SPECIALITATEA TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI [305518]
[anonimizat] A BURGHIELOR RT100HF PENTRU
OBȚINEREA UNOR AȘCHII FAVORABILE
DIE FORSCHUNG EINER STRUKTUR AUF DIE
SPANFLÄCHE DES BOHRERS RT100HF FÜR
DAS ERHALTEN EINER GÜ[anonimizat]: [anonimizat]. ing. [anonimizat]-Bogdan BOZGA
2019
[anonimizat],
LUCRARE DE DIPLOMĂ
Absolvent: (Nume și prenumele)______________________________________________________________
Promoția: _________________
Forma de învățământ: _______________
Tema propusă:______________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Tema a fost propusă de: a) facultate;
societate comercială;
[anonimizat];
alte situații.
Originalitatea temei: a) la prima abordare;
îmbunătățirea soluției existente;
a mai fost dată la examenul de diplomă;
brevet de invenție;
alte situații, ________________________________________________________
Oportunitatea rezolvării temei (cca 20…30 cuvinte) ________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________ Data primirii temei: _______________
Locul de documentare: _______________________________________________________________________
Conducător științific: _________________________________________________________________________
Consultanți: ________________________________________________________________________________
Data susținerii lucrării: _____________
[anonimizat]: [anonimizat]: ______________________________________________________________
Specializarea: ____________________________________________________________
Promoția: _____________
Forma de învățământ: _______________
Tema abordată:_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Concordanța între conținutul lucrării și titlu: a)Foarte Bună; b)Bună; c)Medie; d)Slabă; e)Foarte Slabă;
Corectitudinea soluțiilor: a)Foarte Bună; b)Bună; c)Medie; d)Slabă; e)Foarte Slabă;
Corectitudinea utilizării bibliografiei: a)Foarte Bună; b)Bună; c)Medie; d)Slabă; e)Foarte Slabă;
Ritmicitatea în elaborarea lucrării: a)Foarte Bună; b)Bună; c)Medie; d)Slabă; e)Foarte Slabă;
Nivelul științific al lucrării: a) Înalt; b) Mediu; c) Slab;
Calitatea documentației întocmite: a)Foarte Bună; b)Bună; c)Medie; d)Slabă e)Foarte Slabă;
Execuție practică/sau dezvoltare software: a) Da; b) Nu.
Originalitatea soluțiilor propuse (scurtă descriere de cca 30…50 cuvinte) ____________________________
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Utilizarea tehnicii de calcul, la: a) redactare; b) proiectare; c) total d) alte situații ______________ Aplicabilitatea lucrării în: a) societăți comerciale; b) universități/institute de cercetare; c) nu are aplicabilitate imediată; d) alte situații ________________________________________________ Contribuția absolventului în ansamblul lucrării este de: a) 0-25%; b) 25-50%; c) 50-75%; d) 75-100%.
Decizia conducătorului științific care a analizat lucrarea, este de:a)Acceptare;b)Refacere;c)Respingere.
Conducător științific, ______________________________ Absolvent, ______________________
Data: _________________________ Data: ___________________________
Rezumatul lucrarii
Tema acestui lucrări vine din partea firmei Gühring, care este unul dintre cei mai mari producători de scule așchietoare din lume. Compania a fost fondată în 1898 și în prezent dezvoltă, produce și distribuie produsele, prezenți în 48 de țări.
Această lucrare se axează pe optimizarea geometriri tăișului în cadrul procesului de găurire. De-a lungul timpului geometria burghielor a fost dezvoltată și optimizată, iar în zilele de azi acestea au ajuns la o performanță uimitoare. Totuși prin creșterea alertă a industriei este necesară continuarea cercetărilor pe acest domeniu. Astfel lucrarea aceasta urmărește studii privind aplicarea și adaptarea unor forme, asemănătoare unei spărgătoare de așchii, la un burghiu monoblic. Astfel se pot adapta avantajele oferite de fragmentatoarele de așchii care pănă în prezent sunt aplicate în cazul operațiilor de strunjire, frezare sau eventual la burghie cu placuțe amovibile. Prin acest lucru se poate ajunge la performanțe ridicate și în cazul aplicațiilor unde pănă în prezent au apărut dificultați.
Obiectivul principal al acestei lucrări este proiectarea și studiul unei geometrii noi realizate pe fața de degajare la burghiele din carbura metalica, care se pot executa cu tehnologii inovative. Scopul principal al acestei geometrii, similar spărgătoarelor de așchii, este de a deforma suplimentar așchiile, rezultate din procesul de găurire, astfel încât dimensiunea acestora sa fie cât mai favorabilă. Acest obiectiv este urmărit din mai multe considerente.
Lucrarea în sine cuprinde analiza stadiului actual și metodele actuale cu care se realizează fragmentarea respectiv obținerea unor așchii de forme cat mai favorabile, în diverse aplicații și prin metode. Dintre acestea sunt amintite generalitați despre burghierea cu burghiul elicoidal monobloc și cu placuțe amovibile, găurirea asistată de mișcări oscilatorii, cicluri de găurire adânca prin programul
CNC și forme de spărgătoare de așchii în procesul de strunjire. După această introducerea în domeniile amintite, sunt prezentate variante constructive realizate în programul de proiectare asistată de calculator
Siemens NX. Iar în ultima parte a lucrării variantele constructive modelate sunt supuse unor simulari de AEF unde sunt aproximate forma așchiilor rezultate, repartizarea tensiunilor și repartizarea temperaturii în timpul procesului de găurire. Acesta fiind pe urmă analizată, comparată între ele și cu rezultatele obținute de la burghiul standar, după care este adusă o concluzie clară și concretă.
Inhalt
Einleitung 39
Cap. 1 Ziele der Diplomarbeit 41
Cap. 2 Stand der Technik 43
2.1. Allgemeine Date über das Firma Gühring 43
2.2. Spanendes Verfahrem mit geometrisch bestimmte Schneiden 44
2.3. Werkzeugmaterialien 45
2.3.1. Hartmetale 46
2.4. Beschichtungen 47
2.5. Spanbildung 48
2.5.1. Spanform und Spanarten 48
2.6. Das Bohrenverfahren 50
2.6.1. Der Spiralbohrer 52
2.6.2. Die Geometrie des Spiralbohrers 53
2.6.3. Bohrer mit Wechselschneidplatten 56
2.6.4. Schwingungsunterstützts Bohren 58
2.6.5. Tieflochbohrzyklen durch das CNC-Program 59
2.6.6. Das RT100HF Bohrer 60
2.7. Spanbrecher beim Drehen 61
Cap. 3 Die erste konstruktive Varianten 65
3.1. CAD-Design 65
3.2. Erstellung der erste Varianten 65
3.2.0 Variante standard 66
3.2.1. Variante 1 68
3.2.2. Variante 2 70
3.2.3. Variante 3 72
3.2.4. Variante 4 74
3.2.5. Variante 5 76
3.2.6. Variante 6 78
Cap. 4 Die Ergebnisse von die ersten Varianten 81
4.1. Methodik der Herstellung des Variantens 81
4.2. Methodik der Versuche 81
4.3. Ergebnisse des Simulation von die Standard Variante 82
4.3.1. Ergebnisse des Simulationen von Variante 1 83
4.3.2. Ergebnisse des Simulationen von Variante 2 84
4.3.3. Ergebnisse des Simulationen von Variante 3 85
4.3.4. Ergebnisse des Simulationen von Variante 4 86
4.3.5. Ergebnisse des Simulationen von Variante 5 87
4.3.6. Ergebnisse des Simulationen von Variante 6 88
4.4 Interpretation der Ergebnisse 89
Cap. 5 Die zweite Reihe von konstruktive Varianten 91
5.1. Erstellung der neuer Varianten 91
Cap. 6 Die Ergebnisse von die zweite Reihe von Varianten 103
5.1. Methodik der Versuche 103
5.2.1. Ergebnisse des Simulationen von Variante 6.1 104
5.2.2. Ergebnisse des Simulationen von Variante 7.1 105
5.2.3. Ergebnisse des Simulationen von Variante 7.2 106
5.2.4. Ergebnisse des Simulationen von Variante 8 107
5.2.5. Ergebnisse des Simulationen von Variante 9 108
5.2.6. Ergebnisse des Simulationen von Variante 10 109
5.3. Interpretation der Ergebnisse 110
Cap. 7 Schlussfolgerung 113
Bibliographie 115
Anhang 117
Opis 125
ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT
Einleitung
Die aktuellen Marktanforderungen, die Herstellungskosten zu senken, Steigerung der Produktivität und Verarbeitungskapazität neuer Arten von Werkstoffe, und um eine große Flexibilität zu bieten, sind die Hauptfaktore, welche zur Forschung und Entwicklung der zerspanbaren Vorgänge führen. Diese Anforderungen können nur mit eine ununterbrochene Wachstum der Leistungen in dem Bereich der Werkzeuge und der Werkzeugmaschinen erfühlt werden. Die Entwicklung der Werkzeuge befolg im allgemeinen vier Richtungen: Ausführung von ein Werkzeugsmaterial, Optimierung der Werkzeugsoberfläche an dem aktiven Teil und Erschaffung von neue Beschichtungen, Entwicklung von neue Schneidgeometrien und Vorbereitung der Mikrogeometrie der Schneidkanten.
Diese Bachelorarbeit ist auf die Optimierung der Schneidgeometrie beim Bohrprozess fokussiert. Im Verlauf der Jahre ist die Geometrie des Schneidteils der Bohrers entwickelt und optimiert worden, sodass Heutzutage diese eine erstaunliche Leistung erreicht haben. Obwohl wegen die schnelle Wachstum und Entwicklung der Industrie soll man kontinuierliche Forschungen erfühlen. Deswegen befolgt diese Arbei die Studium, um die Anwendung und Anpassung einer neuen Geometrie, ähnlich einer Spanbrecher, auf die Freifläche einer Vollhartmetalbohrer. Derart kann man die Vorteile eines Spanbrechers, welche bis jetzt nur beim Drehen, Fräsen, oder bei Bohren mit Wechselschneidplaten angewendet wurde, auf ein Vollhartmetalbohrer anpassen. So kann man hohe Leistungen erreichen, auch bei solche Anwendungen, wo bis jetzt Schwierigkeiten vorkommen sind.
Die Studien waren in der Unternehmung der Firma Gühring KG durchgeführt, welche eine der weltführende Hersteller im Bereich der Zerspantechnik ist. Aus wirtschaftlichen Gründen in diese Arbeit sind nur Simulationen mit Hilfe von Programen der finite Elemente durchgeführt. Diese haben den Vorteil, um auf 3D-Werkzeugmodele die Zerspanungsprozess zu simulieren und Ergebnise nahe der Realität wiederzugeben. So sind die Herstellungskosten der Prototypen beseitigt und auch die Durchführungszeite sind reduziert.
In diesem Arbeit kann man die Vorgang der Modelierung von konstruktiven Varianten, Durchführung der finite Elemente-Simulationen und die Analyse und Interpretation der Ergebnise finden.
Ziele der Diplomarbeit
Der Hauptziel dieser Bachlelorarbei ist die Entwurf und Studium einer neuen Geometrie, modeliert auf die Freifläche einer Vollhartmetale Spieralbohrer. Zweck dieser Geometrie, ähnlich mit ein Spanbrecher, ist die zusätzliche Verformung der Späne, sodass diese eine günstigere Form bekommt. Diese Ziele sind wegen mehrere Gründe verfolgt:
durch die Reduzierung der Spängröße, können diese leichter von die Bearbeitungszone ableiten
kleinere Späne ergeben kleinere Prozesskräfte
durch Schaffung von besseren Zerspanungsbedingungen, wird die Werkzeugshaltbarkeit erhöht
damit die Kühlschmierstoff leicht auf die Schneidkante erreicht, um eine effizientere Kühlung schaffen zu können
Späne mit kleinere Größe besetzen auch eine kleinere Volum, so ist es vorteilhafter für die Werkzeugmaschiene und kann man leichter aus dem Spanhalter enfernen.
Das gewählte Werkzeug auf welche die neue Spanbrechergeometrie angepasst wird, ist eine Standardbohrer, aus dem Gühring Katalog von Typ RT100HF. Aus wirtschaftlichen Gründen sind im Rahmen dieser Arbeit auf die neu modelierten Werkzeuggeometrie nur auf Computer durchgeführte Simulationen erledigt.
Allgemeine Daten über das Firma Gühring
Die Unternehmung Gühring ist eine Werkzeughersteller Unternehmung, welche im Jahr 1898 von Gottlieb Gühring, im Albstadt-Ebingen begründet wurde. Das Firma ist heute eine der größten Werkzeughersteller in dem ganzen Welt, welche entwickelt, stellt her und verteilt ihre Produkte, anwessend im 48 Länder, mit zirka 8000 Mittarbeiter. Gühring stellt ihre eigene Hartmetalle, Werkzeugmaschiene her, hat ihre eigene Tehnologie für Beschichtungen, Forschungs- und Entwicklungsabteilung, Abteilungen welche die Qualität im Zerspanen sichern. [www 04]
Im Jahr 2008 eröffnet Gühring ihr Firmasitz im Klausenburg, wo heute vier Abteilungen liegen: OEM (Original Equipment Manufacturing), PKD, Hollfelder und F&E (Forschung und Entwicklung).
Zerspanung mit geometrisch bestimmten Schneiden
Diese Art von Zerspanung gehört nach DIN 8589 zu der Hauptgruppe von Trenen. Mit Hilfe einer Schneide des Werkzeugs werden Materialschichten, im Form von Späne, von der Werkstück entfernt, sodass die Geometrie und Werkstücksoberfläche generiert wird. Bei diese Bearbeitungsart ist die Anzahlt der Schneiden, dessen Geometrie und ihre relative Position im Bezug der Werkstück bekannt. [Klo 08]
Die relative Bewegungen zwischen Werkzeug und Halbfertig definieren schließlich die Endgeometrie des Werkstücks. Auf die Abbildung 2.1 sind die relative Bewegungen während eines Zerspanungsprozess dargestellt. Durch die Zusammenarbeit der beide Geschwindigkeiten, die
Hauptschneidgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit, machen diese es möglich die Materialüberschuss von dem Halbvertige zu entfernen unter form von Späne. [Hei 14]
Abb. 2.1 Die relative Bewegungen während des Zerspanungsprozesses [Hei 14]
Von der Art der Verarbeitung, unterscheidet sich die Geometrie der Schneide abhängig von die Materialkombination von Halbfertig und Werkzeug, Art des Werkzeugs und Prozessparameters. Aber die Summe der drei Winkeln, α Freiwinkel, β Keilwinkel und γ Spanwinkel, ist immer gleich mit 90⁰.
Die Spanfläche ist die Fläche des Werkzeugs, wo die Span fließt und die Freifläche ist die Fläche, welche im Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks steht und diese erzeugt. [Hei 14] Werkzeugmaterialien
Durch Werkzeumaterial versteht man die Basismaterial, aus welche die aktive Teil des Werkzeugs gebildet ist. Die Zusammenstellung dieser Materialien kann in ein sehr breites Bereich variieren, und ihre Eigenschaften unterscheiden sich abhängig von diese. Die Werkzeugmaterialien sollen über die folgende Eigenschaften verfügen:
Erfüllung aller vorher erwähnten Eigenschaften darf die ideale Schneidstoff bedeuten, aber diese kann man nich schaffen. Deswegen, aufgrund der Einsatz von Werkzeug, wird man die Werkstoffmaterial auswählen. Einige Schneidstoffe sind im die Abbildung 2.2 dargestellt, eingeteilt nach die Kriterien Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. [Klo 08] [Ned 17]
Abb. 2.2 Schematische Einteilung der Schneidstoffe nach den Kriterien Zähigkeit und
Verschleißfestigkeit [Ned 17]
Spanbildung
Die Spanbildungsprozess entsteht mit die Eintritt der Werkzeugschneide in die Material des Halbfertig. Die Halbfertige ist erstmal elastisch und danach plastisch verformt. Mit die Überwindung der maximalen zulässige Spannungen des Halbfertige, tritt das Reißen auf. Im diesen Fall entstehen die Späne, welche auf die Spanfläche gleiten.
