Influenta Regimului de Aschiere Asupra Temperaturii Varfului Sculei la Burghierea Semifabricatelor din Poliamida

1.Introducere

Burghierea este operația tehnologică de prelucrare prin așchiere, care are ca scop obținerea unor găuri (alezaje) în material plin, prelucrarea putând fi executată pe mașini de găurit, mașini de frezat sau strunguri.

Alături de operațiile de burghiere propriu-zise pe mașina de găurit mai pot fi executate operații de centruire, lamare( cu lamator conic, cilindric sau frontal), lărgire, alezare. După burghiere găurile mai pot fi prelucrate prin teșire, lărgire, adâncire sau filetare.

Lărgirea este operația prin care se execută lărgirea unei găuri, date în prealabil prin turnare, forjare, găurire în vederea prelucrării suprafeței cilindrice laterale a găurii la un anumit diametru cu o precizie mai mare.

Lărgirea se poate executa:

prin lărgire cu scule speciale;

prin burghiere cu un diametru corespunzător mai mare;

prin strunjire cu un cuțit de strung, pe strunguri sau pe alte mașini unelte.

Adâncirea este operația prin care se prelucrează suprafețele frontale ale găurilor la o anumită formă și adâncime. Adâncirea este de trei feluri:

adâncire de placare sau lamare;

adâncire conică sau teșire;

adâncire profilată

Adâncirea se execută cu scule numite adâncitoare sau teșitoare. Adâncitoare-lărgitoare sunt folosite dacă simultan cu adâncirea se realizează și o lărgire.

Filetarea suprafețelor este operația tehnologică de prelucrare prin așchiere a suprafețelor interioare sau exterioare, cu ajutorul unor scule așchietoare denumite tarozi și filiere.

Mașinile de găurit sunt mașini-unelte pe care se execută operațiile tehnologice de găurire (burghiere), lărgire, alezare si filetare, care pot fi portabile (cu acționare manuală, electrică sau pneumatică) sau stabile.

Mașinile de găurit stabile se clasifică astfel:

după poziția arborelui principal: mașini de găurit verticale și orizontale;

după construcție și domeniu de utilizare: mașini de găurit de banc, cu coloană, cu montant, radiale, multiax, de găurit și alezat orizontale și în coordonate.

Burghiele se confecționează din oțel rapid și se durifică aplicând tratamentul termic de călire, urmat de tratamentul termic de revenire joasă.

Burghiele utilizate pentru prelucrarea lemnului pot fi utilizate si pnetru prelucrarea poliamidei și se confecționează din oțel de scule sau din oțel slab aliat.

Clasificarea burghielor:

după forma suprafeței de înfășurare:

-burghie cilindrice;

-burghie late (zencuitoare).

după lungime:

-scurte;

-normale;

-lungi.

după forma cozii:

-cu coadă cilindrică;

-cu coadă conică.

Materialele din polimeri sunt materiale în alcătuirea cărora intră polimerii și diferite adaosuri cu un rol bine determinat.

Polimerii sunt substanțe moleculare care pot fi de natură: anorganică, organică sau mixtă.

În industria materialelor de construcții se folosesc polimeri organici și mixti, deoarece în cursul fabricației numai aceștia trec printr-o fază plastică care ușurează prelucrarea lor. De aceea aceste materiale polimere se numesc și „mase plastice“ (denumire improprie, deoarece la materialele din polimeri utilizate în construcții nu plasticitatea constituie caracteristica fundamentală ci elasticitatea, flexibilitatea și rigiditatea lor, în funcție de domeniul de utilizare).

În funcție de proprietățile materialelor din polimeri, aceștia se pot împărți în:

elastomeri – formați din moleculele monodimensionale și caracterizați prin elasticitate mare;

plastomeri termoplastici – alcătuiți din macromolecule bidimensionale și care își măresc reversibil plasticitatea la încălzire;

plastomeri termoreactivi – alcătuiți din macromolecule bidimensionale dar care prin procesul de încălzire trec la structuri tridimensionale și devin rigizi.

Proprietățile fizico-chimice depind de:

compoziție;

structură;

grad de polimerizare;

orientarea macromoleculelor.

De aceea, unele din aceste proprietăți variază în limite foarte largi. Astfel:

densitatea aparentă poate fi cuprinsă între 15 și 2000 kg/m3;

conductivitatea termică este în general redusă, ceea ce determină folosirea lor la executarea termoizolațiilor.

Dezavantajele materialelor din polimeri:

stabilitate termică redusă;

coeficient de dilatare termică ridicat (de circa 2-15 ori mai mare decât al oțelului: 25·10-6-125·10-6);

îmbătrânire în timp – se manifestă prin pierderea elasticității și plasticității.

Rezistențele mecanice sunt dependente de tăria legăturilor din interiorul catenelor moleculare și dintre catene, dar mai ales de gradul de polimerizare sau de policondensare.

De regulă rezistențele mecanice ale maselor plastice sunt de același ordin de mărime ca rezistențele materialelor de construcții obișnuite; la unele, rezistențele de compresiune și tracțiune sunt asemănătoare cu ale metalelor (bronz, fontă și chiar oțeluri).

Majoritatea acestor materiale au o rezistență marită la șoc, o rezistență la uzură considerabilă și o durabilitate apreciabilă, dacă sunt folosite în mod potrivit. Pot lua ușor forma dorită prin diferitele moduri de prelucrare. Nu necesită nici un fel de prelucrare la utilizarea în construcții. Utilizarea și curățirea se fac ușor.

Colorarea, eventual în mai multe culori, se poate face fie în masa materialului, fie la suprafața lui, în așa fel încât materialul nu se decolorează. Aceste materiale sunt impermeabile la apă și sunt rezistente la acțiunea substanțelor chimice.

Au bune proprietăți de izolare electrică.

