1. NOŢIUNI DE TEORIA AŞCHIERII

Obiectivele capitolului

Acest capitol prezintă cele mai importante aspecte legate de aşchierea materialelor, modalitatea cu cea mai largă răspândire de realizare a pieselor în construcţia de maşini şi utilaje. În principal, prezentul capitol dezvoltă:

elementele care participă obligatoriu la un proces de aşchiere ; fizica şi dinamica procesului de aşchiere ; fenomenele termice, uzura şi durabilitatea sculelor aşchietoare ; elemente de optimizare a procesului de aşchiere.

Aspecte generale privind procesul de aşchiere

Condiţiile necesare realizării procesului tehnologic de prelucrare prin aşchiere

În construcţia de maşini, de utilaje şi de aparate obiectul procesului de fabricaţie îl reprezintă realizarea pieselor având formele geometrice, dimensiunile şi calitatea suprafeţelor în concordanţă cu prescripţiile impuse de rolul funcţional şi de condiţiile reale de lucru.

În timpul procesului tehnologic de aşchiere se obţine modificarea formei şi a dimensiunilor unor corpuri, în general metalice, prin detaşarea surplusului de material sub forma de aşchii, în scopul obţinerii unor suprafeţe cu anumite configuraţii, într-un câmp de toleranţă determinat, cu o rugozitate impusă. Corpurile care suferă modificări de formă poartă denumirea de piese sau semifabricate, iar surplusul de material, denumit şi adaos de prelucrare, se îndepărtează sub formă de aşchii cu ajutorul unor scule aşchietoare, în timp ce între piesă şi sculă există o mişcare relativă impusă, numită mişcare de aşchiere.

Prelucrarea prin aşchiere are la bază o proprietate tehnologică, foarte importantă pentru oricare material, numită aşchiabilitate (sau prelucrabilitate). Aşchiabilitatea reprezintă capacitatea unui material de a permite modificarea formei sale corespunzător scopului propus, prin desprinderea de particule sau microparticule materiale sub acţiunea unei forţe exterioare.

Din cele prezentate mai sus rezultă că la realizarea unui proces tehnologic de aşchiere concură patru factori: piesa, mişcarea de aşchiere, scula şi aşchia.

Desfăşurarea procesului de aşchiere presupune, în mod obligatoriu, existenţa maşinilor-unelte adecvate procedeului de generare a formelor şi a preciziei de prelucrare, a sculelor aşchietoare corespunzătoare cinematicii de aşchiere, a semifabricatelor cu forme şi dimensiuni apropiate de acelea ale piesei finite, a dispozitivelor de orientare şi de fixare a semifabricatului, a mijloacelor de măsurat şi controlat etc. (fig. 1.1).

Fig. 1.1. Sistemul tehnologic de prelucrare prin aşchiere.

Complexitatea sistemului tehnologic de aşchiere depinde de gradul de complexitate a formei geometrice a piesei, de clasa de precizie dimensională şi de mărimea rugozităţii suprafeţelor generate care, la rândul lor, depind de felul solicitărilor mecanice, de rolul funcţional şi de condiţiile de lucru.

Orice sistem tehnologic de aşchiere trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: să conţină în structura sa un sistem de acţionare mecanic, hidraulic sau electric, capabil

să asigure cinematica corespunzătoare generării formei geometrice a piesei prelucrate şi să dezvolte o putere suficient de mare pentru întreţinerea procesului de aşchiere;

să fie prevăzut cu dispozitive corespunzătoare, care să asigure orientarea şi stabilitatea fixării semifabricatului în raport cu celelalte elemente ale sistemului tehnologic;

să posede bună stabilitate dinamică şi un grad ridicat de precizie de prelucrare; semifabricatele trebuie să aibă forme geometrice şi dimensiuni cât mai apropiate de cele

ale piesei finite; sculele aşchietoare să prezinte geometria şi proprietăţile fizico–mecanice

corespunzătoare tipului de piesă supusă prelucrării;

SISTEMUL DE ACŢIONARE A

MAŞINII-UNELTE

DISPOZITIV PENTRU POZIŢIONAREA ŞI

FIXAREA SEMIFABRICATULUI

SEMIFABRICATDISPOZITIV PENTRU POZIŢIONAREA ŞI FIXAREA SCULEI AŞCHIETOARE

MIJLOACE DE MĂSURARE ŞI

CONTROL

sistemul tehnologic de aşchiere trebuie să fie prevăzut cu mijloace adecvate de măsurare şi de control, capabile să permită citirea cât mai exactă a mărimilor supuse măsurării;

sistemul tehnologic de aşchiere trebuie să fie dotat cu mijloace adecvate de comandă manuală, automată sau asistată pe calculator, caracterizată prin comoditate în mânuire şi siguranţă în exploatare;

sistemele de poziţionare şi fixare a sculelor aşchietoare să fie caracterizate printr-un grad ridicat de rigiditate şi stabilitate.

1.1.2. Structura procesului tehnologic de aşchiere

Dintre toate procesele tehnologice, cel de prelucrare prin aşchiere este cel mai complex. El se împarte în: operaţii, aşezări, poziţii, faze, treceri, mânuiri şi mişcări.

