AlSi9Cu3 cu ajutorul unei freze de finisare [611354]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA
Facultatea de Inginerie Manageriala si Tehnologica

PROIECT
Tehnologia de prelucrare a unui material
AlSi9Cu3 cu ajutorul unei freze de finisare

Profesor: Masterand: [anonimizat].dr. ing. Baban Marius Feric Cristian -Simion
An I – CFMAC GR: 1141

2019 -2020

Titlul proiectului
Tehnologia de prelucrare a unui material AlSi9Cu3 cu
ajutorul unei freze de finisare

Disciplina:
Tehnici avansate de fiabilitate si mentenanta

Introducere.

Metalele și aliajele neferoase reprezintă una dintre cele mai importante grupe de materiale
utilizate de om din cele mai vechi timpuri și cu perspective de creștere a importantei lor în viitor.
În afara materialelor neferoase clasice, unele domenii de vârf ale tehnicii, precum: tehnica
aerospatială, tehnica nucleară, electrotehnica, electronica, energetica etc., solicită materiale și
aliaje cu proprietăti deosebite prec um: supraconductibilitate, superplasticitate, refractaritate,
rezistentă mărită la coroziune, memoria formei, rezistente mecanice de exceptie, magnetism,
rezistivitate etc.
Pentru a fabrica produsele metalurgice solicitate de noile industrii sunt necesare
tehnologii și instalatii moderne, precum și specialiști cu o înaltă pregătire teortică și practică.
Metalele și aliajele neferoase reprezintă o categorie importantă de materiale ce sunt utilizate în
multe domenii ale tehnicii datorită unor caracteristici s pecifice ca: rezistenta la actiunea corozivă
a anumitor medii, proprietăti deosebite de plasticitate, elasticitate și prelucrabilitate, variatie sau
constantă dimensională, capacitate de amortizare a șocurilor etc.
Frezarea pieselor de aluminiu din industr ia auto este un proces de prelucrare prin așchiere,
al cărui scop principal este de a îndepărta volume ridicate de material. Este, în esență, frezare de
eboș. Piesele, prelucrate ulterior prin operații de semifinisare/finisare, sunt de obicei caracterizate
prin lățimi foarte reduse ale pereților și suprafețe de bază subțiri. Aceste caracteristici duc la
rigiditate foarte scăzută.
Aliajul de aluminiu este un material cu prelucrabilitate relativ bună. Multe dintre piesele
component ale aparatelor de zbor au d imensiuni ridicate, cu multe buzunare relativ adânci pentru
ușurare și, prin urmare, îndepărtarea prin așchiere a aproximativ 90% din volumul (inițial) al
semifabricatului, nu reprezintă o surpriză. Sigur, procesul este de multe ori îndelungat, implică
operații de semifinisare și finisare prelungite. În această industrie, foarte populare sunt centrele
verticale cu mese orizontale foarte lungi. În foarte multe situații, această configurație aduce cu sine
și dificultăți serioase de evacuare a așchiilor.

De asemenea, aceste mașini sunt prevăzute cu motoare de puteri mici, cu avansuri limitate
și, în consecință, timpii de prelucrare sunt destul de lungi.
Nu greșim foarte mult dacă afirmăm că, pe aceste mașini, volumele de material îndepărtat
sunt de obicei limi tate la aproximativ 2000 cc/min și, pe de altă parte, operațiile de semifinisare și
finisare sunt mari consumatoare de timp, din cauza avansurilor limitate.
Pentru a reduce costurile prelucrărilor unei piese (CPU), producătorii sunt nevoiți să
mărească rat ele de îndepărtare a materialului în cazul eboșurilor și să amplifice avansurile în cazul
semifinisărilor și al finisărilor. Venind în întâmpinarea producătorilor, constructorii de mașini au
dezvoltat noi mașini în 5 axe, cu turații mult mai ridicate ale a xului principal (30.000 -33.000 rpm),
combinate cu putere amplificată a motorului.
Prima generație de astfel de mașini a fost echipată cu motoare de 60 KW, pentru ca, ulterior,
puterea să fie crescută la 70 KW, iar acum, valorile cuprinse în intervalul (80 -120) KW sunt uzuale.

De asemenea, mașinile actuale în 5 axe sunt prevăzute cu sisteme de răcire prin axul
mașinii, rezultatul fiind răcirea și lubrifierea mult mai eficientă și evacuarea așchiilor mult
îmbunătățită, element vital în prelucrarea buzunarelo r adânci.
Eboșurile efectuate cu turații de aproximativ 30.000 rpm și o putere de 60 KW, în condițiile
de producție optime au ca rezultat o rată de îndepărtare a materialului de aproximativ 4.000 cc/min.

În mod similar, având la dispoziție o putere de80 KW , rata de producere a așchiilor crește
la 5000 cc/min, pentru ca, în cazul mașinilor prevăzute cu ax principal de 120 KW, aproximativ
8000 cc de șpan să poată fi îndepărtați pe o perioadă de un minut.
Continua perfecționare a mașinilor moderne cu 5 axe, cu multiple posibilități de prelucrare
a pus, inevitabil, producătorii de scule în fața unei noi provocări. Aceștia au dezvoltat noi game de
scule avansate, capabile să lucreze în condiții mult mai dure, uneori chiar extreme.

Frezele destinate operațiilor de eboș au de obicei diametrul de 50 mm, iar numărul
plăcuțelor indexa bile este dictat de puterea axului principal:
• Z = 2 – pentru 60 KW
• Z = 3 – pentru 80 KW
• Z = 4 – pentru 120 KW

Odată finalizate operațiile de eboș, utilizarea unor mașini p erformante capabile să realizeze
turații de aproximativ 30.000 rpm, echipate cu comenzi numerice rapide, permit frezelor monobloc
din car bură să fie exploatate la maximum. Astfel, se reduc semnificativ timpii de prelucrare, atât
la semifinisări cât și la finisări.

