Studiu Teoretic Si Experimental Privind Calitatea Suprafetei Prin Strunjire Cnc

INTRODUCERE

Pentru realizarea unei piese pe o mașina unealtă este nevoie să se cunoască toate datele aferente acesteia,care se găsesc în desenul de execuție al piesei de prelucrat și planul de operații corespunzător întocmit.Aceste date constituie informațiile de lucru,dar mașina unealtă admite numai semnale energetice.

Transformarea informațiilor de lucru necesare sub formă de cunoștință, în formă de semnal și transportul ei in lanțurile cinematice ale mașinii, se numește execuție,iar efectul realizat la organul de lucru, acționare. Astfel, comanda este practic, semnalul, iar execuția și acționarea, sunt mișcări.

Datorită flexibilității programării, a multiplelor posibilități de prelucrare și a numeroaselor avantaje economice, comanda numerică a găsit o largă aplicație în cazul automatizării diverselor tipuri de mașini unelte.

În țara noastră, primele MUCN au fost produse intre anii 1972-1975, urmând apoi o dezvoltare și diversificare a acestora, dar și o anumită stagnare, caracteristică industriei de ramură de altfel, în ultimii ani.

Având o largă utilizare in multitudinea domeniilor industriale și nu numai, piesele de revoluție se realizează, in general, pe strunguri.

În funcție de poziția arborelui principal, de modul de prelucrare, de gradul de mecanizare și automatizare, strungurile sunt de mai multe tipuri, astfel :

-strungurile normale, simbol SN, sunt caracterizate prin poziția orizontală a arborelui principal și avansul longitudinal al căruciorului port-cuțit;

-strungurile revolver, simbol SR, sunt caraterizate de posibilitatea montării mai multor scule așchietoare, care acționează succesiv în ordinea impusă de procesul tehnologic, acestea regăsindu-se pe un support rotativ, denumit cap-revolver, amplasat pe o sanie cu deplasare longitudinală;

-strungurile automate, simbol SA, sunt strunguri speciale, la care, pe lângă mișcările de lucru, toate mișcările necesare pentru executarea operațiilor, sunt executate cu ajutorul unui mecanism de comandă;

-strungurile vertical (carusel), simbol SC, sunt caracterizate prin poziția verticală a arborelui principal;

-strungurile CNC, sunt mașini unelte de înaltă precizie, care pot realiza serii mari și foarte mari de piese, la nivel automatizat, cu ajutorul unei unități de comandă (CNC).

Prin strunjire se pot obține suprafețe plane, de rotație, elicoidale, spirale, elicoide spirale sau chiar suprafețe poligonale.

În capitolele ce urmează, voi prezenta in detaliu, tehnologia de strunjire, operațiile care se pot realiza, componentele necesare operațiilor de strunjire, precum și un studiu inedit, privind calitatea suprefețelor generate în urma strunjirii CNC.

CAPITOLUL I

STRUNJIRE.GENERALITĂȚI

Strunjirea (fig. 1.1) este procedeullde prelucrare prin așchiere, care este realizat prin combinarea mișcarii principale de rotație, executată de obicei, de semifabricat, cu mișcarea de avans – rectilinie , executatălde sculă. [6]

Fig. 1.1 Operația de strunjire [6]

Cele două mișcări seadesfășoară in acelasi timp, mișcarea de așchiere pentru un punct de pe taișul sculei, fiind o mișcare elicoidală sau spirală, iar mișcarea de avans are loc de-a lungul axei semifabricatului sau este perpendiculară pe aceasta.

Operația de strunjire se efectuează, ca și rabotarea și mortezarea, cu scule cu o singură muchie așchietoare principală, astfel, procesul de așchiere desfășurându-se in continuu.

Pe strungurile echipate cu dispozitive adecvate, se pot realiza și mișcări de avanslcurbilinii, lucru ce face posibilă lărgirea considerabilă a posibilităților tehnologice ale acestor utilaje.

Prin strunjire se pot obțineasuprafețe plane, de rotație, elicoidale, spirale, elicoide spirale sau chiar și suprafețe poligonale. Pe langă aceasta, procesul de prelucrare este concretizat și printr-o productivitate considerabilă, ceea ce a făcut ca procedeul să capete o vastălrăspandire. Mai mult, precizia deaprelucrare este destul de ridicată, astfel încat, în multe situații, strunjirea poate reprezenta operația finală de prelucrare.[1]

Generarea suprafețelor prin strunjire

Cazul cel mai comun de generareaa suprafețelor prin strunjire, este acela în care, directoarea, circulară sau elicoidală,este obținută pe cale cinematică, ca și traiectorie a unui punct.

