Filehost_14.Uzura Si Durabilitatea Sculei

UZURA I DURABILITATEA SCULEI ACHIETOARE

14.1 Generaliti In timpul procesului de achiere, datorit solicitrilor mecanice i termice care apar pe feele active ale sculei, apare un fenomen de uzur, care se manifest prin pierderea capacitii de achiere a sculei i diminuarea calitii prelucrrii. Acest proces este continuu i evolutiv, fcnd ca starea parametrilor de performan ai sculei s se diminueze treptat.

In figura 14.1 este prezentat o schem, care arat factorii implicai n acest fenomen i efectele lor asupra procesului de achiere.

Fig.14.1 Factorii uzurii sculelor achietoare

ACHIETOARE

EFECTELE UZURII ASUPRA PROCESULUI

EFICIENA

ECONOMIC (COST, PRODUCTIVITATE)

PRECIZIA DE PRELUCRARE

GEOMETRIA I STAREA STRUCTURAL A SUPRAFEEI

SOLICITRI N SISTEMUL M.D.S.P. (FORE, MOMENTE, PUTERI)

UZURA SCULEI

DEFORMARE PLASTIC

OXIDAREDIFUZIUNEADEZIUNEABRAZIUNE CAUZELE UZURII SCULEI

NCRCAREA SCULEI (MECANIC,

CONDIII DE ACHIERE

SCUL SEMIFABRICAT

14.2 Forme de uzur Indiferent de tipul sculei i de condiiile de exploatare se uzeaz concomitent att faa de aezare ct i faa de degajare a acesteia. Uzura feei de aezare (A ) apare sub forma unei pete de uzur de o lime VB, paralel cu direcia muchiei achietoare. Profilul transversal al acestei pete

UZURA SI DURABILITATEA SCULEI

260

corespunde formei suprafeei prelucrate. In apropierea vrfului i n dreptul suprafeei libere a semifabricatului, limea petei de uzur poate s creasc, n acest caz, datorit efectului eroziv al stratului superficial al piesei care are o duritate mare.

Uzura feei de degajare (A) este rezultatul efectului de erodare al achiei i apare sub forma unui crater dispus la o anumit distan de muchie i avnd dimensiunea maxim paralel cu aceasta i egal cu lungimea tiului activ. Distana fa de muchie se explic prin formarea depunerilor pe ti i prin faptul c centrul de presiune al seciunii achiei este la o anumit distan de muchie.

Tipul uzurii formate depinde n primul rnd de parametri regimului de achiere, la viteze mici i mijlocii predomin uzura feei de aezare, iar la viteze mari, uzura pe faa de aezare.

Fig.14.2 Zonele de uzur (STAS 12046/1-81)

Cauzele principale ale uzurii sculei se consider a fi urmtoarele: deteriorarea tiului sculei ca urmare a solicitrilor mecanice i termice; adeziunea dintre materialul prelucrat i scul (depunerile pe ti); difuziunea elementelor de aliere dinspre concentraia mai mare din scul spre

cea mai mic, din pies; efectul abraziv al componentelor mai dure din pies asupra feelor active ale


261

sculei; transportul de sarcin electric (ioni), dinspre scul spre pies; oxidarea de pe feele active ale sculei.

Tuturor acestor cauze le corespund anumite tipuri de uzur i anume: a) Uzura prin deteriorarea sau ruperea muchiei,

a. b.

Fig.14.3 Ruperea sau sfrmarea tiului Acest tip de uzur apare ca urmare a ruperii sau sfrmrii muchiei achietoare n urma apariiei unor fore mari, n special la scule avnd unghiuri de ascuire () mici i raze la vrf, r mici. De asemenea o duritate mare a materialului favorizeaz i ea ruperea tiului . Ca material de scul cel mai puin susceptibil la acest tip de uzur este materialul din oel de scule, care prezint o tenacitate mai mare dect carburile metalice sinterizate sau materialele mineralo- ceramice. Tot n aceast categorie se ncadreaz i ruperea sau frmiarea muchiei prin tensiuni termice datorate unei nclziri neuniforme a tiului. Se manifest la materiale de scul care au o conductibilitate termic redus sau n cazul n care acestea sunt lipite pe materiale cu conductibilitate mai bun (lipirea plcuelor din carburi pe corpul sculei).

La achierea nt it de ridicat putnd s apar rupere prin oachii lamelare pot i transversale.

Ruptura zimatdatorit vibraiilor discul-achie, aceastainferioare, astfel c ap

De asemenea, profund ceea ce prodpoate duce la ruperea oelurilor cu carburi seciuni mari de achburghie elicoidale i nrerupt solicitarea tiului este deoseb

boseal. Variaiile brute de solicitare datorate formrii de ele s duc la asemenea ruperi , care apar ca nite rupturi

apare mai ales n cazul variaiei adncimii de achiere n procesul de achiere. Prin nclzirea zonei de contact tinde s se dilate, dar este mpiedicat de straturile

ar tensiuni termice. la viteze de achiere mari, nclzirea este puternic i uce att la nclzire, ct i la rcire o stare de tensiuni care tiului. Rupturile zimate se observ n special la frezarea metalice i cu viteze mari de achiere, la rabotarea cu ie i la prelucrarea gurilor de adncime mai mare cu prezena fluidului de achiere.