Dezavantajele materialelor din polimeri:

nu sunt rezistente la temperaturi înalte, temperatura de înmuiere aflându-se între 50°C și 100°C;

coeficientul de dilatare termică este de 2-8 ori mai mare decât al materialelor obișnuite de construcții.

Pentru a conferi materialelor din polimeri anumite caracteristici, la obținerea lor se folosesc diferite adaosuri. După efectul produs în produsul finit, adaosurile se clasifică în plastifianți și stabilizatori(antioxidanți).

Plastifianții – au rolul de a mări elasticitatea, plasticitatea și rezistența la șoc a polimerului, precum și de a conserva proprietățile lui fizico-mecanice, într-un interval mai mare de temperatură; ca plastifianți se utilizează substanțe cu molecule mai mici decât macromoleculele polimerului .

Acțiunea plastifianților se explică prin intercalarea lor între macromoleculele polimerului, provocând deformarea sau îndepărtarea acestora (funcție de cantitatea fabricată). În primul caz se îmbunătățește elasticitatea, iar în al doilea plasticitatea polimerului.

Stabilizatorii sau antioxidanții– sunt adaosuri care întârzie procesul de îmbătrânire în timp a polimerilor.

Acțiunea stabilizatorilor este diferită funcție de natura lor chimică (împiedică difuziunea oxigenului, absorb radiațiile care accelerează oxidarea sau reacționează mai ușor cu oxigenul decât polimerul).

Poliamida este un produs macromolecular obținut prin policondensarea acizilor dicarboxilici cu diamine, a aminoacizilor între ei și prin polimerizarea lactamelor. Se întrebuințează, în special, la fabricarea fibrelor sintetice (ex. nailon, relon etc.). 

În timpul desfășurării procesului de așchiere, o mare parte din lucrul mecanic de deformare se transformă în căldură, la care se mai adaugă și căldura rezultată din frecarea între sculă și așchiere, dintre piesa de prelucrat și scula așchietoare precum și din frecarea internă între elementele componente ale așchiei.

Căldura astfel dezvoltată duce la încălzirea sculei așchietoare, a piesei de prelucrat cât și a așchiilor detașate în timpul prelucrării.

În urma cercetărilor experimentale efectuate s-a ajuns la concluzia că cea mai mare parte din căldura dezvoltată la așchiere (50—80%) trece în așchie și se elimină împreună cu aceasta, restul trece în scula așchietoare și în piesa de prelucrat, iar o cantitate mică se împrăștie în mediul înconjurător. Încălzirea sculei așchietoare este dăunătoare, din cauza reducerii atât a proprietăților tăietoare cât și a rezistenței acesteia .

Căldura produsă la așchiere depinde de natura materialului de prelucrat, de parametri geometrici ai sculei și de regimul de așchiere folosit. Astfel, la metalele mai moi cantitatea de căldură este mai mare însă ea se repartizează în special în așchiile detașate pe cînd la cele mai fragile căldura este transmisă în special sculei producînd încălzirea puternică a acesteia cu toate că în ansamblu căldura dezvoltată este mai mică decît în cazul anterior.

Încălzirea sculei așchietoare este influențată de construcția acesteia. Cantitatea de căldură transmisă sculei și ca urmare temperatura acesteia crește cu scăderea unghiului de degajare și a unghiului de așezare, cu creșterea unghiului de atac principal. De asemenea, temperatura părții active a sculei este influențată de regimul de așchiere și condițiile de lucru. Astfel, cu creșterea vitezei de așchiere temperatura scade, însă crește cu creșterea secțiunii așchiei. In condițiile utilizării lichidelor de răcire și ungere temperatura scade.

Regimul de așchiere reprezintă totalitatea parametrilor ce caracterizează desfășurarea procesului de așchiere. Acești parametri sunt:

viteza de așchiere;

avansul;

adîncimea de așchiere.

Avansul s este spațiul parcurs de scula așchietoare în decursul unei rotații complete a piesei și se măsoară în milimetri pe rotație (mm/rot).

Adîncimea de așchiat t este distanța dintre suprafața de așchiat și suprafața aș-chiată, măsurată în direcția normală pe suprafața prelucrată. Se exprimă în milimetri.

Viteza de așchiere v este spațiul parcurs de tăișul sculei în raport cu piesa de prelucrat, în unitatea de timp, și se măsoară în metri pe minut (m/min).

Stabilirea rațională a acestor parametri ai regimului de așchiere este de mare importanță pentru calitatea pieselor prelucrate, precum și pentru realizarea lor în condiții cît mai avantajoase. Astfel, la prelucrările de degroșare se recomandă ca adîncimea de așchiere și avansul să aibă valori cît mai mari pentru a se înlătura adaosul de prelucrare într-un timp cît mai scurt. In acest caz, valorile maxime se aleg în funcție de puterea mașinii pe care se execută prelucrarea.

La prelucrările de finisare, valorile adîncimii de așchiere se aleg cu cît mai mici pentru a înlătura ultimele neregularități rămase pe suprafața piesei de la prelucrările anterioare. În acest caz avansul se stabilește în funcție de netezimea cerută pentru suprafața ce se prelucrează.

Mărimea vitezei de așchiere se alege în funcție de felul prelucrării, materialul de prelucrat și scula așchietoare din normative.

Înainte de începerea găuririi trebuie să se țină cont de o serie de recomandări. Astfel, centrul găurii ce urmează a fi prelucrată trebuie adâncit (marcat) cu un punctator mare. Atât burghiul cât și piesa se vor fixa în dispozitivele indicate anterior.

O altă problemă principalăcare se pune la operația de găurire este alegerea unui regim de așchiere optim, adică determinarea unei combinații între turația axului principal și avans, care să asigure o productivitate maximă și o calitate superioară a prelucrării.

Turația sculei determină viteza de așchiere va[m/min], această viteză reprezentând spațiul parcurs de punctele exterioare ale muchiei așchietoare a burghiului în unitatea de timp.