Spanform und Spanarten
Entlang der Spanbildungsprozess, durch die selben Bearbeitungsbedingungen nur im unterschiedliche Werkstoffe, werden unterschiedliche Spanformen erhalten. Zuerst, die Späne können im vier Hauptkategorien eingeteilt werden, wie auch in die Abbildung 2.3 sehbar ist, wobei
1)Fließspäne, 2) Lamellenspäne, 3) Scherspäne, und 4) Reißspäne ist. [Ned 17]
Abb. 2.3 Spantypen [Ned 17]
Vor allem bei die Zerspanverfahren, wo die Auspuffraum der Späne begrenzt ist, sowie zum Beispiel bei dem Bohrverfahr, hat die Spantyp und Größe eine wichtige Rolle. Zunächst sind die meißt vorkommende Spanarte dargestellt.
Abb. 2.4 Spanformen [Hei 14]
Das Bohrverfahren
Der Bohrverfahren ist eine tehnologische Bearbeitungsoperation durch Entfernung von zusätzliche Material im Form von Späne, wobei die Hauptschneidbewegung kreisförmig und die Vorschubbewegung nur in Richtung der Drehachse erfolgt. Die Drehung wird von Werkzeug oder Werkstück, oder von beide, durchgeführt, trotzdem, meistens in den meisten Fälle nur vom Werkzeug allein. [Pau 08]
Bohren ins Volle hat als Ziel die Erhaltung eines zylindrischen Aufbohrungs im vollen Material.
Abb. 2.6 Die Bewegungen des Bohrers [Ned 17]
Das Spiralbohrer
Dieses Werkzeug ist eine der meist benutzten bei Schaffung von zylindrische Aufbohrungen ins Volle. Der Spiralbohrer besteht aus zwei Teile, der aktive Teil und ein Schaft.
Abb. 2.8 Elemente des aktiven Teils von ein Bohrer
Der aktive Teil des Bohrers hat im Allgemein zwei Schneiden, mit welche während des Bohrprozess sich gleichzeitig im Schneiden befinden. Die elemente des aktiven Teil des Bohrer sind im Abbildung..2.8 dargestellt.
Der Bohren mit Wechselschneidplatten
Um die Produktivität beim Bohren zu steigern, benutzt man Bohrer mit Wechselschneidplatten, welche eine bedeutendliche Erhöhung der Schneidparameter erlaubt. Diese Art von Bohrer benütz man beim Bearbeitung des plastische und bei stark abrassiv wirkende Werkstoffe. [Abr 82]
Der Bohrer mit Wendeschneidplatten sind entwickelt, um Aufbohrung mit hohe Leistung und Qualität aber mit nidrige Vertigunkskosten erstellen zu können. Die Wendeschneidplatten, die auf der Bohrer befestigt sind, können verschiedene Geometrien haben, optimiert vom Fall zu Fall, abhängig von der Werkstückmaterial und Anwendung. [www 01]
Es gibt zwei Arten von Bohrer mit Wendeschneidplatten, Bohrer mit eine Schneidplatte (oder mit Krone) und mit mehrere Schneidplatten. Die Toleranz, Länge und Durchmesser sind die drei Elemente aufgrund deren die Auswahl gemacht wird.
Schwingungsunterstütztes Bohren
Beim Schwingungsunterstütztes Bohren neben die Vorschubbewegung ist noch eine axiale Bewegung überlagert. Unter diesem Wirkung während der Bearbeitung wird eine günstigere Spanform,
Erhöhung des Standzeites und Senkung der Schneidkräfte rezultieren. Der Span wird wegen die axiale Schwingungsbewegung zerkleinert, sodass eine leichtere Auspuff der Späne entstehen wird. [www 03]
Als Beispiel ist die Niederfrequent anregendes System Mitis, oder Hochfrequent anregendes System Ultrasonic 85 monoBlock, welche mit Schwingungsunterstützung entlang des Bohrprozess arbeiten.
Tieflochbohrzyklen durch das CNC-Program
Um eine efizientere Bearbeitung schaffen zu können, wobei der Verhältnis zwischen Bohrungstiefe und Durchmesser sehr groß ist, benützt man spezielle Bearbeitungsstrategien. Diese Strategien sind von CNC-Programen nach DIN66025 standardisiert, und bestehen aus eine periodische Rückzug des Werkzeuges, um das Span zu kleinern
Spanbrecher beim Drehen
Während des Drehverfahrens, im Fälle, wo die bearbeitete Werkstoff Fließspäne rezultiert, diese verursachen eine Reihe von Schwierigkeiten, wie stoppen des Betriebs des Werkzeugmaschines, aufhalt des Arbeits, beschädigen des Werkstücks und des Werkzeugs und lange Späne beträgen auch eine Verletzungsgefahr. Deswegen sind die Spanbrecher entwickelt, welche die Späne durch Führung und Zerbrechen dieser kontroliert. [Răd 14]
Die Geometrie des Spanbrecher ist von eine Menge von Faktoren abhängig, welche beeinflusst das rezultierende Spanform. Einige davon sind zum Beispiel die Form der Schwelle, die Schneidtiefe oder die Breite des Spanbrechers. Einige Spanbrechergometrien sind an das Abbildung 2.16 anzuschauen.
[Răd 14]
Abb. 2.16 Verschiedene Formen des Spanbrechers
Modelierung der ersten konstruktiven Varianten
Die konstruktive Varianten sind im das Siemens NX Program modeliert, sodass diese die angesetzte Bedingungen der optimizierte Bohrer erledigen. Diese 3D-Modele sind für einer FEMSimulation (Finite – Elemente – Methode) untergesetzt, um die Bohrprozess zu simulieren, Ergebnisse zu bekommen und eine Entscheidung zu bringen, ob es wirschaftlich ist in diesem zu investieren und die Enwicklung fortzusetzen. Die Änderungen welche auf dem Bohrern durchgeführt sind, sind von Varianten und Lösungen angeregt, welche in der Industrie bei andere Anwendungen benützt sind, wie bei Tieflochbohren, Bohren mit Wendeschneidplatte, oder beim Drehen und Fräsen. Diese schon existierende Geometrien sind analysiert, optimiert und beim Spiralbohrer RT100HF angepasst.
Variante 1
Diese konstruktive Variante ist modeliert, basierend sich auf schon existierende Spanbrechergeometrien im Bereich von Drehen. Da der Geometrie sich durch drei flache Flächen karakterisiert, welche miteinander bei einem bestimmten Winkel verbunden sind und so bilden eine Hohlraum, welche die Rolle des Spanbrechers spielt.
Damit wird auf die Spanfläche des Bohrer eine Abb. 3.4 Detalierte Ansicht auf die optionalle, positive Spanwinkell..erstelle. Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.1..
Variante 2
Diese Variante scheint ähnlich zu die erste zu sein, die Unterschiede zwischen die beide liegen daran, dass bei diesem
Spanbrechermodel statt drei ebene Flächen die Hohlraum von eine Gerade und von eine
Kreisbogen, die dazu tangent steht, erzeugt ist. Sodass die optionalle Spanwinkelstructur unverändbar bleibt, nur die Ausgangswinkel aus die Hohlraum ist auf einem Rundubg mit
Abb. 3.7 Detalierte Ansicht auf die einem Radius vertauscht.
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.2.
Variante 3
Diese dritte Variante ist ebenfalls von die
Drehenbereich und dessen
Spranbrechergeometrie inspiriert. Dabei aber im Gegensatz zu die andere Varianten die Spanbrechergeometrie ist nut mit Hilfe einer einzige Kreisbogen erzeugt. So entsteht eine leicht unterschiedliche Spanwinkel auch in dem innen des Hohlraumes. Diese Variante ergibt noch zusetzlich die Vorteile, dass mit einem
einfachen Nachschleifen erzeugen kann.
Abb. 3.9 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.3.
Variante 4
An diese konstruktive Variante benutzt die Spanbrechermodel den gleichen Prinzip, welche beim Abstech- und Einstechwerkzeuge innerhalb des Drehenverfahrens seltens vorkommen. Dabei die Hohlraum des
Spanbrechers ähnlich mit die von der Variante
3 ist, mit die Unterschied, dass innerhalb dieses Hohlraumes noch zwei, senkrecht auf die
Hauptschneide stehende, Schwellungen erzeugt
sind.
Abb. 3.13 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.4.
Variante 5
Als 5-te Variante während der Modelierung, wurde versucht eine Kombination zwischen die
Variante 1 und 2 zu erzeugen. Die
Spanbrechergeometrie besteht aus drei ebene Flächen, welche miteinander durch einen bestimmten Winkel verbunden sind, aber zwischen die letze zwei Oberflächen ist es auch eine Verbindungsradius zu finden. Als
Neuigkeit bei diese Variante ist es noch, dass man versuchte die Durchgangzone zwischen
Abb. 3.15 Detalierte Ansicht auf die die Kernoberfläche und das Innenraum des
Spanbrechergeometrie
Spanbrecher zu erleichtern.
Für mehrere Detailien und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.5.
Variante 6
Abb. 3.18 Detalierte Ansicht auf die Spanbrechergeometrie
Als letzte Variante, bei diese die Spanbrechergeometrie hängt an einem viel dünneren Kanal welche entlang der
Hauptschneide lauft. Bei diese konstruktive Lösung kann man beobachten, dass die Kanal von einige Millimeters nach der Schneidecke startet und bis zur die Kernoberfläche des Bohrers läuft.
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 3.2.6.
Methodik
Nachdem die 3D-Modele mit der neue Spanbrechergeometrien entworfen sind, alle Varianten sind im ANSYS Workbench Software, ein Program im Bereich der Finite-Elemente-Metode, für Simulation der Spanbildungsprozess untergesetzt. Um eine bessere Übersicht von den Ergebnissen zu erhalten sind erstmal die selbe Simulationen für die Standatbohrer RT100HF durchgeführt. Während der Simulationen ist die Spanform aus zwei Ansichten, die Spannungverteilung und die Temperaturverteilung analysiert.
Dabei sind bei alle Simulationen die folgende Arbeitsparameter benützt:
Schneidgeschwindigkeit: vc= 100 m/min
Vorschub: fu= 0,2 mm/U
Werkstoffmaterial: 42CrMo4
Auswertung der Ergebnisse
Zunächst werden die Ergebnisse der Simulationen ausgewertet. Dafür in dieses Kapitel beschriebene Ergebnisse machen Referenz auf die Abbildungen welche in dem Kapiteln von 4.3 bis 4.3.6 dargestellt sind.
Nach die einzelne Analyse jeder Variante, bzw nach dem Vergleich zwischen einander, kann man bemerken, dass die einzige Verbesserung der Spanform bei die Variante Numer 6 erreicht ist. Innerhalb dieser Variante ist die Radius der Basis von der konischen Spirallenspan, welche resultiert, gleich mit 1,11mm, während im Fall der Standardgeometrie diese Radius 1,16mm beträgt. Alle andere Varianten ergeben schlechtere Spanformen, als der standard Bohrer. Aus der Sicht der Spannungenverteilung, auf die Oberfläche des Spanbrechergeometrie und auf die Schneideck sind die größte Spannungen zu finden, welche das Werkzeugbruch ursachen können. Aus die Temperaturverteilungsanalyse kann man sehen, das bei die Varianten 1 bis 5 keine
Temperaturwachsungen an die obere Teil des Spanbrechers vorkommen. Das bedeutet dass in diese
Zone keine Reibung zwischen die Späne und Werkzeugoberfläche erzeugt wird. So ergibt sich, dass die Späne sich heben bevor sie die Rand der Spanbrechergeometrie erreichen würden, dass bedeutet dass diese Varianten die Hohlraum überdimensioniert haben.
Die beste Ergebnisse sind bei Variante 6 bemerkt, sodass weiterhin, im Rahmen dieser Arbeit, neue Varianten modeliert sind, welche Optimierungslösungen für Variante 6 enthalten, aber auch neue Varianten vorbieten. Als Optimierungsvorschlag für die Variante 6 wäre die Reduzierung der Dimensionen von die Spanbrecherkanal, denn auf die Temperaturverteilunganalyse kann man sehen, dass an der Boden des Kanals geringe Temperaturänderungen vorkommen, was zu die Gedanke führt, dass im diesem Bereich die Späne nicht erreichen, sonder sich schneller verkrümmen.
Variante 6.1
Diese Variante entspricht für eine Optimierungsmöglichkeit der Variante Numer 6. Als Änderungen, welche innerhalb dieser
Konstrunktion zu finden sind, ist die Reduktion der Hohlraumgröße. Genauer wurde innerhalb der Variante die Kanalbreite mit 30% und die Kanaletiefe mit 60% reduziert. Als andere Optimierung an die Variante sind die
Abrundungen von die scharge Kanten.
Abb. 5.1 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.1.
Variante 7.1
Diese Variante kennzeichnet sich, dadurch dass die Spanbrechergeometrie direkt mit die maximale Tiefe an der Hautpschneide anfängt, ohne eine Fazette zu haben. Dadurch hat er die
Vorteil, dass die Späne direkt die Boden des
Hohlraums erreichen. Das Form des
Spanbrechers ist eine longitudinale Kanal, senkrecht auf die Schneidkante orientiert, mit große Verhältnis zwischen die Breite und Höhe.
Abb. 5.4 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.2.
Variante 7.2
Nach die Variante 7.1, diese
Spanbrecherkonstruction ist eine Entwicklung, wobei statt eine longitudinale Kanale sind zwei auf die Freifläche des Bohrers entworfen. Die Struktur der Kanäle sind im diesem Fall identisch mit die von die vorigen Varianten, nur mit dem Unterschied, dass die Kanalebreite viel enger ist. Da, beide Kanäle sind senkrecht auf die Schneidkante positioniert, sodass aus dem
Werkzeug-Bezugebene die Schneidkante eine
Abb. 5.7 Detalierte Ansicht auf die welligen Form hat. Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.3.
Variante 8
Als nächste Variante, die Variante numer 8 wie es auch in die Abbildung 5.10 zu sehen ist, hängt daran, auf die Spanfläche des Bohrers ein Stift einzufügen. Diese Stift spielt die Rolle einer Hindernise, welche die Späne zusätzlich verformt und so kleinere Spangrößen rezultieren. Eine wichtige Rolle spielt im Falle diesser Variante die Größe des Stiftes und ihre relative Position.
Abb. 5.10 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.4.
Variante 9
Die Variante 9 entspricht einer Kombination von Varianten 6.1 und 7. Da die
Spanbrecherkanäle bei der maximale Tiefe anfängen, direkt, auf die Schneidkante, wie beim Variante 7, wird desen Form eine schmale Kanal, welche entlang der Hauptschneide läuft, ähnlich, wie bei die Variante 6.1. Durch diese Konstruktion bleibt die Schneidkante nich mehr gerade, sondern wird gestufft.
Abb. 5.13 Detalierte Ansicht auf die
Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.5.
Variante 10
Als letzte Variante, die Spanbrechergeometrie von diese konstruktive Lösung ist die einzige von allem, welche nicht mit Materialentfehrnung, sonder mit
Materialzugabe erstellt werden muss. Diese karakterisiert sich durch eine longitudinale Schwellung entlang der Schneidkante, pozitioniert bei einige Millimeter davon. Die
Schwellung, ähnlicherweise als bei die Variante
8, entspricht einer Hindernise welche die Späne
Abb. 5.16 Detalierte Ansicht auf die zusätzlich verformt. Spanbrechergeometrie
Für mehrere Details und eine ausführlichere Beschreibung, mit Abschnitte und genaue Werte, dieser Variante, siehe Kapitel 5.1.6.
Auswertung der Ergebnisse
Die Metologie der Simulationen bei der Varianten 6.1 – 10 ist identisch mit die von der erste Varianten und wurden auch die selbe Parametern simuliert und ausgedrückt. Dafür machen in dieses Kapitel beschriebene Ergebnisse Referenz auf die Abbildungen, welche in dem Kapiteln von 5.2.1. bis 5.2.6. dargestellt sind.