Operaţia tehnologică este partea procesului tehnologic constând din transformarea directă, cantitativă şi/sau calitativă a obiectului muncii într–un produs finit sau semifabricat, cu anumite caracteristici măsurabile, realizat cu ajutorul unor mijloace manuale sau cu un anumit utilaj. În cadrul unei operaţii (ce se caracterizează prin continuitate) rămân neschimbate: piesa sau piesele ce se prelucrează, utilajul sau locul de muncă, muncitorul sau echipa ce o execută. În funcţie de specificul procesului tehnolgic, operaţia se împarte în aşezări sau poziţii (funcţie de utilajul folosit).

Aşezarea este o parte a operaţiei care se excută la o singură fixare a piesei sau a ansamblului în dispozitivul sau pe maşina folosită la operaţia considerată.

Poziţia este o parte a operaţiei în cursul căreia orientarea piesei rămâne neschimbată în raport cu maşina–unealtă. În cazul prelucrării pe poziţii în cadrul unei operaţii, piesa se fixează o singură dată. Prelucrarea pe poziţii are loc la maşina–unealtă la care piesele (sau sculele) se fixează într–un dispozitiv rotativ care asigură schimbarea orientării pieselor sau sculelor faţă de maşină în cursul operaţiei. Înlocuirea aşezărilor cu poziţii scurtează timpul de prelucrare şi constitue un element de progres în organizarea proceselor tehnologice de prelucrare mecanică a pieselor. O astfel de structură a operaţiei se aplică la prelucrarea pieselor la maşini semiautomate şi automate.

Faza este o parte a operaţiei, care se realizează în cadrul unei aşezări sau poziţii şi se caracterizează prin utilizarea aceloraşi unelte de muncă şi aceluiaşi regim tehnologic, obiectul muncii suferind o singură transformare tehnologică. Prelucrările mecanice pot fi realizate folosind faze simple, când se prelucrează o singură suprafaţă cu o singură sculă, sau faze compuse, când se prelucrează simultan mai multe suprafeţe.

Invariabilitatea parametrilor regimului tehnologic la maşinile–unelte trebuie înţeleasă în sensul că muncitorul nu intervine asupra organelor de conducere ale maşinii şi nu schimbă vitezele şi avansurile. Regimul de lucru în cursul unei faze poate fi însă modificat de un sistem cu acţionare automată. Folosirea fazelor compuse scurtează timpul de prelucrare al piesei. Ele sunt folosite la strungurile revolver, la maşinile semiautomate şi automate.

Trecerea este o parte a fazei caracterizată prin invariabilitatea poziţiei reciproce a sculei şi suprafeţei ce se prelucrează şi a regimului de lucru al maşinii; în timpul unei

singure treceri se îndepărteză un singur strat de metal. O fază poate fi formată din mai multe treceri care se succed una după alta. Numărul de treceri poate fi redus prin alegerea corespunzătoare a semifabricatului, prin stabilirea raţională a adaosurilor între faze etc.

Mânuirea constă dintr–un grup de mişcări ale unui executant, determinate de un scop bine definit.

Mişcarea este cel mai simplu element, măsurabil în timp, al activităţii unui executant. Studiul mânuirilor şi mişcărilor prezintă importanţă la analiza proceselor tehnologice în vederea creşterii productivităţii muncii şi la normarea tehnică.

1.1.3. Semifabricate

Pentru procedeele de prelucrare prin aşchiere, piesa iniţială, delimitată în spaţiu de suprafeţele iniţiale care se află într-o anumită combinaţie, poartă numele de semifabricat. Semifabricatele destinate prelucrărilor prin aşchiere pot fi obţinute prin toate grupele de procedee tehnologice frecvent folosite: turnare, deformare plastică şi sudare.

Suprafaţa semifabricatului, adică suprafaţa piesei înainte de prelucrare, poartă denumirea de suprafaţă iniţială, iar cea obţinută după prelucrare se numeşte suprafaţă finală sau suprafaţă prelucrată. Suprafaţa piesei care se află în contact cu tăişul sculei în timpul prelucrării sau urma lăsată pe piesă de către muchia aşchietoare a sculei, într-un ciclu de prelucrare, poartă denumirea de suprafaţă de aşchiere (fig. 1.2).

Fig. 1.2. Suprafeţele piesei: a - la stunjirea frontală; b - la rabotare.

Fig. 1.3. Semifabricatul şi piesa finită: 1, 2, 3, 4, 5 – suprafeţe prelucrate;

6, 7, 8 – suprafeţe iniţiale; 9 – adaos de prelucrare.

Stratul de material cuprins între suprafeţa iniţială şi suprafaţa prelucrată (fig. 1.3) se numeşte adaos de prelucrare.

Forma semifabricatului şi mărimea adaosului de prelucare depind de: natura materialului, procedeul tehnologic de obţinere, dimensiunile, greutatea şi complexitatea formei piesei finite, precizia dimensională şi a poziţiei relative a suprafeţelor, rugozitatea şi caracterul producţiei de realizare a piesei finite (individuală, serie mică, mijlocie, de masă). Pentru exemplificare, în figura 1.4 sunt prezentate modalităţile de obţinere a unui arbore pornind de la diferite tipuri de semifabricat, mărimea adaosului de prelucrare diferind substanţial.

