L.2 Tehnologia prelucrării filetelor exterioare prin deformare plastică volumică la rece

(rulare)

1. Consideraţii teoretice

Acest procedeu de prelucrare a filetelor se bazează pe imprimarea la rece a profilului filetului pe semifabricatul care se rostogoleşte între două scule cu profil corespunzător. Se aplică în producţia de serie mare şi de masă, cu precădere pentru prelucrarea filetelor de fixare.

Prin deformare plastică la rece se pot prelucra filete cu pasul între 0,7 şi 5 mm. pe semifabricatele din metale feroase şi neferoase, imprimarea profilului pe semifabricat fiind posibilă numai cu condiţia ca plasticitatea materialului piesei, apreciata prin alungirea relativă la rupere, δ , să fie cuprinsă între 8 – 24 %, iar duritatea semifabricatului să nu depăşească 35 HRC.

Principalele avantaje ale acestui procedeu sunt: mărirea microdurităţii superficiale a flancurilor filetului datorită ecruisării ce are loc ; creşterea rezistenţei la rupere, a rezistenţei la oboseală şi a rezistenţei la uzură ; productivitate ridicată a procedeului.

Prelucrarea filetelor prin deformare plastică la rece se poate face prin mai multe procedee, dintre care cele mai utilizate sunt: rularea cu becuri prismatice plane, la care sculele sunt prismatice şi au canale cu pasul, profilului şi unghiul de înclinare corespunzătoare profilului de prelucrat şi rularea cu role cilindrice, procedeu pe care îl descriem în continuare, făcând obiectul acestei lucrări practice.

La rularea cu role cilindrice sculele 1 şi 2 (fig. 1) sunt două role cu acelaşi diametru pe periferia cărora s-a prelucrat un filet cu pasul p1, cu sensul de înfăşurare invers decât cel al filetului care se prelucrează, iar semifabricatul 3 se aşează pe rigla 4 ( sau este orientat şi fixat între vârfuri). Ambele role se rotesc cu turaţia ns, iar semifabricatul datorita frecării cu rolele, se roteşte cu turaţia np. Pătrunderea rolelor pentru executarea înălţimii filetului au loc prin deplasarea uneia dintre role în trei faze: avans rapid, avans de lucru şi retragere rapida (fig. 1.)

Pentru ca semifabricatul să nu fie expulzat dintre role în timpul prelucrării, axa longitudinală a acestuia este sub axa rolelor cu 0,2 – 0,3 mm.

Fig. 1 Schema rulării filetelor cu role cilindrice, fără avans axial

/ 61

Prelucrarea prin rulare a filetelor cu role cilindrice se poate face în două variante: fară avans axial, în cazul in care Ls = lp, şi cu avans axial al semifabricatului, in cazul in care Ls < lp.

Parametrii tehnologici ai procesului de rulare a filetelor cu două role cu diametre egale şi de lăţimi egale cu lungimea filetului de executat sunt: avansul radial sr, în mm/rot. piesă; viteza de rulare (viteza periferica a rolelor) vr, în m/min. şi forţa de rulare (forţa exercitată de role pe suprafaţa de rulat), în daN.

Mărimea avansului radial se poate determina cu relaţia:

[mm/rot * piesă] (1)

în care: - f este coeficientul frecării exterioare (pentru semifabricate din oţel f =0,2…0,3); - p este presiunea specifică rola – semifabricat ( la rularea filetelor mertice p=(3…3,5)σe, σe fiind limita de curgere a materialului de prelucrat, în daN/mm2; - N este modulul de elasticitate al materialului semifabricatului, în mm; - Dr este diametrul exterior al rolelor, in mm.

Viteza periferica a rolelor depinde de proprietăţile fizico-mecanice ale materialului semifabricatului, de dimensiunile şi precizia filetului de executat etc. În practică sau stabilit valori optime ale vitezei periferice a rolelor conform cărora calitatea filetelor se obţine la valori minime ale forţei de rulare (vezi anexa , tabelul 1.). Viteza periferică reală a semifabricatului V sf

va fi mai mică decât viteza periferică a rolelor datorită alunecării care are loc între semifabricat şi role:

Vsf = η * Vr [m/min] (2)

în care η este coeficientul de alunecare ( η = 0,85…0,95) în funcţie de curgerea aplicata.Forţa de rulare depinde de dimensiunile filetului de executat, de procedeul de rulare şi de

materialul semifabricatului. În anexa, tabelul 2 sunt prezentate valori orientative ale forţelor de rulare la rularea filetului pe 10 mm lungime de filet, pentru un oţel cu σ r = 50 daN/mm2. Pentru o lungime de filet diferită de 10 mm, forţa de rulare se poate calcula cu relaţia:

[daN] (3)

în care: Frle este forţa de rulare pe 10 mm lungime de filet, in daN; p este pasul filetului de executat , în mm; n este numărul de spire ale filetului care se rulează.

