procesului de prelucrare pe maini de rectificat rotund ntre vrfuri.comand digital prin cuplarea la maina unealt a unui calculator electronic echipat corespunztor pentru conducerea unui proces tehnologic. Elaborarea unor scheme de comand i a unui software corespunztoare pentru criteriile de optimizare i deci implicit algoritmii propui spre aplicare. Studiul comparativ a variantelor experimentate, identificarea punctelor pozitive i elaborarea unor recomandri pentru utilizarea acestora. Indicarea direciilor posibile de lrgire a cercetrilor teoretice i experimentale.Optimizarea procesului de prelucrare pe maini de rectificat rotund ntre vrfuri prin introducerea unei comenzi adaptive. Identificarea unor criterii de optimizare pentru comanda adaptiv a unei maini de rectificat rotund ntre vrfuri de tipul RE-350. Studiul comparativ al unor comenzi adaptive existente i evidenierea unor puncte slabecare s fie luate n considerare la elaborarea noilor algoritmi de optimizare propui n prezenta lucrare. Studierea variantelor posibile de mrimi de referin i alegerea celei mai potrivite pentru maina RE-350. Definirea unor algoritmi ct mai simpli i fiabili pentru comanda adaptiv care s corespund criteriilor de optimizare propuse i studierea comparativ a acestora. Identificarea unor variante posibile de prelucrare asupra crora s se fac un studiu de productivitate , precizie i calitate prin aplicarea algoritmilor propui. Studierea posibilitii de nlocuire a comenzii analogice cu o comand digital prin cuplarea la maina unealt a unui calculator electronic echipat corespunztor pentru conducerea unui proces tehnologic. Elaborarea unor scheme de comand i a unui software corespunztoare pentru criteriile de optimizare i deci implicit algoritmii propui spre aplicare. Studiul comparativ a variantelor experimentate, identificarea punctelor pozitive i elaborarea unor recomandri pentru utilizarea acestora. Indicarea direciilor posibile de lrgire a cercetrilor teoretice i experimentale.

24

Cap2 modif

Documents

Transcript of Cap2 modif