Fig. 1.4. Adaosuri de prelucrare:a – la obţinerea piesei prin aşchiere din semifabricat bară;

b – la obţinerea piesei prin turnare sau matriţare; c – piesa finită.

1.1.4. Cinematica aşchierii

La toate procedeele clasice de prelucrare prin aşchiere, prelucarea se bazează pe existenţa unei mişcări relative între sculă şi semifabricat, numită mişcare de aşchiere. Această mişcare se execută cu viteza de aşchiere ve (fig.1.5).

Mişcarea de aşchiere este, în general, o mişcarea rezultantă, care ia naştere prin compunerea unor mişcări absolute rectilinii, de rotaţie, sau după o curbă oarecare, pe care le execută scula şi piesa în timpul aşchierii. Mişcările absolute executate de către sculă şi piesă în procesul de aşchiere se pot grupa în următoarele categorii: mişcări principale şi mişcări de avans (secundare ).

Mişcarea principală de aşchiere este acea componentă a mişcării de aşchiere care determină desprindrea aşchiilor la un ciclu de prelucrare, adică la o rotaţie sau la o cursă a piesei sau a sculei. Mişcarea principală de aşchiere se execută cu o anumită viteză (viteza principală de aşchiere) vc, de către sculă sau de către piesă.

Mişcarea de avans este acea componentă a mişcării de aşchiere prin care se aduc noi straturi de material în faţa tăişului sculei. Mişcarea de avans se poate efectua continuu şi simultan cu mişcarea principală (fig.1.5,a,b,c) sau intermitent şi alternând cu aceasta (fig.1.5,d). Mişcarea de avans se execută cu o viteză de avans vf. De asemenea, orice mişcare de avans poate fi o mişcare simplă (fig.1.5) sau o rezultantă a două sau trei mişcări de avans simple (fig.1.6).

Fig. 1.5. Mişcările caracteristice:a – la strunjire; b – la burghiere; c – la frezare; d – la rabotare;

n(vc) – mişcarea principală; fl , ft – mişcări de avans.

Direcţia instantanee a mişcării de avans este denumită, în continuare, direcţie de avans, iar direcţia instantanee a mişcării principale, direcţie principală. Planul determinat de direcţia principală şi de direcţia de avans este planul de lucru Pf.

În funcţie de direcţia mişcării de avans în raport cu semifabricatul se disting următoarele mişcări de avans: longitudinal, transversal, circular sau tangenţial.

Avansul (notat cu f conform ISO 3002/3) reprezintă mărimea deplasării pe direcţia de avans efectuată în timpul unui ciclu al mişcării principale (rotaţie, cursă dublă etc.) sau în timpul unei fracţiuni din acest ciclu.

În afară de mişcările principală şi de avans, la diferitele procedee de prelucrare prin aşchiere mai intervine şi o altă categorie de mişcări numite mişcări de reglare.

Mişcarea de reglare Mr (fig. 1.5) este acea mişcare prin care se asigură o anumită adâncime (grosime) a stratului de material îndepărtat. Ea se numeşte şi mişcare de potrivire sau de poziţionare deoarece aduce scula în poziţia care asigură prelucrarea semifabricatului la o anumită cotă. Această mişcare se efectuează o singură dată la începutul prelucrării sau după fiecare trecere, atunci când grosimea stratului de material ce urmează a fi îndepărtat este mare şi nu se poate îndepărta la o singură trecere.

Fig. 1.6. Compunerea mişcărilor de avans.

În funcţie de felul mişcărilor absolute executate de către sculă şi piesă, de direcţiile în care sunt executate şi de tipul sculelor aşchietoare utilizate se disting diferite procedee de prelucrare prin aşchiere (tab.1.1).

Tabelul 1.1. Cinematica şi definiţia principalelor procedee de prelucrare prin aşchiere

Nrcrt

Denumirea procedeului Definiţie Schema de aşchiere

1 StrunjirePrelucrarea prin aşchiere, executată cu cuţitul de strung, la care semifabricatul efectuează mişcarea princi- pală de rotaţie I, iar scula efectuează mişcări de avans rectilinii sau curbilinii II. Uneori strunjirea se execută cu o sculă în mişcare de rotaţie, semifabricatul rămâ -nând imobil.

2 Burghiere (găurire cu burghiul)

Prelucrarea prin aşchiere, executată cu burghiul, la care în general semifabrica-tul rămâne imobil, iar scula efectuează mişcarea princi- pală de rotaţie I şi de avans II, sau la care semifabricatul se roteşte, iar scula efectu-ează numai mişcare de avans.

3 FrezarePrelucrarea prin aşchiere executată cu scula numită freză, care efectuează mişcarea principală de

Nrcrt

Denumirea procedeului Definiţie Schema de aşchiere

rotaţie I, mişcările de avans II putând fi efectuate de către semifabricat sau sculă.