262

b) Uzura prin deformare plastic,

Fig.14.4 Uzura prin deformare plastic

Apare la materiale de scul din oel aliat de scule, care prezint o oarecare capacitate de deformare plastic i se manifest prin deformarea plastic a tiului ducnd la schimbarea geometriei sculei, fr a se preleva material din scul. Poate apare i la carburi metalice care au un coninut mare de cobalt. Fenomenul apare mai puternic la materiale de scul care au o termorezisten sczut cum este cazul oelurilor de scule, oelurilor rapide i chiar la plcuele din carburi metalice de tip K.

c) Uzura prin abraziune, Incluziunile i particulele dure din materialul de prelucrat sau din achie provoac zgrieturi ale sculei producnd un efect abraziv, care duce la apariia de anuri de uzur. Intensitatea abrazrii este direct proporional cu coninutul de particule dure cum ar fi cementita sau carburile din oeluri, cementita sau incluziunile de siliciu din fonte i carbura de siliciu din aliaje de aluminiu. Acest tip de uzur apare att pe faa de aezare ct i pe cea de degajare, dar este determinant pe prima, putndu-se considera c uzura pe faa de aezare este n special datorat abraziunii. Aceast uzur predomin la nceputul achierii cnd temperatura nc nu este ridicat. d) uzura prin adeziune, Se produce datorit depunerilor pe ti, care la desprindere smulg particule de material din scul i produc n acest fel craterul de uzur de pe faa de degajare.

Pentru evitarea acestui tip de uzur se evit zonele care se produc depuneri pe

a. b.

Fig.14.5 Influena vitezei asupra depunerilor pe ti i a uzurii


263

ti sau se iau msurile referitoare la geometria sculei sau tratarea materialului de prelucrat pentru a se micora tendina de lipire pe scul. Se poate reduce acest fenomen prin folosirea de fluide de achiere potrivite. Din figura 14.5 rezult influena vitezei de achiere asupra formrii depunerilor pe ti i asupra uzurii sculei. Se poate observa c uzura are un maxim n dreptul valorilor vitezei la care i depunerea pe ti are un maxim. Explicaia scderii uzurii cu creterea vitezei de achiere dup depirea primului maxim este dat de reducerea duritii depunerii prin recristalizare datorit depirii temperaturii de recristalizare. In aceste condiii depunerea devine instabil i particulele desprinse vor fi antrenate n exclusivitate n achie.

e) Uzura prin difuziune.

Odat cu creterea temperaturii i depirea pragului de difuziune are loc o migrare a atomilor sau ionilor dinspre scul nspre pies i invers, (fig.14.6), lucru care duce la apariia unei uzuri de difuziune predominant la temperaturi ridicate. Fenomenul este cu att mai intens cu ct diferena de concentraie a elementelor de aliere este mai mare i cu ct conductibilitatea termic a sculei este mai bun. Oelurile carbon de scule i oelurile rapide nu prezint acest tip de uzur, deoarece, n general temperatura la care acestea

lucreaz nu depete pragul de difuzie (temperatura la care energia particulelor este suficient pentru a migra prin zona de contact).

Fig.14.6 Schema fenomenului de difuzie

In cazul carburilor metalice la care temperatura atinge 700-800oC pot avea loc urmtoarele reacii:

difuzia Fe n faz intermediar de legtur din cobalt; difuzia Co n oel, unde fierul i cobaltul formeaz un ir continuu de

cristale mixte; descompunerea carburii de wolfram (WC) i formarea carburilor

duble i mixte sub form de Fe3 C W3C , ( Fe W )6 i (Fe W )23 C6 . Carbonul devenit liber n urma descompunerii carburii de wolfram se

deplaseaz spre zona de concentraie mai redus din oelul de prelucrat. Este de remarcat faptul c difuziunea nu atinge niciodat starea de saturaie deoarece la zona de contact se afl tot timpul alt material datorit micrii de achiere.