Viteza de așchiere aleasă depinde de următorii factori:

calitatea materialului burghiului;

proprietățile materialului prelucrat;

diametrul burghiului (cu cât diametrul este mai mare cu atât viteza de așchiere poate avea valori mai mari);

adâncimea de găurire (la adâncimi de găurire mari așchiile se îndepărtează mai greu motiv pentru care se micșorează viteza de așchiere);

avansul burghiului (este invers proporțional cu viteza de așchiere);

intensitatea de răcire (lichidele de așchiere nu trebuie să cauzeze oxidarea piesei și trebuie să asigure ungerea burghiului).

2.Metode de optimizare a parametrilor procesului de așchiere

Pentru ca procesul de așchiere să fie realizat în condiții de stabilitate iar productivitatea, costurile, precizia prelucrării, consumul de scule și energia să aibă valorile prescrise, se recomandă realizarea unor optimizări.

Din consultarea manualelor de specialitate a rezultat existența unor neconcordanțe între modelele dezvoltate pentru determinarea valorilor optime pentru diversele mărimi, în urma acestei analize au rezultat o serie de elemente care justifică necesitatea perfecționării modului de determinare a parametrilor procesului de așchiere.

Majoritatea metodelor utilizate au în vedere doar un singur criteriu de optimizare, cele mai multe dintre aceste probleme fiind acreditate optimizării regimului de așchiere.

Optimizarea clasică a parametrilor regimului de așchiere se rezumă la rezolvarea unui model matematic, format dintr-o singură relație care exprimă un criteriu în funcție de care se urmărește realizarea optimizării.

Manualele mai vechi propuneau inițial o optimizare a geometriei sculei și apoi a parametrilor regimului de așchiere, considerându-se ca parametrii geometrici sunt constanți, neținându-se seama de influențele cumulate ale parametrilor geometrici și ai parametrilor regimului de așchiere asupra procesului de așchiere.

Analiza valorilor constantelor, exponenților sau a coeficienților de corecție care se regăsesc în diversele modele propuse relevă fie existența unor diferențe mari de la un model la altul fie domeniul de valori recomandat este foarte larg.

Unele relații cuprind în structură contribuția mai multor factori de influență cele mai comune elemente fiind:

viteza de aschiere

avansul de aschiere

Cercetările desfășurate de-a lungul timpului duc la concluzia că toți parametrii afectează mai mult sau mai puțin criteriile de optimizare.

Se prezintă în continuare o serie de rezultate privind modul de influență exercitat de parametrii procesului de așchiere, materialul prelucrat, regimul de așchiere, parametrii geometrici (,,,k) raza la vârf rε, raza de bontire ρ, lichidele de așchiere (LRU), materialul părții așchietoare asupra criteriilor de optimizare.

Cunoașterea sensului și nivelului de influență al parametrilor procesului de așchiere asupra criteriilor de optimizare este necesară pentru stabilirea ulterioară a ponderii acestora în vederea elaborării și dezvoltării unei metodologii de optimizare.

Scopul așchierii este acela de a genera suprafețe în conformitate cu cerințele de calitate și precizie prevăzute de proiectant pe desenul de execuție al piesei, în condiții de productivitate maximă și preț de cost minim.

Rugozitatea ca factor ce caracterizează calitatea suprafeței este determinată de parametrii regimului de așchiere, de geometria sculei așchietoare, de natura materialului de prelucrat, de rigiditatea sistemului tehnologic, prezența/absența LRU.

Influența materialului de prelucrat asupra rugozității este deosebit de complexă.

Factorul care influențează cel mai mult rugozitatea și precizia dimensională a suprafețelor este viteza de așchiere v.

Cercetările experimentale efectuate au dus la concluzia că la viteza de 20-30 m/min valoarea rugozității capătă o valoare maximă, după care mărirea vitezei de așchiere duce la scăderea din nou a rugozității, datorită scăderii depunerilor pe tăiș.

În ceea ce privește influența avansului de așchiere asupra rugozității suprafeței prelucrate cercetările experimentale efectuate au dus la concluzia că prin mărirea acestuia se mărește și valoarea rugozității. De la 0,8 mm/rot la 1,2 mm/rot înălțimea asperităților se mărește într-o măsură mai mică decât la mărirea avansului de la 0,4 la 0,8. La avansuri mici s<0,1 mm/rot rugozitatea variază foarte puțin prin variația avansului. Această influență este impusă și de valorile vitezei principale de aschiere. Din figură reiese că rugozitățile mai mici se obțin la viteze mari și avansuri mici. Până la valori de 0,45-0,6 avansul influențează asupra rugozității cu intensități mai mici și variabile. în domeniul valorilor mari influența asupra rugozității este constantă și mai mare.

Creșterea unghiului de așezare îmbunătățește ușor calitatea suprafeței prelucrate, ca urmare a diminuării suprafeței de contact dintre suprafața de așezare a sculei așchietoare și piesa de prelucrat ceea ce determină reducerea fenomenelor de frecare, deci o uzură mai redusă a tăișului sculei.

În general s-a constatat o îmbunătățire a calității suprafeței prelucrate odată cu creșterea unghiului de înclinare al tăișului activ . Această îmbunătățire se explică prin faptului că unghiul de înclinare determină în mare măsură și direcția de degajare a așchiilor. La valori negative ale unghiului de înclinare așchia se degajă spre suprafața așchiată, înrăutățindu-i calitatea, la valori nule așchia se degajă într-un plan normal la tăișul aparent, iar la valori pozitive, așchia se degajă spre suprafața de așchiat, evitându-se pericolul zgârierii suprafeței așchiate.

Cercetările experimentale demonstrează că asupra intensității uzurii și durabilității sculei așchietoare acționează mai mulți factori printre care se pot menționa următorii:

caracteristicile materialului prelucrat

caracteristicile materialului sculei

valorile parametrilor geometrici ai sculelor

parametrii regimului de așchiere

temperatura tăișului

lichidele de răcire și ungere.