Nach die Durchführung der Simulationen außer der Variante Numer 7.1, alle andere Konstruktionen haben eine Verbesserung des Spanformes gebracht. Bei die Variante 6.1 war als Ziel die Optimierung von Variante Numer 6 gesetzt, welche ein Erfolg erreicht hat. Bei diese Konstruktion ist die Radius von der Basis der Spankonus gleich mit 1,08mm, was im Vergleich mit der standard Bohrer eine Reduzierung von 6,8% bedeutet. Dieselber Wert ist auch bei Variante 7.2 erreicht, während bei Variante 8 das Spangröße mit 3,4% reduziert ist. Die beste Ergebnisse wurden aber bei die Variante 9, mit 13,7% und bei Variante 10, mit 18,9% Reduktion der Spangröße erreicht, wobei die Radius der Basis von der Spankonus gleich mit 0,94mm ist. Eine weitere wichtige Aspekt ist, dass bei die Varianten 6.1, 8, 9 und 10 die Kontaktoberfläche zwischen das Span und Werkzeug kleiner als bei der standard Bohrer ist.
Aus der Sicht der Spannungverteilung, bei alle konstruktive Varianten erscheinen hohe Spannungen bei die Kernoberfläche des Bohrers. Eine besonders große Wert kommt bei der Variante 7.2 vor, aber diese können vernachläsigt werden, solange diese die zulässigere Wiederstand der Werkzeugsmaterial nicht übersteigen. Im andere Zonen sind hoche Spannungen zu bemerken, bei der Variante 6.1 und 7.2, an der Schneidkante, in die Nähe des Kerns des Bohrer und bei Varianten 8 und 10 an der Basis der Stift oder der Schwellung, wo die Übergangsbereich sich befindet.
Und zuletzt die Temperaturverteilung ist ähnlich bei alle Varianten, einschließlich auch die stadard Geometrie, sodass die höchste Werte an die Schneidkante vorkommen. Die Unterschiede kommen schließlich bei die Werte der Temperaturen vor. Ausname macht hier die Variante 8, wobei eine sehr große Temperatur auch auf dem Stift, an die Kontaktzone mit den Span, vorkommt. Aus die Analyse der Wärmeferteiligung kann man noch bekanntmachen, dass bei die Varianten 8, 9, und 10 eine große Menge von Wärme in der Span zu finden ist. Diese aber bedeutet nich unbedingt ein Nachteil, weil durch den Span Wärme abtransportiert wird.
Schlussfolgerung
Zur Schluss, nach die Durchführung der Simulationen und eine detaillierte Analyse, kann man sagen, dass mehrere aus die vorher vorgestellte Varianten vielversprechende Ergebnisse erreicht haben. Das Ziel dieser Arbeit, um eine neue Geometrie, ehlich der Spanbrechers, auf die Freifläche einer Rotationsbohrer von Typ RT100HF zu projezieren, um günstigere Spanforme zu bekommen, ist bei mehrere Varianten erledigt.
Die Form der Späne ist bei alle Varianten ein konisches Spiralspan, und die größte Reduktion der Spandimension ist bei der Variante 10 vorgekommen, mit 18,9%, und dass führt zu mehrere Vorteile.
Einer davon ist, dass kleinere Späne können leichter durch die Nut des Bohrers abtransportiert werden.
Zunächst, kleinere Spänarten besetzen ein kleineres Volum, das hat auch ein wirtschaftliches Vorteil, aber ist auch vorteilhaft aus der Sicht der Werkzeugmaschine und ist auch leichter sie zu beseitigen.
Eine andere Vorteil der erhalten Spanformen bei Varianten 6.1, 8, 9 und 10 ist, dass diese Späne entfernen sich von der Werkzeugkörper. Diese besitzen eine gute Auswirkung, denn so ist die Kontaktfläche zwichen die Späne und Bohrer kleiner, sodass die Reibung und die Temperaturübertragung von Span zur Werkzeug reduziert wird.
Aus der Sichtpunkt der Spannungen, die Varianten 6.1 und 7.2 benötigen Verbesserungen in der
Nähe der Schneidkanten, bzw die Varianten 8 und 10 brauchen eine Optimierung an der Übergangszone von der Spanfläche zur die Stift/ Schwellung.
Mit die Temperaturverteilung, die einzige kritische Werte kommen bei Variante 8, auf die Kontaktoberfläche zwischen Span und Stift vor.
Höhere Temperaturwerte können noch bei Varianten 8,9 und 10 in dem Körper des Spanes zu bemerken. Diese Temperaturen entstehen wegen die Reibung zwischen Span und Werkzeug und ausgrund der Tatsache, dass die Span zusätzlich verformt wird. Dass aber bedeutet nicht unbedingt einen Nachteil, weil die Wärme zusammen mit die Späne abtransportiert werden.
Anschließend, nach die Analyse der Simulationsergebnisse, die Schlussfolgerung dieser Arbeit ist, dass diese Spanbrechengeometrien an die Freifläche des Bohrers noch weitere Entwicklungen benötigen, aber diese Bereich hat einem Zuckunft. Als Vorschlag für weitere Forschungen im diesem Bereich, ist die weitere Optimiertung der Varianten 6.1, 8, 9 und 10, bzw ihre praktische Herstellung und effektive Versuchungen an diese.
Declarație standard – Proiect de diplomă
Subsemnatul ________________________________________________________________________ autorul lucrării cu titlul _______________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
____________________ elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de licență la Facultatea Construcții de Mașini, Specializarea __________________________________________ din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, sesiunea luna_____________ anul___________, declar pe propria răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, pe baza cercetărilor și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate, în textul lucrării și în bibliografie, cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.
Declar, de asemenea, că această lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte comisii de examen de licență / diplomă / disertație.
În cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile administrative, respectiv anularea examenului de licență.
Nume, prenume
________________________
Data Semnătura
_________________ ________________________
Cuprins
Introducere 39
Cap. 1 Obiectivele Lucrării de Diplomă 41
Cap. 2 Stadiul actual 43
2.1. Date generale despre firma Gühring 43
2.2. Aschierea cu scule cu geometrii definite 44
2.3. Materiale de baza la scule așchietoare 45
2.3.1. Carburi metalice 46
2.4. Acoperiri metalice 47
2.5. Formarea așchiilor 48
2.5.1. Forma și tipul așchiilor 48
2.6. Procesul de găurire 50
2.6.1. Burghiul elicoidal 52
2.6.2. Geometria burghiului elicoidal 53
2.6.3. Burghie cu plăcute amovibile 56
2.6.4. Găurirea asistată de mișcări oscilatorii 58
2.6.5. Cicluri de găurire adânca prin programul CNC 59
2.6.6. Burghiul RT100HF 60
2.7. Spărgătoare de așchii la strunjire 61
Cap. 3 Primele variante constructive 65
3.1. Proiectarea CAD 65
65
3.2.0 Varianta standard 66
3.2.1. Varianta 1 68
3.2.2. Varianta 2 70
3.2.3. Varianta 3 72
3.2.4. Varianta 4 74
3.2.5. Varianta 5 76
3.2.6. Varianta 6 78
Cap. 4 Rezultatele obținute de la primele variante constructive 81
4.1. Metodologia realizării încercăriilor 81
4.2. Analiza cu elemente finite 81
4.3. Rezultatele simulării de la varianta standard 82
4.3.1. Rezultatele simulării de la varianta 1 83
4.3.2. Rezultatele simulării de la varianta 2 84
4.3.3. Rezultatele simulării de la varianta 3 85
4.3.4. Rezultatele simulării de la varianta 4 86
4.3.5. Rezultatele simulării de la varianta 5 87
4.3.6. Rezultatele simulării de la varianta 6 88
4.4 Interpretarea rezultatelor 89
Cap. 5 Al doilea set de variante constructive 91
5.1. Realizarea noii variante constructive 91
5.1.1. Varianta 6.1 91
5.1.2. Varianta 7.1 93
5.1.3. Varianta 7.2 95 5.1.4. Varianta 8 97
5.1.5. Varianta 9 99
5.1.6. Varianta 10 101
Cap. 6 Rezultatele obținute de la al doilea set de variante constructive 103
5.1. Metodologia realizării încercăriilor 103
5.2.1. Rezultatele simulării de la varianta 6.1 104
5.2.2. Rezultatele simulării de la varianta 7.1 105
5.2.3. Rezultatele simulării de la varianta 7.2 106
5.2.4. Rezultatele simulării de la varianta 8 107
5.2.5. Rezultatele simulării de la varianta 9 108
5.2.6. Rezultatele simulării de la varianta 10 109
5.3. Interpretarea rezultatelor 110
Cap. 7 Concluzii 113
Bibliografie 115
Anexa 117
Opis 125
Introducere
Cerințele actuale ale pieței, de a scădea costurile de producție, creșterea productivitații și a
capacității de prelucrare a noilor tipuri de materiale și de a oferi o flexibilitate ridicată în producție sunt factorii principali care conturează cercetarea și dezvoltarea proceselor de așchiere. Aceste cerințe pot fi îndeplinite doar printr-o cercetare și o dezvoltare continuă a performanțelor în domeniul mașinilor unelte și a sculelor. Dezvoltarea sculelor așchietoare urmărește în general patru direcții principale de optimizare: implementarea noii materiale de scule așchietoare, îmbunătățirea suprafețelor părții active și dezvoltare a noii acoperiri, optimizarea geometriri tăișului și prepararea microgeometriri muchiei așchietoare.
Această lucrare se axează pe optimizarea geometriri tăișului în cadrul procesului de găurire. De-a lungul timpului geometria burghielor a fost dezvoltată și optimizată, iar în zilele de azi acestea au ajuns la o performanță uimitoare. Totuși prin creșterea alertă a industriei este necesară continuarea cercetărilor pe acest domeniu. Astfel lucrarea aceasta urmărește studii privind aplicarea și adaptarea unor forme, asemănătoare unei spărgătoare de așchii, la o burghie monoblică. Astfel se pot adapta avantajele oferite de fragmentatoarele de așchii care pănă în prezent sunt aplicate în cazul operațiilor de strunjire, frezare sau eventual la burghie cu placuțe amovibile. Prin acest lucru se poate ajunge la performanțe ridicate și în cazul aplicațiilor unde pănă în prezent au apărut dificultați.
Studiile și cercetarea au fost realizate în cadrul firmei Gühring KG, una din firmele producătoare de scule așchietoare de top din lume. Din considerențe economice, în cadrul acestei lucrări, sunt realizate doar simular utilizănd programe de analiză a elementelor finite. Acestea prezintă avantajul de a realiza simulări pe modelele projectate și astfel obținerea unor rezultate apropiate de realitate, fără realizarea efectivă a sculei așchietoare. Prin acest lucru sunt eleminiate o mulțime de costuri de fabricații a sculei, respectiv timpul de realizare a simulărilor este mult mai redusă.
Studiul cuprinde modelarea variantelor constructive, simularea acestora cu ajutorul programelor de analiză cu elemente finite, respectiv interpretarea și analiza rezultatelor ca pe urmă concluzionarea acesteia.
CAP.1 OBIECTIVELE LUCRĂRII DE DIPLOMĂ
Obiectivul principal al acestei lucrări este proiectarea și studiul unei geometrii noi realizate pe fața de degajare la burghiele din carbura metalica, care se pot executa cu tehnologii inovative. Scopul principal al acestei geometrii, similar spărgătoarelor de așchii, este de a deforma suplimentar așchiile, rezultate din procesul de găurire, astfel încât dimensiunea acestora sa fie cât mai favorabilă. Acest obiectiv este urmărit din mai multe considerente:
prin reducerea dimensiunii așchiilor, acestea pot fii evacuate mai ușor din zona activă de prelucrare
realizând condiții mai favorabile de așchiere, va creste și durabilitatea sculei
lichidul de așchiere poate să ajungă mai ușor în zona muchiei tăișului, astfel răcirea sculei va fi mai eficientă
aschiile de dimensiuni mai mici ocupă un volum mai mic, astfel este mai benefic pentru mașina unealtă și pentru portsculă, totodată este mai ușoarș îndepărtarea și manipularea acestuia din cuva masinii.
Scula aleasă pentru care se face proiectarea și analiza noii geometrii este cea standard din catalogul firmei Gühring de tip RT100HF. Din considerente economice si de timp, în cadrul acestei lucrări sunt realizate pe modelele CAD și simulări ale functionalității acestora cu ajutorul programelor de simulare cu element finit (ANSIS).
CAP.2 STADIUL ACTUAL
2.1. Date generale despre firma Gühring
Compania Gühring este o firmă producătoare de scule așchietoare rotative, care a fost fondată în anul 1898 de către Gottlieb Gühring, în Albstadt- Ebingen, unde se află azi sediul- mamă al companiei. Compania este acum unul dintre cei mai mari producători de scule așchietoare din lume, care dezvoltă, produce și distribuie produsele, prezenți în 48 de țări, cu aproximativ 8000 de angajați. Firma își are propria producție de carburi, mașini unelte, tehnologie pentru acoperiri și departamente pentru cercetare și dezvoltare, cu care își asigura calitatea în așchiere. [www 04]
În anul 2008 Gühring își deschie sediul și în Cluj-Napoca, unde în prezent sunt 4 subunități:
OEM (Original Equipment Manufacturing) – acest departament prelucrează proiecte de prima dotare cu scule pentru mașini unelte conform cerințelor clientului. Departamentul lucrează cu programele UG/Siemens NX, AutoCAD, PLM, SAP și printre altele realizează planuri de scule, verificări la coliziuni, ofertare de preț în funcție de aplicația clientului și documentație 2D specifice clientului.
PKD – denumirea de PKD, în engleza PCD, vine de la policristalin diamant, departamentul fiind specializat pe proiectarea sculelor de complexitate ridicată, cu plăcuțe lipite din diamant.
Hollfelder – Hollfelder a fost cu câțiva ani în urma o firmă individuală care realizează scule speciale cu plăcuțe ajustabile, pănă ce compania Gühring l-a cumpărat. Datorită reputației bune a brandului în industrie, s-a decis păstrarea acestuia ca un sub-brand al Gühring-ului. Departamentul se ocupă pănă azi de proiectarea sculelor complexe cu plăcuțe ajustabile.
F&E (Forschung und Entwicklung) – departamentul de cercetare și dezvoltare se ocupă de proiectare, testare și măsurare a sculelor așchietoare. În cadrul acestei subunități se află mai multe mașini unelte de ultima gerenație și aparaturi de măsurare pentru realizarea testelor complexe pentru teme interne și teme pentru clienti. [www 05]
2.2. Aschierea cu scule cu geometrii definite
Conform standardelor DIN 8589, procesul de așchiere cu geometrii definite a muchiilor așchietoare, se clasifica în grupa principala de separare. Cu ajutorul unui tăiș al sculei se vor ridica straturi de material în forma așchiilor, astfel geometria, respectiv suprafața semifabricatului va fi generată. La prelucrări de acest tip este cunoscut numărul de muchii așchietoare, geometria acestora, și poziția lor relativă față de semifabricat. [Klo 08]
Mișcările relative între sculă și semifabricat definesc în cele din urmă geometria piesei. În figura 2.1 sunt reprezentate mișcările relative de-a lungul procesului de așchiere. Din vectorul direcției mișcării principale υc, respectiv din vectorul direcției de avans υf, dă naștere în final vectorului direcției rezultată din așchiere υe. Astfel orientarea vitezei rezultate de așchiere este definită de doua unghiuri:
Unghiul vitezei de așchiere rezultată η este unghiul dintre direcția mișcării principale și cea de așchiere
Unghiul direcției vitezei de avans φ care este unghiul dintre direcția de avans și direcția mișcării principale de așchiere
Interacțiunea celor doua viteze, viteza mișcării principale și viteza de avans, face posibil ridicarea surplusului de material de pe semifabricat, sub formă de așchii.