264

Uzura prin difuziune este relativ mic la sculele care conin carburi duble de wolfram i titan (W-Ti), deoarece acestea au o stabilitate mic n oeluri. La suprafaa sculei se formeaz un strat protector care duce la reducerea difuziei. Dac sculele sunt acoperite cu straturi extradure, de exemplu cu nitrur de titan sau nitrur de bor i alte materiale mineralo-ceramice, viteza de difuzie este de asemenea redus ceea ce face ca la aceste scule uzura s fie mai redus. Stratul de protecie se recomand s fie dintr-un material ct mai inert chimic sau fizic fa de materialul prelucrat astfel acest tip de uzur se reduce la minim. f) Uzura prin oxidare, Datorit activitii chimice ridicate a straturilor de material de pe feele active din zona de contact a sculei cu achia i a temperaturii ridicate din zon, se

observ culori de revenire pe lng zona de contact, semn c are loc o oxidare a materialului. Uzura propriu-zis se produce datorit ndeprtrii acestor oxizi prin frecarea cu achia i cu piesa prelucrat. Oxidarea are loc la temperaturi ridicate, astfel pentru carburile metalice aceasta se produce la circa 700 -800 o C, temperatur la care carburile pe baz de cobalt i carbur de wolfram (tip K) se oxideaz mai puternic dect cele care conin i carburi

de titan sau altele (tip P i M). La sculele din carburi de wolfram se formeaz n apropierea muchiei un strat de oxizi (Co3O7 , CoO, WO3 ), chiar n codiii normale de temperatur i prezena oxigenului. Acest strat are o duritate de 50 ori mai mic, [4] dect cea a carburii din care se formeaz, astfel c el nu rezist la solicitrile din procesul de achiere fiind uor ndeprtat i producnd uzur.

Fig.14.7 Zonele uzate prin oxidare

Zonele pe care se manifest acest tip de uzur vor fi cele care se afl la marginea zonelor de contact scul-pies i scul-achie, unde oxigenul are acces, (fig.14.7). Efectul oxidrii se manifest mai intens pa faa de aezare secundar. Pentru studiul acestui fenomen se fac achieri n diferite medii gazoase i se apreciaz gradul de oxidare al sculei.


265

g) Uzura de natur electric, Avnd n vedere c scula i semifabricatul formeaz prin intermediul dispozitivelor i mainii- unelte un circuit electric nchis, (bineneles n cazul cnd acestea sunt bune conductoare de electricitate), la care exist un contact cald, n zona de achiere i un contact rece, n zona prinderii sculei i semifabricatului, va apare efectul Peltier manifestat prin curentul de termocuplu, care particip la uzura sculei, lucru demonstrat prin izolarea electric a piesei i sculei, care a fcut ca uzura s scad.

In procesul de achiere diferitele tipuri de uzur se manifest n acelai timp fiind preponderent un anumit tip n funcie de condiiile concrete de lucru. In figura 14.8 este redat ponderea n uzura total a diferitelor tipuri de uzur n funcie de temperatura,(viteza de achiere), care este factorul determinant. Se observ c la viteze mici de achiere predomin uzura mecanic i de adeziune, iar peste o anumit

limit predomin uzura prin oxidare i cea prin difuzie. Maximul curbei de uzur coincide cu maximul depunerilor pe ti. Apariia unui minim local dup primul maxim este explicat de unii specialiti prin apariia unui strat protector pe suprafeele active ale sculei.

Suma tuturor tipurilor de uzur formeaz uzura total, iar reprezentarea acesteia n timp prin unul din

parametrii indicai la criteriile directe de apreciere a uzurii se numete caracteristica de uzur i are aceeai form ca i la alte organe de maini, figura 14.8.

Fig.14.8 Caracteristica de uzur

Se pot observa zonele de uzura de amorsare sau de rodaj, palierul de uzur normal i zona de uzur catastrofal. 14.3 Criterii de uzur

Pentru aprecierea gradului de uzur exist criterii indirecte i criterii directe. Cele indirecte se bazeaz pe msurarea unor indici nelegai direct de uzur, cum ar fi forele de achiere, rugozitatea suprafeei i forma achiei. Se consider c scula este uzat cnd se atinge valoarea unuia din indicii prestabilii indiferent dac este un indice direct sau indirect. Indicii direci de apreciere sunt cei legai de msurarea efectiv a uzurii i sunt standardizai. Se refer la msurarea uzurii pe faa de aezare sau pe cea de degajare i exprimarea acestei mrimi ca indice de uzur. Mrimea uzurii corespunztoare acestui indicator se consider a fi uzura admisibil sau uzura critic i ea se stabilete n funcie de tipul sculei,


266

operaiei sau preciziei impuse la achierea piesei. In practic se consider c scula este uzat n urmtoarele cazuri:

nrutirea brusc a calitii suprafeei; micorarea preciziei, n special datorit retragerii vrfului sculei; apariia unor trepidaii puternice; nclzirea puternic a semifabricatului ; creterea forei achietoare ducnd la pericolul de rupere al sculei; deteriorarea tiului din etapa uzurii avansate care poate afecta serios

fiabilitatea i durata de exploatare total a sculei. Folosirea criteriilor indirecte pentru stabilirea uzurii admisibile este imprecis i se ia de obicei numai mpreun cu un alt indice direct pentru a avea o mai bun siguran n apreciere .