In cazuri deosebite, cu echipamenteaspeciale, directoarea poate căpăta si alte forme, în condițiile în care aceasta este o directoarelprogramată.

Generatoarea, la prelucrarea prin strunjire, poate fi realizată prin toate procedeele cunoscute: ca traiectorie a unui punct, ca înfașuratoare a unei curbe materializate, prin materializare de către muchia de așchiere a sculei sau ca generatoarelprogramată.

Fig. 1.2 [6] Strunjire cu disc profilat Fig. 1.3[6] Strunjire cu cuțit lateral

1.1.1 Generarea suprafețelor prin metoda generatoareijmaterializate

In figurile 1.2 si 1.3 se prezintă exemple dekgenerare a suprafețelor prin strunjire, cu ajutorulhmetodei generatoareilmaterializate, la prelucrarea cu scule disc profilate a suprafetelor de revolutie, figura 1.2 si a suprafeței plane P, figura 1.3, la prelucrarea cu cuțitellaterale.[6]

Fig. 1.4 Generatoarea unei suprafețe conice[6]

In figura 1.4 , este prezentat procedeul de generare a suprafețeloroconice prin strunjire cu scule având materializate, prin muchiaaașchietoare, generatoarea suprafeței prelucrate. În aceste figuri s-a convenit a nota cu t planul generatoarei G.

Prelucrarea prin acest procedeu a unor suprafețe de revoluție complexe, impune realizarea unor scule profilate complicate și, in consecință, greu de realizat. De asemenea, o lățime prea mare ajtăișului sculei (o lungime mare a generatoarei) poate conduce la apariția vibrațiilor sistemului tehnologic.

Metoda are aplicatie la fabricatia de serie mare sau de masa, ca de exemplu, la strunjirea căilor de rulare ale inelelorurulmenților.[1]

1.1.2 Generarea suprafețelor prin metoda generatoareiocinematice

În cazul generării suprafețelor a cărei generatoare nu poate fi obținută prin materializare, se utilizează metode de realizare a traiectorieilgeneratoare pe cale cinematică.[3]

1.1.2.1 Generatoarea cinematică, caltraiectorie a unui punct

Fig. 1.5 Generarea unei suprafețe conice[6] Fig. 1.6 Generarea unei suprafețe sferice[6]

           Figurile 1.1 si 1.5, prezintă, spre exemplificare, la prelucrarea prin strunjire, generarea suprafețeloracilindrice si respectiv conice in condițiile în care generatoarea se realizează ca traiectorie a vârfului sculei — punctuloM. Realizarea suprafeței conice, conform figurii, se face utilizand sania portcuțit a strungului,înclinând-o la numărul de grade dorit sau impus dekdesenul de execuție.[6]

Utilizarea unor dispozitive speciale permite generarea prin aceeași metoda și a suprafețelor sferice (fig. 1.6). Traiectoriaovârfului sculei (mișcarea de avans) este circulara – o rotație în jurul unei axe verticale, perpendiculare pe axa de rotație a semifabricatului in punctul T0 al acesteia. Directoarea, în toate cazurile de formălcirculară, se realizează pe calelcinematică.[3]

1.1.2.2 Generatoarea cinematică, ca înfășurătoare a unei curbe materializate

Fig. 1.7 Strunjirea cu ajutorul cuțitelor rotative[6]

Realizarealgeneratoarei in forma infașuratoarei unei curbe materializate, se întalnește la strunjirea cu cuțite rotative, (fig.1.7) la care, generatoareaosuprafeței prelucrate, in figură, un arbore profilat, se obține ca înfășurătoare a pozițiilor succesive ale muchiei așchietoare a sculei în mișcarea relativa între sculă și semifabricat.[6]

În procesul generării, se defineșteopentru sculă, un cerc, numit cerc de rulare al semifabricatului, corespunzător secțiunii axiale a acestuia (secțiunea axială a semifabricatului corespunde planului generatoarei ).  În acest fel, mișcările I si II ale cuțituluiorotativ vor fi în așa fel corelate încat cercul de raza Rr să rulezeafără alunecare pe dreapta de rulare definită în sectiuneaaaxială a semifabricatului. Mișcarea de rotație a semifabricatului în jurul axei proprii, mișcarea III, se stabilește din considerente de ordin tehnologic ca mișcarejprincipală.[1]