Principalele cauze ale uzurii sunt forțele de așchiere și de frecare, căldura de așchiere, șocurile de contact dintre sculă și piesă precum și vibrațiile. La optimizarea parametrilor procesului de așchiere se impun următoarele corespondențe: durabilitate și uzură admise, durabilitate și uzură optime.

Uzura și durabilitatea sculei așchietoare este influențată de materialul prelucrat, prin intermediul forțelor de așchiere și de frecare și prin temperatura dintelui așchietor. Acestea cresc odată cu îmbunătățirea proprietăților fizico-mecanice ale materialului în timp ce durabilitatea scade iar intensitatea uzurii crește la creșterea rezistenței sau durității materialului așchiat. Literatura de specialitate prezintă un caracter complex și aleatoriu a influenței materialului așchiat asupra durabilității sculei.

Viteza de așchiere are o influență mare asupra durabilității, dar diferită pe cele trei domenii de valori v<50 m/min, 50 < v <500 m/min și v > 500 m/min, deoarece deformațiile plastice, frecările dintre elementele aflate în contact și mărimea depunerilor pe fețele active, se modifică diferit pe aceste domenii de valori posibile ale vitezei principale de așchiere.În domeniul vitezelor mici se manifestă influența vitezei principale de așchiere prin intermediul depunerii pe tăiș și a forțelor de frecare iar în domeniul v>50 m/min se manifestă influența prin temperatura dintelui așchietor și prin coeficienții de frecare.

Adâncimea de așchiere influențează mai puțin asupra uzurii și durabilității sculei. Prin creșterea adâncimii de așchiere crește lungimea tăișului activ și deci cresc lungimile feței de uzură și craterului de uzură, scade durabilitatea.

Unghiul de așezare a influențează mai puțin asupra intensității uzurii și durabilității sculei. Creșterea acestui unghi duce la micșorarea suprafeței de contact dintre fața de așezare și suprafața prelucrată (chiar și în cazul unei aceleiași reveniri elastice a suprafeței prelucrate), la micșorarea forței normale pe suprafața de contact, la micșorarea forței de frecare, deci la mărirea durabilității. Acest efect pozitiv este contracarat în cazul creșterii exagerate a unghiului de așezare de efectul negativ al scăderii masei părții așchietoare, a unghiului de ascuțire și deci a capacității de evacuare a căldurii din zona de așchiere.

Unghiul de așezare α, are o influență deosebită și asupra mărimii avansului de așchiere. Prin creșterea avansului, scade atât durabilitatea maximă admisă cât și valoarea unghiului a la care se obține. Aceste elemente mai sunt influențate și de viteza principală de așchiere, unghiul de degajare și duritatea materialului așchiat.

Unghiul de atac principal k al tăișului are o influență relativ mare și negativă asupra durabilității. La creșterea acestuia are loc o mărire a grosimii așchiei (a = sin k), iar masa dintelui așchietor, care preia căldura de așchiere, se reduce simțitor cu efect direct asupra creșterii uzurii fețelor active, respectiv scaderii durabilității T.

Raza de racordare r din vârful dintelui așchietor are un rol important în realizarea durabilității. Creșterea razei duce la mărirea porțiunii curbilinii a tăișului deci la mărirea durabilității.

Influența razei de bontire ρ a tăișului activ asupra durabilității este dată de capacitatea de tăiere deformare a tăișului și de masa care preia căldura de așchiere. Influența masei dintelui așchietor este mai mare și ca urmare durabilitatea sculei crește.

Mediul de așchiere influențează uzura și durabilitatea sculei așchietoare prin proprietățile sale. Efectul de ungere și răcire al mediului de așchiere micșorează forțele de frecare și temperatura de așchiere, asigurând o evoluție mai lentă a uzurii deci o durabilitate mai mare. Conducerea combinată a lichidului de așchiere în vecinătatea tăișului activ determină amplificarea efectului de răcire de câteva ori. Viteza de așchiere admisă poate crește cu 40-50% dacă mediul de așchiere se folosește la o temperatură de 2°C.

Materialul așchietor are o influență destul de mare asupra durabilității prin proprietățile sale de bază (duritate și termostabilitate) care asigură un domeniu de valori pentru durabilitatea T și care între anumite limite poate deveni optimă prin modificarea corespunzătoare a celorlalți parametri ai procesului de așchiere.

Deoarece temperatura dintelui așchietor influențează direct capacitatea de aschiere și pentru că valorile acestei temperaturi sunt apropiate de cele ale temperaturii așchiei se impune ca optimizarea așchierii să se realizeze în raport cu nivelul de temperatură admis de dintele așchietor.

Temperatura dintelui așchietor depinde de majoritatea parametrilor procesului de aschiere, respectiv materialul piesei, materialul tăișului, geometria constructivă și activă a tăișului, parametrii regimului de aschiere, condițiile de răcire și ungere motiv pentru care nu s-a reușit până în prezent stabilirea unui model matematic complet, cu ajutorul căreia să se poată stabili corect temperatura într-un punct oarecare al tăișului.

Având o influență foarte mare asupra durabilității sculei așchietoare și preciziei și calității suprafeței prelucrate în cele ce urmează vor fi studiate influențele pe care le au parametrii condițiilor de aschiere asupra temperaturii tăișului.

Influența materialului piesei este dată de proprietățile fizice ale acestuia, rezistența la rupere Rm (materialele tenace) respectiv duritatea HB (materiale fragile), proprietăți care caracterizează complet un material supus prelucrării prin aschiere.

La așchierea oțelurilor se dezvoltă o cantitate de căldură Q mai mare decât la așchierea fontelor. în același timp, temperatura dintelui așchietor este mai mare la așchierea materialelor fragile, de tipul fontei. Acest fapt se explică prin natura contactului sculă-piesă-așchii și prin raportul în care se află conductibilitatea termică a elementelor care participă la aschiere.

