Stabilirea Regimului Optim de Aschiere Si a Durabilitatii Economice a Sculelor Aschietoare la Gaurirea pe Masina Gpr – 45nc

CUPRINS

Capitolul I

MAȘINI DE GĂURIT …………………………………………………………..5

1.1 Generalități. Clasificare …………………………………………………5

1.2 Mașini de găurit de înaltă productivitate …………………………….7

1.3 Mașina de găurit cu comandă numerică

GPR-45 NC. Programare și reglare ………………………………………12

Capitolul II

PRELUCRAREA ALEZAJELOR

PRIN GĂURIRE. ……..……………………………………………………….19

2.1 Aspecte introductive. …………………………………………………..19

2.2 Îmbunătățiri constructiv – funcționale

ale burghiului elicoidal. …………………………………………………….22

2.3 Uzura și durabilitatea burghiului

elicoidal. ………………………………………………………………………23

2.4 Criterii de optimizare a geometriei

burghiului elicoidal. …………………………………………………………26

Capitolul III

OPTIMIZAREA REGIMURILOR DE AȘCHIERE LA

GĂURIREA PE MAȘINA GPR-45NC ……………………………………28

3.1 Proiectarea operației de găurire în

producția de unicate ……………………………………………………….28

3.2 Proiectarea operației de găurire în

producția de serie mare ………………………………………………….34

3.3 Optimizarea regimului de așchiere

prin metoda programării matematice …………………………………38

3.3.1 Metoda clasică ………………………………………………………38

3.3.2 Metoda modernă a programării

matematice …………………………………………………………………39

3.3.3 Calculul regimului de așchiere optim, la

prelucrarea pe mașină de găurit cu comandă

numerică GPR – 45 NC …………………………………………………..45

Capitolul IV

CRITERII PENTRU DETERMINAREA DURABILITATĂȚII

OPTIME A SCULELOR ASCHIETOARE FOLOSITE LA GAURIREA

PE MASINA GPR-45NC …………………………………………………..51

4.1 Criteriul productivității maxime a unei operații …………………51

4.2 Criteriul costului minim ……………………………………………..55

4.3 Criteriul schimbării simultane a sculelor …………………………58

BIBLIOGRAFIE. ……………………………………………………………61

=== Oprimizare tehnologie pe GPR – 45NC ===

CUPRINS

Capitolul I

MAȘINI DE GĂURIT …………………………………………………………..5

1.1 Generalități. Clasificare …………………………………………………5

1.2 Mașini de găurit de înaltă productivitate …………………………….7

1.3 Mașina de găurit cu comandă numerică

GPR-45 NC. Programare și reglare ………………………………………12

Capitolul II

PRELUCRAREA ALEZAJELOR

PRIN GĂURIRE. ……..……………………………………………………….19

2.1 Aspecte introductive. …………………………………………………..19

2.2 Îmbunătățiri constructiv – funcționale

ale burghiului elicoidal. …………………………………………………….22

2.3 Uzura și durabilitatea burghiului

elicoidal. ………………………………………………………………………23

2.4 Criterii de optimizare a geometriei

burghiului elicoidal. …………………………………………………………26

Capitolul III

OPTIMIZAREA REGIMURILOR DE AȘCHIERE LA

GĂURIREA PE MAȘINA GPR-45NC ……………………………………28

3.1 Proiectarea operației de găurire în

producția de unicate ……………………………………………………….28

3.2 Proiectarea operației de găurire în

producția de serie mare ………………………………………………….34

3.3 Optimizarea regimului de așchiere

prin metoda programării matematice …………………………………38

3.3.1 Metoda clasică ………………………………………………………38

3.3.2 Metoda modernă a programării

matematice …………………………………………………………………39

3.3.3 Calculul regimului de așchiere optim, la

prelucrarea pe mașină de găurit cu comandă

numerică GPR – 45 NC …………………………………………………..45

Capitolul IV

CRITERII PENTRU DETERMINAREA DURABILITATĂȚII

OPTIME A SCULELOR ASCHIETOARE FOLOSITE LA GAURIREA

PE MASINA GPR-45NC …………………………………………………..51

4.1 Criteriul productivității maxime a unei operații …………………51

4.2 Criteriul costului minim ……………………………………………..55

4.3 Criteriul schimbării simultane a sculelor …………………………58

BIBLIOGRAFIE. ……………………………………………………………61

Capitolul I

MAȘINI DE GĂURIT

1.1 GENERALITĂȚI. CLASIFICARE

Mașinile de găurit sunt destinate operațiilor de burghiere, lărgire, adâncire, alezare, lamare, zencuire și filetare.

Aceste mașini constituie circa 20% din totalitatea mașinilor-unelte așchietoare din dotarea industriei constructoare de mașini.

Din istoricul construcției de mașini de găurit:

În 1769, în Anglia, John Srneaton inventează mașina de găurit metale.

În 1774, John Wilkinson inventează o mașină de găurit și alezat țevi de tun.

Mașina a fost folosită ulterior la prelucrarea cilindrilor pentru mașina cu abur inventată de James Watt.

În 1801, inginerul englez de origine franceză Marc Isambard Brunei construiește mașina de găurit verticală.

În 1848 este construită, în Germania prima mașină de găurit radială.

Sunt destinate prelucrării alezajelor prin procedee de găurire, lărgire, adâncire, alezare, tarodare, procedee care se bazează pe compunerea a două mișcări:

mișcarea principală de rotație efectuată de sculă;

mișcarea de avans axial, efectuată de sculă.

Caracteristica principală tehnologică și de exploatare a mașinilor de găurit o constituie diametrul maxim al găurii, exprimat în milimetri, care se poate executa în plin cu un burghiu elicoidal, cu regimul optim de așchiere, într-un semifabricat din oțel cu rezistență la rupere de 60 … 70 daN/mm2.

Mașinile de găurit românești au această caracteristică evidențiată în simbolizarea lor, ca de exemplu: G 10; G 12,5; G 13; G 16; G 25; G 40; DC 50; DC 63; GP-45NC, GPR-45NC, mașini fabricate la întreprinderea mecanică Plopeni și la întreprinderea „Înfrățirea" Oradea.

Mașinile de găurit, sub aspect dimensional și ca atare al posibilităților de exploatare, se mai caracterizează prin:

cursa maximă a arborelui principal;

dimensiunile mesei;

distanța între arborele principal și montantul sau coloana mașinii;

înălțimea arborelui principal față de placa de bază sau masa mașinii.

Clasificarea mașinilor de găurit se face din punct de vedere constructiv și al domeniului de utilizare, distingându-se următoarele tipuri de mașini:

mașini de găurit de masă (de banc);

mașini de găurit cu montant;

mașini de găurit cu coloană;

mașini de găurit radiale;

mașini de găurit multiax;

mașini de găurit cu cap revolver;

mașini de găurit în coordonate;

mașini de găurit specializate (pentru găuri mici, de centruit, pentru găuri adânci.

Sub aspectul posibilităților tehnologice, mașinile de găurit radiale au posibilitățile cele mai mari, putând executa operații de găurire după direcții verticale sau înclinate și totodată pot trece rapid, deci cu timpi auxiliari reduși, de la prelucrarea unei găuri la alta.

Din acest motiv ele sunt considerate mașini de mare productivitate, împreună cu mașinile de găurit multiax și mașinile de găurit cu cap revolver.

În schimb rigiditatea mașinilor de găurit radiale este mai redusă în raport cu a mașinilor de găurit cu montant sau coloană și ca atare, precizia prelucrării, sub aspectul dimensiunii găurii și a direcției acesteia, este mai mică în cazul în care nu se apelează la dispozitive speciale de găurire.

La exploatarea mașinilor de găurit, în condițiile asigurării preciziei impuse și a rezistenței sculei și piesei, trebuie astfel reglată mașina încât să se asigure o încărcare energetică cât mai mare.

Puterea în procesul de burghiere este dată de expresia:

P = K · DxM-1 · fyM · v (3.1)[6]

în care:

D – diametrul burghiului;

f – avansul;

v – viteza de așchiere;

K, xM, yM – coeficient și exponenți aleși din tabele.

Pentru oțeluri de uz general puterea consumată de motorul mașinii este aproximată cu relația:

P = 0,02 · D1,5 [KW], având D în [mm] (3.2)[6]

Diametrele intermediare ale sculelor de găurire, avansul și viteza de așchiere (care pot varia în limitele valorilor date de regimul de așchiere calculat) vor trebui astfel alese încât, în condițiile de mai sus, să se asigure o putere consumată cât mai apropiată de puterea nominală a motorului mașinii.

Se obține astfel o productivitate mărită și un randament energetic superior, respectiv un consum mai redus de energie la unitatea de volum de așchii detașate.

1.2 MAȘINI DE GĂURIT DE ÎNALTĂ PRODUCTIVITATE

La aceste mașini mărirea productivității prelucrării se obține fie pe seama micșorării timpilor auxiliari aferenți repoziționării sculei în raport cu semifabricatul, ca și în cazul mașinilor de găurit radiale, sau a schimbării sculei la trecerea la o altă operație, ca și în cazul mașinilor de găurit cu cap revolver, fie pe seama micșorării timpilor de bază, prin suprapunerea acestora, ca în cazul mașinilor de găurit multiax.