14.3.1 Criterii directe de apreciere a uzurii

Prin STAS 12046/1-81 s-au stabilit diferii parametri pentru caracterizarea uzurii sculei achietoare (fig. 14.2). Sunt considerate 4 zone de uzur notate A , B, C i N, trei pentru faa de aezare principal i una pentru cea secundar :

- zona A, care se afl pe faa secundar de aezare i are lungimea egal cu lungimea tiului secundar activ a= Tact i se noteaz cu VAA, iar limea uzurii maxime cu VAAmax considerndu-se ca lime a uzurii medii valoarea:

n / ) VA ( = VA imed (14.1)

tot n aceast zon aprnd i o uzur sub form de cresttur, specific prelucrrii cu avans foarte mare sau cu scule cu raza la vrf prea mic;

- pentru faa de aezare principal de lungime b= Tact (lungimea activ a muchiei principale), limea se noteaz cu VB afectat de indicele zonei pentru care se consider uzura: VBB, VBC, VBN i respectiv VBmax pentru zonele B, C, N i respectiv pentru valoarea maxim, iar valoarea medie se obine cu relaia:

n / ) VB ( = VB imed (14.2) Tot pe aceast zon apare i uzura sub form de cresttur n cazul prelucrrii de piese forjate sau cu strat dur de oxizi; - pentru cazul burghiului apare i tiul transversal unde se noteaz cu VBT;

Pentru faa de degajare se consider urmtoarele criterii: KT, adncimea craterului de uzur; KM, distana adncimii maxime a craterului fa de vrful sculei; KB, limea craterului de uzur.

Pe lng cei trei parametri se utilizeaz i ali parametri derivai cum sunt: K=KT/KM numit i caracteristica de profunzime i KS=KL/KB,


267

caracteristica de suprafa n care KL este distana originii craterului de la vrful sculei.

In practic se folosesc mai mult indicii care se refer la suprafaa de aezare deoarece aici uzura se produce mai repede, are o mai puternic influen mai puternic negativ asupra achierii i se msoar mai uor.

Standardele ISO recomand urmtoarele valori limit pentru indicii de uzur:

a) pentru scule din oel rapid sau carburi metalice: 1. Uzura catastrofal; 2. VBB = 0.3 mm pentru uzura regulat n zona B; 3. VBmax = 0.6 mm pentru uzur neregulat, zgrieturi, sfrmturi sau crestturi;

b) pentru materiale mineralo-ceramice: 4. VBB = 0.3 mm; 5. VBmax = 0.6 mm pentru uzur neuniform; 6. KT = 0.06 + 0.3f , unde f este avansul n mm/rot. Nu se permite uzura sculei pn la uzura catastrofal deoarece ngreuneaz reascuirea i se reduce durata total de folosire a sculei precum i deteriorarea suprafeei prelucrate .

14.3.2 Date practice privind uzura sculelor

a) Cuite de strung. In funcie de parametri regimului de achiere i materialul sculei i al semifabricatului, uzura cuitelor de strung se produce simultan pe cele dou fee active sau numai pe una din ele. In cazul strunjirii oelului cu cuite din oel rapid, fr rcire, uzura predomin pe faa de degajare , dar spre momentul uzurii catastrofale i se distruge muchia achietoare prin avansarea craterului de uzur, apare i o uzur pe faa de aezare, care se limiteaz la VBB = 0,5 mm. Pentru achierea cu fluide de achiere lucrurile sunt diferite, n sensul c uzura apare pe faa de aezare admindu-se o uzur VBB= 2 mm.

In cazul strunjirii fontei uzura are loc pe faa de aezare, iar pe faa de degajare apare numai o dung strlucitore. Pentru degroare se consider VBB = 4 mm (deoarece la aceast valoare are loc o cretere brusc a forei de achiere) , iar la finisare se admite VBB = 2 mm, deoarece peste aceast valoare are loc o nrutire a suprafeei prelucrate.

La strunjirea oelului cu plcue din carburi metalice din grupa de utilizare P, uzura are loc att pe faa de aezare ct i pe cea de degajare i se admite o uzur VBB = 1,0... 1,2 mm.

La srunjirea fontei cu plcue din grupa K se admite o uzur VBB = 0,8...1,0 mm.

La strunjirea oelului i a fontei cu plcue din materiale mineralo-


268

ceramice, uzura are loc mai ales pe faa de aezare i se admite o uzur VBB = 0,5..0,7 mm.

Pentru cuitele de rabotat armate cu plcue din carburi metalice grupa K30 se admite o uzur VBB = 0,9...1,2 mm, iar pentru cuite din Rp 3 se admite pentru prelucrarea oelului VBB = 2 mm i pentru font VBB = 4 mm .

Pentru frezare uzura apare mai ales pe faa de aezare, dar poate apare simultan i pe cea de degajare. Pentru diferite materiale de scul i pentru tipuri de freze uzura admisibil se alege n aa manier nct s se obin o durabilitate total ct mai ridicat dup un numr de reascuiri. De asemenea se va alege uzura admisibil i n funcie de tipul operaiei: degroare (mai mare) i finisare (mai mic). Tinnd cont de aceste criterii uzura VBB se alege ntre 0,3 i 2,0 mm, valorile mai mici la finisare i la prelucrare oel i mai mari la degroare i prelucrarea fontei.