Fig. 2.1 Mișcările relative la procesul de așchiere [Hei 14]
În funcție de tipul prelucrării, trebuie ca geometria muchiei așchietoare să difere în funcție de cuplul de material semifabricat-sculă, tipul sculei și parametrii de proces (cum ar fi regimurile de așchiere). Dar suma următoarelor trei unghiuri formează mereu unghiul de 90⁰, și anume:
Unghiul de așezare α asigură un spațiu liber, fără frecare, între fața de așezare și suprafața generată
Unghiul la vârf a sculei β este unghiul dintre fața de așezare și cea de degajare, și caracterizează stabilitatea mecanică și termică a sculei
Unghiul de degajare γ poate să cuprindă valori negative sau pozitive și influenteaza formarea așchiilor și mărimea forțelor de așchiere
Fața de degajare Aγ este suprafața sculei unde curge așchia nedetașată și datorită acesteia provoacă uzuri, respectiv fața de așezare Aα este suprafața sculei care face contact cu suprafața generată pe piesă.
Cota h reprezintă adâncimea de așchiere, iar valoarea cotei hch este grosimea așchiei nedetașate.
[Hei 14]
2.3. Materiale de baza la scule așchietoare
Prin materialul de bază a sculelor așchietoare se referă de regula la materialul de bază din care este confecționată partea activă a sculei. Compoziția acestor materiale poate să varieze într-o gamă foarte largă, iar caracteristicile lor diferă în funcție de aceasta. Materialele de scule trebuie să satisfacă următoarele cerințe:
Satisfacerea simultană a tuturor caracteristicilor amintite mai sus ar reprezenta materialul ideal pentru scule așchietoare. Totuși, un astfel de material nu exista încă. Motiv pentru acesta este de exemplu opoziția fizică dintre durabilitate și tenacitate, un material nu poate să fie în același timp și dură și tenace. Secțiile de cercetare a materialelor se concentrează asupra realizării unor materiale care satisface cerințele unor fabricații moderne, prin optimizarea și modificarea compoziților chimice a materialelor. O privire de ansamblu despre materialele de scule cele mai utilizate este reprezentat în figura 2.2. [Klo 08] [Ned 17]
Fig. 2.2 Materiale de scule cele mai frecvent utilizate [Ned 17]
Deoarece în cadrul acestei lucrări sculele analizate sunt confecționate doar din carburi metalice, în continuare se vor detalia explicit caracteristicile acestuia.
2.3.1. Carburi metalice
Carburile metalice sunt aliaje neferoase, confecționate prin sinterizare, printre altele din carburi de wolfram (W), titan (Ti), tantal (Ta), vanadiu (V) și molibden (Mo). Avantajul carburilor metalice se afla în faptul că acesta are o microstructură uniformă, datorită faptului că acestea se realizează prin compactizarea pulberilor metalice sub influența unor temperaturi ridicate. Astfel se obțin caracteristici cum ar fi duritatea ridicată, rezistența la compresiune și la uzura la temperaturi ridicate. În funcție de compoziția materialului, carburile se pot clasifica în trei grupuri:
WC-Co; carbură de wolfram și de cobalt
WC-(Ti,Ta,Nb)C-Co; amestec cu carbură de titan (TiC), tantal (TaC) sau niobiu (NbC)
TiC/TiN-Co,Ni cermeturi din titan (TiC), titannitrit (TiN) sau nichel (Ni) [Klo 08]
Din aceste aliaje conținutul de Co are rolul de liant, pe când conținutul de WC asigură o rezistență ridicată la abraziune, conținutul de TiC crește duritatea și rezistența la difuziune a materialului, iar TaC crește rezistența la uzură la temperaturi ridicate. [Klo 08]
Pe lăngă compoziția materialului, carburile metalice mai pot fi clasificate și după dimensiunea grăunților, după procesul de sinterizare. Structura nano a grăunților se află încă în curs de dezvoltare, dar ca și stadiu actual al industriei se utilizeaza structura fină, mai fină și ultrafină, în domeniul realizării sculelor așchietoare. În tabelul 2.1 alăturat sunt reprezentate caracteristicile materialelor în funcție de mărimea grăunților.[www 07]
Tab. 2.1 Repartizarea carburilor metalice după mărimea grăunților și caracteristicile acestora [www 07]
2.4. Acoperirile metalice
Acoperirile metalice sunt utilizate aproximativ din anii 1968, iar în zilele de azi, peste 80% din totalitatea sculelor folosite la așchiere utilizează straturi de acoperire. Esența acoperirilor metalice constă în depunerea unui strat subțire pe suprafața activă a sculelor, strat între 3 și 15 μm, de material cu anumite calitati. Sarcina principală a acoperirii este de a reduce uzura prematură a sculei realizată prin adeziune, abraziune, difuziune și oxidare. Materialul stratului acoperit poate fi compusă din
următoarele:
carburi TiC, HfC, ZnC
nitruri TiN, HfN, ZrN
carbo- nitruri TiCN
oxizi Al2O3
Sau în cazul aplicațiilor speciale diferite combinații ale acestora, aplicate pe scule sub forma de multistraturi. Aceste acoperiri nu sunt astfel altceva decât un tratament special aplicată pe suprafețele active ale sculelor și se pot obține atât prin procedee chimice, cât și prin procedee fizice:
CVD – Chemical Vapour Deposition
PVD – Physical Vapour Deposition [Ned 17] [Klo 08]
2.5. Formarea așchiilor
Formarea așchiilor se realizează prin pătrunderea muchiei așchietoare în materialul semifabricatului. Astfel mai întâi semifabricatului este deformat elastic, iar pe urmă plastic. La depășirea tensiunilor maxim admisibile, al materialului semifabricatului, începe să apară fenomenul de curgere. În așa fel se formează așchiile care aluneca pe fața de degajare. Pentru a putea realiza acest lucru starea de tensiune a semifabricatului are o mare influență.
Tensiunile ce apar în procesul de așchiere sunt influențate de următoarele factori:
[Alf 12]
2.5.1. Forma și tipul așchiilor
În timpul procesului de așchiere, sub aceași condiții de așchiere, dar în materiale diferite ale semifabricatelor, se pot obține așchii de diferite forme și tipuri.
Fig. 2.3 Tipurile de așchii [Ned 17]
În primul rând, așchiile se pot clasifica în patru tipuri principale, cum reiese din figura 2.3,astfel încât 1)așchii continue, 2) așchii lamelare, 3) așchii de forfecare și 4) așchii de rupere.
Mai presus de toate la procesele unde spațiul de evacuare a așchiilor este limitată, cum ar fi de exemplu în cazul burghierii, tipul, forma și dimensiunea așchiilor are o importanta semnificativă. În figura 2.4 de mai jos se pot vedea cele mai întâlnite forme de așchii în practică, clasificate și după criteriul de avantaj sau dezavantaj ai acestora.
Fig. 2.4 Forme de așchii [Hei 14]
Din figura 2.4 reiese că așchiile lungi sunt nefavorizabile, iar cu cât așchiile sunt mai mici,cu atât reprezintă un beneficiu mai mare. Așchiile care reies din procesul de prelucrare nu au voie să dăuneze mașinii unelte, piesei prelucrate sau a sculei. Prin obținerea controlată a unor forme de așchii favorizabile se pot reduce la minim, sau chiar și elimina riscuri care pot deteriora scula, semifabricatul sau în cazuri extreme, mașina unealtă. [Klo 08]
Forma așchiilor se poate influența prin modificarea următoarelor factori:
Coeficientul de frecare dintre așchie și suprafața de degajare
Geometria sculei
Spărgătoare de așchii
Regimurile de așchiere
Proprietatile materialelor [Klo 08]
2.6. Procesul de găurire
Procesul de găurire, este o operație tehnologică de prelucrare prin îndepărtarea materialului sub formă de așchii, unde mișcarea principală de așchiere este cea de rotație, iar mișcarea de avans este una de translație în direcție axială. Mișcarea principală de rotație poate fi executată de sculă, semifabricat sau de ambele simultan, totuși, în marea majoritate a cazurilor este executată doar de sculă. [Pau 08]
În figura 2.5 de mai jos se vede clasificarea procesului de găurire conform DIN 8589, unde însa în această lucrare se studiază doar găurirea din plin.
Fig. 2.5 Procesul de găurirde după DIN 8589-2 [Den 10]
Găurirea din plin are ca scop realizarea unor alezaje de formă cilindrică în material plin al semifabricatului. Burghiul este o sculă cu geometrie complexă, cu ajutorul acestora este rentabilă realizarea găurilor din plin, dar calitatea rezultată este asemănătoare cu cea a proceselor de degroșare.
Acesta asigură o precizie dimensională clasei de precizie IT8-13 și o rugozitate a suprafeței Ra=1.612.5 microni, valori mari pentru burghiele din otel rapid, iar valori mici pentru burghiele moderne din carburi metalice. [Ned 17]
Așchierea gaurei se realizează prin doua mișcări, o mișcare principală de rotație în jurul sculei și o mișcare de avans de-a lungul axei burghiului (figura 2.6). Aceste mișcări sunt caracterizate prin intermediul elementelor regimului de așchiere, viteza de așchiere vc și avansul pe dinte fz. Valoarea lor se determina de la caz la caz pe diferite criterii. Astfel din aceste mărimi rezultă datele de introducere ca și turația arborelui principal n respectiv viteza de avans vf. Iar în urma procesului de găurire prin suma celor doi vectori, a vitezei de așchiere și a vitezei de avans, rezultă viteza rezultantă de așchiere.
[Ned 17]
Formulele de calcul pentru aceste parametrii sunt următoarele:
(2.1)
unde: Db este diametrul burghiului;
(2.2) [Ned 17]
Fig. 2.6 Mișcări la burghiere [Ned 17]
2.6.1. Burghiul elicoidal
Scula cea mai răspândita și cea mai des utilizată în realizarea alezajelor cilindrice din plin este burghiul elicoidal monobloc. Burghiul elicoidal prin construcția sa este formată din doua parți, partea activă a burghiului și coada acestuia, acest lucru fiind reprezentat în figura 2.7 de mai jos.
Fig. 2.7 Părți componente a burghiului elicoidal [Güh 00]
Coada burghielor este de regula cilindrică sau conică și de această porțiune este montată burghiul în portsculă sau direct în arborele mașinii. Coada are drept prim scop transmiterea momentului de torsiune. Partea activă a sculei are o geometrie complexă cu ajutorul câreia se realizează procesul de așchiere. Pe de o parte profilul burghiului trebuie sa aibă un canal destul de mare de evacuare a așchiilor pentru a putea realiza transportul așchiilor rezultate din zona activă de așchiere. Pe de altă parte miezul burghiului trebuie sa reziste la forțele de torsiune care apar în timpul prelucrării. [Den 10]
Partea activă a burghiului are de regulă doua tăișuri cu care, în timpul procesului, se află simultan în așchiere. Geometria acestei parți este foarte complexă, acestea se vor discuta mai detaliat în capitolele următoare.
2.6.2. Geometria burghiului elicoidal
În principiu construcția părții active ale burghielor, fie acestea de orice tip, este identică și elementele care se aflau pe burghiu sunt același. Aceste elemente sun reprezentate în figura 2.8 de mai jos.
Fig. 2.8 Elementele parții active al burghiului [Güh 00]
Conform normativelor în vigoare acestea sunt:
Burghiul este prevăzut cu două canale elicoidale pe toată lungimea părții așchietoare a sculei, care servesc la evacuarea așchiilor. Așchiile sunt formate pe cele două tăișuri (în cazaul de față) principale, unite în centrul burghiului cu un tăiș transversal. Deoarece tăișul transversal are un unghi de degajare negativ, acesta așchiază în condiții nefavorizate și contribuie semnificativ la solicitarea axială burghiului în timpul procesului de așchiere. La periferia burghielor se află cele doua tăișuri secundare, care au forme elicoidale, urmăresc elicea canalelor și sunt dotate cu fațete de ghidare spre fețele de așezare secundară. Aceste fațete conduc și ghidează burghiul în timpul prelucrării, micșorează suprafața de contact dintre fața de așezare a burghiului și suprafața generată, reducând astfel frecarea.
Unghiul elicei canalelor de evacuare a așchiilor (ω), unghiul la vârf al burghiului (2χr), dimensiunea miezului și forma secțiunii transversale a burghiului se stabilesc în funcție de tipul prelucrării, de proprietățile materialului care va fi prelucrată, și de regimul de așchiere. În figura 2.9 de mai jos este prezentată geometria parții active ale unui burghiu elicoidal. [Ned 17]
Fig. 2.9 Geometria parții active al unui burghiu elicoidal [Ned 17]
O mare influență asupra procesului de burghiere o are unghiul elicei canalului de evacuare a
așchiilor (ω). Unghiul elicei influențează transportul așchiilor și totodată și unghiul de degajare al tăișului principal în zona activă. Deoarece spirala elicei burghiului se înfâșurează pe o suprafața care are și o conicitate inversa, valoarea unghiului ω diferă în raport cu distanța punctului măsurat M și axa sculei. Această variație a unghiului elicei rezultă prin construcția burghiului și o variație al unghiului de degajare. Unghiul de degajare are o influență asupra formării așchiilor și asupra forțelor care rezultă în urma procesului. Rezultând astfel că în zona tăișului transversal acesta să aibă valori negative, fiind foarte nefavorizabile procesului de așchiere. Variația unghiului de degajare în raport cu distanța punctului măsurat și axa burghiului, respectiv formarea așchiilor în punctele date este prezentata în figura 2.10. [Den 10]
Figura 2.10 Formarea așchiilor la găurire din plin [Den 10]
Dacă se dorește determinarea unghiului de degajare γf din planul de lucru ipotetic (Pf), prezentat în figura 2.11, în cazul când punctul M se afla la o distanță oarecare față de axa sculei, pe muchia tăișului principal, se utilizează figura alăturată.
Fig. 2.11 Variația unghiului elicei pe diametrul burghiului [Ned 17]
Deoarece unghiul elicei ωM corespunzătoare unui punct oarecare M de pe muchia principală și unghiul elicei tăișului secundar ω, au același pas pe, se pot stabili următoarele relații.
(2.3)
unde: ω=γf
ωM=γfM
Din aceste relații rezultă că unghiul de degajare al tăișului principal ia valori descrescătoare pe măsură ce se apropie de axa burghiului. Acest lucru explică și faptul de ce condițiile de formare ale așchiilor se înrăutățesc pe măsura ce punctul considerat M se apropie de axă. [Ned 17]
2.6.3. Burghie cu plăcute amovibile
Pe lângă burghiele elicoidale monobloc pe baza criteriului constructiv, un alt tip de burghie sunt cele cu plăcuțe amovibile. În scopul măririi productivității la găurire se folosesc burghii armate cu plăcuțe de carburi metalice care permit o mărire considerabilă a parametrilor de așchiere. Burghiele cu plăcuțe se utilizează la prelucrarea materialelor plastice și a materialelor cu efect abraziv puternic.
