Procesul de aşchiere - ce putem spune despre forţele de aşchiere?

Scule

de Ion Tampu

Procesul de aşchiere - ce putem spune despre forţele de aşchiere?

În cadrul procesului de aschiere o „muchie de aschiere” este presată atât de puternic în semifabricat încât materialul semifabricatului este puternic „deformat” si începe să ,,curgă” sub forma unor „aşchii”. Va rezulta o „suprafaţă prelucrată” care trebuie să fie conformă cu anumite „cerinţe de calitate”.

Prelucrabilitatea ne arată cât de eficient poate fi efectuat procesul de aschiere la costuri reduse în condiţii tehnologice impuse. Prelucrabilitatea este legată de economia producţiei: crearea unui maxim de rezultate cu resursele disponibile (limi­tate). Prelucrabilitatea este influenţată si determinată de forţele de aschiere, temperatura din zona de aschiere si căldura generată, formarea aşchiilor, uzura si durata de viaţă a sculelor precum si de inte­gritatea suprafeţei prelucrate. Toate acestea impun constrângeri procesului de aschiere si pot limita prelucrabilitatea.

Forţele de aschiere sunt un factor limitativ al prelucrabilităţii. Forţele de aschiere influenţează consumul de putere din timpul prelucrării semifabri­catului. Forţe mari de aschiere înseamnă un necesar ridicat de putere al masinii, dar întotdeauna puterea disponibilă este limitată. Forţele mari de aschiere vor da nastere unor deformări temporare mai mari ale sculei si ale semifabricatului si pot produce vibraţii si deformări permanente ale semifabricatu­lui (pierderea toleranţelor de prelucrare). Eventual atunci când forţele de aschiere sunt foarte mari durata de viaţă a sculei este foarte scurtă (se produce spargerea muchiei de aschiere).

Prelucrabilitatea ne arată cât de eficient poate fi efectuat procesul de aschiere la costuri reduse în condiţii tehnologice impuse. Prelucrabilitatea este legată de economia producţiei: crearea unui maxim de rezultate cu resursele disponibile (limi­tate). Prelucrabilitatea este influenţată si determinată de forţele de aschiere, temperatura din zona de aschiere si căldura generată, formarea aşchiilor, uzura si durata de viaţă a sculelor precum si de inte­gritatea suprafeţei prelucrate. Toate acestea impun constrângeri procesului de aschiere si pot limita prelucrabilitatea.

Găsirea unor condiții de lucru care să facă un compromis între economia producţiei (rezultate maxime la costuri de fabricaţie reduse) si forţe de aschiere mici (lucrul în interiorul unei plaje impuse de constrângeri) este un obiectiv major în tehnologia prelucrărilor prin aschiere.

Forţele de aschiere sunt în principal influenţate de materialul semifabri­catului, geometria sculei si condiţiile de prelucrare existente. Cu cât materialul semifabricatului este mai dur (duritate = rezistenţa la deformare) cu atât vor fi mai mari forţele de aschiere. Una dintre caracteristicile principale ale muchiei de aschiere este unghiul de degajare. Un unghi de degajare mai pozitiv (o muchie de aschiere mai ascuţită) va reduce forţele de aschiere, dar o muchie prea ascuţită (unghi de aschiere foarte pozitiv) înseamnă si o muchie de aschiere foarte fragilă (posibilitate de spargere usoară a muchiei de aschiere).

Factorii care influenţează aschierea si în special relaţiile dintre condiţi­ile de aschiere si forţele de aschiere sunt descrise în ceea ce numim ,,principiul Kienzle”, enunţat pentru prima oară de cercetătorul german Kienzle and Victor (1957, O. Kienzle and H. Victor, „Spezifische Schnittkraefte bei der Metallbearbeitung”).

Kienzle defineste un nou concept ,,forţa de aschiere specifică” sau „pre­siunea de aschiere specifică” (kc11) (N/mm2). Această proprietate specifică a materialului ne arată cât de rezistent este materialul atunci când ,,este aschiat”. Este definită ca fiind ,,forţa necesară pentru a aschia o lăţime de 1 mm de material cu o adâncime de aschiere de 1 mm”. Această forţă de aschiere specifică este direct proporţională cu duritatea sau rezistenţa la rupere a materialului, dar sunt si alte proprietăţi ale materialului care au o influenţă.

Cea mai importantă proprietate a sculei care influenţează forţele de aschiere este „ascuţimea” sculei de aschiere. Aceasta este definită în principal de unghiul de degajare. O regulă de trei simplă spune că „forţele de aschiere vor fi aproximativ cu 1 la 1,5% mai mici dacă unghiul de degajare se măreste cu 1° ”. Aici sunt însă necesare câteva corecţii care să ia în calcul microgeometria muchiei de aschiere.