Pentru burghie i alte scule de prelucrarea gurilor se ia criteriul de uzur VBmax la racordarea tiului principal cu cel secundar lundu-se ca valori recomandate urmtoarele:

VBmax = 0,4 mm la diametre D = 10...12 mm; Vbmax = 0,6 mm la diametre D = 13...18 mm; VB max = 0,8 mm la diametre D = 19..25 mm; VB max = 1,2 mm la diametre D = 25...50 mm.

La lrgire se admit uzuri de pn la 1,5 mm, iar la alezare pentru obinerea unei rugoziti Ra = 0,8...1,6m se admite o uzur VB = 0,40,7 mm. 14.4 DURABILITATEA SCULEI ACHIETOARE

14.4.1 Generaliti

Pornind de la caracteristica de uzur i stabilind uzura admisibil se poate determina durabilitatea efectiv a sculei achietoare, pornind de la valoare uzurii admisibile stabilit pe ordonat i cutnd timpul corespunztor pe abscis, conform paragrafului anterior. Timpul T, se numete durabilitate efectiv.

Durabilitatea efectiv este timpul efectiv de lucru al sculei, n minute, ntre dou ascuiri consecutive i n anumite condiii bine definite de achiere.

La atingerea uzurii admisibile scula nu i-a pierdut nc capacitatea de achiere, dar nu mai asigur satisfacerea cerinelor impuse de criteriul de uzur ales i capacitatea de achiere a sculei trebuie refcut prin reascuire sau prin schimbarea muchiei achietoare la sculele cu plcue din carburi metalice.

Durabilitatea mai poate fi exprimat sub urmtoarele forme: - timpul efectiv de achiere, T, n minute;


269

- timpul de main la achierea ntrerupt, Tm , n minute; - drumul de achiere efectiv, corespunztor durabilitii sculei, vT L = ,

n m, unde v este viteza de achiere, n m / min; - suprafaa achiat pe perioada durabilitii sculei: , n mb vT ST = 2,

unde b este limea achiei; - numrul de piese executate n timpul unei perioade egal cu

durabilitatea: , unde tbT T/ t N = b este timpul de baz al operaiei; - volumul de achii ndeprtat n timpul T: vf tV

T= , T n mm3, unde t

i f sunt adncimea i respectiv avansul de achiere. Folosirea uneia din expresiile de mai sus se face n funcie de tipul

operaiei i de factorul pe care dorim s-l determinm n procesul de achiere. Studiul durabilitii n funcie de parametri regimului de achiere a relevat faptul c principala influen asupra acesteia o are viteza de achiere urmat de ceilali parametri ai procesului de achiere.

Toi factorii procesului de achiere care influeneaz uzura influeneaz automat i durabilitatea sculei, aceasta reflectnd legtura uzur- durabilitate. Primul care a studiat aceast problem a fost Taylor, [17] care n urma cercetrilor efectuate asupra legturii vitez- durabilitate, n 1905 a obinut cunoscuta relaie:

CtTv m= (14.3) Aceast relaie arat c durabilitatea nu variaz liniar cu viteza de achiere i c durabilitatea scade cu creterea vitezei. Dei de-a lungul anilor aceast relaie a fost completat de o serie de cercettori ai domeniului achierii, care au adus noi contribuii la forma ei, dar n esen, modificrile s-au dovedit utile doar la limitele uzurii sau n condiii speciale cu toii fiind de acord c atta timp ct uzura se menine pe palierul de uzur normal, relaia lui Taylor este suficient de exact i rezultatele practice sunt foarte bune. De altfel, experimentrile au fost programate pentru 6 luni i au durat 26 de ani, consumndu-se 400 tone de oel i executndu-se mai mult de 50.000 de experiene. 14.4.2 Dependena durabilitate - vitez de achiere Pentru stabilirea acestei dependene se fac experimente de achiere cu diferite viteze de achiere i pstrnd constante uzura limit, avansul i adncimea de achiere. In aceste condiii se obin curbe de variaie de genul celor din figura 14.9. Domeniul de variaie al vitezei de achiere este totui pstrat ntre anumite limite pentru a avea o bun precizie, iar uzura trebuie meninut pe palierul de uzur normal, destul de departe de uzura catastrofal.


270

Fig. 14.9 Relaia durabilitate-vitez

Considernd relaia (14.5) i scriind-o sub o alt form :

vC T kT =

vlgk CTlg T lg

(14.4) i logaritmnd se obine :

(14.5)

+=

de unde se obine :

a b

a b

lg - lg T Tk = tg = lg - lg v V

(14.6) Valoarea k este negativ i reprezint panta dreptei din figura 14.10.