[Abr 82]
Burghiele cu plăcuțe au fost dezvoltate pentru a putea prelucra găuri de înaltă performanță și calitate ridicată la costuri reduse. Plăcuțele montate pe burghiu pot avea geometrii diferite, optimizate diferit de la caz la caz, ținând cont de materialul prelucrat și de aplicație, oferind o durabilitate constantă și costuri reduse pe gaură. [www 01]
Există doua tipuri de burghie armate cu plăcute amovibile:
burghie cu o singura plăcuța (cu coroană)
burghie cu doua sau mai multe plăcute
La realizarea găurilor din plin, de la diametre mici la diametre medii, există trei soluții de burghiere din care se pot alege. Utilizarea burghielor monobloc, burghielor cu o singură plăcuță sau utilizarea burghielor cu doua sau mai multe plăcuțe amovibile. Toleranța, lungimea și diametrul gaurei sunt cele trei parametri importanți, pe baza cărora se face alegerea tipului de burghiu. Fiecare dintre aceste soluții își au avantajele și dezavantajele în diferite aplicații. [www 02]
Fig. 2.12 Alegerea tipului burghiului [www 02]
Avantaje utilizării burghielor cu plăcute:
costul sculelor este mai redusă, deoarece corpul burghiului se poate realiza dintr-un material mai ieftin
este eliminată procedeul de reascuțire, datorită faptului ca plăcuțele sau coroana sunt interschimbabile
plăcuțele având geometrii mai simple li se pot adopta diferite îmbunătățiri, cum ar fi geometrii de spărgătoare de așchii sau geometrii “wiper”
la realizarea găurilor cu diametre mai mari exista oportunitatea de a regla diametrul burghiului din plăcuțe
evacuare optimă a așchiilor
forma optimă a canalului de evacuare
apar vibrații scăzute
nivel redus de zgomot
[www 01][Bor 18]
2.6.4. Găurirea asistată de mișcări oscilatorii
La prelucrarea găurilor cu oscilații, pe lângă mișcarea de avans si rotatie este suprapusă încă o mișcare axială. Sub efectul acestuia în urma prelucrării rezultă o formă mai benefică a așchiilor, o creștere a durabilității sculelor și o scădere a forțelor de așchiere. Așchiile rezultate din proces vor fi sfărmate, datorită mișcării de oscilație suprapusă peste mișcarea de avans, astfel evacuarea acestora, prin canalele de evacuare, fiind mult mai ușoara. [www 03]
Sfărmarea așchiilor se realizează prin generarea punctelor de rupere în așchii, deoarece avansul sculei și oscilațiile se suprapun, modificând astfel permanent rapoartele vitezelor și . Mișcarea de oscilație a burghiului se suprapune mișcării de avans, astfel vectorii celor două se adună, dependent de semnul lor. Prin suprapunerea celor doua mișcări, rezultă o variație continuă a unghiurilor funcționale. Atunci când această adunare a mișcărilor se face în direcția pozitivă, când au același direcție, unghiul de degajare de lucru va crește, respectiv unghiul de așezare de lucru va scădea. În sens contrar se schimbă și variația unghiurilor, astfel încât unghiul de degajare de lucru va scădea, iar unghiul de așezare de lucru va crește. La această variație a unghiurilor apare în interiorul așchiilor o deformare mai pronunțată, astfel se produce sfărmarea așchiilor. Pe lângă ruperea așchiilor, această variație a unghiurilor rezultă și faptul că contactul dintre așchii și fața de degajare este mai redusă. Efectul acesta are ca beneficiu reducerea frecării dintre așchie și suprafața sculei, rezultând scăderea forțelor din așchiere. [www 03]
Câteva exemple de sisteme care utilizează găurirea cu oscilații sunt:
Sistemul Mitis
În cazul acestui sistem este vorba despre o portscula, dezvoltată de firma Mitis, care generează o mișcare de oscilație, de frecvență joasă, suprapusă cu mișcarea de avans axial. În cadrul acestui sistem nu este necesară nici o sursă de energie exterioară pentru realizarea oscilației, acesta fiind dezvoltată pur mecanic cu ajutorul unei șaibe sinusoidale. [Güh 00]
Sistemul ultrasonic
Sistemul ultrasonic, este un sistem care generează oscilații de frecvență înaltă care se suprapune cu mișcarea de avans. În cadrul acestei aplicații mașina unealtă generează o oscilație electrică, de formă sinusoidală, care va fi transportată pe inelul mecanic de oscilații, astfel încât acesta să realizeze mișcarea longitudinală. La această aplicație este necesară prezența unui generator ultrasonic, care să transforme tensiunea electrică de curent alternativ, într-un curent de înaltă frecvență. [Güh 00]
2.6.5. Cicluri de găurire adâncă prin programul CNC
Găurirea adâncă, este procesul de prelucrare a găurilor unde raportul l/d (lungime/ diametru) depăște o anumită valoare. Cu ajutorul sculelor speciale de găurire adâncă, se pot realiza în prezent rapoarte între l/d păna la 150 – 200, și se pot realiza precizii de clasa IT7. [Alf 12]
Burghierea convențională se deosebește de găurirea adâncă prin faptul că acesta, de regulă, utilizează scule asimetrice cu o singură muchie așchietoare. Aceste scule sunt alimentate cu lichid de așchiere, la presiune ridicată, care ajunge direct la muchia așchietoare prin interiorul corpului sculei, iar efectul de curățare al lichidului de așchiere este singurul mecanism care îndepărtează așchiile din zona de prelucrare. [Klo 08]
In vederea realizării mai eficiente a găurilor unde raportul între adâncime și diametru este foarte mare, se utilizează de regulă strategii de prelucrare speciale. Aceste strategii sunt standardizate prin programele CNC conform DIN 66025. [Bög 16]
Fig.2.13 Traiectoria sculei la găurire adânca [www 08]
În cazul găuririi adânci această strategie este memorată în centrele de prelucrare prin codul G83, iar urmărind figura 2.13 realizarea alezajului constă în urmarea pașilor:
găurirea în piesa cu avansul de lucru a adâncimii de intrare specificate pănă la cota Q
retragerea cu avans rapid pe distanța specificată printr-un parametru (ex: RETG73)
găurirea din nou a adâncimii de intrare Q, calculată din punctul final al intrării anterioare
retragerea cu avans rapid la valoarea specificată la adresa E
repetarea procesului de mai sus păna ce se ajunge la punctul de fund la adresa Z [www 08]
2.6.6. Burghiul RT100HF
Burghiul RT100HF este un burghiu elicoidal, monobloc, dezvoltat de compania Gühring, de calitate ridicată destinată pentru domeniile cum ar fi industria automobilă, industria aeronautică și spațială, domeniul centrelor de energie sau în industria chimicală.
Innovațiile realizate in cadrul acestui produs îi oferă sculei o rezistență termica remarcabilă. Acest lucru datorită combinației excelente între carbura de bază, din care este confecționat burghiul, geometria robustă a tăișului și acoperirea specială aplicată. Acoperirile aplicate pe burghiu, pe lângă faptul că reduc semnificativ încărcarea termică a tăișului, îi oferă sculei și o rezistență ridicată la uzură. Acoperirea Signum cu structura ei stratiformă de nano-compozit, din TiAlN și SiN atinge duritatea extrema de 5500HV, reducând astfel uzura sculei. Geometria burghiului este concepută astfel încât să prezinte proprietăți de autocentrare, cu vârful sculei de 140 , având o precizie de execuție a diametrului de clasa m7. Variantele de burghie se pot găsi într-o gamă variabilă și foarte largă, cu diferite tipuri de acoperiri, cu sau fără canale de răcire, cu lungimea burghiului pana la 7xD, depinzând de la caz la caz de aplicație. [Güh 00]
Fig. 2.14 Burghiul RT100HF [Güh 00]
2.7. Spărgătoare de așchii la strunjire
Strunjirea este un proces de prelucrare prin așchiere, cu muchii așchietoare definite, cu mișcare de așchiere circulară și o mișcare de avans pe direcția transversală sau o alta direcție , față de direcția mișcării principale. [Klo 08]
Fig. 2.15 Operațiile de strunjire longitudinala și frontala [Pau 08]
Primele plăcute din carburi metalice pentru strunjire au fost create în 1927, dar imediat după acest lucru firmele producătoare au fost nevoiți, ca păna în momentul de față, să reproiecteze aceste plăcuțe prin dezvoltarea a noii geometrii și a fragmentatoarelor de așchii inovatoare.
La procesul de strunjire, în cazurile unde se prelucrează materiale care rezultă așchii de curgere, acestea provoacă o serie de dificultăți cum ar fi împiedicarea deservirii mașinii, frânarea desfășurării lucrului, deteriorarea piesei și a sculei și așchiile lungi reprezintă pe lângă acestea un pericol de accidentare. Din acest scop au fost dezvoltate spărgătoarele de așchii, care controlează așchiile, prin conducerea și ruperea lor. [Răd 14]
Geometria fragmentatorului de așchii este dependent de o suma de factori care influențează forma așchiei rezultate. Una dintre acestea este forma pragului, ceea ce este de observat în figura 2.16. Geometria pragului a) constă într-o scobitură similară celei de uzură pe fața de degajare, iar acest tip de spărgător este utilizată numai în cazul cuțitelor din oțel rapid, deoarece aceasta nu se știrbesc așa ușor. Celelalte forme b) c) și d) se utilizează în cazul în care plăcuța este confecționată din carburi metalice. Geometria b) are avantajul că produce o răsucire mai accentuată a așchiei față de formele c) și d), care pot fi însă realizate mai ușor. [Răd 14]
Fig. 2.16, Forma pragurilor pentru conducerea așchiilor [Răd 14]
Pragul de conducere, caracterizat prin raza R,influențează curbura elicei de așchie. La formele din figura 2.16 b) c) și d) relația dintre raza R și lățimea, respectiv adâncimea treptei de conducere este:
(2.4)
unde: b‟ este lățimea treptei de conducere; t‟ este adâncimea treptei de conducere; [Răd 14]
Fig. 2.17 Influenta adâncimii de așchiere asupra fragmentarii așchiei [Răd 14]
Raza R însa nu va fi egală cu raza elicei de așchie, deoarece acestea mai întâi se deformează elastic în pragul de conducere după care își revin puțin. Elasticitatea însă depinde și de grosimea așchiei, care creste odată cu pătratul grosimii de așchiere. Astfel la grosimi foarte mici de așchiere, raza elicei așchiei rezultă mai mare decât raza R, respectiv în cazul contrar, când crește grosimea așchiei, raza elicei așchiei va fi mai mică decât raza R, așa cum se observă și în imaginea 2.17 anterioară.
Astfel se poate afirma că adâncimea de așchiere are o mare influență asupra fragmentării așchiilor.
[Răd 14]
Existența unor spărgătoare de așchii poate influența și distribuția tensiunilor și a temperaturii. Aceste două elemente sunt influențate în primul rând de lățimea pragului b‟. Așa cum este reprezentată și în figura 2.18 de mai jos, dacă lățimea canalului b„ scade, odată cu acesta scade și curbura așchiei, lungimea de contact și temperatura feței de degajare. Însă datorită efortului suplimentar care este necesar pentru răsucirea așchiei, crește amplitudinea tensiunilor normale σn. Prin mărirea treptată lățimii canalului b‟, va crește și raza așchiei, pănă ce fragmentarea așchiei nu se va mai produce. Astfel mai întâi se obține așchii scurte, după care așchii în elice și pe urma așchii în benzi. Dimensiunea canalului b„ trebuie aleasă în funcție de tenacitatea materialului prelucrat. [Răd 14]
Fig. 2.18 Influenta lățimii canalului b‟ asupra distribuției tensiunii (σ) și a temperaturii (⁰C)(condiții de lucru: otel cu 0.18% carbon, carbura P20, vc= 100m/min, ap= 0.25mm, fără răcire) [Răd 14]
CAP. 3 PRIMELE VARIANTE CONSTRUCTIVE
3.1. Proiectarea CAD
Proiectarea asistată de calculator sau CAD (în limba engleză, Computer-aided design), poate fi definită ca o activitate de utilizare a unui sistem de calcul în proiectarea, modificarea, analiza și optimizarea proiectării. Sistemul de calcul este formată din echipamente și programe care asigură funcțiile necesare în proiectare. [www 06]
În intermediul firmei Gühring pentru acest scop este utilizat programul Siemens NX, în care au
fost proiectate și variantele constructive din cadrul acestei lucrări. Astfel, în continuare, este prezentată metodologia de proiectare a variantelor.
3.2. Realizarea primelor variante constructive
Variantele constructive sunt modelate utilizând programul Siemens NX, astfel încât acestea să îndeplinească condițiile impuse burghiului optimizată la această lucrare. După care acestea sunt supuse unor simulări AEF (analiză cu elemente finite) pentru obținerea rezultatelor și aducerea unor decizii de investiție și continuare a cercetării în această direcție. Modificările realizate pe burghiu sunt inspirate din variante si soluții de spargerea a așchiilor deja existente în diferite aplicații, cum ar fi la găurire adâncă, găurire cu burghiu cu plăcuțe amovibile, la strunjire sau frezare, adaptate la aplicația de burghiere din plin cu un burghiu monobloc.
Toate variantele realizate sunt construite, prin modificarea geometriei unui burghiu de tip RT100HF, un burghiu standard intern al firmei Gühring. Diametrul ales pentru realizarea modelelor este de Ø6,8mm, iar geometria burghiului standard, împreună cu variantele constructive sunt prezentate în capitolele următoare.
3.2.0 Varianta standard
Pentru a putea avea o viziune de ansamblu asupra modificărilor realizate pe geometria
burghiului, respectiv pentru o întelegere mai bună a acestora, în primul rănd, în cadrul acestei capitol este prezentată modelul 3D a burghiului RT100HF standard. Astfel în cadrul figurei 3.1 se poate observa vederea din planul de referință a sculei împreună cu planele de secționare aflate la distanța de 2mm, 2,65mm și 3,3mm față de axa sculei. Toate variantele constructive din cadrul acestei lucrări sunt realizate utilizănd, ca și un șablon, varianta standard prezentată. Astfel în scopul realizării unor descrieri căt mai clare, a variantelor constructive, s-a urmarit acelasi mod de redactare a tuturor variantelor, întălnind de la caz la caz mici modificări.
Fig. 3.1 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spargatorului de așchii de la varianta standard cu planele de secționare
Rezultatele secționării sunt prezentate în figura 3.2, la care este de observat ușor și clar, variația unghiului de degajare de-a lungul muchiei principale de așchiere, întrucăt crește distanța dintre punctul considerat de pe muchie față de axa sculei.
Fig. 3.2 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 2mm, b) 2,65mm, și c) 3,3mm
Pentu a putea realiza și o comparație între varianta standard al burghiului și variantele constructive realizate, în continuoare este prezentată, în figura 3.3 a), și o vedere din spre planul de referință a sculei, respectiv în figura 3.3 b) o vedere din planul muchiei așchietoare.
Fig.3.3 a) Vederea burghiului din planul de referință a sculei și b) vedere din planul muchiei
așchietoare
3.2.1. Varianta 1
Prima variantă este modelată pe baza studiilor si documentațiilor acumulate în domeniul strunjirii. Acest lucru este de remarcat și la prima vedere pe imaginile 3.4 a) și b) , dată fiind că locașul proiectat pe fața de degajare a burghiului este asemănător cu geometriile aplicate pe placuțele interschimbabile de strunjire. În cadrul operațiilor de strunjire, la marea majoritate a aplicațiilor sunt utilizate placuțe cu geometrii de sfărămare a așchiilor. Aceste geometrii, de regulă, constă în realizarea unui locaș sau a unor denivelări negative pe fața de degajare, care astfel creează un unghi diferit.
Fig. 3.4 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spargatorului de așchii de la varianta 1 cu planele de secționare
Pentru a întelege mai bine geometria burghiului proiectat, în figurile următoare (fig. 3.5) s-au realizat secțiuni în plane perpendiculare pe muchia tăișului, la distanțe diferite față de axa sculei. Așezarea planelor de secționare este de observat în imaginea 3.4 b), ele toate au gradul de înclinare de 162⁰, iar distanțele la care acesta sunt decalate față de centrul sculei este de 1,92mm la planul 1, 2,61mm pentru planul 2, respectul 3,35mm pentru planul 3.
Fig. 3.5 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate față de axa burghiului la distanțele de a) 1,92mm, b) 2,61mm, și c) 3,35mm
În cazul acestei variante fundul locașului, care reprezintă materializarea spărgătorului de așchii, este realizată din trei drepte legate între ele. Lungimea acestor drepte, și astfel și forma locașului, variază în funcție de poziția punctului de secționare luată față de centrul burghiului. Acest lucru se datorează faptului că unghiul de degajare al tăișului principal ia valori descrescătoare pe măsura ce se apropie de axa burghiului. Pentru a întarii muchia așchietoare, și astfel pentru a preveni ruperea sau uzura prematura a acestuia, în contact cu muchia așchietoare s-a lăsat o fațeta de o lățime de 0,05mm.
