Managementul fabricatiei produselor

72

Unitatea de învăţare M2.U1. Procedee de îndepărtare a adaosului

de prelucrare în procesul de aşchiere

a pieselor utilizate în construcţia de

maşini

Cuprins

M2.U1.1. Introducere.................................................................................................... 72 M2.U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare..................................................................... 72 M2.U1.3. Noţiuni de bază............................................................................................. 73 M2.U1.4. Materiale pentru scule .................................................................................. 74 M2.U1.5. Rezumat........................................................................................................ 77 M2.U1.6. Test de evaluare a cunoştinţelor ................................................................... 77

M2.U1.1. Introducere Performanţele tehnice şi economice ale procedeelor de prelucrare prin aşchiere sunt influenţate atât de modul de prelucrabilitate al materialului de prelucrat, dar şi de natura şi caracteristicile materialului din care se realizează scula aşchietoare. De asemenea, asupra acestor performanţe, o influenţă importantă o are şi procedeul şi metoda de îndepărtare a adaosului de material de pe suprafaţa de prelucrat.

M2.U1.2. Obiectivele unităţii de învăţare Această unitate de învăţare îşi propune ca obiectiv principal, sintetizarea informaţiilor privind posibilităţile de generare a suprafeţelor prelucrate prin aşchiere pe diverse maşini-unelte şi prezentarea proprietăţilor şi caracteristicilor materialelor utilizate ca tăişuri ale sculelor aşchietoare, în vederea adoptării celui mai eficient material, în funcţie de condiţiile concrete de lucru. La sfârşitul parcurgerii acestei unităţi de învăţare studenţii vor fi capabili să: • identifice şi să descrie din punct de vedere cinematic diversele posibilităţi de

Managementul fabricatiei produselor

73

realizare a mişcării principale şi secundare de către elementele sistemului tehnologic pentru îndepărtarea adaosului de prelucrare;

• definească şi să rezume principalele caracteristici şi proprietăţi ale materialelor utilizate ca scule aşchietoare, în vederea eficientizării proceselor de prelucrare prin aşchiere.

Durata medie de parcurgere a primei unităţi de învăţare este de 1-2 ore.

M2.U1.3. Noţiuni de bază Din multitudinea procedeelor de realizare a pieselor, prelucrările prin aşchiere au

căpătat cea mai largă răspândire în practică. Generarea suprafeţelor prelucrate prin aşchiere pe maşini-unelte se bazează pe obţinerea unei mişcări relative dintre sculă şi piesă, realizată prin acţiunea unor forţe exterioare (obţinute de la motoare electrice) suficient de mari pentru a învinge rezistenţa la deformare plastică a materialului prelucrat. În procesul de aşchiere sunt necesare două mişcări diferite:

- mişcarea principală de aşchiere, care determină desprinderea (prelevarea) aşchiei;

- mişcarea de avans (secundară), care determină aducerea unor noi straturi de material în faţa tăişului sculei.

În funcţie de direcţia avansului în raport cu piesa de prelucrat se deosebesc: - avansuri longitudinale; - avansuri transversale - avansuri circulare; - avansuri tangenţiale. De asemenea, se întâlnesc: - avansuri continue şi intermitente. În funcţie de forma geometrică a piesei executate şi cinematica aşchierii, procedeele

clasice de îndepărtare a adaosului de prelucrare, în vederea obţinerii piesei finite, pot fi: - prin strunjire (fig. M2.4.1.a); prin găurire (fig. M2.4.1.b); prin frezare (fig.

M2.4.1.c); prin rabotare (fig. M2.4.1.d); prin broşare (fig. M2.4.1.e); prin rectificare (fig. M2.4.1.f).

După cum rezultă din fig. M2.4.1, cinematica corespunzătoare procedeului de aşchiere este formată din mişcarea principală de rotaţie a semifabricatului 1 (fig. M2.4.1.a) sau a sculei (fig. M2.4.1.b,c şi f), iar în cazul rabotării (fig. M2.4.1.d) şi broşării (fig. M2.4.1.e), scula 2 capătă o mişcare principală rectilinie alternativă, respectiv rectilinie continuă.