Mașinile de găurit radiale sunt destinate, în special, prelucrării pieselor mari și grele, operațiile de găurire executându-se la aceeași prindere a semifabricatului, pentru toate alezajele de pe aceeași față a lui.

Mașinile de găurit radiale pot avea diferite arhitecturi, fiind formate în principiu dintr-o placă de bază, pe care este dispusă o coloană și masa mașinii.

Coloana servește drept ghidaj circular pentru un braț, pe care se poate deplasa în mișcare radială capul de găurit.

Capul de găurit conține arborele principal și pinola acestuia.

După efectuarea operațiilor de poziționare, operatorul trebuie să blocheze brațul pe coloană și capul de găurit pe braț, prin sistemele mecanice sau hidraulice ale mașinii, în scopul măririi rigidității și în consecință a creșterii preciziei de găurire.

Mașinile de găurit multiax asigură prelucrarea simultană a mai multor alezaje, ele fiind destinate producției de serie sau masă.

Din punct de vedere al poziției axelor principale aceste mașini de găurit pot avea axe nereglabile, caz în care mașinile sunt speciale, destinate prelucrării aceluiași reper, sau pot avea axe reglabile, distanța dintre axe reglându-se în anumite limite, fiind folosite la producția de serie.

Diversitatea tipodimensională a sculelor folosite pe mașini de găurit impune optimizarea regimurilor de așchiere în ceea ce privește avansul și turațiile arborilor principali.

Optimizarea impune de obicei drept condiție schimbarea simultană a sculelor (durabilitate aproximativ constantă a acestora) sau schimbarea lor pe loturi.

Avansul capului de găurit fiind același pentru toate sculele, este necesară asigurarea unor turații diferite arborilor principali.

Capetele multiaxe universale sunt folosite pentru producția de serie, dar nu și pentru producția de masă.

La ele se poate regla distanța între axele arborilor port-sculă, din care cauză cu același cap multiax se pot prelucra piese diferite.

Din punct de vedere constructiv aceste capete multiax pot fi:

capete multiax cu brațe rotative (turnante)

capete multiax cu arbori cardanici, cu arbori port-sculă deplasabili radial și pe circumferință

Distanțele între axele arborilor port-sculă pot varia între 40…400 mm, iar găurile care se prelucrează pot avea diametrul între 6…20 mm.

Schema funcțională a unui cap multiax universal cu brațe rotative, este prezentată în figura 1.1.

Se disting următoarele părți componente :

con

capac

tije filetate

șuruburi de strângere

placă

carcasă

Fig. 1.1 Cap de găurit multiax cu brațe rotative

Mișcarea se transmite de la arborele principal al mașinii de găurit, prin intermediul conului (1), roțile dințate z1, z2, și z2’ la roata dințată z3 care se află montată fix pe arborele port-sculă (8).

Schema funcțională a capului multiax cu arbori cardanici se prezintă în figura 1.2.

De la arborele principal al mașinii de găurit mișcarea de rotație este preluată de conul (1) și transmisă prin intermediul roților dințate z1, z2, arborele cardanic cu articulațiile cardanice (2) și (4) la arborele port-sculă (7).

Suporții (6) ai arborilor port-sculă (7) pot fi deplasați în direcție radială sau pe circumferința planului de reazem inferior al corpului (5) al capului multiax.

Legătura telescopică (3), compensează variația distanței între articulațiile cardanice (2) și (4), atunci când se modifică distanța între axele găurilor de prelucrat.

Fig. 1.2 Cap multiax cu arbori cardanici

S-au notat următoarele părți componente:

con

articulație cardanică

legătură telescopică

articulație cardanică

corpul capului multiax

suporți arbore

arbori port-sculă

Mașinile de găurit cu cap revolver au posibilitatea prelucrării alezajelor mai complexe, sub aspectul suprafețelor de generat, putând efectua prelucrarea cu mai multe scule fixate în capul revolver.

După poziția capului revolver se disting mașini de găurit cu axa capului revolver orizontală (fig. 1.3, a, b) sau cu axa capului revolver înclinată (fig. 1.3, c).

Capul revolver 1 este plasat pe sania de găurire 2 care execută mișcarea de avans II pe montantul 3 al mașinii.

Fig.1.3 Construcția și cinematica capului revolver al unei mașini de

găurit cu cap revolver

Piesa 4 este fixată pe masa 5 a mașinii, care se poate deplasa în coordonate sau prin comandă numerică de poziționare.

Arborii principali, în care sunt fixate, reglate sau prereglate sculele așchietoare, sunt antenate individual în mișcarea principală I de către un motor electric M, o cutie de viteze CV, cuplajul C1 și angrenajele z1 – z2 și z3 – z4.

Cutia de viteze este prevăzută cu cuplaje electromagnetice programabile, care asigură turația necesară fiecărei scule din capul revolver atunci când aceasta ajunge în poziția de lucru.

De la lanțul cinematic principal, mișcarea se poate transmite, prin cuplajul C2 la capul revolver, pentru efectuarea operației de divizare III, în vederea aducerii unei alte scule în zona de așchiere.

Mișcarea de avans și de poziționare în mișcarea rapidă II este furnizată săniei de găurire de un mecanism șurub-piuliță sau sistem hidraulic de acționare.

Viteza de avans a capului revolver este variabilă și ea în funcție de scula care efectuează prelucrarea astfel încât, lanțul cinematic de avans va furniza vitezele de avans programate și preselectate.

Cursa saniei de găurire, pentru fiecare sculă, este stabilită prin limitatoare de cursă sau prin comandă numerică de poziționare.

Parametrii caracteristici ai mașinilor de găurit NC cu cap revolver au valori cum sunt cele de mai jos:

diametrul maxim de găurire în plin: 32 … 45 mm;

suprafața mesei: lățime: 400…700 mm;

lungime: 800…1600;

precizia de poziționare: 0,01 mm;

cursele săniilor: SL,ST,SV;

valorile limită ale turației AP: 32 … 2500 rot/min;

valorile limită ale vitezei de avans: 20 … 600 mm/min;

valoarea avansului rapid: 5 … 15 m/min;

puterea motorului principal: 4… 10 kW.

Din categoria mașinilor de găurit cu comandă numerică fabricate în România, de mare productivitate, fac parte mașinile: DC 50, DC 63, GP-45NC, GPR-45NC.

1.3 MAȘINA DE GĂURIT CU COMANDĂ NUMERICĂ GPR-45 NC. PROGRAMARE ȘI REGLARE

Mașina de găurit GPR–45 NC este dotată cu un echipament de comandă numerică, de poziționare și prelucrări axiale de tipul NUMEROM 321, având comandate 3 axe (X, Y, Z).

Mașina de găurit vertical GPR–45 este prevăzută cu masă de poziționare și cap revolver. Este destinată prelucrării precise a găurilor și alezajelor, precum și executării unor frezări ușoare la piese de dimensiuni mici și mijlocii.

Mașina este construită cu un montant 1, fixat la un capăt pe un batiu 8 (fig. 1.4).

Pe montant se poate deplasa păpușa 2 fixată în consolă.

Pe ghidajele batiului se deplasează sania longitudinală 7, iar pe ghidajele acesteia masa mașinii 5.

Păpușa este prevăzută cu un cap revolver 3, cu șase posturi de lucru.

Mișcarea de rotație a arborilor principali este furnizată de cutia de viteze, amplasată în păpușă, capabilă să realizeze 12 trepte de turație.

Obținerea vitezelor de lucru ale diferitelor organe mobile ale mașinii se realizează de la o cutie de avansuri, amplasată în batiu, acționată de un motor de curent continuu între limitele 3 . .. 3000 rot/min.

Pentru a obține o exploatare corespunzătoare a mașinii o atenție deosebită trebuie acordată omologării programului.

Fig.1.4 Vederea de ansamblu a mașinii GPR- 45 NC

În cadrul omologării programului se urmărește stabilirea valorii corecțiilor de lungime, a corectitudinii fazelor de prelucrare și a verificării parametrilor tehnologici sub aspectul comportării sculelor și a performanțelor dinamice ale mașinii.

Pentru omologarea programului trebuie îndeplinite o succesiune de faze necesare pregătirii pentru lucru a mașinii.

Aceste faze se referă la partea convențională de acționare și la echipamentul de comandă numerică.

Deși mașina poate funcționa atât în regim de comandă convențională cât și numerică, în cele ce urmează se va acorda o atenție sporită fazelor de pregătire, în vederea prelucrării, a echipamentului numeric.

Prin operațiile referitoare la acționarea convențională de pe panoul de comandă 6 (fig. 1.4), se realizează următoarele funcții:

punerea sub tensiune a întrerupătorului general;

pornirea instalației hidraulice;

alimentarea variatorului de acționare după atingerea presiunii de lucru din sistemul hidraulic;

conectarea funcționării în regim de comandă numerică.