Lățimea spargatorului se întinde pe o distanță totală de 1,5 – 2,1mm, înălțimea maximă este de 1,4mm iar adăncimea maximă a spărgatorului de așchii este de 0,2mm. Unghiurile aplicate ale dreptelor în cadrul acestei variante sunt de 20⁰ – 0⁰- 135⁰.
Fig.3.6 Secțiunea spărgătorului de așchii din planul muchiei așchietoare
Pentru o înțelegere mai ușoară a geometriei spărgătorului de așchii s-a realizat o secțiune într-un plan paralel cu muchia așchietoare principală, care este de observat alăturat în figura 3.6.
3.2.2. Varianta 2
În cazul acestei variante constructive s-a urmărit, asemănător ca și în cazul variantei anterioare, adaptarea unui alt tip de variantă de spărgătoare de așchii, utilizată în practică la operații de strunjire. Vizualizarea de ansamblu a geometriei de fragmentator de așchii, privind dinspre planul de referință a sculei (figura 3.7), este foarte asemănătoare cu prima variantă, dar cu o privire mai detaliată se pot observa diferențele și caracteristicile acestei variante. Pentru acest lucru s-au realizat, ca și în cazul primei variante, secțiuni în plane diferite, perpendiculare pe muchia așchietoare și decalate la distanțe diferite fața de centrul burghiului. Acest lucru fiind vizibilă și în captura de imagine 3.8.
Fig. 3.7 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu al spargatorului de așchii de la varianta 2 cu planele de secționare
Unghiul de înclinare a planelor de separare este aceeași, de 162⁰, dar planele sunt poziționate pe muchia așchietoare la distanțele de 2mm pentru planul 1, 2,65mm pentru planul 2 și 3,3mm pentrul cel de al treilea plan. Iar rezultatul secționării în aceste plane se pot vedea în imaginile următoare.
Fig. 3.8 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 2mm, b) 2,65mm, și c) 3,3mm
Comparativ cu varianta anterioară în cazul acesteia se poate observa că locașul pentru spărgatorul de așchii nu mai este generată după trei drepte legate între ele la un unghi bine definit. Curba generatoare după care a fost modelată spărgatorul de așchii este formată de data aceasta dintr-o dreaptă care este înclinată față de fața de degajare cu un unghi pozitiv de +13⁰ și o curba tangentă la acesta carea are raza de 4,3mm. Pentru întărirea muchiei așchietoare s-a lăsat și în cazul acesta o fațetă de o lățime de 0,05mm. Lățimea spărgătorului se întinde pe o distanță totală de 1,1 – 2,1mm, înălțimea maximă este de 1,55mm, iar adăncimea maximă a spărgatorului de așchii este de 0,3mm. Astfel spărgatorul de așchii a fost generată cu ajutorul curbei generatoare, ea fiind o dreaptă de lungimea 1mm, tangentă la capăt cu un arc de cerc avănd raza 3,7mm, urmărind curba directoare care este generată de muchia tăișului principal.
3.2.3. Varianta 3
O imagine de anasamblu despre varianta constructivă numărul 3 este prezentată în captura de imagine 3.9 vizibilă mai jos. Această variantă are ca și specificație că locașul spărgătorului de așchii de pe fața de degajare este simplificată, astfel încăt aceasta poate fi realizată în practică și doar printr-o șlefuire suplimentară. Cum se poate observa și în imaginea 3.9, în cadrul acestei variante constructive, cumparative cu cele prezentate anterior este construită, folosind la generarea suprafeței spărgătorului de așchii o secțiune dintr-un arc de cerc. Pentru o înțelegere mai bună a geometriei spărgătorului de așchii s-a realizat și în cazul variantei de față o secționare a burghiului în trei plane diferite.
Fig. 3.9 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu al spargatorului de așchii
de la varianta 3 cu planele de secționare
Fig. 3.10 Vederea isometrică și secțiuni a unui plăcuțe de strunjit
Această variantă constructivă și totodată variantele 1 și 2 sunt inspirate din practică, de la forma geometriei fragmentatoarelor de așchii utilizate la placuțele amovibile în cadrul operaților de stunjire. O astfel de plăcuță este de observat în figura 3.10, cu înca două secțiuni realizate în planuri diferite.
Prima secțiune este realizată din planul care se află normal pe muchia așchietoare, respectiv al doilea care este perpendiculară pe primul plan și paralelă cu muchia așchietoare.
Fig. 3.11 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 2mm, b) 2,65mm, și c) 3,3mm
În cadrul acestei variante, comparativ cu cele prezentate anterior, secțiunea locașului care realizează fragmentarea așchiilor este generată doar de un arc de cerc. Prin realizarea acestei geometrii pe fața de degajare al burghiului este generat un unghi pozitiv mai favorizabil care v-a ușura condițiile de așchiere. Unghiul fiind pe lăngă asta și variabilă, acesta va rezulta ridicarea așchiiei detașate de pe suprafața de degajare, scăzănd astfel contactul dintre sculă și așchie. Pentru a evita o muchie așchietoare foarte ascuțită s-a lăsat și în cazul acesta între muchie și locașul spărgătorului o fațetă de lățimea de 0,05 mm. Arcul de cerc cu care s-a realizat locașul are ca și valoare raza egală cu 2mm, iar geometria spărgătorului de așchii se întinde pe o lungime de 1,2mm, înălțimea tot de 1,2mm și are adăncimea maximă egală cu 0,2 mm. Pe lăngă aspectele benefice pe care le poate aduce geometria spărgatorului de așchii, această variantă are în plus avantajul de a putea fi ușor realizată printr-o șlefuire suplimentară pe fața de degajare.
3.2.4. Varianta 4
La această variantă constructivă se poate observa chiar și la prima vederea complexitatea mai ridicată fața ce cele prezentate anterior. La crearea și realizarea acestei variante s-a studiat și s-a adaptat geometria cuțitelor de debitat.
Conform lui Denkena, prin mărirea grosimii așchiilor cu ajutorul unor umflături pe secțiunea transversală a tăișului principal, întinderea laterală a așchiei va fi redusă, astfel îi crește rigiditatea, care ajută la fragmentarea lor.
Această geometrie este utilizată de regulă la cuțitele de debitat sau de canelat, deoarece
astfel este prevenită blocarea așchiilor în Fig3.12. Suprafață de așchiere umflată [Den 10] canalul..realizat. [Den10]
Fig. 3.13 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu al spargatorului de
așchii de la varianta 4 cu planele de secționare
Pentru a înțelege mai bine geometria activă a sculelor în continuare sunt realizate trei planuri de secționare din care unul trece prin umflătură. Aranjarea planelor de secționare este de văzut în imaginea 3.14, iar secțiunile realizate sunt următoarele.
Fig. 3.14 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 1,8mm, b) 2,35mm, și c) 2,65mm
După cum reiese și din figurile prezentate mai sus, fragmentatorul de așchii este realizată dintrun locaș mare, avănd forma și caracteristicile variantei 3, cu particularitatea că în fundul locașului mai sunt poziționate încă doua umflături longitudinale pe direcția verticală față de muchia tăișului principal. Fundul fragmentatorului de așchii este realizată cu ajutorul unor curbe generatoare, fiind formate dintrun arc de cerc avănd raza de 1,85mm. Astfel lățimea locașului total este egală cu 1,35 – 2mm, înălțimea se întinde pănă la 1,3mm, iar adăncimea maximă a fragmentatorului este de 1,25mm. În acest locaș sunt poziționate simetric două umflături cu lățimea de 1,75mm, poziționate unul de altul la 0,6mm.
Aceste umflături au forma identică și sunt generate la fel ca și fundul locașului cu diferența că la aceste s-a utilizat un arc de cerc care are o rază mai mare, de 2,6mm. Pentru rigidizarea muchiei locașul fragmentatorului începe doar după o fațetă pe muchia așchietoare avănd lațimea de 0,1mm, pe cănd umflătura începe doar la o distanță de 0,22mm de muchia așchietoare, respectiv la celălalt capăt cele două suprafețe se unesc.
3.2.5. Varianta 5
Varianta construcitvă numarul 5 a fost realizată dupa o examinare mai aprofundată a variantelor numărul 1 și 2, astfel la geometria acestui spărgător de așchii s-a încercat combinarea celor două variante și totodată corectarea unor factori care ar putea cauza dificultăți în procesul de așchiere.
Fig. 3.15 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu al spargatorului de așchii de la varianta 5 cu planele de secționare
În cadrul acestei variante constructive primul scop de optimizare a fost de a elimina trecerea bruscă de pe suprafața vărfului miezului a burghiului la suprafața interioară a sparatorului de așchii. În cadrul variantelor anterioare prezentate în zona de trecere între aceste două suprafețe există un “baraj” care ar putea bloca, împiedica curgerea așchiilor în interiorul spărgatorului de așchii, astfel nefiind realizaăt fragmentarea și deformarea așchiilor corepunzătoare. Pentru realizarea acestui obiectiv s-au realizat mai multe planuri de secționare în care s-a schițat geometria spărgatorului de așchii. În urma unirii și extrudării acestor schițe s-a obținut geometria prezentată în figura 3.15. Astfel este oferită așchiei o suprafață mult mai continuă pe care o poate urma și astfel acesta poata să ajungă în zona fragmentatorului de așchii. Acest lucru se poate observa mai bine în figurile urmatoare 3.16, unde este prezentată o comparație între geometria vărfului bughiului, respectiv zona de trecere de la suprafața miezului burghiului la suprafața locașului a spărgătorului de așchii.
Fig. 3.16 Vedere în detaliu al varfului burghiului de la varianta 1 (în partea stăngă) și varianta 5 (în partea dreaptă)
Așa cum s-a mai amintit anterior la geometria și construcția fragmentatorului de așchii, acesta este o combinație dintre varianta constructivă 1 și 2. Acest lucru se poate remarca privind geometria sculei dintr-o secțiune realizată pe un plan perpendicular pe muchia principală de așchiere, similar prezentată în cadrul variantelor anterioare. În aceste trei capturi de imagine se poate constata clar faptul că în cadrul variantei prezente avem atăt înclinații de suprafețe generate de muchii drepte la 20⁰ – 0⁰ – 130⁰, față de suprafața de degajare, cât și o rază de racordare la colț, avănd valoarea egală cu 4,4mm.
Fig. 3.17 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 1,85mm, b) 2,6mm, și c) 3,3mm
3.2.6. Varianta 6
O altă variantă constructivă este de văzut în imaginea alaturată 3.18. Această variantă preia proprietatea benefică proiectantă la varianta anterioară, varianta 5, de a avea forma spărgătorului de așchii pe toată lungimea muchiei principale de așchiere. Oferind astfel avantajul de eliminare a barajului dintre suprafața miezului burghiului și suprafața interioară a fragmentatorului de așchii. Privind burghiul din spre planul principal de proiectare, se poate observa ușor faptul că această variantă constructivă are înălțimea canalului mult mai mic față de variantele prezentate anterior.
Fig. 3.18 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și vederea în detaliu al spargatorului de așchii de la varianta 6 cu planele de secționare
Geometria fragmentatorului de așchii constă în realizarea unui canal care este paralel cu muchia principală de așchiere și care începe de la 0,2mm de la periferia burghiului și se întinde pănă la suprafața miezului. Pentru înțelegera mai bună a formei canalului s-au realizat secțiuni similare ca și în cazul variantelor anterioare, preztate în figurile următoare.
Fig. 3.19 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 1,2mm, b) 1,8mm, și c) 2,5mm
După cum se și vede în imaginile 3.19, prezentate mai sus, forma spărgătorului de așchii este generată după două drepte unite cu un arc de cerc tangent la acesta. Între canal și muchia așchietoare sa lăsat o fațetă de 0,1 mm, în scopul de a întării muchia. Prin construcția spărgătorului de așchii s-a creat un unghi de degajare mai mare, decalată cu +25⁰ față de cel inițial. Iar unghiul dintre cele două suprafețe interioare ale canalului este egală cu 75⁰, astfel lungimea totală a spărgătorului de așchii este de 2,8mm, înălțimea lui este de 0,33mm, iar adăncimea maximă a canalului este egală cu 0,1mm. Pentru o înțelegere mai clară a geometriei se poate observa în imaginea 3.20 o secțiune realizată dintrun plan paralel cu tăișul sculei.
Fig.3.20 Secțiune spărgătorului de așchii din planul muchiei așchietoare
CAP. 4 REZULTATELE OBȚINUTE DE LA PRIMELE VARIANTE CONSTRUCTIVE
4.1. Metodologia realizării încercăriilor
După ce variantele constructive au fost realizate în programul Siemens NX, toate variantele au fost salvate sub formă de fișier *STEP. Aceste fișiere au fost trimise în sediul Gühring din Germania, unde un specialist în domeniul simulării AEF, a executat încercările.
Pentru o analiză mai clară și pentru o interpretare mai ușoară a rezultatelor, prima dată s-au executat simulările pe geometria standardă a burghiului RT 100 HF. În cadrul acestor simulări și totodată la toate variantele constructive au fost utilizate următoarele date de intrare:
viteza de așchiere: vc= 100 m/min materialul prelucrat: 42CrMo4/
avansul pe rotație: f= 0,2 mm/rot AISI4150*
unghiul de rotație: 180⁰ adăncimea de așchiere: 3mm
4.2. Analiza cu elemente finite
Analiza cu elemente finite sau AEF este o metodă multidisciplinară, care se bazează pe cunostințele din domeniile de mecanica structurilor, analiza numerică și stiinșa aplicată a calculatoarelor. AEF este utilizată pentru rezolvarea problemelor analitice de mari dimensiuni. Obiectivul acestuia este modelarea și desccrierea comportării mecanice a structurilor cu geometrii complexe. Metoda este un procedeu de discretizare: forma geometrică și câmpurile deplasărilor, deformațiilor specifice și tensiunilor sunt descrise prin cantități discrete (de ex. coordonate) distribuite în toată structura. Aceasta impune o notație matricială. Uneltele sunt calculatoarele numerice, capabile să memoreze liste lungi de numere și să le prelucreze. [www 09]
În cadrul firmei Gühring se folosește programul Advent Edge 3D-FEM, iar în urma simulărilor au fost analizate și create capturi de imagini despre forma așchiei, din două vederi, și repartizarea temperaturii în aceasta, repartizarea tensiunilor și repartizarea temperaturii în suculă. Rezultatele simulării sunt prezentate în capitolele următoare.
4.3. Rezultatele simulării de la varianta standard
În urma realizării simulării s-au obținut următoarele rezultate:
Fig. 4.1 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.2 Forma așchiei privind dinspre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.3 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.4 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
Așchia nedetașată, după capturile de imagini, tind să aibă forma de așchii cu spirală conică, avănd raza de la baza spiralei egala cu 1,16 mm. Repartizarea tensiunilor este una foarte bună, valorile maximale ale acestora au loc pe muchia așchietoare și pe vărful miezului, cuprinzănd valori foarte mici. Iar repartizarea căldurii este uniformă dea-lungul muchiei așchietoare principale și la colțul tăișului.
4.3.1. Rezultatele simulării de la varianta 1
În urma realizării simulării s-
Fig. 4.5 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.6 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.7 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.8 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
Așchia nedetașată, după capturile de imagini prezente mai sus, tind să aibă forma de așchii cu spirală conică, avănd raza de la baza conului egală cu 1,18 mm. Valoarea și repartizarea tensiunilor este una mai intensă, deoarece suprafața burghiului pe care apar tensiuni ridicate este mai mare și se poate observa și pe repartizarea culorilor intensitatea lor mai ridicată. Apare și o tensiune ridicată pe suprafața interioară a fragmentatorului de așchii. Iar repartizarea temperaturiilor este identică cu cea a variantei..standard
4.3.2. 2
În urma realizării simulării s-au obținut următoarele rezultate:
Fig. 4.9 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate.