4 RabotarePrelucarea prin aşchiere, executată cu cuţitul de rabotat, la care mişcarea principală I, rectilinie alter- nativă într-un plan orizontal, se efectuează astfel:- de către semifabricat

(fig. a) scula efectuând mişcarea intermitentă de avans II, la maşina de rabotat cu masă mobilă (raboteză);

- de către sculă (fig. b), semifabricatul efectuînd numai mişcarea de avans II, la maşina de rabotat cu cuţit mobil (şeping);

- de către sculă, care efectuează atât mişcarea principală cât şi mişcarea de avans la maşini de rabotat muchii

5Mortezare Prelucrarea prin aşchiere la

care mişcarea principală I, rectilinie alternativă într-un plan vertical se efectuează de către sculă (cuţit), iar mişcarea de avans II, de către semifabricat.

6 RectificarePrelucrea prin aşchiere, executate cu corpuri abra- zive la care scula (corpul abraziv) execută mişcarea principală de rotaţie I, eventual şi mişcările de

Nrcrt

Denumirea procedeului Definiţie Schema de aşchiere

avans, iar semifabricatul numai mişcările de avans sau rămâne imobil.

7 BroşarePrelucrarea prin aşchiere, executată cu scula numită broşă care, de regulă, execută la o singură trecere o mişcare rectilinie, de rotaţie sau elicoidală (în funcţie de forma suprafeţei prelucrate), semifabricatul rămânând în general imobil.

Observaţie : I – mişcarea principală de aşchiere; II, III … - mişcări de avans.

1.1.5. Scula aşchietoare

Una din condiţiile necesare realizării procesului de aşchiere constă în existenţa unor scule aşchietoare (cuţite, burghie, freze, alezoare, discuri abrazive ş.a.) caracterizate printr-o geometrie şi proprietăţi fizico-mecanice corespunzătoare.

A. Geometria constructivă a sculelor aşchietoareUtilitatea sculelor aşchietoare constă în participarea acestora la procesul de

generare a suprafeţelor unei piese, prin îndepărtarea simultană sau succesivă a straturilor de material ce alcătuiesc adaosul de prelucrare. Marea varietate a procedeelor de prelucrare prin aşchiere presupune existenţa unor scule aşchietoare de construcţii diferite, dar a căror parte activă conţine, principial, aceleaşi elemente geometrice .

În general, o sculă aşchietoare se compune din 3 părţi distincte (fig.1.7): partea activă, de aşchiere 1; corpul sculei 2; partea de fixare sau de prindere 3.

Partea activă a sculei este acea parte care contribuie la formarea aşchiei ca urmare a mişcării relative între sculă şi piesa de prelucrat, participând în mod direct la desprinderea aşchiei, la generarea suprafeţei prelucrate, la îndepărtarea, la dirijarea şi la evacuarea aşchiei şi, în anumite cazuri, la ghidarea sculei în procesul de aşchiere.

I

Fig.1.7. Părţile componente ale sculei:1 - partea activă; 2 - corpul; 3 - partea de fixare.

Datorită analogiei care se poate stabilii între partea activă a oricărei scule aşchietoare si partea activă a cuţitului simplu (cuţitul de strung), în cele ce urmează exemplificările se vor face, în special, pentru acesta din urmă. Această particularizare nu modifică caracterul de generalitate pentru definiţiile prezentate.

Partea activă a unui cuţit simplu (conform ISO 3002/1) este compusă din următoarele elemente (fig.1.8):

- faţa de degajare , care exercită forţa de aşchiere asupra stratului de aşchiere şi pe care alunecă aşchia detaşată;

- faţa de aşezare principală (în contact cu suprafaţa de aşchiere, de-a lungul muchiei aşchietoare principale) şi faţa de aşezarea secundară (în contact cu suprafaţa prelucrată, de-a lungul muchiei de aşchiere principale);

- muchia principală de aşchiere (s), reprezentând linia de intersecţie a feţei de degajare cu faţa de aşezare principală;

- muchia secundară de aşchiere (s′), este linia de intersecţie a feţei de degajare cu faţa de aşezare secundară;

Fig. 1.8. Părţile componente ale zonei active a cuţitului simplu.

- tăişul sculei aşchietoare (S0), este unghiul diedru solid format în jurul unei muchii de suprafaţa de degajare şi, respectiv, de suprafeţele de aşezare;

- vîrful tăişului V este unghiul triedru format de faţa de degajare şi cele două feţe de aşezare;

- faţeta de degajare , faţeta de aşezare principală şi faţeta de aşezare secundară sunt teşiturile executate în apropierea muchiilor corespunzătoare, având alte unghiuri decât feţele respective;

- raza de rotunjire rε, sau raza vârfului, este raza cercului de racordare a două muchii aşchietoare vecine;

- raza de ascuţire rβ, sau raza de bontire, este raza cercului de racordare dintre urmele feţelor de degajare şi de aşezare, într-un plan de secţionare perpendicular pe muchie;

- tăişul principal S şi respectiv secundar S′ sunt tăişurile corespunzătoare muchiilor respective.

La sculele complexe (freze profilate, broşe, alezoare), pe lângă elementele de bază prezentate, mai apar o serie de elemente: canale pentru înglobarea şi evacuarea aşchiilor, fragmentatoare de aşchii, canale pentru conducerea lichidelor de aşchiere (de răcire–ungere), faţete şi tăişuri auxiliare (fig.1.9.)