1.1.3 Generarea suprafețelor prin metoda generatoarei programate

Prelucrarea suprafețelor deurevoluție, cu excepția celor cilindrice, avândogeneratoare de lungime mare, uneori de forme complicate, impune utilizarea programării ca procedeu de realizare a generatoarei.[1]

În figura 1.8 este prezentat un exemplu de utilizare a generatoareiuprogramate la strunjirea unei suprafețe conice.[6]

La prelucrarea suprafețelor conice, portprogramul il constituie linealul de strunjit conic 1 (fig. 1.8), pe care se deplaseazăkculisa 2, pe un ghidaj in coadă dekrandunică. Piesa de legatură 4, este solidarizată dejculisa 2, prin strangerea cu maneta 3 a unuioșurub, și prin aceasta, sania transversală 5, a cărucioruluikstrungului.[6]

Linealull1 este solidarizat pe batiulostrungului prin placa 6, tija 7 și piesa 8. Pentru ca mișcarea impusă de lineal și culisă să poată fi executată de sania transversală, este necesară decuplarea șurubului de avans transversal II, prin desfacerea legăturiiopiuliței 12, de sania transversală.[6]

Programarea uneioanumite înclinări a generatoarei G, se face prin înclinareaolinealului pe placa 6, cu același unghi ca al generatoareiodorite.

În acest fel, la mișcarea de avansolongitudinal cu viteza VsL a căruciorului 10, se obține și o mișcare transversală, fie VsT vitezaoacesteia.[1]

Fig. 1.8 Strunjirea folosind generatoarea programată[6]

Cinematica procesului de așchiere

Mișcarea in procesul de așchiere, întelegând prin aceasta mișcareaorelativă între sculă și semifabricat este, de regula, rezultantaocompunerii a două mișcari:

Mișcareaoprincipală, este mișcarea cu viteza cea mai mare. Aceasta poate fi de rotație sau de translație, putând fi executată atat de sculă, cât și de semifabricat. De exemplu, la strunjire mișcareaoprincipală este de rotație si esteoexecutată de semifabricat (fig 1.9)[5]

Fig. 1.9 Operația de strunjire[5]

La frezareoeste tot de rotație, fiind executată de sculă (fig.1.10), la rabotareomișcarea este de translație, executată de sculă, sau deosemifabricat in funcție de tipul mașinii unelte (fig.1.11).[5]

Fig. 1.10 Operația de frezare[5] Fig. 1.11 Operația de rabotare[5]

Mișcarea de avans este mișcarea care asigură deplasareaosculei sau semifabricatului în direcția zonei de prelucrat, pentru a detașa o noua așchie. Mișcarea de avansose poate realiza in două moduri:

– continuu, simultan cu mișcareaoprincipală, asigurând avansul de generareoși detașarea continuă a așchiei (fig.1.9, 1.10);

– intermitent, în afara procesului de așchiere, asigurând avansul deopătrundere, adică o nouă pozitionare a sculei, pentru detașarea unei noi așchii (fig.1.11).

In funcție de direcția deodeplasare, avansul poate fi: longitudinal, cândodeplasarea se face in lungul piesei, sau transversal, cândodeplasarea se face perpendicular pe axa piesei.

Vitezele mișcărilor, în procesul de așchiere, au fost definite astfel:

–         viteza de așchiere, reprezentândoviteza mișcării principale;

–    pentru mișcarea de rotație;

-pentru mișcarea deotranslație;

în care:             D – diametrulopiesei sau sculei in mm;

                        n – turația piesei sau sculei in rot./min.;

                        L – lungimea cursei de lucru in m;

                        t – durata unei curse de lucru in min.

–         viteza de avans, reprezentând vitezaomișcării de avans se calculează cu relațiile:

–  pentru mișcarea principală de rotație;

– pentru mișcarea principală de translație;

în care:             n – turația piesei in rot./min.;

                         s – avansul in mm/rot.sau mm/cd;

                         Ncd– numărul deocurse duble pe minut.[5]

1.3 Geometriaosculelor așchietoare

            Pentru definirea pozițiilor relative piesă-sculă și a elementelorogeometrice ale sculelor, se definesc urmatoareleoelemente de referință (fig. 1.12, 1.13) :

Fig. 1.12 Elemente de referință la strunjire[5] Fig. 1.13 Elemente de referință la rabotare[5]

1- suprafața de prelucrat, suprafața pieseiosupusă prelucrării;

            2- suprafața prelucrată, suprafața piesei care rezultă în urma așchierii;

            3- suprafața de așchiere, suprafața în care se formează așchia și care face trecerea între suprafața de prelucrat si cea prelucrată;

            4- planul de așchiere, planul tangentola suprafața de așchiere care conține taișul principal al sculei. În cazul mișcării principale rectilinii, planul de așchiere se confundă cu suprafața de așchiere (fig. 1.13);

            5- planul de bază, planul paralel cu direcțiileomișcărilor de avans longitudinal sl, respectiv transversal, st. [5]

În general, o sculă așchietoare, prezintă trei părți componente (fig. 1.14):

a)      partea activă, cea care realizeazăoașchierea;

b)      corpul sculei;

c)      partea de prindere si fixare.

