Solicitări mecanice şi geometrii de aşchiere la operaţiile de strunjire (I)

Scule

de Ion Tampu

Solicitări mecanice şi geometrii de aşchiere la operaţiile de strunjire (I)

În operațiile de prelucrare prin așchiere scula deformează materialul semifabricatului până la desprinderea unei părți de material sub forma unei așchii. Acest proces de deformare necesită o cantitate semnificativă de energie, iar scula suportă o varietate de solicitări mecanice, termice,chimice și tribologice. Aceste solicitări duc la deteriorarea, uzura sau distrugerea sculei. Pentru a avea o aplicație de așchiere de bună calitate este necesară găsirea unui echilibru între energia necesară îndepărtării materialului și capabilitatea sculei de a prelua eforturile la care este supusă.

Înțelegerea și utilizarea corectă a parametrilor de așchiere, a geometriei sculei, a materialul sculei și a altor factori permit operatorilor realizarea unui proces de așchiere productiv și eficient din punct de vedere al costurilor.

Solicitările mecanice la operațiile de strunjire sunt, în general, statice în timp ce la operațiile de frezare solicitările sunt dinamice, schimbându-se continuu de la o valoare minimă la una maximă, la intrarea în așchiere a fiecărui dinte al frezei. Această analiză se concentrează pe geometriile și parametrii sculelor utilizate în operații de strunjire, lăsând pentru o discuție ulterioară particularitățile specifice frezării.

Solicitări în procesul de prelucrare

Solicitările la care este supusă o sculă de așchieresunt de patru mari categorii: mecanice, termice, chimiceși tribologice.

Presiunea mecanicăaccelerează uzura și distrugerea sculei. Așchierea intermitentă, care apare în cazul prelucrării semifabricatelor cu goluri, cu incluziuni sau cu suprafețe discontinui produce solicitări de impact (dinamice), care produc ciupirea sau ruperea sculei.

Solicitarea termică apare deoarece deformarea semifabricatului generează căldură, fapt care duce la creșterea temperaturii până la 800-900°C, rezultând deformarea și tocirea sculei.

Combinația dintre căldură și presiune duce la reacţii chimice între materialul sculei de așchiere și materialul semifabricatului, ducând la uzură prin difuzie sau la crearea craterelor.

Frecarea dintre sculă și așchii generează uzură prin abraziune și eroziune, ca rezultat a ceea ce numim solicitări tribologice; tribologia constă în examinarea fenomenelor care se produc între suprafețele în contact, pentru a determina cum se modifică geometria fiecăreia la anumite temperaturi și presiuni.

Cele patru categorii de solicitări nu acționează independent, ci interacționează și au un efect cumulat.

Puterea mașinii, stabilitatea acesteia și a prinderii semifabricatului și a sculei, chiar și experiența și îndemnarea operatorului afectază rezultatele prelucrării. Interacțiunea solicitărilor produce o varietate de rezultate, toate cu același final: scula se deteriorează, se uzează sau cedează.

Cât de rapid și de previzibil se va uza scula ține de abilitatea sculei de a suporta solicitările la care este supusă în timpul operării. Pentru o durată de viață a sculei maximă și un nivel ridicat de securitate al procesului, solicitările de prelucrare trebuie să fie, într-un anumit interval de timp, mai mici decât capacitatea de solicitare a sculei. Factorii care contribuie la capacitatea de solicitare a sculei includ geometria de așchiere a sculei, materialul sculei și acoperirea.

Rezolvarea proactivă a problemelor

Pentru a eficientiza procesele și pentru a reduce costurile, liniile de producție se concentrează pe reducerea timpului de reglare a mașinii, a timpului de manevrare a sculelor și a semifabricatelor, precum și alți timpi morți din procesul de prelucrare.

Câteodată, destul de rar, se pierde timp cu teste pentru reducerea efortului la care este supusă scula.

Aplicațiile proactive de alegere a unei geometrii adecvate a sculei și a parametrilor de așchiere, înainte de începerea procesului de prelucrare, poate reduce substanțial timpul cheltuit cu diagnosticarea și rezolvarea problemelor.

Prelucrabilitate

Planificarea proactivă are ca țintă mărirea la maxim a prelucrabilității unei operații. Definiția tradiț ională a prelucrabilității se concentrează, în particular, pe materialul semifabricatului și utilizează factori procentuali care exprimă cât de dificil se prelucrează materialul respectiv comparativ cu un semifabricat etalon.