Fig. 1.9. Elementele componente ale unei freze cu două tăişuri.

Partea activă a sculelor aşchietoare este realizată fie direct pe corpul sculei, fie asamblată demontabil ori nedemontabil pe acesta.

Pentru poziţionarea şi fixarea sculei în dispozitivele de prindere ale maşinii–unelte, pe un arbore sau dorn port–sculă, aceasta prezintă o parte de poziţionare–fixare sub formă de coadă (paralelipipedică, cilindrică, conică) sau de alezaj.

Pentru definirea parametrilor geometrici ai unei scule care să corespundă unor necesităţi funcţionale trebuie stabilit mai întâi un sistem de referinţă. În general se utilizează trei sisteme de referinţă pentru a defini şi a determina unghiurile sculei:

- sistemul de referinţă constructiv, care determină unghiurile constructive ale sculei, obţinute prin ascuţire;

- sistemul de referinţă funcţional (efectiv), care determină unghiurile efective obţinute în cursul procesului de aşchiere;

- sistemul de referinţă cinematic, care leagă sistemul de referinţă constructiv de cel efectiv şi împreună definesc orientările relative ale mişcărilor sculei aşchietoare, în raport cu piesa de prelucrat.

În cele ce urmează va fi prezentat numai sistemul de referinţă constructiv.Sistemul de referinţa constructiv defineşte aşezarea sculei în vederea prelucrării şi

reascuţirii, valorile parametrilor unghiulari determinând forma părţii active a sculei, realizată prin ascuţire. Sistemul de referinţă constructiv (fig.1.10) este format, în principal, din:

- planul de baza constructiv (Pr )– planul care trece prin punctul de aşchiere considerat pe muchia aşchietoare, perpendicular pe direcţia mişcării principale; el este paralel cu o suprafaţă de bazare ce cuprinde cele două mişcări de avans, la sculele fără axă de rotaţie, iar la sculele cu axă de rotaţie este planul care trece prin punctul considerat pe muchia aşchietoare şi axa de rotaţie a sculei;

- planul muchiei aşchietoare constructiv (PT) – planul care trece prin muchia aşchietoare tangent la suprafaţa de aşchiere şi este perpendicular pe planul de bază constructiv;

- planul de măsurare constructiv (Po) – planul perpendicular pe cele două plane definite mai sus.

Fig. 1.10. Sistemul de referinţă constructiv.

Acest sistem de referinţă conţine şi alte plane, necesare pentru execuţia şi ascuţirea sculelor, precum planul de lucru Pf, planul posterior Pp, planul normal pe muchia aşchietoare Pn ş.a.

În raport cu sistemul de referinţă constructiv se definesc unghiurile pe care le au suprafeţele şi muchiile părţii active ale sculelor aşchietoare. Unghiuri au notaţiile generale prezentate în continuare, dar primesc şi un indice inferior corespunzător planului în care se măsoară acestea. Cele mai utilizate unghiuri sunt următoarele:

- unghiul de aşezare constructiv (principal şi secundar ′) este unghiul format de planul muchiei aşchietoare şi feţele de aşezare corespunzătoare;

- unghiul de degajare constructiv (principal şi secundar ′) este unghiul format de planul feţei de degajare şi planul de bază constructiv;

- unghiul de ascuţire constructiv (principal şi secundar ′) este unghiul format de planul tangent la faţa de degajare şi planul tangent la faţa de aşezare respectivă, într-un punct dat al muchiei aşchietoare;

Fig. 1.11. Geometria cuţitului de strung: ‚′ - unghiul de aşezare principal, respectiv secundar; ,′- unghiul de degajare principal

respectiv secundar; β ,β′- unghiul de ascuţire principal, respectiv secundar; r ,′r - unghiul de atac principal, respectiv secundar; T - unghiul de inclinare al tăişului; εr - unghiul la vîrf al cuţitului.

- unghiul de inclinare al tăişului T este unghiul format de muchia aşchietoare şi planul de bază, măsurat în planul muchiei aşchietoare;

- unghiul de vârf r este unghiul format de planele tangente la muchiile principală şi respectiv secundară de aşchiere;

- unghiul de atac constructiv (principal r şi secundar ′r) este unghiul format de direcţia proiecţiei tăişului principal, respectiv secundar, pe planul de bază, cu direcţia avansului (planul de lucru).

Relaţiile matematice ce se stabilesc între unghiurile care se măsoară în planul de bază constructiv şi respectiv în planul de măsurare constructiv sunt:

r + εr + ′r = 180˚ (1.1) + ± = 90˚ (1.2)

B. Materiale utilizate la fabricarea sculelor aşchietoare1. Oţelurile carbon pentru scule (STAS 1700) sunt aliaje fier-carbon cu un conţinut

de 0,6…1,4%C. Aceste materiale nu conţin elemente de aliere. Mărcile de oţel şi principalele domenii de utilizare a acestora sunt prezentate în STAS 1700. Se utilizează următoarele mărci: OSC7, OSC8, OSC8M, OSC10, OSC11, OSC13.