Experimental s-a stabilit o funcție de variație temperaturii de forma în care exponentul xi capătă valori cuprinse între 0,28 < S < 0,35.mm/rot.,

Viteza principală de aschiere manifestă o influență puternică asupra temperaturii. O dată cu creșterea vitezei, temperatura dintelui așchietor crește, însă în domeniul vitezelor mari v>800 m/min această creștere a temperaturii t0 se reduce conform figurii. La viteze v>100 m/min, gradientul de încălzire scade pentru toate cele trei elemente.

Avansul de așchiere influențează temperatura dintelui așchietor prin intermediul forțelor de așchiere și al încărcării termice a dintelui.

Din datele obținute pe cale experimentala, la încercarea de așchiere a oțelurilor carbon de calitate și aliate, a rezultat că influența avansului este mai mare decât influența vitezei principale asupra temperaturii dintelui așchietor.

Adâncimea de așchiere influențează foarte puțin variația de temperatură, deoarece simultan cu influența prin intermediul forțelor de așchiere are loc diminuarea încărcării termice a dintelui.

Creșterea unghiului de degajare determină scăderea deformații lor plastice, a forțelor de așchiere, scăderea căldurii de așchiere Q și deci a temperaturii dintelui așchietor. Această scădere este mai pronunțată în domeniul unghiurilor de degajare/de așchiere, = 0° -15° (= 90° -75°), depinzând și de valorile vitezei principale de așchiere.

Creșterea exagerată a unghiului de degajare, determină micșorarea volumului tăișului/masa dintelui așchietor, care duce la micșorarea pronunțată a capacității termice a acestuia și în final determină creșterea temperaturii dintelui așchietor. Acest fenomen este mai puțin pronunțat la viteze de așchiere mari.

Pentru viteze v>80 m/min, în lipsa depunerii pe tăiș, temperatura dintelui așchietor variază mai mult în domeniul unghiurilor de degajare negative decât în domeniul valorilor pozitive.

La v=15 m/min minimul de temperatură se obține la ;e=150 și 8=75°, iar pentru v = 30 m/min la γ =30° și γ =60°.

Unghiul de așezare α influențează temperatura dintelui așchietor prin mărimea suprafeței de contact sculă-piesă. Prin creșterea unghiului α temperatura scade, până la >opt când temperatura începe să crească, urmare a reducerii capacității de evacuare a căldurii prin scăderea masei dintelui. Ponderea acestei influențe este mai redusă comparativ cu cea a unghiului de degajare.

Influența unghiului de atac k al tăișului activ asupra temperaturii dintelui așchietor este determinată de mărimea deformațiilor plastice, prin forma secțiunii transversale a așchiei, prin aria suprafeței de degajare, prin masa dintelui așchietor.

Unghiul de înclinare a tăișului λ, influențează temperatura dintelui așchietor în același sens ca unghiul de degajare.

La creșterea razei r a vârfului dintelui așchietor, cresc forțele de așchiere, dar și masa dintelui care preia această căldură. Influența prin masa dintelui este mai mare și ca urmare temperatura dintelui așchietor scade ușor odată cu creșterea razei r. Pentru r < 3 mm această influență poate fi neglijată. La viteze mai mari de așchiere odată cu creșterea razei r gradientul de scădere a temperaturii este mai mic, deoarece crește viteza de deplasare a așchiilor pe suprafața de degajare.

Raza de ascutire ρ influențează în același mod asupra temperaturii dintelui așchietor ca și raza la vârf rε.

Mediul de aschiere influențează temperatura dintelui așchietor prin proprietățile sale de răcire, ungere și prin modul în care este condus în vecinătatea tăișului activ.

Utilizarea apei la aflată la temperatura de 20° asigură micșorarea temperaturii din procesul de așchiere, cu aproximativ 100°-200° față de cazul așchierii în aer.

Elemente necesare pentru construirea unui burghiu

Burghiele sunt scule așchietoare utilizate la executarea găurilor din plin, fiind dintre cele mai răspândite scule.

Trebuie privite ca scule de degroșare, in ciuda faptului că găurile burghiate pot fi considerate suficient de precise, astfel încât efectuarea unor prelucrări ulterioare nu este necesară. Se construiesc, de regulă, cu două tăișuri, aflate permanent în contact cu materialul prelucrat în timpul așchierii.

Burghiele se pot clasifica după construcție și după execuție. În acest sens, în funcție de construcție, se disting următoarele categorii principale de burghie:

Burghie cu canale elicoidale,

Burghie cu canale drepte,

Burghie late, monobloc sau cu lamă demontabilă,

Burghie de centruire;

Burghie pentru găuri adânci.

Burghiele elicoidale sunt unele dintre cele mai frecvent utilizate atât datorită unei geometrii mai convenabile a părții așchietoare, cât și datorită unei precizii sporite a prelucrării și durabilității totale ridicate, ca urmare a unui număr mare de reascuțiri posibile.

Burghiele cu canale drepte reprezintă o soluție constructivă mai simplă, dar ridică o serie de probleme în ceea ce privește evacuarea așchiilor, mai ales în cazul burghierii în poziție verticală sau a prelucrării găurilor de adâncime relativ ridicată.

Burghiele late sunt cele mai simple sub aspect constructiv, însă, o serie de dezavantaje legate de durabilitate și de precizia prelucrării le fac să fie mai puțin utilizate. Sunt folosite, in principiu, sub formă de burghie lamă, în componența unor scule combinate, pentru prelucrarea alezajelor, având partea așchietoare fixată mecanic.

Burghiele de centruire au un domeniu specific de fabricație și utilizare, având caracteristici constructive deosebite.

În ceea ce privește burghiele pentru găuri adânci, acestea reperezintă construcții speciale, cu unul sau mai mulți dinți, asimetrici, dar cu proprietăți autocentrante.

După materialul părții așchietoare, există:

Burghie din oțeluri de scule;

Burghie din carburi metalice sinterizate.