Principalele operații ce trebuie executate pentru pregătirea echipamentului numeric sunt:

pornirea echipamentului;

sincronizarea sistemului de măsurare;

pregătirea piesei;

memorarea deplasărilor de origine;

introducerea valorii corecțiilor, a benzii perforate;

executarea programului.

1. Pornirea echipamentului.

Se apasă tasta PORNIT (fig. 1.5) și se menține apăsată câteva secunde. Iluminarea tastei indică faptul că echipamentul este alimentat corect.

2. Pregătirea piesei și memorarea deplasărilor de origine.

După alinierea piesei față de axele de coordonate X și Y se procedează la efectuarea (activarea) deplasării de origine.

În prealabil se impune însă sincronizarea sistemului de măsurare.

Această sincronizare este indicat să fie realizată după fiecare decuplare a echipamentului NC.

Sincronizarea sistemului de măsurare presupune următoarele operații:

se selectează, prin apăsare, tasta „LA ZERO MAȘINA”;

se selectează tastele de execuție X –, Y –, Z + în mod succesiv.

După executarea celor trei comenzi masa mașinii, și păpușa se găsesc în punctele de sincronizare (0M pentru X și Y) ;

se scot organele mobile de pe limitatorii prin selecționarea tastei (HIGH JOG) în asociere cu tastele X+, Y+, Z–.

Se recomandă o deplasare de câțiva mm pe fiecare axă.

La realizarea deplasării impuse se anulează efectul tastelor de execuție (de exemplu X+) prin reapăsarea aceleași taste.

Selecționând una din tastele X, Y, Z se poate citi direct valoarea deplasării organelor mobile, în raport cu punctul de sincronizare, pe afișajul general.

Deplasările organelor mobile asociate operației de sincronizare pot fi realizate numai după ce în prealabil s-a comandat pornirea arborelui principal în regimul IMD (introducerea manuală a datelor) de funcționare.

Pentru preluarea originii piesei (deplasarea de origine), se poate proceda în mai multe feluri.

Preluarea originii piesei înseamnă, în esență, „aducerea" la zero a memoriilor de deplasare.

În general la prelucrarea primei piese, necunoscând distanța dintre originea piesei și punctele de sincronizare, pentru activarea deplasării de origine se poate proceda astfel:

se selecționează una din axele de coordonate prin apăsarea tastei respective (de exemplu X);

se aduce masa în așa fel încât vârful sculei să coincidă cu originea piesei pe axa selecționată.

Fig.1.5 Panoul operatorului pentru NUMEROM 321

valoarea deplasării se citește pe afișajul general. Valoarea indicată este bine să fie notată pentru a nu repeta toate fazele anterioare la executarea pieselor următoare;

se apasă tasta ,NUL" și „START CICLU". Tasta „START CICLU" nu se iluminează.

Verificarea preluării de origine, pe axa considerată, se poate realiza apăsând tasta „ACTUAL".

La preluarea corectă a noii origini pe afișajul general apare valoarea zero.

Un alt mod de verificare constă în programarea, în regim IMD, a unei deplasări de valoare zero.

Dacă organul mobil nu se deplasează înseamnă că originea a fost corect preluată.

Similar se procedează pentru toate axele.

Dacă .se cunosc valorile deplasării de origine pe fiecare axă se poate proceda astfel:

se selecționează ciclul de prelucrare în regim IMD;

se pornește arborele principal (de exemplu prin apăsarea tastelor Sol, Mo3, START CICLU) ;

se selecționează axa dorită;

se programează valoarea deplasării (de exemplu X + 255000) ;

se apasă „LF" și „START CICLU" ;

după executarea comenzii se apasă tastele „NUL" si „START CICLU".

3. Introducerea valorii corecților.

Corecțiile de lungime a sculei se determină în modul indicat în cartea mașinii, înainte de introducerea noilor valori a corecțiilor trebuie șterse din memoria echipamentului valorile existente i

se selecționează tasta IMD ;

se apasă tasta „PROG" și „COR" din cadrul tastelor AFIȘARE COTA și tastele de adresă;

se apasă tasta ,,D+1" și apoi „ANULARE". Rezultatul acestor operații este anularea valorii corecției Dl ;

se apasă din nou „D-f-1" și „ANULARE", ciclul repetându-se până la ștergerea completă a corecțiilor utilizate în program ;

după fiecare ciclu de ștergere se înscrie noua valoare a corecției cu semnul „+" sau „ – ".

Noile valori sunt preluate de echipament în mod automat fără a fi necesară apăsarea vreunei taste.

După terminarea introducerii noilor corecții se poate face verificarea acestora:

se apasă tasta „D" (regim IMD) urmată de tastele care indică numărul corecției (de exemplu D14) ;

prin apăsarea tastei „COR", de pe același grup de taste, pe afișajul general va apare valoarea corecției.

4. Introducerea benzii perforate în cititor.

Se va acorda o atenție deosebită așezării corecte a benzii în cititor și închiderii capacului acesteia.

Pentru manevrarea benzii există mai multe modalități.

Una din acestea este:

– se selecționează regimul „AUTOMAT" în conjuncție cu regimul „frază cu frază" [N]. Prin apăsarea tastei „→" („←") banda se va deplasa cu o frază.

Ciclul se repetă până când banda ajunge la începutul programului.

5. Executarea programului. Pentru aceasta se selecționează regimul „AUTO" și subregimul dorit (Mol, „/", sau [N] și se apasă tasta START CICLU).

Selectarea subregimului [N] – frază cu frază – se utilizează de regulă, la testarea programului. După executarea instrucțiunilor din fiecare frază se va apăsa din nou START CICLU pentru a se comanda executarea frazei următoare.

Dacă întreruperea programului se face prin reapăsarea tastei „START CICLU" pentru reluarea acestuia se poate reveni la începutul frazei respective (apăsând tastele [N] și „←") sau terminând fraza în regim IMD.

Oprirea deplasărilor fără întreruperea programului se obține apăsând tasta STOP AVANS.

Capitolul II

PRELUCRAREA ALEZAJELOR

PRIN GĂURIRE

2.1 ASPECTE INTRODUCTIVE

Burghierea este un proces complex de așchiere tridimensională, care se desfășoară în condiții grele datorită solicitărilor termice neuniforme, răcirii dificil de realizat în zona de așchiere, modului greoi de îndepărtare, dirijare și evacuare a așchiilor din alezajul prelucrat precum și datorită geometriei necorespunzătoare din anumite zone ale părții așchietoare a burghiului elicoidal.

Tăișurile burghielor elicoidale rezultă din intersecția fețelor de așezare ale dinților burghiului care pot fi suprafețe plane, elicoidale, conice sau hiperboloidale cu suprafețele elicoidale ale canalelor pentru evacuarea așchiilor, fapt care determină variația parametrilor geometrici ai tăișului principal, în lungul acestuia.

În funcție de punctul considerat pe tăiș, ca urmare a faptului că unghiul de degajare se micșorează către axa burghiului, condițiile de formare a așchiilor diferă.

Geometria nesatisfăcătoare a tăișului transversal, reprezentată de valori negative și relativ mari ale unghiului de degajare, conduc la creșterea substanțială a forței de avans fapt care a determinat pe mulți cercetători să considere mecanismul acțiunii tăișului transversal asemănător cu procesul de extruziune.

În industria modernă, prelucrările mecanice prin așchiere tind către viteze mari de lucru, precizie ridicată, operații automatizate și obținerea de repere din materiale mai greu prelucrabile.

Având în vedere toate aceste aspecte, cercetătorii au în vedere îmbunătățirea geometriei și formei constructive a burghielor elicoidale.

Prelucrarea alezajelor, în domeniul construcției de mașini, este importantă datorită frecvenței și volumului mare de operații prin așchiere care necesită astfel de prelucrări.

Analizând procesele tehnologice dintr-un atelier de mărime mijlocie rezultă că 33% din operațiile de lucru și 40% din numărul de ore-mașini pe an sunt rezervate prelucrărilor alezajelor, figura 2.1.

Fig. 2.1 Ponderea găuririi la prelucrarea prin așchiere

într-un atelier de mărime mijlocie

Fig. 2.2 Ponderea găuririi la prelucrarea pieselor prismatice

în producția de serie mică și mijlocie

Aspectele economice ale operației de burghiere impun sculei să aibă durabilitate maximă și consum energetic minim.

La fabricarea pieselor prismatice, prelucrarea alezajelor reprezintă o participare de 90% din numărul de operații și 70% din timpul de prelucrare, figura 2.2.

Burghiele elicoidale convenționale, confecționate din oțeluri de scule tenace, dar cu termostabilitate redusă, au anumite inconveniente printre care, dificultatea de a burghia materiale dure, de a executa găuri adânci și de a lucra cu viteze mari de așchiere.

Rigiditatea la torsiune a burghiului afectează, de asemenea performanțele operației de găurire, fapt arătat de numeroși utilizatori.