Fig. 1.14 Părțile componente ale unei scule așchietoare[5]

            Partea activă aosculei este cea maioimportantă, întrucat ea participă direct la detașarea așchiei. Deși sculele diferă esențial ca și formă, se poate considera că parțile active ale acestora au elemente geometrice similare. Ca urmare, pentru o mai ușoară ințelegere, vom prezenta și defini aceste elemente utilizând ca exemplu cuțitul de strung. [5]

Partea activă cuprinde urmatoareleofețe, muchii și puncte caracteristice (fig. 1.15) :

Fig. 1.15 Componetele părții active a unui cuțit de strung[5]

            1- fața de degajare, suprafața careoacționează direct asupra stratului așchiat determinând degajarea așchiei;

            2- fața de așezareoprincipală, suprafața care cuprinde tăișul principal și este orientată spre suprafața de așchiere;

            3- fața de așezareosecundară, suprafața care cuprinde tăișulosecundar și este orientată spre suprafața prelucrată;

            4- tăișul principal, linia deointersecție a feței de degajare, cu fața de așezare principală;

            5- tăișul secundar, linia de intersecție a feței deodegajare, cu fața de așezare secundară;

            6- vârful cuțitului, punctul de intersecție a celor două taișuri.

Practic intersecția nu se face într-un punct ci se racordează cu o rază numită raza la vârf a cuțitului. De altfel,nici tăișuloprincipal și nici cel secundar nu sunt muchii perfecte, acestea având raze de rotunjire. [5]

Vârful cuțitului și elementeleode muchie din vecinătate, generează pe piesă, elementele suprafeței așchiate, ca urmare, calitatea acestei zone a părții active, va influența calitatea și precizia suprafeței așchiate.

            Geometria părții active este determinată de unghiurile elementelor măsurate într-un sistem de referință. Se cunosc două sistemeode măsurare: sistemul de referință constructiv al sculei și sistemul de referință funcțional al procesului.

            În sistemul de referință constructiv, cuțitul este privit ca un corp geometric și se deosebesc două tipuri de unghiuri: unghiuri de formă și unghiuri de pozitie (fig. 1.16).

Unghiurile deoformă determina forma părții active, realizată prin ascuțire și se masoară în plane perpendiculare pe proiecțiile tăișurilor, pe planul de bază. Se deosebescourmatoarele unghiuri:

Fig. 1.16 Unghiurile geometriei cuțitului de strung[5]

– unghiul de așezareoprincipal α și secundar α1, formate de tangentele la fețele de așezare principală respectiv secundară și perpendicularele din punctele considerate pe planul de bază;

– unghiul de degajareoprincipal γ și secundar γ1 ,formate de tangentele la fețele de degajare principale respectiv secundare și paralelele din punctele considerate la planul de bază;

– unghiul de înclinareoal tăișului λ, format între muchia corespunzătoare tăișului sau tangenta la tăiș în punctul considerat și proiecția acesteia pe planul de bază;

– unghiurile de ascuțire ale tăisuluioprincipal β și secundar β1, formate între tangentele la fața de degajare și la fața de așezare principală respectiv secundară, în punctele considerate;

– unghiul la vârful cuțitului ε, măsurat între proiecțiileotăișului principal și secundar, pe planul de bază.[5]

Unghiurile deopoziție sunt acelea care determină poziția cuțitului față de direcțiile în care acesta actionează, și deosebim:

– unghiul de atacoprincipal χ, format de proiecția tăișului principal pe planul de bază și direcția avansului;

– unghiul de atac secundar χ1, format de proiecția tăișului secundar pe planul de bază și direcția avansului.

În cazul unor tăișuri curbe, unghiurile se măsoară între proiecțiileotangentelor la tăișuri, în punctele considerate pe planul de bază și direcția avansului.

            În sistemul de referință funcțional, unghiurile geometrice statice, suferă modificări datorită mișcării relative piesă-sculă, a deformațiilor elastice ale materialului și sistemului în ansamblu, sub acțiunea forțelor de așchiere.