Fig. 4.10 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.11 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.12 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
4.3.3. Rezultatele simulării de la varianta 3
În urma realizării simulării s-
Fig. 4.13 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.14 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.15 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.16 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
Așchile nedetașate tind să aibă forma de așchii cu spirală conică, identică și cu valoarea razei de la baza spiralei egală ca și la variantele anterioare prezentate, varianta 2, avănd raza egală cu 1,21mm. Lafel și distribuirea tensiunilor variază foarte puțin față de varianta 2, diferența fiind ca aici apare o tensiune mai ridicată pe tăișul principal în apropierea axei burghiului. Repartizarea temperaturii în sculă este identică, în cazul acesta diferă doar valoarea acestuia, care arată o creștere minimală.
4.3.4. 4
În urma realizării simulării s-au obținut următoarele rezultate:
Fig. 4.17 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.18 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.19 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.20 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
4.3.5. Rezultatele simulării de la varianta 5
În urma realizării simulării s-
Fig. 4.21 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.22 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.23 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.24 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
Așchia nedetașată, prezentată în imaginile de mai sus, tind să aibă forma de așchii cu spirală conică, avănd raza de bază a spiralei egală cu 1,23 mm. Departizarea tensiunilor arată o scădere a tensinuii pe muchia așchietoare, dar apare o crește exponențial la zona de trecere de la miezul burghiului la fața de degajare a sculei. Repartizarea temperaturii după simulările făcute arată însă o scădere ușoară a temperaturilor.
4.3.6. 6
În urma realizpării simulării s-au obținut următoarele rezultate:
Fig. 4.25 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 4.26 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 4.27 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 4.28 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
Așchia nedetașată, după capturile de imagini prezente mai sus, tind să aibă forma de așchii cu spirală conică, avănd raza de bază a spiralei egală cu 1,11 mm. Acesta fiind o valoare mai mică decat în cazul burghiului standard, oferind astfel unele beneficii. Ca și dezavantaj apar însă tensiunile foarte mari în interiorul fragmentatorului de așchii, care poate să ducă și la ruperea sculei în zona muchiei așchietoare, dar și la zona vărfului tăișului. La repartizarea temperaturii, temperaturile cele mai ridicate apar pe muchia așchietoare, căt și pe vărful tăișului.
4.4 Interpretarea rezultatelor
În urma unor analize a fiecărei variante în parte, respectiv comparănd rezultatele obținute între ele, se poate observa că singura îmbunătațire a formei așchiilor față de varianta standard este adusă de către varianta 6. În cadrul acestei variante constructive raza conului de spirală a așchiei este 1,11mm pe cănd în cazul burghiului RT 100 HF clasic este 1,16mm. Toate celelalte varinate constructive rezultă așchii cu o rază mai mare decăt acesta.
Din punctul de vedere al tensiunilor, pe suprafața spărgătorului de așchii și în zona colțului tăișului, apar tensiuni ridicate, care ar putea cauza ruperea tăișului. Pe lăngă aceaste tensiuni cu valori mai ridicate, atăt la varianta 6, cat și la toate celălalte variante constructive și cel standard, apare o repartizare a tensiunilor mai pronunțată în zona miezului burghiului. Însă aceste tensiuni sunt inevitabile și cauzează o uzură pe suprafața burghiulor. Aceste tensiuni se regăsesct și în practică, un exemplu concret petru acest lucru este reprezentat în imaginea 4.1, unde apare geometria vărfului unui burghiu de tip RT100HF dupa 45m așchiați. Imaginea este capturată pe un microscop REM (“Rastelektronenmikroskop” în engleză SEM „scanning electron microscope”).
Fig. 4.1 Uzura pe vărful unui burghiu RT100HF dupa 45m așchiați
Analizănd repartizarea temperaturilor pe suprafața sculelor, s-a constatat faptul că în cazul variantelor 1-5 nu apare nicio creștere de temperatură în partea superioară a spărgatorului de așchii. Acest lucru înseamnă că în zona amintită nu există frecare între sculă și așchie. Astfel rezultă că aceste variante constructive au geometria fragmentatoarelor de așchii supradimensionate, iar așchiile sunt ridicate de pe suprafața burghiului înainte să ajungă în zonele superiare ale fragmentatorului, care la urmă ar rezultă deformarea și ruperea așchiilor.
Rezultatele cele mai promițătoare apar în cadrul variantei constructive 6, astfel pentru continuarea acestei lucrări s-a hotărăt modelarea noii variante constructive care cuprind atăt variante cu geometrii noi, căt și variante de optimizare pentru varianta 6. Ca și o propunere de optimizare pentru această variantă este de a reduce din dimensiunile canalului, deoarece pe analiza repartizării temperaturilor se poate observa faptul că în fundul canalului nu apar creșteri de temperaturi mari, fapt care duce la ideea că acolo se întămplă o frecare redusă, sau deloc, deoarece nu ajunge așchiia nedetașată în zona respectivă, ci se curbează înaintea acestuia.
Din programul de simulare s-a mai extras forța axială (Fz) și momentul de torsiune (Mt) care apare în timplu prelucrării. Rezultatul acestora cu valoarea maximă este centralizată în tabelul 4.1 de mai jos, iar diagramele extrase se pot regăsii în anexa1.
Tab. 4.1 Valoarea maximă a forței axiale și a momentului de torsiune
CAP. 5 AL DOILEA SET DE VARIANTE CONSTRUCTIVE
5.1. Realizarea noii variante constructive
După obținerea rezultatelor, analiza și interpreatrea acestora, s-a decis realizarea noii variante în care s-au realizat optimizări și totodată s-au creat variante pe idei și concepte total noi. Aceste sunt prezentate în subcapitolele următoare.
5.1.1. Varianta 6.1
Această variantă s-a creat dupa analiza rezultatelor obținute și reprezintă o optimizare a variantei cu numărul 6. Geometria finală al acestei variante este de observat în imaginea 5.1. Ca și metodă de optimizare s-a ajuns la decizia să se reducă înăltimea canalului cu 30% iar adăncimea maximă cu 60%. Geometria finală a spărgătorului de așchii este de văzut în imaginile 5.1, care reprezintă secțiunile realizate în plane perpendiculare pe muchia tăișului.
Fig. 5.1 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spărgatorului de așchii de la varianta 6.1 cu planele de secționare
Fig. 5.2 Vederea în secțiune a muchiei tăișului principal în cele trei plane amplasate față de axa burghiului la distanțele de a) 1,2mm, b) 1,8mm, și c) 2,5mm
Astfel după reducerea canaluli de fragmentare,valorile finale ale cotelor cele mai principale sunt următoarele, lungimea totală a rămas neschimbată egală cu 2,8mm, la fel și unghiurile constructive. Unde unghiul de degajare a spărgătorului este decalată față de unghiul real cu +25⁰, iar unghiul dintre cele două suprafețe interioare a canalului este egală cu 75⁰. Înălțimea canalului după reducerea acestuia a devenit 0,23mm, iar adăncimea maximă este egală cu 0,04mm. Astfel o vizualizare a acestei variante dintro secțiune paralelă la muchia așchietoare este prezentată în imaginea 5.3.
Fig.5.3 Secțiunea spărgătorului de așchii din planul muchiei așchietoare
5.1.2 7.1
Varianta 7.1 are ca și caracterică faptul că adăncitura canalului de fragmentare a așchiilor începe direct cu adăncimea maximă la periferia sculei, pe muchia tăișului. Această geometrie aduce ca și beneficiu faptul că așchia intră direct în contact cu fundul canalului fragmentatorului. Forma locașului privind din spre planul de referință a sculei este un canal longitudinal, fiind poziționată la mijlocul muchiei principale de așchiere. Canalul avănd raportul dintre lățimea și înălțimea lui mare, forma fragmentatorului a rezultat să fie asemănatoare unui oval.
Fig. 5.4 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spărgatorului de așchii de la varianta 7.1 cu planele de secționare
Canalul este generată de un arc de cerc poziționată la periferia muchiei așchietoare care urmărește ca și curbă directoare axa sculei. Astfel forma muchiei tăișului principal nu mai rămane dreaptă ci o să aibă o curbură. Un alt avantaj al acestei variante este simplitudinea geometriei realizate, deoarece această formă se poate realiza printr-o șlefuire suplimentară.
În contiuare sunt prezentate secțiuni ale burghiului realizate din plane perpendiculare pe muchia tăișului principal similar capitolelor anterioare.
Fig. 5.5 Vederea în secțiune a muchiei tăișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 2,2mm, b) 2,4mm și c) 2,6mm
Valoarea cotelor principale ale acestei variante sunt următoarele, lungimea toatală a canalului este 1,4mm, înălțimea cea mai mare este egală cu 0,66mm, iar adăncimea maximă, care se află la muchia principală de așchiere și este în contact cu fața de așezare, este egală cu 0,21mm.
Pentru înțelegerea formei fragmentatorului de așchii în figura 5.6 este prezentată vederea din planul de referința a sculei.
Fig. 5.6 Vederea burghiului din planul de referință a sculei
5.1.3 7.2
Această variantă este realizată prin optimizarea variantei 7.1 și combinarea acestuia cu varianta constructivă numărul 4, din primul set de încercări. Canalele longitudinale, transversale încep și în cadrul acestei variante cu adăncimea maximă la muchia tăișului, realizănd astfel o trecere directă la fața de așezare. De data aceasta pe suprafața de degajare sunt amplasate două canale, decalate și paralele între ele. Prin aceste canale grosimea așchiilor se va mări pe secțiunea transversală, datorită umflăturii ce apar pe așchii, iar întinderea laterală a așchiei va fi redusă, astfel îi crește rigiditate, care ajută la fragmentarea lor. Deoareace pe suprafața de degajare a burghiului se află două canale, la fel și secțiunea transferală a așchiilor va varia și se vor obține grosimi diferite, variabile pe așchie. Iar fundul canalelor este rotunjită pentru a realiza o curgere mai ușoară a așchiei.
Fig. 5.7 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spărgatorului de așchii de la varianta 7.2 cu planele de secționare
Pentru întelegerea geometriei s-au realizat trei secțiuni în plane diferite, paralele între ele si perpendiculare pe tăișul sculei. Poziționarea lor este astfel concepută încăt se poată întelege construcția fragmentatorului. Secțiunile rezultate apar în imaginea 5.8.
Fig. 5.8 Vederea în secțiune a muchiei tăișului principal în cele trei plane amplasate fața de axa burghiului la distanțele de a) 2,15mm, b) 2,6mm și c) 2,95mm
Modul de generare a fragmentatorului de așchii este similară cu cea din varianta anterioară cu
diferența că de data acesta pe suprafața de degajare sunt poziționate două canale care au lațimea mult mai mică. Astfel lățimea unui canal este de 0,32 în punctul minim și 0,7mm în punctul maxim, înăltimea acestuia este 0,94mm, iar adăncimea maximă, măsurabilă la capătul sculei este egală cu 0,1mm. Primul canal este așezat la 0,25mm de periferia sculei, iar între axele de simetrie a celor două canale există o distanță de 0,8mm. Prin această constucție cu două canale forma muchiei tăișului este una neobișnuită avănd două denivelări. Acest lucru este de observat dacă privim burghiul dinspre planul de referință a sculei, care este vizualizabil în imaginea de mai jos (figura 5.9).
Fig.5.9 Vederea burghiului din planul de referință a sculei
5.1.4 8
Această variantă,după cum este de observat în imaginea 5.10, constă în lipirea sau executarea prin diverse metode a unor stifuri pe fața de degajare a burghiului. Acest stift joacă rolul unui obstacol care în contact cu așchia nedetașată îi schimbă direcția de curgere. În modul acesta așchia este deformată suplimentar, ceea ce va conduce la rularea așchiei, obținănd astfel dimensiuni mai mici ale acestuia. Dacă prin această deformare apar tensiuni destul de mari în așchie, acesta se va fragmenta și va produce o așchie de forma dorită.
Fig. 5.10 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spargatorului de
așchii de la varianta 8 cu planele de secționare
În scopul descrierii mai ușoare a geometriei funcționale acestei variante constructive, în contiunare sunt prezentate secțiuni realizate similar ca și în cazul variantelor anterioare. Poziționarea planelor de secționare este de remarcat în imaginea 5.11.
Este de menționat faptul că secțiunea este reprezentată astfel încăt stiful ar fi corp comun cu burghiul. Acest lucru s-a realizat astfel din motive de simplificare, deoarece această lucrare urmărește doar funcționalitatea geometriilor proiectate, nu și modul de obținere al acestora.
Fig. 5.11 Vederea în secțiune a muchiei taișului principal în cele trei plane amplasate față de axa burghiului la distanțele de a) 2mm, b) 2,63mm și c) 3,2mm
Dimensiunile stiftulrilor sunt următoarele, diametrul acestora este de 1mm, înălțimea măsurată de la planul superior plan al stiftului, pănă la suprafața de degajare, în punctul axei, este egală cu 0,24mm. Știful este dotat și cu o rotunjire pe muchie de raza 0,17mm. Un rol foarte important mai joacă poziționarea știftului. Acesta este poziționată la 1.1mm față de direcția radială, respectiv la 0,35mm pe direcția axială, față de colțul sculei.
O secțiune paralelă cu planul muchiei așchietoare, care trece prin centrul stiftului este prezentată în figura 5.12 de mai jos.
Fig.5.12 Secțiunea spărgătorului de așchii din planul muchiei așchietoare
5.1.5 9
Varianta constructivă numărul 9 reprezintă o combinație a variantelor 6.1 și varianta 7. În cadrul acestei variante geometria spărgătorului de așchii preia elementele formei de la varianta 6.1, care reprezintă un canal îngust paralel cu muchia așchietoare. Diferențele de mărime și de forma secțiunii canalului sunt minime. Totuși o diferență majoră se află în faptul că în cadrul acestei variante canalul nu se întinde pe întreaga lungime a muchiei așchietoare. Fundul canalului face legătura și este în contact direct cu fața de așezare, acesta este o caracteristică pe care o întălnim și la varianta 7. Astfel muchia tăișului principal nu mai rămane dreaptă, ci o să fie în trepte.
Fig. 5.13 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spargatorului de așchii de la varianta 9 cu planele de secționare
Aferent cazurilor anterioare urmează prezentarea secțiunilor realizate din planurile de secționare.
Poziționarea planelor de secționare este de remarcată în imaginea 5.13, iar rezultatul secționării în figurile 5.14.
Fig. 5.14 Vederea în secțiune a muchiei tăișului principal în cele trei plane amplasate față de axa burghiului la distanțele de a) 1,8mm, b) 2,5mm și c) 3,2mm
Canalul fragmentatorului de așchii pe direcția radială începe la 0,2mm de colțul tăișului și are o lungime totală de 1,6mm. Înălțimea canalului este de 0,25mm, iar adăncimea maximă, care trebuie măsurată pe muchia așchietoare este de 0,08mm. Prin geometria sa fragmentatorul de așchii formează un unghi paralel cu cea inițială, dupa care peste 0,2mm este urmată de o denivelare, avănd înclinația de 135⁰.
Pentru înțelegerea formei muchiei tăișului și a geometriei fragmentatorului de așchii în poza 5.15, este prezentată vederea din planul de referință a sculei.
Fig.5.15 Vederea burghiului din planul de referință a sculei
5.1.6 10
Această variantă constructivă, fiind ultima în cadrul acestei lucrări, poate fi interpretat ca fiind o variantă optimizată a numărulului 8. Cele două variante au ca și punct comun, și totodată se diferențiază prin acest fapt de toate celălalte variante constructive, faptul că geometria realizată nu se execută prin îndepărtare de material, ci prin adăugarea acestuia. După cum se și vede în figura 5.16, geometria care realizează formarea și fragmentarea așchiei constă într-o umflătură longitudinală, care are direcția paralelă cu muchia așchietoare și se întinde pe întreaga față de degajare, la o distanță mică de tăiș. Prin crearea acestei forme pe fața de degajare s-a obținut un tăiș în trepte, cu adăugare de material. Un prim avantaj a acestui tip de spărgător de așchii poate fi faptul că nu există sub nicio formă îndepărtare de material de pe burghiu, astfel nu este slăbită muchia așchietoare.