Raportul dintre mărimea secțiunii transversale și aria secțiunii canalelor pentru evacuarea așchiilor influențează rigiditatea la torsiune a burghiului elicoidal.

2.2 ÎMBUNĂTĂȚIRI CONSTRUCTIV–FUNCȚIONALE ALE BURGHIULUI ELICOIDAL

Principial, caracteristica formării așchiilor, în procesul de burghiere, este același ca și procesul de strunjire.

La burghiere, spre deosebire de strunjire, așchiile au secțiunea transversală variabilă, figura 2.3, datorită faptului că unghiurile de degajare, de așezare și de înclinare ale canalului elicoidal variază continuu în lungul razei punctului considerat pe tăiș.

În lungul tăișului transversal, deși unghiurile de degajare constructive sunt negative și viteza de așchiere tinde la zero către axa burghiului, se desprind așchii discontinui, datorate caracterului periodic al depunerilor pe tăiș care determină și creșterea forței axiale cu aproximativ 50%.

Procesul de strivire se transformă în proces de așchiere în zonele de pe tăișul transversal în care viteza de avans este egală cu 20% din viteza de rotație.

Cercetările teoretice și experimentale privind posibilitatea de modificare a geometriei și a parametrilor constructiv-funcționali ai burghielor elicoidale au subliniat că principalele modalități a condițiilor de așchiere la burghiere sunt următoarele:

reducerea lungimii tăișului transversal prin ascuțiri suplimentare pentru micșorarea forței axiale;

creșterea valorii unghiului de degajare și chiar posibilitatea obținerii prin diferite moduri de ascuțiri a unor valori pozitive ale acestuia în zona tăișului transversal;

formarea unui unghi la vârf dublu sau triplu, în vederea uniformizării unghiului de degajare;

asigurarea unui unghi de așezare crescător de la periferie către axa burghiului;

asigurarea în cazul burghielor standard, a rectilinității tăișului și, în general, a ascuțirii simetrice a acestora;

realizarea unei detalonări corespunzătoare a suprafețelor de așezare ale dinților burghiului;

execuția canalelor elicoidale cu o geometrie adecvată care să asigure atât solicitarea rațională cât și evacuarea ușoară a așchiilor din alezajul prelucrat.

Pornind de la cerințele prezentate mai sus, cercetătorii au adus o serie de modificări burghielor elicoidale, propunând noi procedee de ascuțire mai productive și cu o cinematică relativ simplă.

2.3 UZURA ȘI DURABILITATEA BURGHIULUI ELICOIDAL

Uzura sculei așchietoare este un proces complex de îndepărtare treptată, în timpul așchierii, a unei cantități de material de pe suprafețele sale active, datorită existenței, în zona de așchiere, a unor temperaturi și presiuni ridicate.

Apariția uzurii determină modificarea geometriei burghiului și reducerea capacității sale de așchiere.

În cazul burghielor, cel mai frecvent întâlnite sunt următoarele mecanisme ale uzurii:

uzura datorată solicitărilor mecanice;

uzura de adeziune;

uzura de abraziune.

Conform STAS 12046/1 – 91, la burghiul elicoidal se deosebesc următoarele forme de uzură:

uzura feței de așezare, criteriul (VB);

uzura feței de așezare și a feței de degajare, criteriul (KM);

uzura zonei de racordare a tăișurilor principale cu cele secundare;

uzura tăișului transversal;

uzura fațetelor de conducere.

Fig. 2.3 Secțiunea transversală a așchiilor în procesul de găurire

Uzura pe fața de degajare, în dreptul colțului burghiului, determină pierderi mari de material la reascuțire.

Uzura fațetelor de pe fețele de așezare secundare duce la formarea unei conicități directe care provoacă înțepenirea burghiului în alezaj, urmată de ruperea acestuia.

Fig. 2.4 Valoarea durabilității pentru diferite procedee

de realizare a canalelor elicoidale

Uzura tăișului transversal conduce la mărirea considerabilă a forței axiale.

Uzura burghiului determină reducerea durabilității acestuia și influențează în mod negativ precizia de prelucrare.

Calitatea materialului din care se realizează burghiele influențează durabilitatea sculei. Cercetările experimentale comparative cu burghie din materiale diferite la prelucrarea fontelor au arătat că în zona vitezelor mari (v > 40 m/min) de așchiere, durabilitatea sculei scade rapid pentru toate calitățile de oțel și că există o viteză optimă care asigură durabilitatea maximă a burghiului.

Tehnologia de fabricare a burghielor influențează, de asemenea, durabilitatea.

Cercetările efectuate au arătat că, la condiții egale durabilitatea burghielor cu canale rectificate este de două ori mai mare decât a celor cu canale frezate și de 1,8 ori mai mare decât a celor cu canale rulate prin deformare plastică, figura 2.4.

Durabilitatea mai mare se exprimă prin mărirea rezistenței caracteristice dar și prin îmbunătățirea calităților stratului superficial al materialului sculei.

2.4 CRITERII DE OPTIMIZARE A GEOMETRIEI BURGHIULUI ELICOIDAL

Analizând rezultatele cercetărilor referitoare la influența modificărilor constructiv-funcționale asupra desfășurării procesului de burghiere, a rezultat că activitatea cercetătorilor a fost orientată în direcția soluționării aspectelor legate de mărirea durabilității burghiului și a creșterii productivității procesului de burghiere prin:

optimizarea regimurilor de lucru;

alegerea materialului sculei în funcție de condițiile de lucru;

mărirea eficienței acțiunii lichidelor de așchiere;

îmbunătățirea geometriei părții așchietoare a muchiilor;

eliminarea uzurii prin transport de ioni în cazul izolării electrice a sculei față de mașina unealtă;

folosirea de noi materiale pentru realizarea sculelor.

Criteriile care au sta la baza optimizării geometriei burghiului sunt:

durabilitatea sculei așchietoare;

capacitatea de a așchia ușor;

ascuțirea pe mașini de ascuțit sau cu dispozitive ce au o cinematică simplă;

asigurarea preciziei și calității suprafeței prelucrate;

costuri reduse pentru realizarea sculelor.

Analizând criteriile care au stat la baza optimizării regimurilor de lucru, reiese că cel mai important criteriu este durabilitatea burghiului, iar dintre căile care pot fi urmate pentru mărirea rezistenței la uzură a sculei, cea mai economică este îmbunătățirea geometriei burghiului.

Datorită variației parametrilor durabilității într-un spectru larg de valori se pune problema determinării unor anumite valori care să asigure durabilitatea optimă în raport cu anumite criterii.

Capitolul III

OPTIMIZAREA REGIMURILOR DE AȘCHIERE

LA GĂURIREA PE MAȘINA GPR – 45NC

3.1 PROIECTAREA OPERAȚIEI DE GĂURIRE ÎN PRODUCȚIA DE UNICATE

Se va determina adaosul de prelucrare, elementele regimului de așchiere și norma tehnică de timp pentru prelucrarea piesei din figura 3.1, în condițiile producției de unicate, volumul producției – 1 bucată.

Fig. 3.1 Piesa de prelucrat

a) Calculul regimurilor de așchiere

Calitatea suprafețelor și implicit precizia de prelucrare, precum și volumul manoperei necesare pentru prelucrarea mecanică, depind în mare măsură de elementele regimului de așchiere.

Acestea la rândul lor depind de:

proprietățile materialului piesei;

caracterul prelucrării;

caracteristicile sculei așchietoare;

rigiditatea sistemului tehnologic;

mașina-unealtă utilizată;

condițiile practice în care are loc așchierea.

Valorile adoptate pentru elementele regimului de așchiere se pot calcula analitic sau se pot fi alese din normative stabilite pe baze experimentale.

În lucrarea de față se va utiliza metoda analitică care este mai precisă.

Relațiile de calcul tehnologic al regimurilor de așchiere se extrag din [11].

Date inițiale de calcul:

diametrul de prelucrat, d = 20 mm;

lungimea de prelucrat, l = 50 mm.

Pentru prelucrarea găurilor cu o lungime l ≤ 10D, se alege din STAS 575 – 88, tipul de burghiu din Rp 5, pentru prelucrarea materialului: – oțel OL 50.

Mașină de găurit cu comandă numerică GPR – 45 NC.

Parametri principali ai geometriei părții așchietoare, a burghiului elicoidal, sunt :

unghiul la vârf, 2ж0 = 1160, funcție de materialul de prelucrat, conform tabelului (12.11)[11];

unghiul de așezare α0 = 100, tabelul (12.11)[11];

durabilitatea economică T = 20 min, tabelul (12.6)[11];

adâncimea de așchiere (pentru găurire în plin), t = d / 2 = 20/2 = 10 mm;

Avansul de așchiere (pentru găurire-n plin), f, mm:

f = Ks · Cs · D0,6 [mm/rot] (3.1)[11]

unde:

Ks = 0,8, coeficient de corecție, funcție de lungimea găurii, pentru l > 3D;

Cs =0,063, coeficient de avans, tabelul (12.9)[11];

D = 20 mm, diametrul burghiului.

f = 0,8 · 0,063 · 200,6 = 0,302 mm/rot

se alege avansul f = 0,32 mm/rot

Viteza de așchiere la găurire, vp , m/min:

vp = [m/min] (12.13)[11]

Valorile coeficienților Cv și ale exponenților zv, yv, m, sunt date-n tabelul (12.22)[11].