Frezele monobloc din carbură cu diametrul de 25 mm sunt utilizate în mod frecvent pentru
defini tivarea operațiilor de eboș, de obicei a contururilor, acolo unde freza cu diametrul de 50 mm
utilizată inițial nu a putut fi utilă pentru simplul fa pt că este prea mare.

Studiu de caz.

In continutul acestui proiect voi voprezenta capacitatea de prelucrare a unei freze intr -un
material dat din gama aliajelor feroase pe baza de aluminiu.
În producție, urmărind prelucrarea prin așchiere a diferitelor materiale metalice am
remarcat diferențe marcante în comportare: aluminiul și unele aliaje ale sale ce aveau un
comportament diferit de cel al oțelurilor, așchiile lor erau lungi, se lipeau de tăișul sculelor,
produc tivitatea era scăzută. Aceste fapte m -au determinat să aprofundez problema unei freze și a
unui regim de lucru pentru aluminiu și aliajele sale.
Proprietățile fizice ale unor materiale sunt prezentate/trecute în tabelul 1.

*Oțel carbon de calitate prelucrat la cald, pentru îmbunătățire OLC 60.
**Aliaj Al -Mg-Si AAT/2, turnat în nisip, tratat termic.
***Lemn de brad în construcții, întindere în lungul fibrelor, rezistențe admisibile la
construcții provizorii.

Din tabelul 1 se remar că faptul că aluminiul are rezistența de rupere la tracțiune, duritatea
Brinel, temperatura de topire și densitatea cam 40 % din cea a fierului, însă comparativ cu
lemnul rezistența de rupere și densitatea sunt net superioare. Aluminiul se situează la rezi stență
de rupere și densitate între oțel și lemn. Căldura specifică a aluminiului este aproape dublă față
de cea a fierului.
Acest test se realizeaza pe o masina de frezat vertical Milltap 700 prezentat in figura01.

Figura. 01 Milltap 700

In tabelul 2 se prezinta cateva informatii tehnice legate de aceasta freza verticala cu
comnada numerica.

Tabelul2.
Technical Data MILLTAP 700
Machine typeMILLTAP 700
Work area
Traverse X – / Y- / Z-axis mm 700 / 420 / 380
Distance from table to spindle nose mm 200-580
Rapid traverse (X / Y / Z) m/min 60 / 60 / 60
Cutting feed rate （SIEMENS, HEIDENHAIN) mm/min 60
Maximum feed force X / Y / Z (40 % DC) kN 5 / 5 / 5
Main drive
Spindle speed (Standard) rpm 12,000
Drive power (S6 max. / S1 100 % DC) kW 20 / 4
Torque (S6 max. / S1 100 % DC) Nm 40 / 8
Spindle speed (high torque) rpm 10,000
Drive power (S6 max. / S1 100 % DC) kW 20 / 4
Torque (S6 max. / S1 100 % DC) Nm 40 / 8
Spindle speed (Option) rpm 24,000
Drive power (S6 max. / S1 100 % DC) kW 20 / 4
Torque (S6 max. / S1 100 % DC) Nm 40 / 8
Tool magazine
Number of tools 15/ 25*
Type of toolholder CT30/ BBT30 (BIG+)/ SK30
Maximum tool weight kg 8
Maximum tool length mm 250
Maximum tool diameter mm ø 80
Table configuration
Table dimension mm 840 x 420
Loading height (Upper table edge) mm 750
Table load kg 400
Simultaneous Table
Table diameter mm 200
Table load kg 100
Swivelling range -100°/ +120°
A-axis speed rpm 50
C-axis speed rpm 100
Control
Operate 4.5 on SIEMENS 840D solutionline

In figura 02 se alege modul de cautare in functie de aplicatie.

Figura 02. Figura 03.

In urmatoarea etapa se indica tipul de material, in cazul nostru AlSi9Cu3, figura 03
In continuare se seteaza tipul de masina folosit prezentat in imaginile 04 si 05.

Figura 04 Figura 05
Odata precizat tipul de masina folosit, se trece la indicarea conditiilor de utilizare (fig.06),
aplicatia mi -a prezentat o lista cu sculele recomandate (fig.07).

Figura 06 Figura 07

In partea finala a simularii se prezinta informatii importante aparute in urma introducerii
marimilor de intrare (fig08, fig 09, fig10, fig.11).

Figura 08 Figura 09

Figura 10 Figura 11
In partea a doua al acestui referat am realizat simularea dinamica de frezare folosind un
soft de analiza cu element finit. Ansys este un soft dedicat simularii fenomenelor structurale,
termice, CFD (Computational Fluid Dynamics).
In figura 12 s e prezinta interfata grafica a programului de lucru Ansys 15. Prima etapa a
simularii fenomenului de aschiere este definirea celor doua componente active al acestui proces:
materialul de prelucrat (o piesa prismatica in acest studiu) si scula taietoare (f reza cilindro –
frontala), dupa cum se obseva in figura 13.

Figura12 Figura . 13

Urmatorul pas in parcurgerea simularii este pecizarea elementelor de contact dintre cele
doua entitati, prezentat in figura 14. Mai departe este necesar punctarea elementelor dinamice

precum si precizarea factorilor interni prezenti in timpul procesului de aschiere prezentati in
imaginea urmatoare, 15.

Figura 14 Figura 15

Odata realizate acesti pasi se trece la simularea procesului de aschiere si analizarea
rezultatelor obtinute, comform figurilor 16.si 17.

Figura 16 Figura 17
.

Bibliografie:

https://www.inas.ro/ro/ansys -structural -mechanics