Fig. 5.16 a) Vederea din planul de referință a sculei (Pr) și b) vederea în detaliu a spărgatorului de așchii de la varianta 10 cu planele de secționare
Identic ca și la variantele anterioare, în continuare sunt prezentate secțiunile burghiului de la plane perpendiculare pe muchie care sunt prezentate în figurile 5.17. Amplasarea acestor plane se poate vedea în imaginea 5.16, care reprezintă vedera în detaliu a spărgătorului de așchii din planul de referință a sculei.
Fig. 5.17 Vederea în secțiune a muchiei tăișului principal în cele trei plane amplasate față de axa burghiului la distanțele de a) 1,8mm, b) 2,5mm și c) 3,2mm
După cum se observă fragmentatorul de așchii este formată dintr-o umflătură longitudinală paralelă cu muchii așchietoare. Această umflătură este caracterizată prin două raze. Prima reprezintă raza cilindrului care este contopită cu corpul burghiului și care are valoarea egală cu 0,5mm, respectiv o rază de racordare de 0,1mm care ajută la o curgere continuă a așchiilor. Astfel, prin această construcție s-a creat o treaptă pe fața de degajare care produce un unghi suplimentar de degajare, variabil și negativ. Distanța de la muchia tăișului pănă la umflătură este de 0,13mm, deajuns pentru a nu avea pericolul ruperii muchiei așchietoare. Lungimea totală este de 1,45mm, și începe la 0,2mm de periferia burghiului, pe cănd înăltimea umflăturii este egală cu 0,35mm. Iar ultima cotă importantă și măsurabilă este înălțimea umflăturii pe plan normal față de fața de degajare care este de observat în secțiunile prezentate în figura 5.18, și care au valoarea de 0,1mm.
Fig. 5.18 Secțiunea spărgătorului de așchii din planul muchiei așchietoare
În figura alăturată se poate observa faptul că partea superioară a umflăturii are o ușoară curbură convexă, asta deoarece secțiunea generatoare urmărește și copiază profilul muchiei tăișului.
CAP. 6 REZULTATELE OBȚINUTE DE LA AL DOILEA SET DE VARIANTE CONSTRUCTIVE
6.1. Metodologia realizării încercăriilor
Pentru o analiză mai clară și pentru o interpretare mai ușoară a rezultatelor, respectiv ca să se poată compara rezultatele obținute cu cele anterioare, simulările s-au realizat pentru toate variantele constructive identic ca și la primul set de încercări. Datele de intrare pentru realizarea simulării sunt aceleași, și anume:
viteza de așchiere: vc= 100 m/min
avansul pe rotație: f= 0,2 mm/rot
materialul prelucrat: 42CrMo4
unghiul de rotație: 180⁰
adăncimea de așchiere: 3mm
În urma simulărilor au fost analizate și create capturi de imagini despre forma așchiei, din două vederi, și repartizarea temperaturii în aceasta, repartizarea tensiunilor și repartizarea temperaturii în sculă. Rezultatele simulării sunt prezentate în capitolele urmatoare.
6.2.1. Rezultatele simulării de la varianta 6.1
În urma realizarii simulării s-
Fig.6.1 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 6.2 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.3 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 6.4 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
6.2.2. Rezultatele simulării de la varianta 7.1
În urma realizarii simulării s-
Fig.6.5 Raza de încovoiere al așchiei nedetașate
Fig. 6.6 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.7 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 6.8 Repartizarea temperaturii în vărful scul
6.2.3. Rezultatele simulării de la varianta 7.2
În urma realizării simulării s-
Fig. 6.9 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 6.10 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.11 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 6.12 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
6.2.4. Rezultatele simulării de la varianta 8
În urma realizării simulării s-
Fig. 6.13 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 6.14 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.15 Repartizarea tensiunilor în vărful scule
Fig. 6.16 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
6.2.5. Rezultatele simulării de la varianta 9
În urma realizării simulării s-
Fig. 6.17 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 6.18 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.19 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 6.20 Repartizarea temperaturii în vărful sculei
6.2.6. Rezultatele simulării de la varianta 10
În urma realizării simulării s-
Fig. 6.21 Raza de încovoiere a așchiei nedetașate
Fig. 6.22 Forma așchiei privind din spre planul muchiei așchietoare
Fig. 6.23 Repartizarea tensiunilor în vărful sculei
Fig. 6.24 Repartizarea temperaturii în vărful
sculei
Așchia rezultată în urma procesului este identică cu cele anterioare și are raza de la baza conului egală cu 0,94mm. Dintre toate rezultatele acesta are cea mai mică valoare a razei. Se observă în figura
6.21 că așchia mai are tendința de a se depărta de sculă. Repartizarea tensiunilor arată că tensiunile cele mai ridicate sunt la baza umflăturii pe toată lungimea acestuia. Iar temperaturile maxime de pe scule sunt distribuite în cea mai mare parte pe tăișul sculei, dar și pe suprafața umflăturii. Un avantaj important la această variantă este faptul că o mare cantitate de căldură este transportată de așchie.
6.3. Interpretarea rezultatelor
După realizarea noilor modele de variante constructive și expunerea lor la acelaș mod de simulare, în urma unor analize a fiecărei variante în parte, respectiv comparănd rezultatele obținute între ele și cu rezultatele primelor variante, se poate spune că, cu excepția variantei numărul 7.1 toate variantele constructive aduc o îmbunătățire formei așchiei.
În cadrul variantei 6.1 s-a urmărit optimizarea geometriei de la varianta 6 creată în primul set, ceea ce după rezultatele simulărilor a avut succes. La această variantă raza de bază a conului de la așchie are valoarea egală cu 1,08mm ceea ce înseamnă o reducere de dimensiune a așchiilor față de burghiul standard cu 6,8%. Aceași valoare a dimensiunii așchiei apare și în cazul variantei 7.2, pe cănd la varianta 8 raza conului este egală cu 1,12mm ce înseamnă o reducere de dimensinea așchiei cu 3,4%. Dar după criteriul dimensiunii așchiei cele mai bune rezultate au fost atinse la varianta 9 și 8. În cadrul variantei 9 există o reducere cu 13,7% a dimensiunii așchiei, cu raza conului egală cu 1mm, respectiv 18,9% la varianta cu numărul 10, unde raza conului este egală cu 0,94mm. Un aspect important mai este faptul că la variantele 6.1, 8, 9 și 10 suprafața de contact dintre așchie și sculă este mai mică decăt în cazul variantei standardizate.
Din punctul de vedere al repartizarilor tensiuniilor la toate variantele constructive apare o tensiune ridicată la miezul burghiului, mai ales o tensiune însemnată apare în acea zonă la varianta 7.2, dar care pot fi ignorate, atăta timp căt această tensiune nu depășeste rezistența admisibila a carburii din care este confecționată scula. În alte zone apar și tensiuni care ar putea cauza dificultați la variantele 6.1 și 7.2, în apropierea muchiei tăișului la vecinătate cu miezul burghiului, respectiv la variantele 8 și 10 la baza stiftului sau a umflăturii unde acestea sunt inhibate în corpul sculei.
Iar repartizarea temperaturii este asemănătoare la toate variantele, înclusiv la cel standard, și anume temperaturile cele mai ridicate apar pe tăișul sculei. Diferențele apar eventual între variante prin valoarea acestor temperaturi. Excepția este aici varianta 8, unde apare o cantitate de căldură foarte ridicată atăt pe tăișul sculei căt și pe stift, în zona unde se crează contact cu așchia. Din analiza temperaturiilor se mai poate observa faptul că în cazul variantelor 8, 9 și 10 o cantitate ridicată de temperatură apare și în așchie, dar acest lucru nu înseamna neaparat un dezavantaj.
Aferent simulărilor anterioare, din programul de simulare s-a mai extras forța axială (Fz) și momentul de torsiune (Mt) care apar în timpul prelucrării. Rezultatul acestora cu valoarea maximă este centralizată în tabelul 5.1 de mai jos, iar diagramele extrase se pot regăsi în anexa2.
Tab. 6.1 Valoarea maximă a forței axiale și a momentului de torsiune
CAP. 7 CONCLUZII
În urma realizării simulărilor și a analizei detaliate a rezultatelor, se poate constata faptul că la mai multe dintre variantele constructive au ieșit rezultate promițătoare. Scopul acestei lucrari, de a realiza o geometrie asemănătoare unui fragmentator de așchii, pe suprafața de degajare la un burghiu
RT100HF, care în timpul procesului de găurire să rezulte așchii de formă și dimensiune favorabile, a fost atinsă in cazul mai multor variante constructive. (cu ajutorul simularilor AEF)
Forma așchiilor rezultate, la toate variantele tind să aibă forma de așchii cu spirală conică. Dintre toate aceste variante cel mai bun rezultat este obținut la variamta constructivă numărul 10 unde dimensiunea razei de la baza conului este redusă cu 18,9% față de așchii rezultate cu burghiul standard.
Astfel prin obținera unor așchii de dimensiuni căt mai mici, respectiv de forma favorabilă, duc la o multitudine de avantaje.
Un prim avantaj al așchiilor cu dimensiuni reduse este faptul că astfel este ușurată evacuarea așchiilor, din zona de prelucrare prin canalele de evacuare ale sculei.
Un alt beneficiu al așchiilor cu dimensiuni reduse este că acestea ocupă un volum mai mic. Din acest punct de vedere, în cazul așchiilor lungi cu volum mare, acestea ocupă mai mult spațiu în interiorul mașinii unealtă, dar și îndepărtarea lor din incinta mașinii este mai dificilă. Aceste tipuri de așchii cauzează dificultăți și sunt șanse să deterioreze mașina unealtă. Dacă prin procesul de găurire, se obțin așchii scurte, acestea sunt mai ușor de îndepărtat din interiorul mașinii, au volumul mai mic și astfel ocupă mai puțin spațiu, prin urmare sunt mai econoame.
O altă caracteristica favorabilă a așchiilor rezultate, la variantele constructive 6.1, 8, 9 și 10, este faptul că așchia se îndepărtează mai repede de pe scula așchietoare. Acest lucru reprezintă un avantaj, deoarece astfel există un contact redus între așchie și corpul sculei. Astfel, în timpul procesului va rezulta o frecare respectiv un timp de contact mai redus, între cele două componente, datorită căreia și transferul de căldură de la așchie spre sculă este mai mic. Respectiv, un alt avantaj al faptului că așchia se îndepărtează de corpul sculei, este că astfel se asigură mai mult spațiu pentru lichidul de așchiere ca acesta să ajungă pe muchia tăișului.
Din punctul de vedere al tensiunilor, rezultatele obținute arată la toate variantele valori ridicate în zona miezului la burghiu, acestă zonă fiind însă caracterizată de rigiditatea cea mai ridicată din structura unui burghiu. La variantele 6.1 și 7.2 apar însă tensiuni mari și în vecinătatea tăișului, care ar putea cauza ruperea muchiei, respectiv în cadrul variantei 8 și 10 apar tensiuni ridicate la baza stiftului și a proeminentei generate pe fata de degajare, unde se realizează îmbinarea acestora în corpul sculei. Zonele acestea mai necesită optimizări.
Repartizarea temperaturilor în scula așchietoare este identică la toate variantele constructive cu varianta standard, diferențe înregistrandu-se doar la nivel de valoare însă fără a se observa cresteri sau scaderi semnificative. Excepție face varianta 8, unde din cauza frecării intense dintre așchie și sculă apar temperaturi critice, atăt pe muchia așchietoare, căt și suprafața știftului.
O cantitate de căldură ridicată este de observat, în cazul variantelor 8, 9 și 10, în corpul așchiei. Această creștere de temperatură se datorează frecării dintre așchie și sculă, căt și faptului că așchiile sunt deformate suplimentar. Acest lucru nu înseamnă neaparat un dezavantaj, deoarece prin îndepărtarea așchiilor se va elimina această sursă de căldură.
Concluzionănd după analiza detaliată a rezultatelor obținute din simulările FEM (analiză cu elemente finite), concluzia acestei lucrări este că aceste forme fragmentatoare de așchii pe suprafața de degajare a burghiului, mai necesită optimizări dar au un potențial de dezvoltare si implementare ridicat.
Pentru încercări viitoare în această zonă ar fi adecvat optimizarea variantelor 6.1, 8, 9 și 10, respectiv realizarea lor efectivă și supunerea lor la încercări practice.
BIBLIOGRAFIE
[Abr 82] Abrudan G., Bejan E., Giurgiuman H., Proiectarea sculelor așchietoare, Atelierul de multiplicare al Institutului politehnic din Cluj-Napoca 1982
[Alf 12] Alfred H. F., Günter Sch., Fertigungstechnik 10., neu bearbeitete Auflage, Springer Vieweg 2012
[Ast 14] Astakhov V. P., Drills – Science and Technology of Advanced Operations, CRC Press 2014
[Bög 16] Böge A., Böge W., Handbuch Maschinenbau – Grundlagen und Anwendungen der
Maschinenbau-Technik, 23. Auflage, Springer Vieweg 2016
[Den 10] Denkena B., Tönshoff H. K., Spanen Grundlagen, Springer 2010
[Güh 00] Firma Gühring
[Hei 14] Heisel U., Klocke F., Uhlmann E., & Spur G., Handbuch Spanen. München: Carl Hanser Verlag 2014
[Klo 08] Klocke F., König W., Fertigungsverfahren 1 Drehen, Fräsen, Bohren 8 Auflag, Springer 2008
[Ned 17] Nedezki C. M., Grundlage der Zerspanung und Flächenerzeugung, Casa Cărții de Știință, Cluj-Napoca, 2017
[Pau 08] Paucksch E., Holsten S., Linß M., Tikal F., Zerspantechnik, Prozesse, Werkzeuge, Technologien, Vieweg+Teubner 2008
[Răd 14] Răduțiu V., Boryan M., Elemente de proiectare pentru cuțitul de strung, U.T. PRESS, ClujNapoca 2014
[www 01] http://www.perfecttools.ro/ro/produse/scule/gaurire/burghie-cu-placute-amovibile.html [accesat la data 15.05.2019]
[www 02] https://www.sandvik.coromant.com/en-gb/knowledge/drilling/pages/default.aspx [accesat la data 15.05.2019]
[www 03] www.innovations-report.de/html/berichte/maschinenbau/ultraschallunterstuetzungverbessert-tiefbohren-135134.html [accesat la data 15.05.2019]
[www 04] https://guehring.com/ueber-uns [accesat la data 21.05.2019]
[www 05] https://www.guehring.ro/?page_id=1577 [accesat la data 21.05.2019]
[www 06] http://www.om.ugal.ro/om/personal/Andrei%20Gabriel/desc/Curs_PAC/PAC_curs_1.pdf [accesat la data 28.06.2019]
[www 07]
https://books.google.ro/books?hl=de&lr=&id=QNOT_xpCCfEC&oi=fnd&pg=PR3&dq=Wendeschnei
dplattenbohrern&ots=qPhAW_hPg5&sig=WWmwEWEsRINsm-
YH8jZRejTfZAA&redir_esc=y#v=onepage&q&f=true [accesat la data 28.06.2019]
[www 08] https://www.nct.hu/pdf/NC_Documents/Roman/Freza/Manual%20programare.pdf [accesat la data 11.07.2019]
[www 09] http://www.resist.pub.ro/CursuriRades/04%20M%20Rades%20%20Analiza%20cu%20elemente%20finite.pdf [accesat la data 11.07.2019]
Anexa 1
Fig. 8.1 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta standard
Fig. 8.2 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 1
Fig. 8.3 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 2
Fig. 8.4 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 3
Fig. 8.5 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 4
Fig. 8.6 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 5
Fig. 8.7 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 6
Anexa 2
Fig. 9.1 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 6.1
Fig. 9.2 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 7.1
Fig. 9.3 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 7.2
Fig. 9.4 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 8
Fig. 9.5 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 9
Fig. 9.6 Diagrama variației forței axiale și a momentului de torsiune la varianta 10
OPIS
Pagini scrise 125
Număr ecuații 3
Număr tabele 3
Număr figuri 102
Număr referințe bibliografice 20
Număr anexe 2
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: SPECIALITATEA TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI [305518] (ID: 305518)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.