Pentru f ≥ 0,2 mm/rot, se aleg:

Cv = 7; zv = 0,4; m= 0,2; yv = 0,5;

Coeficientul de corecție Kvp, este produsul coeficienților dați în tabelul (12.23)[11], ce țin seama de factorii ce influențează procesul de burghiere:

Kvp = KMv · KTv · Klv · Ksv (12.9)[11]

unde :

KMv , coeficient funcție de materialul de prelucrat;

KTv , coeficient funcție de raportul durabilității reale și recomandate Tr / T;

Ksv , coeficient funcție de starea oțelului;

Klv , coeficient funcție de lungimea găurii și diametrul de prelucrat;

Toți coeficienții se extrag din tabelul (12.23)[11], având următoarele valori:

KTv = 1; Klv = 0,5; Ksv = 1; KMv = 0,644;

Kvp = 1 · 0,5 · 1 · 0,644 = 0,322

Se calculează viteza de așchiere :

vp =m/min

Turația sculei așchietoare la găurire n, rot/min:

n =rot/min

Valoarea obținută se pune de acord cu turațiile mașinii – unelte, tabelul (3.22)…(3.33)[11], pe care se face prelucrarea alegându-se turația imediat inferioară sau superioară dacă nu s-a depășit Δv < 5%.

– se alege n = 120 rot/min, din gama de turații ale mașinii-unelte GPR – 45 NC.

Se calculează în continuare viteza reală de așchiere:

vr =m/min

Viteza de avans va avea expresia:

vf = n · f = 120 · 0,32 = 38,4 mm/min

Forța principală de așchiere și momentul la burghiere, se calculează cu formula:

F = CF1 · DxF · fyF · HBn [daN] (12.12)[11]

M = CM1 · DxM · fyM · HBn [daN·cm] (12.13)[11]

Coeficienții și exponenții forței și momentului de așchiere se dau în tabelul(12.38)[11], astfel:

xF = 1,10; yF = 0,7; CF = 65; HB = 143;

xM= 0,78; yM= 0,74; CM= 5,3;

F = 65 · 201,1 · 0,320,7 · 0,84 = 663,63 daN

M = 5,3 · 200,78 · 0,320,74 · 1,08 = 25,486 daNcm

Puterea la găurire, P, kw:

Pc = [kw] (12.20)[11]

Pc =kw

unde:

Mt , momentul de torsiune la găurire;

n, turația burghiului, sau a piesei.

Puterea totală – verificarea motorului:

Pc = 0,0313 kw

ηMU = 0,85 , randamentul mașinii – unelte GPR – 45 NC

Pc / ηMU = 0,037 kw ≤ PMe = 3 kw

b) Normarea tehnică a operației

Norma tehnică de timp este durata necesară pentru executarea unei operații în condiții tehnico-economice determinate și cu folosirea cea mai rațională a tuturor mijloacelor de producție.

În norma tehnică de timp intră o sumă de timpi, astfel:

[min] (12.1)[11]

unde:

Tu – timpul normat pe operație;

tb – timpul de bază (tehnologic, de mașină);

ta – timpul auxiliar;

ton – timp de odihnă și necesități firești;

td – timp de deservire tehnico-organizatorică;

tpi – timp de pregătire-încheiere;

N – lotul de piese care se prelucrează la aceeași mașină în mod continuu.

Suma dintre timpul de bază și timpul auxiliar se numește timp efectiv sau timp operativ. Algoritmul pentru calculul normei de timp, se găsește în [11].

Timpul de bază se poate calcula analitic cu relația:

[min] (12.2)[11]

unde:

l – lungimea de prelucrare, [mm];

l1 – lungimea de angajare a sculei, [mm];

l2 – lungimea de ieșire a sculei, [mm];

i – numărul de treceri;

n – numărul de rotații pe minut;

f – avansul, [mm/rot].

Timpul de bază tb, se determină cu relația (5.1)[11], având în vedere și schema de calcul din figura 3.2:

Date inițiale de calcul:

d = 20 mm;

l = 50 mm;

n = 120 rot/min;

i = 1 trecere;

f = 0,32 mm/rot.

Timpul de bază, tb, tabelul (7.2) [11], va fi:

min

Unde:

l = 50 mm

l1 = = 6,5 mm

l2 =(0,5……4) = 2,5 mm

Timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei, ta, tab.(7.50)[11]:

Timpul de deservire tehnică, tdt, tab.(7.54)[11]:

Timpul de deservire organizatorică, tdo, tab.(7.54)[11]:

Timpul de odihnă și necesități firești, ton, tab.(7.55)[11]:

Timpul de pregătire-încheiere, Tpi, tab.(7.1)[11]:

Tpi = 19 min

Lotul de piese: n = 1 buc.

Norma de timp la găurire pe mașină de găurit GPR – 45 NC, în producția de unicate:

min

Fig. 3.2 Găurire pe mașină de găurit

3.2 PROIECTAREA OPERAȚIEI DE GĂURIRE ÎN PRODUCȚIA DE SERIE MARE

Se va determina adaosul de prelucrare, elementele regimului de așchiere și norma tehnică de timp pentru prelucrarea piesei din figura 3.1, în condițiile producției de serie mare, volumul producției – 2000 bucăți.

a) Calculul regimurilor de așchiere

Date inițiale de calcul:

diametrul de prelucrat, d = 20 mm;

lungimea de prelucrat, l = 50 mm.

Pentru prelucrarea găurilor cu o lungime l ≤ 10D, se alege din STAS 575 – 88, tipul de burghiu din Rp 5, pentru prelucrarea materialului: – oțel OL 50.

Mașină de găurit cu comandă numerică GPR – 45 NC.

Parametri principali ai geometriei părții așchietoare, a burghiului elicoidal, sunt :

unghiul la vârf, 2ж0 = 1160, funcție de materialul de prelucrat, conform tabelului (12.11)[11];

unghiul de așezare α0 = 100, tabelul (12.11)[11];

durabilitatea economică T = 20 min, tabelul (12.6)[11];

adâncimea de așchiere (pentru găurire în plin), t = d / 2 = 20/2 = 10 mm;

Avansul de așchiere, f [mm/rot], pentru diametrul burghiului d = 20 mm, la prelucrarea oțelului OL 50, se recomandă ca fiind:

f = 0,18 … 0,26 mm/rot (tab.6.12)[11]

Se adoptă din caracteristicile mașinii-unelte GPR – 45 NC, f = 0,19 mm/rot.

Viteza de așchiere, v [m/min], se adoptă din tab.6.17 [11], v = 27,2 m/min.

Coeficienții de corecție ai vitezei de așchiere sunt:

kmv = 1,14, coeficient de corecție funcție de rezistența materialului (tab.6.17)[11];

kTv = 1,0, coeficient de corecție funcție de durabilitatea sculei (tab.6.18)[11];

klv = 1,0, coeficient de corecție funcție de lungimea găurii (tab.6.18)[11];

ksv = 1,0, coeficient de corecție funcție de starea oțelului (tab.6.18)[11].

Viteza de așchiere calculată va fi:

vc = v · kmv · kTv · klv · ksv = 27,2 · 1,14 = 31 m/min

Se calculează turația sculei așchietoare la găurire n, rot/min:

n =rot/min

Valoarea obținută se pune de acord cu turațiile mașinii – unelte, tabelul (3.22)…(3.33)[11], pe care se face prelucrarea alegându-se turația imediat inferioară sau superioară dacă nu s-a depășit Δv < 5%.

– se alege n = 450 rot/min, din gama de turații ale mașinii-unelte GPR – 45 NC.

Se calculează în continuare viteza reală de așchiere:

vr =m/min

Verificarea puterii motorului electric se face extrăgând din tab.6.19 [11] valoarea momentului de torsiune M = 2613 daN·mm.

În această situație, puterea reală va fi:

Pc = [kw] (tab.6.19)[11]

Pc = kw

unde:

Mt , momentul de torsiune la găurire;

n, turația burghiului, sau a piesei;

ηMU = 0,8, randamentul mașinii – unelte GPR – 45 NC.

Pc ≤ PMe = 3 kw

b) Normarea tehnică a operației

Timpul de bază tb, se determină cu relația (5.1)[11], având în vedere și schema de calcul din figura 3.2:

Date inițiale de calcul:

d = 20 mm;

l = 50 mm;

n = 450 rot/min;

i = 1 trecere;

f = 0,19 mm/rot.

