Deteriorarea sculelor modele practice

Scule

de Ion Tampu

Deteriorarea sculelor modele practice

În următoarele articole, vă vom oferi o descriere coerentă și completă a diferitelor fenomene și procese de deteriorare a sculelor în cadrul proceselor de așchiere a metalelor. Performanțele procesului de prelucrare sunt rezultatul interacțiunii dintre forma și proprietățile materialului semifabricatului, geometria sculei de așchiere și proprietățile materialului de așchiere, caracteristicile mașinii-unelte, precum și condițiile de așchiere adoptate. Pentru a putea descrie această interacțiune precum și influența pe care o are în procesul de deteriorare a muchiei de așchiere este crucial să determinăm condițiile procesului care are loc între semifabricat și muchia de așchiere. Condițiile acestui proces sunt determinate și descrise de toate condițiile de încărcare/ solicitare cuprinzând încărcări/solicitări mecanice, termice chimice și tribologice.

Interacțiunea încărcărilor apărute în timpul procesului de așchiere cu proprietățile sculei de așchiere conduce la o anumită uzură a sculei, ceea ce determină o anumită durată de viață a sculei, definind o cantitate totală de material al semifabricatului îndepărtat, în condițiile de așchiere date. Aceste condiții determină timpul de prelucrare necesar pentru a realiza piesa finită la un anumit nivel de calitate, ceea ce se traduce în cost de prelucrare.

1. Programe tehnice educaţionale SECO (STEP)

  • Figura 1.1 - Principiile procesului de așchiere

Procesele de așchiere formează o grupare majoritară de tehnici folosite în fabricarea produselor din metal. Aceste procese includ strunjirea, prelucrarea alezajelor, frezarea, găurirea, broșarea și alezarea. Scopul acestor procese este de a fabrica produse la nivel ridicat de eficiență, ca de exemplu un nivel de calitate în limitele de timp dorite, la un cost corespunzător. Tehnologia de așchiere este îndreptată în primul rând spre îmbunătățirea eficienței producției și a performanței procesului de așchiere prin conferirea unei mai bune înțelegeri a cum se poate obține o creștere a calității și o reducere a timpului și a costului de procesare.

Procesele de așchiere sunt caracterizate prin utilizarea unei muchii așchietoare care creează deformații la nivelul părților ce sunt înlăturate din piesa de prelucrat sub formă de așchii. Setările echipamentului de producție, sub forma vitezelor, a temperaturilor, etc. sunt menționate ca și date de proces. Condițiile de așchiere reprezintă un subgrup din datele de proces. Comportamentul materialului piesei în ceea ce privește ușurința prelucrării prin utilizarea unei metode particulare este descris ca prelucrabilitatea materialului.

1.1 Programe tehnice educaţionale SECO (STEP)

STEP (Programele tehnice educaționale SECO) reprezintă o serie de pachete educaționale, dezvoltate pentru o mai bună aprofundare a procesului de așchiere în sine și a diferitelor tipuri de aplicații în care sunt utilizate strunjirea, frezarea, găurirea și alezarea. STEP se concentrează pe fenomene de bază care pot fi observate pe parcursul procesului. Principala țintă a acestui pachet educativ este de a oferi operatorilor o privire aprofundată în modele teoretice și, în special, practice care descriu procesul de așchiere și relația dintre toți factorii implicați.

STEP oferă studiul diferitelor elemente importante în procesul de așchiere. Sunt explicate impactul asupra rezultatului procesului, calitatea piesei finisate și relația dintre toate elementele.

Această aprofundare oferă posibilitatea de a înțelege mai bine procesul și realizarea acestuia pentru a putea ajunge la un proces fiabil, controlabil și previzibil.

  • FIGURA 1.2 - STEP clarifică și demistifică tehnologia așchierii metalelor

În cele din urmă, obiectivul principal este de a oferi accesibilitatea la mai multe tehnici eficiente și strategii de așchiere sau o mai bună selecție a sculelor de așchiere și una mai precisă a condițiilor procesului. Toate acestea conduc la un rezultat mult mai productiv și mai eficient din punct de vedere financiar.

1.2 Complexitatea procesului de aşchiere

Există o mulțime de elemente care joacă un rol important în procesul de așchiere al metalului, spre exemplu:

  • Piesa de prelucrat (material și geometrie)
  • Mașina-unealtă (putere, avansuri și viteze, stabilitate,...)
  • Mediul de prelucrare (răcire, stabilitate,...)
  • Sistemul de fixare al piesei și al sculei de așchiere
  • Scula și condițiile de așchiere
  • Cunoștințele, experiența și îndemânarea operatorului.