Aceste mărci de oţeluri îşi păstrează stabilitatea termică până la temperaturi de 200…250ºC, dar vitezele de aşchiere nu trebuie să depăşească 10…15 m/min. Datorită acestor condiţii, oţelurile carbon pentru scule sunt destinate fabricării cuţitelor de strunjit, de rabotat şi de mortezat, burghielor, tarozilor, filierelor, frezelor simple, alezoarelor etc., utilizate la prelucrarea semifabricatelor cu rezistenţă mică la deformare şi duritate redusă.

2. Oţelurile aliate pentru scule (STAS 3611) au un conţinut de carbon de 0,9…1,4%C, şi conţin elemente de aliere care măresc călibilitatea (W, V, Mo, Cr, Mn, Co) conducând la formarea în procesul de călire a unor carburi ale acestor metale, dure şi stabile la temperaturi ridicate. Această categorie de oţeluri este folosită la confecţionarea sculelor aşchietoare cu profil complicat şi dimensiuni mari, care pot lucra la viteze de aşchiere care nu trebuie să depăşească 15…20 m/min., până la temperaturi de 300…350ºC. Mărcile cele mai utilizate sunt: 90VMn20; 105MnCrW11; 117VCrB; 165VWMoCr115; 155MoVCr115 (STAS3611). Datorită faptului că elementele de aliere îmbunătăţesc călibilitatea, rezultă că răcirea se poate face mai lent, reducându-se pericolul apariţiei crăpăturilor şi a deformaţiilor.

Oţelurile aliate pentru scule conţin de regulă elemente deficitare ceea ce face ca preţul acestora să fie mai mare în comparaţie cu al oţelurilor carbon pentru scule .

În cazul sculelor realizate prin construcţie sudată, corpul sculei se execută din oţel carbon marca OLC 45.

3. Oţeluri rapide pentru scule (STAS 7382). Acestea constituie o categorie specială de oţeluri înalt aliate cu W, Co, Mo şi V, ceea ce conduce la obţinerea unor carburi dure, stabile la temperaturi ridicate (550…600ºC), specifice aşchierii metalelor cu viteze relativ mari (50…120 m/min.).

Oţelurile rapide pentru scule sunt utilizate la fabricarea părţilor active ale principalelor scule aşchietoare: cuţite pentru strunjit, alezat, rabotat, mortezat, freze, burghie, pânze de fierăstrău, scule pentru filetat şi pentru danturat, broşe, role pentru rularea filetelor etc.

Sunt standardizate următoarele mărci: Rp1…Rp5, Rp9…Rp11 (conţin 0,70…1,27%C; max.0,5Mn; max.0,50Si; 3,50…4,50%Cr; 0,50…9,20%Mo; W=1,50…18,50%; V=1,00…3,20%; Co=4,5…6,0%).

Proprietăţile superioare ale oţelurilor rapide sunt urmarea atât a compoziţiei lor chimice, cât şi a tratamentelor termice complicate care se impun a fi aplicate acestor oţeluri (călire şi revenire) cu două reveniri succesive imediat după călire.

Aceste oţeluri au tendinţa de decarburare la suprafaţă, fapt ce impune rectificarea pentru înlăturarea stratului decarburat.

4. Carburi metalice sinterizate (CMS). Acestea sunt carburi metalice dure şi refractare de W, de tipul WC (şi uneori în plus W2C) sinterizate de regulă în cobalt, acesta din urmă având rol de liant, sau carburi de W şi Ti şi eventual tantal, sinterizate în cobalt.

CMS utilizabile în construcţia sculelor aşchietoare sunt clasificate prin STAS 6374 în trei grupe principale în funcţie de proprietăţi, notate prin simbolurile P, M şi K (proprietăţile depind de compoziţia chimică, de granulaţie şi de tehnologia de fabricaţie).

Grupa principală P conţine materiale sinterizate din carburi de W, Ti şi Ta în Co, având duritate ridicată, rezistenţă la uzare mare, dar tenacitate mică. Plăcuţele din această categorie sunt recomandate pentru aşchierea oţelurilor, în special a oţelurilor cu aşchii de curgere şi eventual a fontelor maleabile. Această grupă principală conţine următoarele grupe de utilizare: P01; P10; P20; P30; P40.

Grupa principală M conţine grupele de utilizare M05, M10, M15, M20, M30, M40 şi se utilizează pentru prelucrarea materialelor feroase cu aşchii lungi sau scurte, fonte şi aliaje neferoase.

Grupa principală K cuprinde grupele de utilizare K01, K10, K20, K30, K40 şi se utilizează pentru aşchierea materialelor feroase cu aşchii scurte, metale neferoase şi materiale nemetalice.

In afara celor trei grupe principale amintite este standardizată şi grupa principală G, cu cinci grupe de utilizare (G10…G50) utilizată la alte tipuri de scule decât cele aşchietoare (de exemplu: role pentru rulare la rece).

CMS au o duritate 80…88HRC, cu stabilitate termică la 800…1000ºC. Sunt însă sensibile la şocuri mecanice.

5. Materiale mineralo-ceramice. Materialele clasice din această categorie se prezintă sub formă de plăcuţe sinterizate din oxid de Al (Al2O3) pur sau în amestec cu oxid de zirconiu.