Mişcările de avans, executate fie de către sculă sau semifabricat, asigură întreţinerea procesului de aşchiere printr-o poziţionare repetată a elementului generator al suprafeţei piesei

Managementul fabricatiei produselor

74

şi constau, în general, din deplasări rectilinii sau curbilinii după o singură sau mai multe direcţii executate succesiv sau simultan.

Fig. M2.4.1. Scheme de aşchiere

a – strunjire; b – găurire; c – frezare; d – rabotare; e – broşare; f – rectificare.

sl- avans longitudinal; st – avansul transversal; sv- avans vertical; n – turaţia; vaş- viteza de aşchiere

M2.U1.4. Materiale pentru scule

Proprietăţile ce se cer materialelor din care se execută sculele aşchietoare sunt următoarele:

- duritatea mare, mai ridicată decât a materialului de prelucrat; - rezistenţa mare la uzură; - stabilitate la temperaturi ridicate, aceasta însemnând capacitatea de a-ţi menţine

proprietăţile de aşchiere şi la temperaturi înalte;

Managementul fabricatiei produselor

75

- tenacitate ridicată, în special în cazul sculelor supuse la sarcini variabile şi cu şocuri;

- rezistenţă suficient de mare la încovoiere, compresiune şi răsucire. Materialele care satisfac, în general parţial aceste proprietăţi sunt [3]: a) oţelurile carbon de scule; b) oţelurile aliate pentru scule; c) carburile metalice; d) materiale mineralo-ceramice; e) diamantul sintetic; f) alte materiale extradure. a) Oţelurile carbon pentru scule (OSC7 ... 13) conţin între 0,6 şi 1,4% carbon. Prin

călire se obţin durităţi HRC = 62 ... 65 şi o rezistenţă mare la uzură. De asemenea, au o tenacitate relativ bună şi o rezistenţă la rupere de σr = 160 kgf/mm2.

Cu creşterea conţinutului de carbon, creşte şi duritatea, dar în acelaşi timp scade tenacitatea oţelului. Aceste oţeluri au o stabilitate termică redusă până la 2000... 2500 (temperatura până la care îşi păstrează duritatea). Din această cauză se utilizează pentru viteze de aşchiere mici: 2 ... 3 m/min. Sculele executate din aceste oţeluri sunt: burghie de diametre mici, filiere, pânze de ferăstrău, etc.

b) Oţeluri aliate pentru scule, conţin ca elemente de aliere: W, Cr, Va, Mo. După conţinutul de elemente de aliere aceste oţeluri se împart în oţeluri slab aliate (procent maxim al elementului de aliere 6%) şi bogat aliate (rapide, procent maxim 10 – 12%).

Rezistenţa la rupere variază între 160 ... 200 kgf/mm2 şi au o tenacitate mare. După călire duritatea ajunge la 63 ... 65 HRC şi îşi păstrează duritatea până la 300 – 3500C, oţelurile slab aliate, iar cele rapide până la 6000C.

Ca urmare a acestui fapt, vitezele de aşchiere variază de la 8 – 12 m/min (pentru oţeluri slab aliate) şi respectiv 20 ... 40 m/min (pentru cele bogat aliate).

Din grupa celor bogat aliate fac parte oţelurile Rp3 cu 18% W folosite pentru: cuţite profilate, freze profilate, tarozi, scule pentru danturare; Rp4 cu 9% W şi 2 ÷2,6%V, este mai ieftin şi din acesta se realizează burghie, lărgitoare, freze cu dinţi frezaţi.

c) Carburile metalice, numite şi aliaje dure sau materiale metalo-ceramice se obţin prin sinterizarea la temperaturi de 15000... 15500 a unor pulberi din carburi metalice de wolfram, titan, tantal, etc., cu pulbere de cobalt, care joacă rol de liant.

Aceste materiale posedă o duritate foarte mare, 80 ... 90 HRC şi au stabilitate termică bună până la temperaturi de 925 ... 10400C, ce le permite prelucrarea cu viteze de aşchiere de 3 ... 5 ori mai mari ca ale oţelurilor rapide.