Dacă dorim să influenţăm forţele de aschiere (balanţa dintre economia producţiei si constrânge­rile tehnologice), trebuie să ne uităm cu atenţie la condiţiile de aschiere existente. Pe lângă elementele menţionate anterior (materialul semifabricatului si unghiul de degajare al sculei) condiţiile de aschiere trebuie considerate elemente existente ale procesu­lui de aschiere care nu pot fi modificate în timpul procesului.

Kienzle spune:

  • Dacă vitezele de aschiere sunt în plaja corectă, influenţa vitezei de aschiere în modificarea forţelor de aschiere este practic neglijabilă (fenomen deja observat de Salomon în 1925).
  • Influenţa adâncimii de aschiere în modificarea forţelor de aschiere este foarte importantă si are un comportament liniar. Fiecare modificare a adâncimii de aschiere (%) va aduce o modificare similară (%) a forţelor de aschiere.
  • Influenţa avansului este importantă, dar este mai puţin liniară (exprimată prin factorul de putere (1-mc) în formula lui Kienzle). Avansuri mai mari (%) vor conduce la forţe de aschiere mai mari, dar nu similare cantitativ (%).

 

Kienzle ne arată că atunci când ne confruntăm cu limitări de natură mecanică nu trebuie să ne concentrăm pe vitezele de aschiere, ci pe adâncimile de aschiere si pe avansuri. Aici este explicat princi­piul lui Kienzle într-o formă simplificată. În realitate, această formulă ne poate conduce la obţinerea unor rezultate foarte bune dacă dorim să avem o idee corectă, rapidă, despre cât de mari vor fi forţele de aschiere pentru procesul respectiv.

Echilibrul dintre economia producţiei (maximum de rezultate cu cost minim) si resursele disponibile (puterea masinii, riscul de vibraţii, calitatea semi­fabricatului, etc.) este un subiect crucial în industria prelucrărilor prin aschiere. Din evaluarea diferitelor materiale de semifabricat (oţel, oţel inoxidabil, oţeluri superior aliate, etc.) corelat cu forţele de aschiere (si fenomenele conexe) putem observa că nu există diferenţe majore între aceste materiale.

Procesul de aşchiere - au aşchiile o formă corectă?

În cadrul procesului de aschiere o muchie de aschiere va îndepărta material dintr-un semifabricat sub forma unor aschii. Nimic nou. Dar dacă aşchiile nu vor avea forma corectă sau nu vor putea fi evacu­ate rapid, prelucrabilitatea va fi scăzută. Controlând procesul de formare si de evacuare al aschiilor obţi­nem o pârghie importantă pentru a ridica prelucrabilitatea si economia producţiei.

Formarea aschiei este în strânsă legătură cu geo­metria muchiei de aschiere utilizată. O muchie bună de aschiere cu o geometrie de formare a aschiilor corectă garantează o durată de viaţă mare a sculei de aschiere, forţe de aschiere mici, evacuarea usoară si rapidă a aschiilor într-un proces sigur si stabil.

Formarea corectă a aschiilor previne deteriora­rea sculei, a semifabricatului si ţine operatorul în si­guranţă, previne timpii morţi din producţie si elimină acumularea aschiilor. Dacă ne referim doar la aceste aspecte, atunci cele mai bune aschii ar fi cele scurte. Dar pe altă parte aschiile nu pot fi prea mici deoarece acest aspect va duce la reducerea duratei de viaţă a sculei. Aschiile prea mici pot produce ciupituri pe muchia de aschiere si pot duce la distrugerea prema­tură a muchiei. Aducând un echilibru în ecuaţie, cele mai bune aschii sunt spiralele scurte.

Sunt mai mulţi factori care trebuie luaţi în calcul pentru a obţine acest tip de aschii. Unii dintre factori sunt „factori furnizaţi” în timp ce alţi factori pot fi modificaţi pentru a influenţa procesul de formare a aschiilor.

Tool

Cutting conditions

Material

Coolant

Ftake angle Cutting edge angle Nose radus

Cutting edge and chipbreaker geometry

Feed

Cutting depth

Chipthickness ratio

Cutting speed

Hardness

Tensile strength

Ductility

Structure

Dry machiring

Emulsion cocling

Seco Jetstream


Înainte de toate este materialul semifabrica­tului:

■ materiale care generează aschii extrem de lungi (materiale neferoase)

■ materiale care produc aschii lungi (oţeluri)

■ materiale cu aschii mici (fonte si materiale dure)

■ materiale care generează aschii neregulate (oţeluri aliate, super aliaje si aliaje ale titanului).