În ultimul timp s-au diversificat sorturile de plăcuţe realizate din Al2O3 în combinaţie cu carburi de titan, cu nitruri sau carbonitruri de titan, precum şi în combinaţie cu Si3N4

(nitrura de siliciu) şi SiC (carbură de siliciu) sub formă de monocristale filiforme, în scopul obţinerii unei tenacităţi cât mai mari, simultan cu refractaritate şi rezistenţă mecanică ridicate, superioare plăcuţelor din carburi metalice. Sunt indicate la prelucrările de finisare şi semifinisare a materialelor ce produc uzura abrazivă a sculelor, la regimuri fără vibraţii şi şocuri. Se folosesc la strunjire şi mai rar la frezare, asigurând durabilităţi relativ mari la viteze superioare celor din carburi metalice (de exemplu, la strunjirea de finisare se pot utiliza viteze de aşchiere de 260…700 m/min.). Prezintă stabilitate termică până la 1100ºC .

6. Diamantul, existent în stare naturală sau sintetică sub formă de monocristal, policristal sau pulbere, este utilizat la armarea sculelor aşchietoare destinate aşchierii cu viteze foarte mari (200…400 m/min.). Vitezele limită de aşchiere sunt determinate de apariţia vibraţiilor sub efectul cărora se sparge.

La temperatura de 800…900ºC diamantul grafitizează şi se combină cu metalele din grupa fierului, rezultând carburi; prin oxidare rezultă oxizi, instabili la aceste temperaturi. Aceste fenomene produc uzarea bruscă a sculelor diamantate în zona de contact cu aliajele feroase prelucrate, limitându-se utilizarea raţională numai la prelucrarea materialelor neferoase şi a celor nemetalice.

7. Nitrura cubică de bor constituie o formă alotropică sintetică a nitrurii hexagonale de bor. Proprietăţile acestei nitruri (simbolizată NCB, CBN sau ACB) depăşesc proprietăţile similare ale diamantului, mai ales în ceea ce priveşte stabilitatea termică şi rezistenţa la şocuri termice, fiind utilizabil la viteze mari nu numai la prelucrarea materialelor nemetalice şi a celor neferoase, dar şi a aliajelor feroase.

Se prezintă sub formă de monocristale, policristale sau plăcuţe sinterizate, având ca suport carburi de W, acoperite cu un strat de ACB de 0,5…1,5 mm grosime.

Aceste plăcuţe se utilizează la aşchierea continuă sau discontinuă a oţelurilor de scule îmbunătăţite, a oţelurilor refractare şi a fontelor de mare duritate, a aliajelor dure de tipul stelitelor şi a materialelor neferoase şi nemetalice.

8. Materialele abrazive sunt granule foarte dure, cu muchii ascuţite, folosite la executarea discurilor abrazive, a pânzelor şi hârtiilor abrazive sau utilizate sub formă de pulberi, respectiv paste abrazive.

Granulele dure sunt legate între ele printr-un liant formând corpuri de diverse forme geometrice. Se utilizează la executarea discurilor abrazive pentru prelucrarea prin rectificare, dar şi sub formă prismatică pentru scule de honuit, pentru vibronetezire etc.

Tabelul 1.2. Materiale abrazive

Materiale abrazive

Naturale

Diamantul;Corindonul, având până la 95% Al2O3 (restul

impurităţi); Şmirghelul (25…30%Al2O3 + Fe2O3 + silicaţi) -

aparţine familiei corindonului dar cu cantităţi importante de impurităţi, motiv pentru care duritatea este mai scăzută; Cuarţul (SiO2) – prezintă duritate mai scăzută; se utilizează la prelucrarea lemnului.

SinteticeElectrocorindonul;Carbura de siliciu;

Carbura de bor; Diamantul sintetic.

Materialele abrazive utilizate sunt: diamantul, corindonul, şmirghelul şi cuarţul.

Materialele abrazive sunt măcinate şi sortate în trei categorii în funcţie de dimensiuni: - granule – cu dimensiuni cuprinse între 160… 2500 μm;- pulberi - cu dimensiuni cuprinse între 40…160 μm;- micropulberi - cu dimensiuni cuprinse între 3…40 μm.Lianţii pot fi anorganici (ceramici – C, silicaţi – S ori magnezieni – M) sau organici

(lacuri – B, răşini sintetice ori pe bază de cauciuc – V, natural sau sintetic). Aceştia trebuie să asigure rezistenţa mecanică pentru corpul abraziv format, proprietaţi termice corespunzătoare şi rezistenţă la solicitări mecanice.

Cheltuielile cu sculele aşchietoare deţin o pondere apreciabilă din costul prelucrării mecanice (10…15%; pot ajunge la 40…50% la prelucrarea roţilor dinţate). Din această

cauză se urmăreşte în permanenţă reducerea consumului de materiale pentru scule aşchietoare prin adoptarea unor măsuri diverse:

- măsuri constructive – realizarea corpului sculei din oţel de construcţii şi a părţii active din materiale pentru scule (soluţie ce poate fi realizată prin sudare sau depunere, prin armare cu materiale dure, prin montare pe cale mecanică);

- măsuri tehnologice – reducerea adaosurilor de prelucrare; aplicarea unor tratamente în scopul creşterii durităţii părţii active a sculelor (carburare, carbonitrurare, cromare, iononitrurare); recondiţionarea sculelor (transformarea sau utilizarea acestora pentru alte operaţii);

- măsuri privind exploatarea sculelor la durabilitatea lor economică.