Pentru realizarea corectă a filetului prin rulare cu role cilindrice, pe lângă fixarea pe maşina-unealta a parametrilor regimului de lucru, sunt necesare încă doua reglaje importante:

- reglarea cursei radiale de avans tehnologic, astfel încât la sfârşitul prelucrării, diametrul mediu al filetului prelucrat să se încadreze între limitele câmpului de toleranţă;

- reglarea poziţiei unghiulare a rolelor, astfel încât acţiunea lor în realizarea filetului să fie conjugată, astfel ca rolele să realizeze acelaşi elice pe semifabricat.

Precizia filetelor rulate depinde de următorii factori: precizia maşinii de filetat, regimul de rulare utilizat, precizia rolelor cilindrice şi precizia de execuţie a semifabricatului.

Diametrul exterior al rolelor de filetat Dr se determina cu relaţia:

[mm] (4)

în care d2 este diametrul mediu al filetului de rulat, în mm; k,z sunt numărul de începuturi ale filetului rolelor, respectiv ala filetului de rulat: Hl este înălţimea filetului de rulat, in mm.

Înainte de rularea filetului semifabricatele se prelucrează prin strunjire de finisare sau rectificare, astfel ca suprafaţa de filetat sa aibă diametrul cât mai precis executat.

Stabilirea diametrului suprafeţei de filetat, dsf, se face în funcţie de condiţiile concrete ale prelucrării. În anexă, tabelul 3 sunt arătate relaţiile de calcul ale diametrului semifabricatului pentru anumite cazuri de prelucrare.

/ 62

Pentru rularea filetelor metrice din clasa de precizie mijlocie, relaţia de calcul este:

[mm] (5)

în care d2 şi p sunt diametrul mediu, respectiv pasul filetului de executat, în mm. Deformaţia plastică a materialului semifabricatului depinde de mai mulţi factori, iar

această dependenţă nu poate fi descrisă precis cu ajutorul relaţiilor de calcul, ceea ce conduce la influenţarea diametrelor filetului obţinut prin rulare. Ca urmare se impune stabilirea definitivă a diametrului semifabricatului în urma unor determinări experimentale pe câteva piese de probă, din acelaşi material cu cel al pieselor de rulat şi in aceleaşi condiţii de prelucrare.

2. Scopul lucrării

- Stabilirea diametrului suprafeţei cilindrice pe care se execută filetul prin rulare, dsf ;- Stabilirea parametrilor tehnologici şi a regimului de lucru la rularea filetelor cu role

cilindrice;- Aplicarea şi însuşirea metodei de prelucrare a filetelor prin rulare, prin executarea

concretă a unor piese.

3. Mijloace de lucru

- Strung normal echipat cu un dispozitiv de rulat filete cu două role cilindrice filetate, vârfuri, flanşă de antrenare;

- Cuţit drept pentru finisat cu plăcuţă din carburi metalice STAS 6378-80;- Micrometru de exterior cu domeniul de măsura 0-25mm;- Micrometru pentru filet cu domeniu de măsura 0-25mm;- Un obiect de prelucrat ca în fig. 2., material OLC 25 cu următoarele caracteristici

mecanice ; rezistenţă la rupere σr = 46 daN/mm2, alungirea la upere δ = 24% , limita de curgere σc = 28 daN/mm2; modulul de elasticitate E = 21,103 daN/mm2.

Caracteristicile geometrice ale filetului de rulat M24 x 1,6 :

d= ; d2= ; H1=0,541 mm

Fig. 2 Schema instalării, cea a prelucrării OP şi principalele elemente ale filetului de executat

/ 63

4. Desfăşurarea lucrării

Rularea filetelor pe strung cu ajutorul unor dispozitive speciale (cum este şi acest caz) se deosebeşte de procedeul prezentat prin aceea că semifabricatul este acela care primeşte mişcarea de rotaţie de la arborele principal al strungului, rolele fiind antrenate în mişcarea de rotaţie de către semifabricat, iar avansul radial este executat de ambele role, simultan.

Pentru obţinere unor filete prin rulare pe strung utilizând dispozitive speciale, care să aibă caracteristicile geometrice în câmpurile de toleranţe impuse , se parcurg etapele:

- Se pregăteşte strungul pentru rularea filetului pe semifabricatul instalat ca în fig. 2.- Se calculează principalele elemente ale filetului de rulat, având în vedere datele din fig.

2. şi se determina diametrul rolelor Dr, utilizând relaţia 4. în care k=2. Rezultatele se trec in F.R.L. tabelul 1.