Au însă o rezistenţă mecanică şi o tenacitate mult mai mică ca a oţelurilor rapide, din care cauză nu se pot folosi la prelucrarea cu sarcini variabile mari, vibraţii şi mai ales şocuri.

Managementul fabricatiei produselor

76

Prin adoptarea recomandărilor I.S.O. în ţara noastră s-au prevăzut trei grupe principale de utilizare a acestor plăcuţe:

- grupa P (0,1 ... 50), pentru prelucrarea oţelurilor; - grupa M (10 ... 40), pentru materiale feroase cu aşchiile lungi şi pentru neferoase; - grupa K (0,1 ... 40), pentru prelucrarea fontelor, materialelor neferoase şi

nemetalice. Amestecurile de carburi metalice sunt realizate după diferite reţete, purtând denumirea

după firma producătoare: - Widia, Walter, Krupp (Germania); - Diadur (Cehoslovacia); - Durexit (Ungaria); - Fagersta, Coromant (Suedia); - Carboloy (SUA). d) Materiale mineralo-ceramice Din cauza elementelor de aliere scumpe, carburile metalice tind să fie înlocuite cu

materiale noi, care să înlăture acest dezavantaj. Elementul constructiv de bază al materialelor mineralo-ceramice, obţinute tot prin sinterizare (încălzire până la o anumită temperatură şi presare în matriţe) este oxidul de aluminiu (Al2O3), combinat cu alţi oxizi alcalino-pământoşi şi cu o cantitate mică de oxid de crom.

Duritatea acestor minerale este de 80 ... 90 HRC, iar stabilitatea termică se menţine până la 11000C, putându-se obţine viteze de aşchiere foarte mari (200 ... 600 m/min) şi chiar până la 2000 m/min. Au în schimb o rezistenţă relativ mică la tracţiune şi o tenacitate, de asemenea scăzută.

Plăcuţele din materiale mineralo-ceramice se utilizează la finisarea şi semifinisarea pieselor din oţel (datorită fragilităţii nu se utilizează la prelucrări cu şocuri) şi la prelucrarea

tuturor aliajelor uşoare, unde forţele de aşchiere sunt relativ mici. Prinderea (fixarea) plăcuţelor pe corpul sculei se face pe cale mecanică. e) Diamantul are duritatea cea mai mare şi rezistă până la temperaturi de 1600 ...

18000C. Este folosit la realizarea tăişului sculelor aşchietoare atât sub formă de monocristal, cât şi sub formă de pulbere înglobată într-o masă de liant (corpuri abrazive).

Este foarte rezistent la uzură, în schimb este deosebit de fragil. Din această cauză, diamantul se foloseşte mai frecvent la prelucrarea neferoaselor,

pentru piese care necesită suprafeţe cu rugozităţi mici (sub Ra = 0,4 µm), şi cu o precizie dimensională foarte ridicată.

g) Materialele extradure cuprind pe lângă diamant şi altele cum sunt: nitrură cubică de bor (NCB) sub formă de mono sau policristale, care au duritate apropiată de a diamantului, dar o stabilitate termică superioară acestuia.

Managementul fabricatiei produselor

77

Trebuie remarcat că, spre deosebire de diamant, NCB nu are tendinţa de a reacţiona chimic cu fierul (diamantul are tendinţe de a grafitiza la temperaturi de 7000 – 8000 şi a reacţiona chimic cu fierul).

Acest material este folosit în special pentru realizarea sculelor abrazive utilizate la prelucrările prin rectificare.

M2.U1.5. Rezumat • Pentru îndepărtarea adaosului de prelucrare sunt necesare două mişcări: una

principală şi alta secundară (definite astfel în funcţie de mărimea vitezei cu care se realizează),la care se adauga cea corespunzatoare adancimii de aschiere;

• În funcţie de procedeul şi metoda de prelucrare adoptată: cele două mişcări pot fi realizate fie de sculă, fie de piesa de prelucrat şi scula aşchietoare;

• Performanţele tehnice şi economice ale proceselor de prelucrare sunt influenţate hotărâtor de materialul sculei aşchietoare, care a determinat importante schimbări în structura maşinilor-unelte existente pe piaţă.