Timpul de bază, tb, tabelul (7.2) [11], va fi:

min

Unde:

l = 50 mm

l1 = = 5,78 mm

l2 =(0,5……4) = 2 mm

Din tabelele destinate normării tehnice, în condițiile producției de serie mare, se extrag următorii timpi:

ta1 = 0,50 min, timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei, (tab.7.48)[11];

ta2 = 0,03 + 0,02 = 0,05 min, timpul ajutător pentru comanda mașinii-unelte, (tab.7.51)[11];

ta3 = 0,07 min, timpul ajutător pentru curățirea dispozitivului de așchii, (tab.7.50)[11];

ta = ta1 + ta2 + ta3 = 0,62 min, timpul ajutător total;

min, timpul de deservire tehnică, (tab.7.53)[11];

, timpul de deservire organizatorică, tab.(7.53)[11];

td = tdt + tdo = 0,0253, timpul de deservire total;

, timpul de odihnă și necesități firești, tab.(7.55)[11];

Tpi = 5 + 6 =11 min, timpul de pregătire-încheiere, tab.(7.56)[11].

Volumul producției: 2000 piese.

Prelucrările s-au efectuat pe loturi de piese: n = 100 buc.

Norma de timp la găurire pe mașină de găurit GPR – 45 NC, în producția de serie mare:

min

Din studiul celor două cazuri se observă deosebirile esențiale între timpii normați pe operație, în funcție de volumul de fabricație:

la producția de unicate (1 bucată), Tu = 22,09 min/buc.;

la producția de serie mare (2000 bucăți), Tu = 1,46 min/buc.

Reducerea accentuată a timpului normat, la trecerea de la producția de unicate la producția de serie, se datorează în primul rând faptului, că timpul de pregătire – încheiere, se repartizează la întreg lotul de piese, revenind o fracțiune foarte mică la bucată.

Reducerea timpului normat este mai accentuată la producția de serie mare, deoarece timpul de bază a fost calculat mai exact, iar timpii auxiliari dați în tabele sunt mai mici, datorită creșterii îndemânării muncitorului odată cu creșterea volumului de fabricație.

3.3 OPTIMIZAREA REGIMULUI DE AȘCHIERE PRIN METODA PROGRAMĂRII MATEMATICE

3.3.1 Metoda clasică

Calculul clasic de optimizare al regimului de așchiere se prezintă în literatura de specialitate în [3].

Metoda clasică, după cum s-a amintit, pentru calculul regimului de așchiere (v, f, t) presupune cunoașterea apriorică a durabilității.

Durabilitatea poate fi stabilită prin calcul fie urmărindu-se un cost de prelucrare minim, fie o productivitate maximă astfel :

în raport cu obținerea unei productivități maxime, se calculează cu relația:

Top = [min] (9.1)[3]

în raport cu obținerea unui cost de prelucrare minim se calculează cu relația :

Toc = [min] (9.2)[3]

Unde :

m – exponentul durabilității

τs – timpul necesar unei schimbări a sculei [min], și reglarea mașinii-unelte cu această ocazie

Cb – salariul muncitorului de la mașina-unealtă [RON/min]

S – cheltuielile legate de exploatarea sculei, se calculează cu relația :

S = τ1Cb1 + [RON] (9.3)[3]

Unde :

Τ1 – timpul necesar pentru reascuțirea sculei, [min]

Cb1 – salariul muncitorului de la ascuțitorie, [RON/min]

Cs – costul inițial al sculei, [RON]

Ns – numărul de ascuțiri permis, până la scoaterea din uz a sculei

În general regimul de așchiere se calculează în așa fel încât, să asigure obținerea unui cost minim de prelucrare.

Dar foarte des se admite orientarea prin calcul a regimului de așchiere spre obținerea unei productivități maxime; (în caz de strangulare la una din operații, sau în cazul unor produse speciale unde nu interesează costul de prelucrare).

3.3.2 Metoda modernă a programării matematice

Metoda modernă de calcul a regimului optim de așchiere, utilizând metoda programării matematice se prezintă în literatura de specialitate în [3].

Datorită determinării succesive a factorilor de regim, metoda clasică implică în calculul regimurilor de așchiere, arbitrariul.

De asemenea, prin această metodă, factorii de regim sunt stabiliți totdeauna în modul cel mai adecvat din punctul de vedere al condițiilor concrete de prelucrare, datorită faptului că verificările acestora (dacă se fac) se fac numai în raport cu cele mai principale restricții (celelalte nefiind luate în seamă).

Dezavantajele amintite pot fi înlăturate folosindu-se programarea matematică.

După cum s-a arătat această metodă modernă de calcul a regimurilor de așchiere se subdivide în două.

Înainte de a intra în amănuntele acestor două submetode, subliniem că ambele elimină arbitrariul, dar din punct de vedere matematic, costul de prelucrare minim sau productivitatea maximă pot fi garantate numai în cazul metodei programării matematice, cu considerarea durabilității variabile odată cu factorii de regim.

În cazul utilizării programării matematice, parametrii regimului de așchiere trebuie astfel determinați, încât prețul de cost sau productivitatea să fie optime în condițiile în care se ține cont de factorii respectivi care sunt :

ritmul liniei tehnologice

cinematica și dinamica mașinii-unelte

rezistența și stabilitatea elementelor sistemului tehnologic elastic

temperatura rezultată în timpul așchierii

calitatea suprafeței prelucrate

adaosul de prelucrare și adâncimea minimă de așchiere

Astfel se ajunge la ceea ce se numește modelul matematic al problemei calculului durabilității sculei așchietoare și regimului de așchiere.

Pentru întocmirea modelului matematic al problemei enunțate, trebuie în prealabil să se determine funcția de optimizare sau de eficiență și funcțiile care exprimă relațiile de restricție, sau relațiile care îngrădesc parametrii regimului de așchiere și durabilitatea sculei.

În cazul când se urmărește ca prelucrarea la operația respectivă să se realizeze cu un cost minim de prelucrare, funcția de optimizare se determină ținând seama de :

C1 – salariul muncitorului care efectuează prelucrarea la operația respectivă [RON/min]

C2 – cheltuielile legate de schimbarea sculei [RON/min]

τb,m – timpul de bază de mașină [min/buc]

ns – numărul de reascuțiri ale sculei în timpul prelucrării piesei la operația respectivă

Astfel :

C = C1 τb,m + C2ns

Dar știind că :

τb,m =

ns =

unde :

T – durabilitatea sculei așchietoare [min]

zb – adaosul de prelucrare care se îndepărtează în timpul prelucrării piesei la operația respectivă [mm]

Se obține astfel costul de prelucrare al piesei la operația respectivă:

C = C1 (9.33)[3]

Atunci când se urmărește să se obțină o productivitate maximă la operația respectivă, funcția de optimizare se determină ținând seama, în afară de τb,m și ns, de timpul τs necesar pentru înlocuirea sculei uzate și reglarea la dimensiune a mașinii-unelte.

În acest caz timpul de lucru pe bucată τbuc funcție de T, m, t, și f, va fi egal cu :

τbuc = τbm + nsτs

sau ținând seama de expresia lui ns și expresia lui τb :

τbuc = (9.34)[3]

Pentru ușurarea rezolvării modelului matematic de calcul al parametrilor regimului optim de așchiere la găurire s-au făcut diverse artificii de calcul pentru a se ajunge la un program liniar, căruia să i se poată aplica algoritmul Simplex sau metoda grafică de rezolvare.

În acest scop s-au introdus substituții logaritmice, iar pentru a scădea modelul matematic la două (pentru a putea fi rezolvat grafic în plan) s-a admis că sunt îndeplinite condițiile suplimentare, ca de exemplu: schimbarea simultană a sculelor din completul de scule, considerând că sculele își pierd capacitatea de așchiere în același timp.

Matematic, această condiție s-a exprimat prin relații de forma :

(9.35)[3]

unde :

T1, T2,… Tn sunt durabilitățile burghielor de tip 1, 2, …n

l1, l2, …ln sunt lungimile corespunzătoare burghielor de tip 1, 2, …n

Împunând aceste relații, optimizarea este îngrădită, deoarece se introduc condiții de optimizare externă, care limitează domeniul valorilor parametrilor regimului de așchiere, în favoarea unor facilități de calcul.

În metoda care se prezintă în cele ce urmează se determină algoritmul de calcul pentru rezolvarea grafică, analitică sau grafoanalitică a modelului matematic al parametrilor regimului optim de așchiere folosind substituții nelogaritmice la găurire, cu două tipuri de burghie (metoda poate fi generalizată pentru n tipuri de burghie).