Nucleul acestui proces este scula așchietoare. Totuși toate elementele vin împreună și interacțiunea propriu-zisă dintre piesă (material și formă) și sistemul de producție (mașina-unealtă, scula așchietoare etc.) se realizează pe muchia așchietoare.

Pe de o parte, încărcăturile provenite din mediul înconjurător acționează pe muchia așchietoare și, pe de altă parte, muchia are o anumită capacitate de încărcare. De măsura în care cele două sunt în echilibru, va depinde foarte mult procesul productiv și rentabilitatea de fabricație.

Încărcăturile mediului înconjurător vin, de exemplu, din condițiile procesului (mașină-unealtă, sisteme de fixare, sistemul de răcire...), din condițiile de așchiere (viteze pentru așchiere, avansuri și adâncimi ale tăieturii), din conceptul de sculă în sine (rezistență, stabilitate) și din materialul și geometria piesei prelucrate.

Capacitatea de încărcare a muchiei este determinată de materialul de așchiere folosit (materialul de substrat și acoperirea) și de geometria de așchiere aplicată (atât micro, cât și macro). Influențarea capacității de încărcare prin modificarea materialului de așchiere este mai degrabă o abordare pasivă – dacă condițiile de lucru se schimbă, materialul de așchiere poate fi adaptat la noile condiții – în timp ce modificarea geometriei de așchiere oferă o abordare activă. Atunci când geometria se schimbă, muchia așchietoare va avea proprietăți mult mai potrivite pentru aplicarea propriu-zisă, în timp ce procesul în sine este influențat.

Diferitele sarcini (încărcări) care acționează asupra muchiei așchietoare și măsura în care acestea sunt contracarate de capacitatea de încărcare a sculei vor cauza diferite modele de uzură și deteriorare specifice:

  • Sarcinile mecanice vor conduce la oboseala, fracturarea și deformarea muchiilor așchietoare.
  • Sarcinile termice vor crea temperaturi ridicate și gradiente, care vor acționa ca și catalizatori pentru procesele de uzură și deteriorare.
  • Sarcinile tribologice vor crea frecare, abraziune, eroziune, adeziune, etc.
  • Sarcinile chimice vor conduce la oxidare, coroziune, difuzie, etc.

  • FIGURA 1.3Diferitele sarcini (încărcări) care acționează asupra muchiei de așchiere vor conduce la diferite tipuri de uzură și deteriorare a muchiei de așchiere

1.3 NEXT STEP, legătura cu economia producţiei

Tehnologia de așchiere a metalelor (STEP) ca atare se concentrează exclusiv asupra aspectelor tehnologice ale procesului de așchiere. Toate elementele tehnologice (figura 1.4) sunt studiate cu profunzime pentru a crea o mai bună înțelegere a procesului de așchiere. Singurul parametru mai general rezultat luat în calcul la acest nivel este calitatea piesei finalizate (toleranțe dimensionale, toleranțe poziționale și ale formei, finisajul și rugozitatea suprafeței).

Așchierea este de asemenea un proces care se realizează într-un mediu economic. Procesul are nevoie să primeze pentru ca piesa să fie terminată în timp util (productivitate) în condiții rentabile (economie). Considerațiile productivității și ale rentabilității și legătura lor cu tehnologia de așchiere formează subiectul din pachetul educațional NEXT STEP.

  • FIGURA 1.4 - Complexitatea procesului de așchiere a metalelor

Când analiza procesului de așchiere din punct de vedere al productivității (timp alocat) și rentabilității (bani alocați) este efectuată, este evident că pe lângă adevăratul timp de producție (timp în care de fapt se realizează așchierea) este realizată și altă lucrare în jurul mașinii-unealtă, de exemplu manipularea piesei, manipularea și indexarea sculei, timpul de întreținere, timpul de reglare a mașinii-unealtă, timpul acordat rezolvării de probleme. Aceste activități au nevoie de timp și de bani. Toate aceste activități sunt oricum necesare, cu excepția timpului acordat rezolvărilor de probleme. Dacă nu ar exista atât de multe în timpul procesului de așchiere, s-ar salva mai mult timp și mai mulți bani. Interacțiunea dintre procesul tehnologic în sine și rezultatul global al acestuia – calitatea pieselor finite (toate piesele finite!), timpul necesar pentru a ajunge la acel rezultat și banii care au fost cheltuiți pentru realizarea acestuia – poate fi prezentată în formula costului global în figura 1.5. Sunt aduși împreună în această formulă toți factorii de cost – direcți și indirecți (dar influențați de procesul de așchiere) – legați de obținerea unei serii de piese finite.