Geometria burghielor elicoidale

Elementele caracteristice geometriei burghielor elicoidale

(Fig.4)

Unghiul ω al canalelor elicoidale

Se execută pentru a imprima tăișurilor așchietoare valori pozitive unghiului de degajare, precum și pentru a permite evacuarea ușoară si rapidă a așchiilor rezultate.

Valoarea sa diferă de al un punct la altul de pe tăiș, fiind maximă la exterior și minimă la nivelul

diametrului miezului burghiului,

(1.1)

(1.2)

(1.3)

Unghiul de degajare x

Se măsoară într-un plan paralel cu axa burghiului și care cuprinde direcția mișcării principale de așchiere, este egal cu ω în același punct,

(1.4)

Unghiul de atac K

din triunghiul TMS1,

din triunghiul TM1S ,

raportam ecuatiile,

din triunghiul dreptunghic OQM rezultă relațiile

În final ecuațiile rezultate sunt următoarele:

(1.5)

Rezultă că unghiul de atac scade de la valoarea K la exterior, la o valoare minimă în punctul T1 de intersecție a tăișului principal cu cel transversal, în care rM și KM sunt date de relațiile

(1.6)

(1.7)

Unghiul de înclinare a tăișului

din triunghiul MM1M1′ rezultă relația

din triunghiul MPM1 rezultă relația

În urma celor două relații rezultă următoarea relație:

, iar valoarea unghiului ϕM se obține din triunghiul OQM, conform relației

, unde :

Se poate concluziona expresia finală a unghiului de înclinare a tăișului principal ca fiind :

1.8)

Unghiul de degajare N

Unghiul de degajare normal, N, este legat de paremetrii constructivi prin relația :

(1.9)

de unde rezultă relația

(1.10)

Ținând cont că XM este egal cu unghiul elicei ωM, se deduce ca :

(1.11)

iar

(1.12)

Unghiul de așezare N

Unghiul de așezare αN se obține prin ascuțire, iar legea de variație pe care o primește depinde de tipul suprafeței realizate, suprafață care poate fi:

conică

elicoidală

cilindro-circulară

cilindro-eliptică sau plană

În cazul ascuțirii feței de așezare după o suprafață conică, unghiul α se formează datorită dezaxării axei burghiului față de axa conului imaginar cu valoarea K

Secționând tăișul așchietor cu un plan normal ce trece prin punctul M, va rezulta o elipsă

Axa mare a elipsei este 2a și coincide cu axa conului imaginar Q1 – Q1, iar axa mică 2b. Axa burghiului O – O este deplasată către spate față de axa conului imaginar cu valoarea K, rezultand relatia :

(1.13)

, în care C0 este distanța de la axa conului la tăișul așchietor, iar d0 este diametrul miezului.

Efectuand calculele aferente, rezulta ca unghiul de asezare N se calculeaza dupa formula :

(1.14)

Unghiul de așezare αx, măsurat în plan axial, este dependent de αN și se calculează cu formula următoare :

(1.15)

Acest unghi este important în procesul de așchiere, și drept urmare, în funcție de valoarea sa se determină unghiul de așezare măsurat în plan normal, ce urmează apoi a fi realizat prin ascuțire. În urma trasării curbelor de variație ale unghiurilor constructive ale burghiului elicoidal, se pot trage următoarele concluzii:

unghiul ω de înclinare a canalelor elicoidale scade către axa burghiului și, în consecință, și unghiul x;

unghiul de atac K scade spre miezul burghiului;

unghiul de înclinare λ își păstrează semnul negativ, crescând în valoare absolută către centrul burghiului;

unghiul de degajare N scade spre miezul burghiului, unde capătă valori negative;

unghiul de așezare normal αN primește legea de variație în funcție de metoda de ascuțire; pentru ascuțirea după o suprafață conică, unghiul α crește către axa burghiului, dacă vârful conului imaginar este îndreptat spre vârful burghiului și scade, dacă este îndreptat invers. .

unghiul de așezare al tăișului transversal αt capătă, funcție de procedeul de ascuțire, valori mari, cuprinse între 24° și 40°; valorile mari ale acestui unghi sunt necesare, întrucât, odată cu creșterea unghiului αt, crește corespunzător și unghiul t.

unghiul de degajare t al tăișului transversal, capătă, prin diferite procedee de ascuțire, valori foarte mici (t = -25° ÷ -45° la ascuțirea elicoidală, dublu plană, sau dublu cilindro-eliptică și t = -55° ÷ -67°, la ascuțirea conică, cilindro-circulară sau cilindro-eliptică).

Parametrii geometrici optimi

La stabilirea parametrilor geometrici optimi ai burghielor elicoidale, se procedează după metodologia generală, pornind de la cerințele de bază privind satisfacerea maximală a criteriilor de optimizare (durabilitate, capacitatea de a așchia cu forțe și momente minime, la o precizie și calitate de suprafață impusă), și, ținând cont de particularitățile procesului de burghiere astfel încât atât viteza de așchiere cât și parametrii geometrici constructivi și funcționali sunt variabil pe lungimea tăișului.

Unghiul optim de înclinare al canalelor elicoidale, ω, se stabilește în funcție de diametrul burghiului și de materialul supus prelucrării. Astfel, pentru diametre mari, sunt indicate valori cuprinse între 30° – 35°, la care se obțin așchii spiralate ce se evacuează ușor, iar la diametre mici, din cauza slăbirii dintelui odată cu creșterea unghiului ω, valori cupreinse între 15° – 22°. Pentru diametre medii sunt recomandate valorile cuprinse între 20° – 25°.

Unghiul optim de înclinare al canalelor depinde și de natura materialului de prelucrat; în acest sens, la prelucrarea oțelurilor aliate cu σr = 130 – 150 daN/mm2, a fontelor dure, cu HB = 250 – 350 sau la prelucrarea tablelor, pentru evitarea ruperilor la stăpungerea piesei și întărirea tăișului principal, se recomandă valori optime mici, ω = 10° – 18°. Valorile indicate pentru unghiul de înclinare al elicei reprezintă și unghiul de degajare γx, măsurat la periferia tăișului principal.