Funcția obiectiv costul minim pentru cazul folosirii a două tipuri de burghie are forma :

C = C1τl max + C21N1 + C22N2 [RON] (9.36)[3]

în care :

C1, salariul muncitorului care lucrează la mașina de găurit [RON/oră]

C21, C22, cheltuielile făcute cu schimbarea și reascuțirea burghielor uzate de tip1, respectiv 2

τl max, timpul de lucru în care capul de găurit multiax parcurge spațiul lmax cu avans de lucru [min]

N1, N2, numărul de burghie de tip 1, respectiv 2

τl1, τl2, timpii de lucru pentru așchierea găurilor cu lungimile l1, l2 [min]

Ținând seama de timpul de bază :

τb = (9.35)[3]

unde :

l – lungimea parcursă de scula așchietoare

vf – viteza de avans, relația costului minim devine :

C = (9.35)[3]

Introducând substituțiile :

vs=; vsT1=; vsT2=; (9.35)[3]

coeficienții numerici măresc precizia de calcul, funcția obiectiv se aduce la forma ecuației unui plan, iar problema de optimizare se reduce la determinarea punctului cu distanță minimă față de origine, determinat de intersecția funcției obiectiv cu poligonul restricțiilor :

C = (9.35)[3]

Cu notațiile :

K1=C1lmax1/102

K2=N1C21l11/105

K3=N2C22l21/105

Relația costului minim devine :

C = K1X1 + K2X2+ K3X3

Deoarece viteza de avans a fiecărui burghiu din capul multiax este aceeași, se poate scrie :

vs = n1f1 = n2f2 = n3f3 = …… = nifi

Rezultă astfel relațiile care exprimă valorile avansurilor celor două burghie :

f1=

f2=

Determinarea funcțiilor restrictive

Funcțiile restrictive se determină astfel cu relațiile din [3]:

Ritmul liniei tehnologice :

nifi >

Puterea maximă admisibilă a mașinii :

Rezistența mecanică a burghielor :

Încărcarea maxim admisibilă a mecanismului de avans :

Rezistența la flambaj a burghielor :

Evitarea depunerilor de materiale pe tăișul burghielor :

Evitarea supraîncălzirii burghielor :

În relațiile anterioare s-au notat cu :

di – diametrul burghiului

Ni – numărul de burghie de același fel

Imin i – momentul de inerție minim al burghiului

Wpi – modulul de rezistență al burghiului

CM, CF, C1, CΘ – coeficienți

Restricțiile impuse de cinematica mașinii-unelte nu se iau în considerare întrucât acestea influențează prin rapoartele de transmitere de al axul mașinii la axele portsculă.

După determinarea valorilor optime ale parametrilor regimului de așchiere, acestea se încadrează în gamele de turații și avansuri ale mașinii-unelte alese.

Întocmirea modelului matematic.

Formularea matematică a problemei determinării parametrilor regimului optim de așchiere la găurire, este următoarea:

– să se determine valorile parametrilor regimului optim de așchiere n1, n2, f1, f2, care fac minimă funcția :

C = K1X1 + K2X2+ K3X3 → min., în condițiile date de relațiile de calcul precedente.

După ce s-au găsit relația de optimizare și relațiile restrictive se poate formula matematic problema determinării durabilității și a regimului optim de așchiere.

Metoda propusă urmărește de fapt determinarea diferenței dintre durabilitatea calculată după metoda nouă și cea clasică, cu o anumită eroare.

3.3.3 Calculul regimului de așchiere optim, la prelucrarea pe mașină de găurit cu comandă numerică GPR – 45 NC

Se consideră prelucrarea prin găurire a piesei din figura 3.1.

Operația de găurire Φ20 H12 x 50 mm este realizată pe un semifabricat rigid din OL 50, în producție de 100.000 buc/an.

Găurirea se va face cu două burghie elicoidale, STAS 7881 – 98, având diametrul d = 20 mm, pe o mașină de găurit cu comandă numerică GPR – 45NC, având următoarele caracteristici :

P = 3 kW – puterea motorului electric de antrenare;

nmin = 53 rot/min ; nmax = 1800 rot/min;

fmin = 0,10 mm/rot ; fmax = 1,5 mm/rot;

Fa = 9000 N – forța axială limită admisă de mecanismul de avans;

Rp5 – materialul părții active a burghiului;

l= 140 mm, lungimea părții active a burghiului;

τs = 1 min, timpul pentru schimbarea sculei uzate și reglarea mașinii-unelte cu această ocazie;

m = 0,2, coeficient din tab.(6.15)[3];

nlot = 100.000 buc/an

În vederea rezolvării manuale a modelului matematic, se calculează mai întâi durabilitatea economică :

T =

T = min

Unde :

mν = 0,2; τs = 1 min;

C2 = τs C3 + RON, costul pentru reascuțirea sculei uzate

C3 = 0,05 RON/min, retribuția muncitorului de la ascuțitorie

C1 = 0,16 RON/min, retribuția muncitorului care realizează operația de găurire

Funcția de optimizare din modelul matematic va fi:

C = C1

C = 0,16

Relația restrictivă a durabilității devine:

32,20,2fyn = 1000CvDz-1K/π

Din normative :

y = 0,7; z = 0,4; K = 1; C = 7;

f0,7n =

Relația restrictivă a liniei tehnologice devine :

nf >

Unde :

Rl = min/buc, ritmul liniei tehnologice

Din normative :

τ1 = 0,8; m = 1; Kl = 0,85;

nf >

nf > 56,6

Relația restrictivă a puterii motorului electric, devine :

nfy

Din normative :

yM = 0,8; η = 0,8; PMe = 3kW; CM = 29,6; xM = 1,9; KM =1;

nf0,8 266,3

nf0,8 266,3

Relația restrictivă a stabilității elastice devine :

fy

Din normative :

yM = 0,8; σr = 100 daN/mm2; CM = 29,6; c = 2,5;

Wp = 0,02D3 = 160 mm3

f0,8

f0,8 0,42

Relația restrictivă a rezistenței la flambaj este :

fy

Unde :

E = 2,1104 daN/mm2; modulul de elasticitate

Imin = 0,013D4 = 0,013204 = 2080 mm4; momentul de inerție minim al porțiunii cu canale a burghiului

Din normative : yF = 0,7; CF = 74; xF = 1; KF =1; l = 170 mm, lungimea în consolă a burghiului

f0,7

Relația restrictivă a mecanismului de avans este :

fy

Din normative :

yF = 0,7; CF = 74; xF = 1; KF =1;

f0,7

Pentru mașina de găurit GPR – 45NC, relațiile restrictive ale cinematicii sunt :

fmin = 0,10;

fmax = 1,5;

nmin = 53;

nmax = 1800;

În aceste condiții modelul matematic devine :

C =

f0,7n =

nf > 56,6

nf0,8 266,3

f0,8 0,42

f0,7

f0,7

0,1 f < 1,5

53 n 1800

Pentru rezolvarea manuală a modelului, în continuare, se liniarizează inecuațiile logaritmice prin logaritmare și se obține :

Dacă se consideră ultimele trei inegalități se obține :

Fig. 3.3 Reprezentarea grafică a sistemului

Soluția sistemului este :

Dacă se face reprezentarea grafică a sistemului, se obține, conform figurii 3.3, un domeniu de soluții reprezentat de segmentul de dreaptă îngroșat, definit de punctele A(2,577;-0,47) și B(3,405;-1,653).

Avându-se în vedere că se obține Cminim pentru (nf)max cât și posibilitățile mașinii-unelte, rezultă următoarele trepte de avansuri f: 0,32; 0,27; 0,19; 0,13, și 0,10.

Dacă se introduc aceste valori în relația restrictivă, se obțin următoarele valori pentru n: 393,2; 443,86; 566,39; 738,84 și 887,82.

Din caracteristicile mașinii-unelte GPR – 45 NC se aleg treptele:315; 450; 630 și 900. Cu aceste valori, condiția este satisfăcută pentru combinația de avans f și turație n: f = 0,27 mm/rot și n = 450 rot/min.

Valorile găsite pentru n și f verifică toate relațiile restrictive din modelul matematic.

Capitolul IV

CRITERII PENTRU DETERMINAREA DURABILITAȚII

OPTIME A SCULELOR ASCHIETOARE

FOLOSITE LA GAURIREA PE MASINA GPR – 45 NC

Datorită variației parametrilor durabilității într-un spectru larg de valori se pune problema determinării unor anumite valori care să asigure durabilitatea optimă în raport cu anumite criterii.

Principalele criterii după care se determină durabilitatea optimă sunt cele redate în figura 4.1.

În continuare se vor prezenta aceste criterii de durabilitate în scopul evidențierii particularităților acestora pentru a putea fi aplicate corespunzător în practică.

4.1 CRITERIUL PRODUCTIVITĂȚII MAXIME A UNEI OPERAȚII

Corespunzător acestui criteriu durabilitatea este optimă atunci când timpul de lucru efectiv între două reascuțiri consecutive ale sculei, se realizează un număr maxim de piese.

Dacă se consideră productivitatea procesului de așchiere ce revine unui schimb de lucru (Ps) se poate scrie că :

Ps = (6.35)[4]

Unde :

v = 23,5 m/min, viteza de așchiere la găurire pe mașină GPR – 45NC

T = 30 min, durabilitatea economică a burghiului

t0 = 15 min, timpul de întrerupere a procesului de așchiere, necesar pentru înlocuirea sculei și reglarea mașinii-unelte

Aef = 4,1096 mm2, aria efectivă a așchiei dată de relația :

Aef = [mm2]

(6.36)[4]

În care :

f = 0,32 mm/rot, avansul la găurire

t = 13,5 mm, adâncimea de așchiere

χ = 600; χ1 = 350; λ = 00; γ = 250; parametrii geometrici corespunzători ai sculei așchietoare

Aef=0,3213,5 ·

=

= 4,1096 [mm2]

Ps = 4,109623,5= 64 buc/schimb

Pe baza relației durabilității a lui Taylor se poate scrie că viteza de așchiere este :

v = (6.37)[4]

unde :

C1, reprezintă o constantă

m – exponent care depinde de natura materialului sculei

Rezultă :

Ps = Aef (6.38)[4]

Unde :

Cp = AefC1, constantă care depinde de parametrii tehnologici ai regimului de așchiere și de parametrii geometrici ai sculei așchietoare cu care se execută operația respectivă.