- Având în vedere caracteristicile mecanice ale materialului obiectului de prelucrat şi utilizând relaţiile 1. şi 2. şi tabelul 2 din anexa , se determina avansul tehnologic şi forţa de rulare. Pentru determinarea vitezei periferice a semifabricatului (deoarece acesta are rolul conducător) în relaţia 2. se va lua η = 1,05 – 1,15 şi se va utiliza tabelul 1 din anexa .

- Se calculează cu relaţia 5. diametrul semifabricatului dsf, având in vedere elementele filetului de rulat, rezultatul notându-se in F.R.L., tabelul 2.

- Pe un alt strung ( sau maşina de rectificat) se prelucrează treapta 1 a obiectului de prelucrat la diametrul dosf cu un regim de lucru corespunzător prelucrării de finisare.

- Pe strungul reglat la parametrii regimului de rulare se instalează obiectul de prelucrat si se rulează filetul pe treapta 1, urmărind ca profilul filetului sa fie complet (ascuţit).

- Se desprinde OP şi se măsoară diametrul mediu al filetului d2ef, cu ajutorul micrometrului pentru exterior. Rezultatele se trec în F.R.L., tabelul 2.

- Se compară d2ef cu limitele prescrise acestui diametru ( vezi tabelul 1 din F.R.L.) şi în cazul în care d2 ef nu se afla între limitele prescrise, se calculează eroarea Δd2 cu relaţia:

Δd2 = d2 mediu – d2 ef [mm] (6)

în care:

d2 mediu = 0,5(d2 max + d2 min) [mm] (7)

- Se corectează diametrul semifabricatului calculat iniţial cu eroarea Δd2, utilizând relaţia:

dcrsf = dcsf + Δd2 [mm] (8)

- Se prelucrează prin strunjire sau rectificare treapta 2 a OP la diametrul corectat d cr ef cu acelaşi regim de aşchiere utilizat la finisarea primei trepte.

- Se rulează pe cea de-a doua treaptă filetul, în aceleaşi condiţii ca şi pe prima treaptă, apoi se măsoară diametrul mediu al filetului acestei trepte.

- Dacă şi în acest caz d2ef nu se încadrează în limitele prescrise se face o nouă determinare, prelucrând treapta 3 la un nou diametru corectat al semifabricatului stabilit prin utilizarea relaţiilor prescrise, atunci (6, 7, 8).

- Dacă d2ef se încadrează în limitele prescrise, atunci diametrul semifabricatului utilizat la obţinerea filetului prin rulare este cel recalculat la treapta respectivă.

5. Interpretarea rezultatelor şi concluzii

Se va arăta legătura dintre diametrul semifabricatului, calculat şi corectat, pentru suprafeţele (treptele) prelucrate şi diametrul mediu efectiv d2ef al filetelor rulate pe acesta.

Se va urmări dacă diametrul exterior d2ef se află în limitele prescrise acestui diametru şi daca profilul filetului este corect realizat (forma triunghiulară cu vârf ascuţit). În cazul în care nu este realizata şi ultima condiţie ( deşi d2ef se afla in limitele prescrise), rezultă că rolele nu au apăsat pe semifabricat cu forţa necesară şi diametrul semifabricatului nu a fost determinat corect, piesele nefiind corespunzătoare.

/ 64

Fişa cu rezultatele lucrării

1. Principalele elemente ale filetului de rulat şi parametrii regimului de rulare.

Tabelul 1Elemente ale filetului de rulat

Dr

Regimul de rularedn dmax dmin d2n d2max d2min d2med H1 p s Sr Vr Vsf nsf Fr

2. Dimensiuni ale semifabricatului şi filetului rulat

Tabelul 2Obiectul sau treapta

de prelucratdsf d2ef def

3. Interpretarea rezultatelor şi concluzii

/ 65

Anexă

Tabelul 1 Valori recomandate pentru vitezele periferice ale rolelor

Materialul semifabricatuluiViteza periferică a rolelor Vr , în [m/min] , pentru

valori ale pasului filetului de rulatn 1 n>1

Oţel aliat 15-20 20-30Oţel cu conţinut scăzut de carbon 25-30 30-40

Tabelul 2 Forţele de rulare la rularea filetului pe 10 mm lungime de filet,materialul semifabricatului fiind oţel cu daN/mm2

Diametrul exterior al

filetului mm

6 8 10 12 16 18 24

Rulare cu: Forţele de rulare daN- bacuri 2200 2950 3700 4425 5900 6700 8850- role 750 900 950 1050 1150 1300 1550

Tabelul 3 Relaţii de calcul pentru diametrul semifabricatuluiNr.

crt.

Relaţia de calcul Domeniul de utilizare

1Pentru toate tipurile de filete,

recomandate ca relaţii aproximative2

3 Clasa de precizie fină

Pentru rularea filetelor motrice

4Clasa de precizie

mijlocie

5Clasa de precizie

grosolană

/ 66