Unghiurile de atac 2K ale burghielor elicoidale normale este de 118°; pentru materiale mai dure, peste 75 daN/mm2, acest unghi se alege între 130° și 140°, iar pentru materiale cu duritate mică, de asemenea, 133° – 140°. Aceste indicații nu pot fi generalizate datorită factorilor diferiți care intervin la burghiere.

Pe baza dependenței dintre criteriile de optimalitate și unghiul de la vârf 2K, cât și pe baza experienței de producție, valorile optime ale acestui unghi depind, încea mai mare măsură, de materialul de prelucrat.

Valoarea unghiului la vârf 2K, și legat de aceasta, forma tăișului principal, prezintă o importanță deosebită asupra modului de comportare a sculei în timpul lucrului și anume asupra uzurii și durabilității acesteia.

Tipuri de taisuri :

Tăiș principal rectiliniu, obținut printr-o ascuțire normală;

Tăiș principal cu două valori ale unghiului la vârf, obținut printr-o ascuțire dublă;

Tăiș principal cu trei valori ale unghiului la vârf, obținut printr-o ascuțire triplă;

Tăiș principal curbiliniu.

Tăișul principal rectiliniu prezintă avantajul simplității, dar și dezavantajul unei rezistanțe la uzură și deci durabilității relativ scăzute, ca urmare, în primul rând, a condițiilor înrăutățite de evacuare a căldurii din zona vârfurilor exterioare ale tăișurilor principale, datorate unor unghiuri ε mici, iar în al doilea rând, datorită încărcării energetice unitare maxime în această zonă a tăișului.

Tăișul principal cu două valori ale unghiului la vârf, prezintă un tăiș auxiliar, înclinat cu un unghi 2K0 micșorat, K0 = (0,6 – 0,7)K și o lungime c = 0,5D, asigurând o creștere de până la două ori a durabilității față de cazul tăișului rectiliniu normal, pe de o parte, datorită micșorării compensatoare a grosimii așchiei (a1′ < a1) în zona vitezelor maxime de așchiere, iar pe de altă parte, datorită măririi corespunzătoare a unghiului de vârf a tăișului principal (ε′ > ε) și îmbunătățirii condițiilor de evacuare a căldurii în această zonă.

Tăișul principal cu trei valori ale unghiului de vârf și tăișul curbiliniu prezintă avantaje și mai pronunțate în ce privește rezistența la uzură, durabilitatea și deci productivitatea burghielor elicoidale, dar prezintă unele greutăți de ordin tehnoligic; aceste dificultăți pot fi eliminate prin ascuțiri după procedeul cilindro-eliptic, cu racordarea tăișului principal cu fațeta, printr-o suprafață toroidală eliptică, prin compunerea a numai trei mișcări de lucru.

Forma tăișului principal cu două valori pentru unghiul de atac se recomandă a fi folosită pentru burghie cu diametrul peste 10 mm, de asemenea, și forma cu trei valori ale unghiului de atac. Pentru diametre mai mici de 10 mm, se recomandă forma simplă a tăișului principal.

În ce privește forma curbilinie, se recomandă în cazurile în care se impun condiții speciale cu privire la calitatea suprafeței, iar materialul de prelucrat prezintă proprietăți de prelucrabilitate ridicate.

Unghiul de așezare optim αN, considerat la diametrul exterior al burghiului, este cuprins între 8° și 14°. Valorile mai mari ale unghiului de așezare sunt recomandate pentru burghiele de diametre mai mici, precum și în cazul prelucrării materialelor cu caracteristică plastică și cu o duritate redusă.

Creșterea exagerată a unghiului α, pe lângă faptul că nu antrenează o scădere sensibilă a momentului și forței de burghiere, determină și o micșorare a rezistenței termomecanice a tăișului, cu efect negativ asupra durabilității.

Valorile unghiului αN, considerate în plan normal la tăișul principal, trebuiesc transpuse cu ajutorul relațiilor de dependență în planul secant longitudinal la tăiș, acestea interesând în procesul de așchiere în mod nemijlocit.

Procedeul de ascuțire adoptat trebuie să asigure o creștere accentuată a unghiului de așezare constructiv spre miezul burghiului, în două scopuri de bază:

Realizarea unui unghi de degajare al tăișului transversal cât mai mare, întrucât γt = αt – π/2;

Compensarea, în zona din imediata apropiere a axei burghiului, a deformațiilor cinematice, datorate prezenței componentei axiale a vitezei rezultante și care determină micșorarea substanțială a unghiului de așezare funcțional în raport cu cel constructiv

Unghiul de înclinare optim, ϕ, al tăișului transversal este cuprins în standarde ca având valoarea de 50° ÷ 56°, pentru toate burghiele, indiferent de materialele prelucrate.

După cum a rezultat însă din cercetările privind influența tăișului transversal asupra forței și momentului la burghiere, valoarea optimă medie este de 40° ÷ 45°, ceea ce implică modificarea în procesul de ascuțire a feței de așezare.