Productivitatea pe schimb este maximă dacă este îndeplinită condiția ca derivata întâia în raport cu timpul să fie zero :

Fig. 4.1 Principalele criterii de durabilitate optimă

ale sculelor așchietoare

Fig. 4.2 Forma generală a variației productivității

în raport cu durabilitatea sculei așchietoare

de unde rezultă că :

T = Tp =

În care :

Tp , reprezintă durabilitatea optimă după criteriul productivității maxime

1-m/m, factorul de proporționalitate dintre calitatea materialului sculei și condițiile de exploatare ale acesteia (tratament termic, ascuțire)

Reprezentarea grafică a funcției productivității în raport cu durabilitatea este de forma redată în figura 4.2, deci valoarea Tp reprezintă abscisa corespunzătoare productivității maxime Psmax.

În literatura tehnică de specialitate există diferite modele matematice ale durabilității sculelor așchietoare, care consideră durabilitatea ca o funcție de viteza de așchiere.

Deoarece în practica uzinală sculele așchietoare lucrează cu diferite regimuri de așchiere, cercetările recente au abordat problema durabilității în condiții reale de exploatare.

4.2 CRITERIUL COSTULUI MINIM

Pentru determinarea durabilității optime se consideră costul operației de așchiere dat de expresia :

Cp =

(6.42)[4]

unde :

Kh = 3,5 RON/oră, retribuția muncitorului

Cm = 12000, RON, costul mașinii-unelte GPR – 45NC

Cs = 12 RON, costul de amortizare al sculei

Vaș = 8 105 mm3, volumul de așchii

tb = 1,5 min, timpul de bază al operației

ta = 0,85 min, timpul auxiliar

ts = 15 min, timpul de schimbare al sculei

l = 85 mm, lungimea de așchiere

d= 27 mm, diametrul semifabricatului corespunzător operației considerate

t = 13,5 mm, adâncimea de așchiere

f = 0,32 mm/rot, avansul de așchiere

v = 23,5 m/min, viteza de așchiere

T = 30 min, durabilitatea sculei

Cp =

5,0819 RON

Fig. 4.3 Reprezentarea tridimensională a funcției

prețului de cost al operației în funcție de avansul

de lucru și adâncimea de așchiere

Dacă în expresia (6,42) se fac următoarele înlocuiri, atunci costul operației de prelucrare dat de relația (6,42) devine :

Cp = A + B + + (6,43) [4]

Unde :

T =

Reprezintă relația durabilității după Konig, iar kv, is, reprezintă constante date de relațiile :

kv = Kv-m

is = if-n

iar m și n sunt constante care depind de parametrii tehnologici, geometrici ai sculei. Funcția Cp = Φ(f, v) se reprezintă grafic printr-o suprafață, ca în figura 4.3.

Fig. 4.4 Forma generală a variației costului operației

În raport cu durabilitatea sculei așchietoare

Pentru ca această funcție să admită un punct de minim trebuie ca să fie monoton crescătoare, adică derivatele parțiale de ordinul întâi, în raport cu viteza și avansul să se anuleze, adică :

Punctul de minim al funcției Φ(f, r) reprezentată în figura precedentă se poate determina prin cunoașterea a cel puțin cinci valori ale durabilității, corespunzătoare unor viteze și avansuri date, din care pot rezulta valorile coeficienților kv, is, m, n, și C.

Dacă se consideră o reprezentare în plan a funcției costului minim, aceasta are forma redată în figura 4.4.

Cercetările experimentale și practica uzinală au demonstrat că domeniul durabilității optime corespunzător criteriilor de productivitate maximă și cost minim este situat ca în figura 4.5.

Domeniul hașurat reprezintă durabilitatea economică a sculei așchietoare și se caracterizează prin aceea că limitele sale de variație depind de valoarea diferenței durabilității după criteriile menționate. Astfel, durabilitatea corespunzătoare productivității maxime majorează costurile de prelucrare față de cele minime cu aproximativ 2%, iar prelucrarea cu o durabilitate după costul minim, conduce la scăderea productivității cu 7%, în raport cu valoarea ei maximă.

De aceea în practică este mai economic să se lucreze cu viteze mari, deci după criteriul productivității maxime.

4.3 CRITERIUL SCHIMBĂRII SIMULTANE A SCULELOR

Corespunzător acestui criteriu se ia în considerare faptul că în procesul tehnologic de prelucrare există o mare varietate de tipuri de scule și regimuri de așchiere. În aceste condiții, sculele se uzează și ating uzura admisibilă în diferite intervale de timp, caz în care ar trebui să se întrerupă foarte des procesul tehnologic, deci productivitatea devine foarte mică.

Fig. 4.5 Domeniul de durabilitate economică corespunzător

criteriilor de productivitate maximă și cost minim de prelucrare

De aceea durabilitatea economică în cazul prelucrării cu mai multe scule simultan se poate aborda sub două aspecte :

exprimarea durabilității (Ti) sculei de rang ,,i’’ în funcție de durabilitatea minimă a sculei (Td) dintre toate sculele liniei automate, capului multiax de găurit sau centrului de prelucrare, adică :

Ti = αiTd (6.52)[4]

exprimarea timpului de bază (tbi) al sculei ,,i’’ în funcție de timpul de bază al celei mai lungi operații (tbt), care limitează productivitatea capului multiax, liniei automate, deci :

tbi = βitbt (6.53)[4]

Unde : α, β, coeficienți supraunitar și respectiv subunitar.

Deoarece ritmul de schimbare a sculelor poate influența valoarea tactului capului multiax, în acest caz valoarea minimă a tactului se realizează prin schimbarea simultană a tuturor sculelor, respectiv atingerea simultană de către toate sculele a nivelului de uzură admis.

În cazul general funcția completă a durabilității efective a sculelor așchietoare se poate prezenta sub forma :

Tef = T(HB, σ, α, γ, χ, ……, f, t, v, r) = T0

(6.55)[4]

Pentru cazul de prelucrare pe mașină de găurit GPR – 45NC, considerând materialul piesei OLC 45, T0, HB0, σ0, ……, v0, r0, sunt constante (cazul așchierii oțelului OLC 45 STAS 880 – 88), produsul acestor termeni se poate nota cu CT, iar funcția durabilității devine:

Tef = T(HB, σ, α, γ, χ, ……, f, t, v, r) =

(6.56)[4]

Pe de altă parte durabilitatea optimă are un caracter de normă obligatorie pentru buna desfășurare a procesului de așchiere și trebuie să fie egală cu durabilitatea efectivă a sculei, adică :Tef = Topt (6.57)[4]

BIBLIOGRAFIE

1. Ciolan, I., – Optimizarea deciziilor în investiții,

Editura Academiei Române,

București, 2003

2. Drăghici, G. ș.a., – Contribuții la calculul durabilității

burghielor și al regimului de așchiere,

Buletinul Institutului politehnic BRAȘOV,

Volumul X, BRAȘOV, 1998

3. Drăghici, G., – Bazele teoretice ale proiectării proceselor

tehnologice în construcția de mașini,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 1999

4. Dumitraș, C. ș.a., – Așchierea metalelor și fiabilitatea

sculelor așchietoare,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2005

5. Fetecău, C.ș.a., – Burghie cu durabilitate ridicată,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2001

6. Hamat, C., – Proiectarea sculelor așchietoare,

Volumul 2, Editura Timpul, REȘIȚA, 2002

7. Lungu, I., – Mașini unelte și agregate,

Volumul 1 și 2, Editura Universitatea

,, Eftimie Murgu’’ REȘIȚA, 1998

8. Muller, I., – Probleme de raționalizare și automatizare

a pregătirii tehnice a producției,

Der Maschinenbau, nr. 1, 2, 3, 7, 8, /2002

9. Mereț, N. ș. a., – Protecția omului în procesul muncii,

Editura Științifică și Enciclopedică,

BUCUREȘTI, 2005

10. Miclescu, Th., – Calitatea produselor – traducere

din limba engleză,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2007

11. Picoș, C. ș.a., – Normarea tehnică pentru prelucrări prin

așchiere, Volumul 1 și 2,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 1999

12. Rubinstein, S. A .ș., – Burghiere adâncă a pieselor din

oțeluri inoxidabile,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2006

13. Savii. Gh., – Flexibilitatea în fabricația de mașini,

Editura Facla, TIMIȘOARA, 2003

14. COLECȚIE DE STANDARDE – ORGANE DE MAȘINI,

Volumul 1. d.,

Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2004