În această discuție, prelucrabilitatea se referă la un obiectiv de atins atunci când vorbim despre mărirea ratei de îndepărtare a materialului per unitate de putere. Exprimă cel mai bine gradul în care o operație de așchiere poate fi executată într-un mod fiabil, la cea mai înaltă productivitate și la cel mai mic cost.

Metoda simplistă de prelucrare mai rapidă implică mărirea parametrilor de așchiere, respectiv adâncimea de așchiere, avansul și viteza de așchiere.

Totuși, mărirea parametrilor de așchiere are mai multe consecințe în ceea ce privește solicitarea sculei. În această analiză ne vom concentra pe solicitările mecanice.

Trebuie înțeles de la început faptul că solicitările mecanice ale sculei de așchiere și forța de așchiere nu sunt același lucru. Solicitarea mecanică trebuie înțeleasă ca o presiune (forță per unitate de suprafață).

O forță mare de așchiere distribuită pe o suprafață mare produce o solicitare relativ mică în sculă. Pe de altă parte, chiar și o forță de așchiere mică, concentrată pe o mică porțiune a sculei, poate produce o solicitare mare. Forța de așchiere este influențată de materialul semifabricatului, de geometria sculei și de condițiile de așchiere. În schimb, forța de așchiere influențează consumul de putere, toleranța pieselor prelucrate și durata de viață a sculei.

Efectele parametrilor de aşchiere

Modificarea adâncimii de așchiere, a avansului și a vitezei de așchiere are efecte diferite în ceea pe privește solicitarea sculei. Dublând adâncimea de așchiere se dublează și forța de așchiere dar, totodată, se dublează și lungimea muchiei în așchiere,deci solicitarea rămâne aceeași raportată la unitatea de lungime a muchiei de așchiere. Forțele de așchierese măresc odată cu mărirea vitezei de avans, dar întromăsură mai mică, neliniară. Vitezele mari de avans nu măresc forțele de așchiere în aceeași măsură ca și adâncimile mari de așchiere, deoarece un avans mai mare mărește grosimea muchiei, nu lungimea muchiei în așchiere. În schimb, duce la o creștere serioasă a solicitării muchiei de așchiere.

La mărirea vitezei de așchiere, în general, forțele rămân la fel, dar necesarul de putere crește, având ca bază formula care spune că puterea consumată este egală cu forța ori viteza. Este adevărat că în plaja medie a vitezelor de așchiere forțele sunt constante.

Cu toate acestea, cercetările și experiența practică arată că forțele de așchiere cresc la viteze mici de așchiere și se reduc la viteze mari de așchiere.

Mărirea forțelor de așchiere la viteze mici duce la crearea aderențelor pe tăiș, un indicator pentru vitezele de așchiere necorespunzătoare. Cercetările din anii 1920 și 1930 ale dr. Carl Salomon de la Universitatea din Berlin ne arată că temperatura de așchiere crește odată cu creșterea vitezei de așchiere, dar ea începe să scadă la viteze foarte mari. Aici, deja, discutăm de prelucrări la viteze cu adevărat foarte mari, care vin cu un întreg arsenal de cauze și efecte și vor fi subiectul unei alte discuții.

Vitezele de așchiere prea mari pot reduce fiabilitatea procesului datorită formării necontrolate de așchii, uzura extremă a sculei și vibrații care pot duce la ciupirea sau chiar la ruperea sculei. Concluzia practică este că adâncimile de așchiere și avansurile mari combinate cu viteze de așchiere mici și moderate oferă cel mai bun potențial pentru realizarea unui proces fiabil și sigur. Vitezele mari de așchiere, cu adâncimi de așchiere și avansuri suficient de mici pentru a limita forțele de așchiere, pot asigura o productivitate mărită. (continuare în numărul următor)


English summary

Metal cutting includes, among other costs, that of the tools. Cutting down such costs is one of the targets. The article reviews some aspects in connection with turning operations. It highlights the parameters of the tool that bear on both the quality of the machined surface and the durability of the tool. It shows the relation between the parameters of the metal cutting status and tool behaviour, the influence of the former on the loads exercised on the cutting tool. A few aspects are recommended, that machine operator should take into account when choosing the tool and its geometry.


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