Constantele din formulele (14.6) i (14.7) reprezint viteza pentru o durabilitate T = 1 min. i respectiv durabilitatea pentru o vitez de 1 m/min. Influena mrimii pantei asupra comportrii sculei fa de viteza de achiere se

explic n felul urmtor: cu ct panta este mai mare la o variaie mic a vitezei se obine o variaie mare de durabilitate, (fig. 14.10) deci scula este mai sensibil la variaia de vitez, iar dac panta este mai mic variaia durabilitii la aceeai variaie de vitez este mai mic, deci scula este mai puin sensibil la vitez. In

Fig. 14.10 Influena coeficientului de pant asupra curbelor T-v


271

domeniul vitezelor mici de achiere sensibilitatea sculei este mai mic, dar la viteze mari cum sunt cele de finisare panta devine mai mare. 14.4.3 Analiza factorilor de influen ai durabilitii, [4] Din punct de vedere al proiectrii unui proces de achiere, pe lng stabilirea vitezei optime de achiere, un rol determinant l au avansul de lucru i adncimea de achiere.

Fig.14.11 Poziia curbelor T-v fa de origine

Urmrind figura 14.11 se observ c ndeprtarea curbei de durabilitate de origine nseamn o cretere a durabilitii. Dac se consider T= const. Se obine aceeai durabilitate la viteze mai mari, iar dac se menine viteza constant se obin durabiliti mai ridicate.

Fig. 14.12 Influena unor factori asupra curbelor T-v


272

Cu ct exponentul m este mai mic cu att dreapta se va apropia mai mult de orizontal i la aceeai variaie de vitez se va obine o variaie mai mic de durabilitate.

In acest mod se pot aprecia influenele diferiilor factori prin deplasarea curbei de durabilitate i prin schimbarea pantei acesteia de ctre parametri vizai. Astfel din figura 14.12 se poate trage concluzia asupra unor parametri ai procesului de achiere, cum sunt:

- avansul de lucru, f n mm/rot, adncimea de achiere, t, n mm, unghiurile de aezare i de degajare. Materialul prii active al sculei mpreun cu unghiul de atac, duritatea i rezistena la rupere, uzura limit admis i folosirea fluidelor de achiere.

Pentru a determina influena avansului i adncimii de achiere se iau constante, pe rnd, adncimea i respectiv avansul de lucru i se traseaz curbele vT = f (f) i vT = f(ap) obinndu-se relaii de forma:

vyp

1T a

Cv = (14.7) i, respectiv:

vx2

T fCv = (14.8)

Din relaiile de mai sus se obine relaia principal a vitezei de achiere n funcie de durabilitate, avansul de lucru i adncimea de achiere:

yvxvp

vTT fa

Cv = (14.9) In figurile 14.13 i 14.14 sunt redate influenele avansului i adncimii de

achiere asupra durabilitii sculei de unde se poate observa c cea mai mare influen o are viteza de achiere urmat de avans i apoi de adncimea de achiere.

Fig. 14.13 Influena avansului asupra durabilitii


273

O relaie mai complet este derivat din cea anterioar i a fost dezvoltat de Gilbert :

yvxvmv

ftTCv = (14.10)

Fig14.14 Influena adncimii de achiere asupra durabilitii

relaie valabil pentru strunjire i o relaie mai complet , derivat din aceasta i valabil pentru frezare:

vuvyvqvpl

xvp

m

qs k

zfaaTDv = (14.11)

unde Cv , m , xv, ym, qv , q , uv sunt coeficieni determinai experimental; a pl, fd - adncimea secundar de achiere i avansul pe dinte;

Ds - diametrul sculei; z - numrul de dini ai sculei.

Pentru ceilali parametri, care nu sunt explicit cuprini n relaia de mai sus, se introduce coeficientul de corecie kv , care este un produs al mai multor factori ce au n vedere mrirea sau micorarea vitezei calculate n funcie de tipul influenei factorului respectiv. Acest coeficient se poate exprima prin relaia :

n

vi 1

= k=

ik (14.12) unde n este numrul factorilor de corecie care se iau n considerare. Aceti factori de influen se gsesc n literatura de specialitate sau n bazele de date pentru regimurile de achiere.

Printre cei mai importani factori, care corecteaz viteza de achiere i care sunt luai n considerare prin corecii sub forma ki , sunt urmtorii:

- materialul de prelucrat- modificarea rezistenei la rupere i respectiv a duritii materialului de prelucrat duce la modificarea puternic a durabilitii sculei, n sensul micorrii odat cu creterea celor dou; modificarea celorlalte proprieti fizico-mecanice duce de asemenea la modificri ale durabilitii . Exist n literatura de specialitate formule care arat aceast influen de genul


274

celor de mai jos :

vnrv = C / v [m/ min] (14.13)

unde nv = 1,5...1,75 , pentru oel i oel turnat i:

vnv = C / (HB v [m/ min]) (14.14)

unde nv = 1,7, pentru font, iar C este un coeficient determinat pentru materiale cu caracteristici apropiate. Relaiile de mai sus servesc la stabilirea vitezei de achiere pentru un material oarecare fa de un material etalon la care se cunoate viteza, folosind relaiile:

vnre rev v ( / ) = (14.15)

sau:

vne ev v / HB (HB )= (14.16)

Valorile pentru nv se pot lua din tabele din literatura de specialitate, [9]. Formulele de mai sus au un caracter indicativ fiind valabile pentru un domeniu restrns deoarece nu in cont de compoziia chimic, structura metalografic i schimbarea proprietilor mecanice n timpul achierii (de exemplu ecruisarea).