Stabilirea elementelor constructive ale burghielor elicoidale

Principalele elemente constructive ale burghielor elicoidale sunt:

diametrul exterior

lungimea părții active

diametrul miezului

lățimea fațetelor laterale

profilul și dimensiunile canalelor pentru evacuarea așchiilor

forma și dimensiunile cozii

Diametrul exterior al burghiului se dimensionează la diametrul nominal al găurii, prevăzând o toleranță în funcție de treapta de precizie aleasă.

a). Diametrul spatelui dinților D0 se stabilește în funcție de diametrul exterior și înălțimea fațetelor elicoidale f: D0 = D – 2f0.

b). Înălțimea fațetelor se alege astfel:

f0 = 0,1D, pentru diametre până la 10 mm;

f0 = (0,09 – 0,08)D, pentru 10 < D < 20 mm;

f0 = (0,08 – 0,07)D, pentru 20 < D < 40 mm;

f0 = (0,07 – 0,06)D, pentru D > 40 mm.

c). Lungimea părții utile a burghiului trebuie să fie mai mare decât adâncimea găurii prelucrate, pentru asigurarea evacuării complete a așchiilor, de regulă cu de două sau trei ori diametrul exterior. În unele situații, se poate admite ca lungimea utilă să fie egală cu (10 – 20)D.

d). Lungimea burghielor elicoidale normale este relativ mare, fapt ce micșorează rigiditatea lor statică și dinamică. Această lungime este impusă de diferite condiții de lucru posibile, asigurând sculei o utilizare universală. Pentru cazuri de exploatare intensivă, în vederea eliminării pericolului ruperii, se folosesc burghie cu lungime redusă, ceea ce mărește randamentul prelucrării, în același timp cu mărirea rigidității lor statice și dinamice.

e). Fațetele elicoidale, caracteristice burghielor cu canale elicoidale, asigură o bună ghidare a sculei în timpul așchierii, stabilitate și o creștere a preciziei de prelucrare.

Lățimea fațetei trebuie aleasă astfel încât să se evite frecările intense cu materialul de prelucrat, fenomen ce poate apare la lățimi mari ale fațetei, dar și presiuni de contact exagerate, cu intensificarea procesului de uzură, în cazul unei lățimi prea mici. Se recomandă f = (0,16 – 2,5) mm, pentru 1 < D < 40 mm.

f). Diametrul miezului burghiului, d0, se stabilește în funcție de diametrul exterior, ca o cotă parte din acesta, fiind mai mare la burghiele cu diametrul mai mic, în scopul măririi rezistenței lor. Se recomandă folosirea următoarelor valori:

d0/D = 0,28 – 0,20, pentru 0,25 < D ≤ 1,25 mm;

d0/D = 0,19 – 0,15, pentru 1,5 < D ≤ 12 mm;

d0/D = 0,145 – 0,175, pentru 13 < D ≤ 80 mm.

g). Pentru o creștere suplimentară a rezistenței mecanice a burghielor, miezul se execută cu o conicitate spre coada sculei, egală cu 1,4 – 1,8 mm, la o lungime de 100 mm.

h). Profilul canalelor pentru cuprinderea și evacuarea așchiilor trebuie să asigure:

rezistență mecanică și rigiditate suficientă

să nu constituie un concentrator de tensiune la operațiile de tratament termic

asigurarea unui volum necesar pentru cuprinderea așchiilor

asigurarea unei forme rectilinii a tăișurilor principale, pentru o valoare determinată a unghiului de atac.

Principalele elemente ale canalelor elicoidale sunt determinate de: diametrul miezului d0, lățimea și adâncimea canalelor, forma și dimensiunile frezei pentru canale, etc.

Determinarea grafică și analitică a profilului frezei este destul de laborioasă, în practică se folosește un sistem de calcul prin coeficienți, prin care se ia în considerare influența diverșilor factori, obținându-se un profil format din arce de cerc și linii drepte, care poate da rezultate practice foarte bune.

În figura următoare se prezintă profilul frezei,

(Fig.11)

Unde :

(1.15)

(1.16)

(1.17)

(1.18)

(1.19)

(1.20)

, iar ,

coeficientul Ck1 = determină influența unghiului K asupra profilului frezei,

coeficientul Cd = ține seama de influența diametrului miezului burghiului,

coeficientul Cf = indică influența exercitată de diametrul frezei asupra profilului acesteia

2K și ω sunt exprimați în grade, iar diametrele în milimetri.

Raza R2 se determină cu relația :

(1.21)

, iar CK2 cu relatia :

(1.22)

Lățimea frezei este dată de relația :

(1.23)

, în care ϕ ≅ 10°.

Înălțimea profilului dintelui este dată de relația :

(1.24)

Muchia spatelui dintelui poate fi numai debavurată sau, pentru o execuție mai îngrijită, rotunjită.

i). Partea de fixare, respectiv coada burghielor poate fi cilindrică, pentru diametre până la 10 – 15 mm și, uneori, prevăzută cu antrenor, iar pentru diametre peste 12 mm, se preferă cozile conice. Alegerea soluției constructive a cozii ține seama de sistemul de fixare disponibil pe mașina-unealtă, și anume, dacă fixarea se face în bucșă elastică sau direct în axul mașinii.

Fz x (D + 0,28 x D0,82)

Proiectarea unui burghiu într-un program de proiectare 3D

Pentru a putea constata și verifica influența regimului de așchiere asupra temperaturii vîrfului sculei la burghierea materialelor din poliamidă este necesară realizarea unui experiment.

In mod tradițional acest experiment se realiza cu ajutorul unui strung sau a unei mașini de găurit, iar nu de multe ori rezultatele obținute nu erau constante din cauza mai multor factori.

În primul rând mașina pe care se realiza această burghiere necesita o pregătire si ajustare îndelungată, în al doilea rând aceste mașini fiind mai vechi aveau abateri destul de mari, care nu puteau fi prezise iar rezultatele obținute depindeau mai mult de aptitudinile operatorului.

Nu de multe ori rezultatele obținute erau diferite, mai ales atunci cand se testa temperatura, care ar fi putut fi influențată chiar și de temperatura ambientală.

Odată cu progresul tehnologic in domeniul prelucrărilor dar și al proiectărilor pe calculator, mulți dintre acești factori au fost eliminați, iar rezultatele obținute au devenit constante.

Unul dintre avantajele obținute în urma progresului tehnologic îl reprezintă Mașina de prelucrare cu comandă numerică(CNC).

Aceste mașini oferă destul de multe avanjate, printre care pot fi enumerate:

Timp mult mai scurt alocat întreținerii

Simplicitatea utilizării

Obținerea de rezultate identice in aceleași condiții

Siguranța sporită a operatorului

Creearea și testarea pieselor in programe 3D înaintea prelucrării efective