1.1.6. Parametrii aşchiei

În timpul prelucrării semifabricatului, adaosul de material este detaşat de pe suprafeţele piesei sub formă de aşchii. Valorile care definesc mărimea aşchiei sunt cunoscute sub denumirea de parametrii aşchiei.

Dimensiunile aşchiei detaşate diferă de dimensiunile aşchiei nedetaşate. Dimensiunile aşchiei nedetaşate se indică în planul normal pe viteza principală de aşchiere (fig. 1.12).

Fig. 1.12. Parametrii aşchiei nedetaşate.

Dimensiunile aşchiei nedetaşate pot fi exprimate prin:- parametrii geometrici (hD – grosimea nominală a aşchiei; bD – lăţimea nominală a

aşchiei; l – lungimea nominală a aşchiei);- parametrii tehnologici (avansul f; adâncimea de aşchiere ap).Grosimea nominală a aşchiei hD reprezintă distanţa dintre două poziţii succesive ale

suprafeţei de aşchiere, măsurată perpendicular pe suprafaţa de aşchiere, la un ciclu al mişcării principale (o rotaţie sau o cursă dublă).

Lăţimea nominală a aşchiei bD reprezintă dimensiunea aşchiei în contact cu tăişul principal, măsurată pe acesta.

Lungimea nominală a aşchiei l reprezintă lungimea drumului parcurs de tăişul principal, măsurată pe acesta.

Avansul f reprezintă deplasarea sculei în timpul unui ciclu de lucru în direcţia mişcării de avans.

Adâncimea de aşchiere ap este distanţa între suprafaţa iniţială şi cea finală, măsurată într–o direcţie normală pe planul de lucru. Ea reprezintă lungimea tăişului principal, aflată în contact cu piesa, măsurată perpendicular pe planul de lucru (Pf ).

Fig. 1.13. Dimensiunile aşchiei nedetaşate şi ale aşchiei detaşate.

Dimensiunile aşchiei detaşate diferă de dimensiunile nominale ale aşchiei nedetaşate datorită faptului că, în timpul formării, aşchia suferă anumite deformaţii.

După prelucrare, lungimea aşchiei detaşate (l1) este mai mică decât lungimea aşchiei nedetaşate (l), iar grosimea (hD1) şi lăţimea aşchiei detaşate (bD1) sunt mai mari decât grosimea (hD) şi lăţimea aşchiei nedetaşate (bD), aşa cum reiese din figura 1.13.

Rapoartele dintre dimensiunile corespunzătoare aşchiei în cele două ipostaze definesc coeficienţii de tasare ai aşchiei, după cum urmează:

- coeficientul de contracţie a aşchiei

kl = l / l1 = 1,5 …4,0 ; (1.3)

- coeficientul de îngroşare a aşchiei

khD = hD1 / hD = 1,5…4,0 ; (1.4)

- coeficientul de lăţire a aşchiei

kbD = bD1 / bD = 1,0…1,2 . (1.5)

Deoarece volumul aşchiei nominale nedetaşate este egal cu cel al aşchiei detaşate (l hD bD = l1 bD1 hD1), între coeficienţi de tasare se stabileşte relaţia

kl = khD kbD. (1.6)

Mărimea coeficientului de tasare depinde de marca materialului prelucrat, de proprietăţile mecanice ale sculei aşchietoare, de parametrii geometrici ai părţii active, de regimul de aşchiere, de cantitatea de căldură dezvoltată prin aşchiere, de calitatea fluidului de ungere şi răcire, de gradul de uzură a sculei aşchietoare etc., şi se determină de obicei pe cale experimentală.

Fig. 1.14. Aşchii directe.

Fig. 1.15. Aşchii indirecte.

La prelucrările prin aşchiere (strunjire, rabotare, mortezare, frezare, găurire) se obţin următoarele forme geometrice de aşchii (în funcţie de geometria părţii active a sculei aşchietoare şi de parametrii regimului de aşchiere):

- aşchii directe (fig 1.15), obţinute la aşchierea cu scule la care r = 0; 0< r < /2 şi ap > f ;

- aşchii indirecte (fig 1.16), obţinute la aşchierea cu scule la care r = 0; 0< r < /2 şi ap < f ;

- aşchii având în secţiune transversală forma unei virgule, obţinute în special la prelucrări de finisare (cu scule la care r 0 şi r > ap; 0< r < /2 şi ap > f, fig. 1.16,a)

Fig. 1.16. Alte forme de aşchii.

- aşchii compuse (fig. 1.16,b), obţinute la aşchierea cu scule la care r 0 şi r< ap; 0< r < /2 şi ap > f (corespunzător prelucrărilor de degroşare şi de semifinisare, executate cu scule aşchietoare având tăişul format dintr-o secţiune rectilinie şi una curbilinie în zona vârfului).