- geometria sculei influeneaz prin modificarea durabilitii sculei la modificarea unghiului de degajare (creterea lui T pn la o cretere a lui (la valoarea optim, dup care scderea durabilitii deoarece scade prea mult unghiul de ascuire). Unghiul de aezare influeneaz i el la valori mari ale acestuia se pot lua viteze de achiere mai mari. De asemenea are influen si unghiul de atac principal r, care modific forma seciunii achiei i prin scderea lui poate crete viteza de achiere. Micorarea acestui unghi nu poate fi prea mare la semifabricatele cu rigiditate transversal redus, deoarece duce la apariia vibraiilor, astfel c se caut un optim ntre cele dou.

- folosirea fluidelor de achiere duce de asemenea la posibilitatea creterii vitezei de achiere, mai mult la scule din oel rapid dect la cele cu plcue din carburi metalice, unde peste o anumit vitez de achiere efectul fluidelor este nesemnificativ. Este de remarcat faptul c folosirea fluidelor modific att constanta Cv, ct i panta curbelor T - v .

- uzura limit admis are de asemenea un efect asupra vitezei de achiere deoarece mrirea uzurii limit duce la creterea durabilitii n condiiile pstrrii constante a celorlali parametri.

In general s-a constatat c ntr-un domeniu mai larg de variaie a parametrilor de achiere, durabilitatea calculat cu formula Taylor, (Gilbert) difer mult de cea stabilit prin ncercri experimentale. In figurile 14.15 i


275

14.16 se poate observa diferena dintre curba teoretic de cea real . Curba de durabilitate este monoton cresctoare, dar n unele cazuri, poate s nregistreze unele maxime locale.

De exemplu, n cazul sculelor din oel rapid durabilitatea scade n cazul formrii depunerilor pe ti instabile i crete n cazul formrii celor stabile. La sculele din carburi metalice exist un domeniu de viteze n care exist o abatere de la monotonie. Creterea durabilitii se explic prin formarea local a unui strat protector de natur nemetalic (n urma oxidrii sculelor cu coninut ridicat de carbur de titan), care protejeaz la uzur, dar oxidarea prea puternic duce la o scdere marcat a durabilitii sculei.

Pentru eliminarea incertitudinilor date de lrgimea prea mare a domeniului de variaie se recomand divizarea acestuia pe domenii mai mici, mrind n acest fel precizia determinrilor.

Fig.14.16 Curbele T-v pe domeniu larg

Fig.14.15 Curbe teoretice i reale

Metoda este greoaie i nu aduce beneficii importante. O alt metod const n a stabili pe cale experimental o durabilitate pentru diferite perechi de materiale scul - pies pentru domeniile reale de viteze i exprimarea curbei prin relaii matematice. Dintre relaiile neliniare se remarc modelul Konig Depiereux, [7] care aproximeaz cu mare precizie dependena T - v . In tabelul 14.1 se prezint cteva modele ale durabilitii .


276

Tabelul 14.1

Nr. crt.

Autor

Modelul matematic

1

Wallichs -Hunger

VB = C J0.5

2

Gilbert

v Tm = C / sp t q

3

Colding

0=lnT lnsa+lnT lnva+lns lnva +)(lnTa+

+)(lnsa+lnsa+)vln(a+lnva+a

9872

6

254

2321

4

Konig - Depiereux

e=T C+snis-v

mkv- nm

5

Degenhard

0 VB = VB u0 v

6

Kronenberg

C = T)k + (v vu

7

Safonov

Ca = T vb

8

Temcin v+C

a = T b

9

Granovski

eva = T vb

10

Florek

E = eT ov

11

Bali

C+vva = T b

12

Oprean-Marinescu

-

21-exp

2pC = VB

2

2

14.4.4 Calculul uzurii i al durabilitii sculei n cazul exploatrii acesteia

n regim variabil, [4] In majoritatea cazurilor practice la prelucrarea prin achiere scula lucreaz

n condiii variabile pn n momentul atingerii uzurii limit, deci pn la atingerea durabilitii T. Considernd:

kvkvbv C v= (14.17)

i presupunnd legea de variaie a vitezei de achiere v = v(J), unde J reprezint


277

timpul n minute, dup scurgerea unui anumit timp uzura poate fi exprimat prin relaia:

VBVB = v( )dC (14.18) Inlocuind n relaia:

vkvkvkvk uzyxvkkv vftCv = (14.19)

uzura limit VBlim i respectiv n locul lui J valoarea T a sculei i avnd n vedere i relaia:

limT

VB

VB = CC

(14.20)

se obine relaia ce permite calculul durabilitii sculei pentru condiii variabile de achiere:

kT = d[v( )]C (14.21)