  • FIGURA 1.5 - NEXT STEP – un model practic de conectare a tehnologiei de așchiere cu economia producției. În casetă este prezentată formula costului global dezvoltată de Stahl, Universitatea Lund.

Analizând formula prezentată în figura 1.5, se poate observa că este o sumă alocată pentru prelucrare, nefuncționare și refacerea unei piese. Nu toate materialele brute puse în sistemul de producție sfârșesc, din prima încercare, într-o formă finală corectă. Unele piese vor avea nevoie de retușare (de exemplu debavurare), iar câteva piese vor fi respinse complet.

  • Figura 1.6 - NEXT STEP – un model practic de conectare a tehnologiei de așchiere cu economia producției.

În timp ce tehnologia așchierii metalului (STEP) se axează pe o aplicație, o sculă și un set de condiții pentru așchiere, cu NEXT STEP, SECO oferă o serie de pachete educaționale care îi ajută pe profesioniștii din industrie să își lărgească perspectiva, pentru a se concentra pe organizarea producției totale, nu doar pe procesul de așchiere. Cu NEXT STEP consecințele modificării sunt în special aduse în atenție, într-o imagine de ansamblu a sistemului aplicație – sculă – mașină-unealtă.

Spre exemplu, o anumită combinație a proprietăților sculei așchietoare și a condițiilor de așchiere folosite, care duce la procesul de așchiere optim – într-o perspectivă bine definită – poate duce la o formare de impurități excesivă. Aceste impurități au nevoie apoi, în următorul pas de producție, să fie înlăturate, iar acest fapt la rândul lui conduce la o productivitate totală scăzută și un cost de fabricație total mai mare.

Un alt exemplu tipic este numărul de piese respinse la sfârșitul producției. Nu toate materialele brute pentru piese care își încep drumul în producție sfârșesc într-o formă finală corectă. Câteva se vor pierde la finalul producției deoarece nu îndeplinesc cerințele în urma inspecției. Atunci când are loc evaluarea procesului, observatorul va vedea că riscul de a avea o operație nesatisfăcătoare (care nu duce la un produs final corect realizat) este influențată, de exemplu, de teste de încercare (o schemă nouă sau schimbată este testată), distrugerea sculei – ce duce la distrugerea altor piese – în timpul operațiunii sau când sunt făcute modificări în schema de operare. Toate aceste evenimente vor avea un impact direct asupra timpului și costului de producție, dar de asemenea vor duce și la creșterea unui cost suplimentar indirect și la diminuarea productivității. Reducerea testelor de așchiere (printr-o înțelegere mult mai bună a procesului), evitarea apariției unei scule stricate (printr-o mai bună controlare a procesului de deteriorare a sculei) sau evitarea modificărilor în timp ce producția rulează (printr-o mai bună pregătire a procesului) vor duce la un rezultat economic îmbunătățit atât direct cât și indirect.

  • FIGURA 1.7 - NEXT STEP – riscul de respingere a pieselor finite la sfârșitul producției este influențat de testele preliminare, distrugerea sculelor sau modificările procesului în timpul producției

1.4 Valoarea şi puterea cunoaşterii

Factorul de control final într-o companie de producție îl reprezintă oamenii. Ei sunt observatorii generali ai proceselor și ai mediului în care acestea au loc și sunt cei care pot observa dacă ceva nu funcționează conform planului și pregătirilor. Puterea competitivă a oricărei companii de producție este cu un grad mai mare în funcție de disponibilitatea persoanelor calificate, competente și cu experiență. Este mai presus de orice, prezența câtorva dintre cele mai competente persoane, lucru care este factorul cheie al unui succes durabil.

  • FIGURA 1.8 - Valoarea educației și a cunoașterii

Profesioniștii industriei trebuie să aibă acces la cunoștințe de ultimă oră și la experiența acumulată în cadrul proceselor de așchiere și a utilizării sculelor folosite în acestea. Cu ofertele educaționale STEP și NEXT STEP oferite de SECO, aceste cunoștințe și experiențe sunt la dispoziția lor.


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.