 

Proprietăţile importante ale materialului sunt duritate si rezistenţa la rupere (materialele dure vor produce aschii scurte). Altă proprietate impor­tantă este ductilitatea - ductilitate ridicată va con­duce la formarea unor aschii lungi. Se pot observa diferenţe notabile între oţeluri si oţeluri inoxidabile. Oţelul inoxidabil este mai ductil decât oţelul, acest lucru duce la formarea unor aschii mai lungi la prelu­crarea oţelului inoxidabil. În final si structura internă a materialului are un cuvânt de spus. O structură austenitică (oţelul inoxidabil austenitic) va produce aschii cu forme neregulate care sunt foarte dificil de controlat.

Un alt factor important este scula de aschiere.

Un unghi de degajare mare va oferi forţe de aschiere mici, dar are de asemenea tendinţa de a forma aschii lungi. Un unghi mic de aschiere va duce si el la for­marea unor aschii lungi. Cele mai importante de aici sunt muchia de aschiere si geometria de formare a aschiei. Cu aceste caracteristici putem controla în timp real cum se formează aschia (considerând că toate condiţiile de aschiere sunt corect alese în func­ţie de geometria disponibilă).

Influenţa lichidului de răcire în procesul de for­mare al aschiilor este discutabil. Sistemele de răcire tradiţionale (prelucrarea uscată, răcirea cu emulsie, răcirea MQL) nu influenţează notabil procesul de formare a aschiei. Pe de altă parte sistemele de răcire HPDC (exemplu: Seco Jetstream Tooling) au un impact major nu doar în formarea aschiei cât si în durata de viaţă a sculei si în calitatea suprafeţei prelucrate.

Cele mai importante elemente pe care le putem controla în cadrul procesului de formare a aşchiilor sunt condiţiile de aşchiere. Adâncimi mari de aşchiere (corelat cu avansurile corecte) vor duce la generarea de aşchii corecte. Dacă adâncimea de aşchiere este prea mică apare riscul de formare al „aşchiilor pătrate” care sunt periculoase, atât pentru operator, cât şi pentru muchia de aşchiere. În gene­ral, cu cât avansul este mai mare cu atât aşchiile vor fi mai scurte. Practic, cel mai important element pentru controlul formării aşchiilor este avansul. Un element interesant al condiţiilor de aşchiere - combinând adâncimea de aşchiere şi avansul - este raportul de grosime al aşchiei. Acest raport este definit de adâncimea de aşchiere împărţită la avans. În teorie raportul de grosime trebuie să fie cât mai aproape de 10 (adâncimi de aşchiere de 10 ori mai mari decât avansul). Pot apărea variaţii ale acestui raport în funcţie de materialul semifabricatului. Influenţa vitezei de aşchiere în procesul de formare al aşchiilor nu este atât de uşor de descris. Atunci când avansurile sunt mici, vitezele mari de aşchiere vor duce la formarea unor aşchii lungi.

O diagramă de fragmentare a aşchiilor este o reprezentare grafică a tuturor relaţiilor descrise mai sus între materialul semifabricatului, muchia de aşchiere şi geometria de fragmentare, condiţiile de aşchiere şi formarea aşchiilor. Pentru un anumit tip de muchie de aşchiere (geometrie) este prezen­tată o combinaţie de adâncimi de aşchiere (DOC) şi avansuri pentru aşchiile corecte. Dacă raportul dintre adâncimea de aşchiere şi avans este prea mare, atunci aşchiile vor fi prea lungi şi vor perturba pro­cesul de aşchiere. Dacă raportul este prea mic atunci aşchiile vor fi prea scurte şi durata de viaţă a sculei va fi limitată. Dacă combinaţia dintre adâncimea de aşchiere şi avans este prea mare atunci apare supraîncărcarea mecanică şi muchia de aşchiere se va distruge.

Oţelul inoxidabil austenitic comparativ cu oţelul are o ductilitate mai mare şi prezintă o structură aus- tenitică. Ambele proprietăţi duc la formarea de aşchii lungi neregulate. La prelucrarea oţelului inoxidabil este important să se aleagă o geometrie de aşchiere corespunzătoare (o muchie de aşchiere ascuţită combinată cu o geometrie negativă). Adâncimea de aşchiere va fi suficient de mare pentru a evita formarea aşchiilor pătrate, iar avansul va fi menţinut ridicat (avansul mare va duce la formarea aşchiilor scurte).

Mai multe informaţii despre aceste subiecte se pot afla în cadrul pro­gramului educaţional SECO STEP. Pentru mai multe informaţii consultaţi reprezentatul local SECO.


Ion Țâmpu este Technical Representative Seco Tools România



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.

Da, sunt de acord