Aceeai valoare a uzurii limit poate fi atins n acelai timp T, achiind cu o vitez echivalent de achiere:

d])[v( = vT = C kkechT (14.22) din care rezult valoarea vitezei echivalente:

]d])[v(T1[ = v k

k1

ech (14.23)

In cazul variaiei n trepte a vitezei de achiere conform figurii 14.17, care este reprezentarea fizic a strunjirii unui arbore in trepte cu turaie constant, viteza de achiere va avea valori diferite i lund pentru simplificare numai dou trepte

cu D1 i D2 , va rezulta v1 i v2 , deci i vk1 i vk2. Considernd drumuri scurte de achiere se poate admite c uzura este liniar, caz n care vom avea :

Fig.14.17 Diagrama uzur-timp la prelucrarea n trepte

1k1k

vkvk1

V = vC = 1v (14.24)

i similar pentru vvk2 , unde Vk1 i Vk2 reprezint uzura pentru timpii efectivi de achiere J1 i J2. Se introduce noiunea de vitez echivalenta de achiere n aa fel nct:


278

vC = v kechvkechvk, (14.25) iar n cazul concret se poate considera c suma uzurilor pe cele dou diametre prelucrate se poate scrie ca:

)+(v=v+V=v+v 21ech22vk11vk2k1k (14.26) respectiv,

)+( v C = v C+v C 21kechvkk2vkk1vk (14.27)

Imprind aceast relaie cu Cvk ( J1 + J2 ) se obine:

21

1k2

21

1k1

kech +

v + + v = v (14.28)

Notnd pentru cazul general 8i = Ji / E Ji , viteza echivalent de achiere pentru un arbore avnd un numr oarecare de trepte, va fi dat de relaia:

v = v kiikech (14.29)

Inlocuind n relaia de mai sus expresia vitezei de achiere se ajunge la relaia:

)D( = D kiikech (14.30)

unde Dech reprezint diametrul unei piese imaginare pe care achiind-o ar rezulta o uzura egal cu cea a arborelui n trepte real. Piesa astfel obinut se numete pies echivalent. BIBLIOGRAFIE Armarego, E.I.A. i Brown, R.H. The Machining of Metals, Prentice Hall Englewood Cliffs, New Jersey, 1969. 1. Betz,P., Schafer, W. Zur problematik der Verschleisserfassung an Zerspanungswerkzeugen.

In CIRP Berichte, vol.22, nr.1, 1973. 2. Boothroyd, G. Fundamental of Machining Metals and Machine tools. International students

edition, Tokyo,McGraw-Hill, Kogakusa, Ltd.1985. 3. Deacu, L. Kerekes, L., Julean, D., Crean, M. Bazele achierii i generrii suprafeelor,

Univ. Tehnic, Cluj-Napoca, 1992. 4. Drghici, G. Tehnologia construciilor de maini. Bucureti, Ed. Didactic i pedagogic,

1977. 5. Dumitra, G., Militaru, C. Achierea metalelor i fiabilitatea sculelor achietoare.

Bucureti, Ed. Tehnic, 1983. 6. Konig, W., .a. Schnittwerte an spezifische Bearbeitungsaufgaben anpassen. Industrie

Anzeiger, nr.84, 1983.


279

7. Lzrescu,I. Achiere i scule achietoare. Bucureti, Ed. didactic i pedagogica, 1976. 8. Lzrescu,I. Teoria achierii metalelor i proiectarea sculelor. Bucureti, Ed.didactic i

pedagogic, 1964. 9. Micheletti, G.F., Boer, C. A statistical model of Taylor equation. In: Annals of the CIRP,

vol.22, nr.1, 1973. 10. Oancea, N. Bazele aschierii i generarii suprafeelor. Rotaprint, Universitatea Galai, 1978. 11. Opitz, H. Moderne produktionstechnic. Stand und Tendenzen. Essen, Verlag W. Girardet,

1971. 12. Oprean,A. .a. Bazele achierii i generrii suprafeelor. Bucureti, Ed. didactic i

pedagogic, 1981. 13. Popescu, I. Optimizarea procesului de achiere. Craiova, Ed. Scrisul romnesc, 1987. 14. Sen, G.C. i Bhattacharyya, A. Principles of cutting Metals. Calcutta, New Central Book

Agency 8/1 Chintamoni, Das Lane, 1970. 15. teiu G., Lazrescu, I., Oprean,C. i Steiu M. Teoria i practica sculelor achietoare.

Vol.I, II, III, Sibiu, Editura Universitii, 1994. 16. Taylor, F.W. On the Art of Cutting Metals. In: Trans.ASME, vol.28, 1907. 17. Taylor, F.W., Wallichs, A. Uber Dreharbeit und Werkzeugsthale, Berlin Springer, 1917.

Documents

Filehost_14.Uzura Si Durabilitatea Sculei