Cunoscându-se sensul acestor modificări și influențaounor factori ai procesului asupra parametrilor geometrici, se vor alege unghiurile în sistemul de referință constructiv, pentru optimizarea în ansamblu a procesului. În tabelul 1.1 sunt prezentate câteva valori orientative pentru unghiurile α si γ, pentru scule dinooțel rapid.

Tabelul 1.1 Unghiurile α si γ, pentru scule dinooțel rapid[5]

1.4 Formarea așchiei

Formarea așchiei are loc în cadrul unui proces fizicocomplex, în care, sub acțiunea forțelor exterioare aplicate prin intermediul părții active a cuțitului, stratul de material se deformează elastic și apoi plastic, pâna la distrugereaocoeziunii și separarea așchiei.[4]

Fig. 1.17 Geometriaostratului de material supus așchierii[5]

Așa cum rezultă din figura 1.17, geometriaostratului de material supus așchierii, depinde de parametrii regimului de așchiere, respectiv:

– s – avansul,

– t – adâncimea de așchiere și de unghiurile constructive ale cuțitului χ, χ1, ε, λ, etc.

            În cazul în care χ1 tinde la zero și λ=0, dimensiunile stratuluioașchiat se pot calcula cu relațiile:      

b

  în care:

a- grosimea stratului așchiat, măsurată între două suprafețe de așchiere succesive;

b- lățimea stratului așchiat, măsurată pe tăișul principal și reprezentând mărimea contactuluioacestuia, cu materialul de prelucrat.

Fig. 1.18 Variația dimensiunilor stratuluioașchiat, cu unghiul de atac principal χ[5]

Dimensiunile așchieiorezultate din procesul de așchiere, diferă esențial de cele ale stratului aschiat prezentate anterior, datorită puternicei tasări suportate de strat, care conduce la reducerea lungimii si creșterea grosimii si latimii.

            In procesul de așchiere se disting douăotipuri de tensiuni:

– tensiuni de forfecare τ, in planul de alunecare β1;

– tensiuni de compresiune σ, perpendiculare pe planul de alunecare.

In funcție de raportul celor două tensiuni, se disting două tipuri de așchii:

            – aschii deodeformare, de curgere, caracteristice materialelor cu plasticitate buna, caz in care raportul    τ/σ>1,

            – aschii deorupere, caracteristice materialelor fragile, caz in care τ/σ<1.[5]

Chiar și in cazul aceluiași material, prin schimbarea condițiilor de așchiere, se poate schimba valoarea raportului τ/σ obținându-se aspecte diferiteoale așchiei, respectiv: a) așchii de curgere, b) așchii in trepte, c) așchii fragmentate, d) așchii de rupere, etc. , prezentate in figura 1.19.

Fig. 1.19 Tipuri de așchii[5]

Fenomene care însoțescoprocesul de așchiere

Depunerileope tăiș. În funcție de proprietățile materialelor de prelucrat și de condițiile de desfășurare a procesului de așchiere, pe fața de degajare a sculei, lângă muchia tăișului, se depun in timpul așchierii particule de material, modificându-iogeometria.

Depunerile pe tăis au caracter instabil, fiind dislocate din când in când, total sau parțial, datorităofrecarii cu așchia, ceea ce determină modificarea permanentă a condițiilor de așchiere. Formareaodepunerilor pe tăiș prezintă o serie de avantaje cum ar fi:

– protejarea tăișului sculei impotriva uzurii,

– creșterea unghiului de degajare și ușurarea evacuării așchiei,

– reducereaoforțelor de așchiere și a temperaturii tăișului,

Se constată și o serie de dezavantaje ca:

            – modificarea cotei de reglaj a sculei și scădereaopreciziei de prelucrare,

            – inrăutățirea calității suprafețelor prelucrate,

            – variația continuă a forțelor de așchiere și inițierea de vibrații în sistem.

Avantajele și dezavantajeleoenuntate arată că tăișul de depunere este util in procesul de degroșare dar trebuie evitat în operațiile de finisare.

Tasareaostratului de material sub suprafața de așchiere. Datorită razei de rotunjire a tăișului, ca urmare a imperfecțiunii ascuțirii și amplificată în procesul de uzare a sculei, stratul superficial de material de sub suprafața așchiată, suferă o puternică tasare.

Aceasta determină modificăriostructurale, ecruisarea materialului și o revenire elastică după trecerea sculei. În condiții normale, tasarea nu este dorită, deoarece înrautățește calitatea și precizia dimensională a suprafeței prelucrate, determinândoondulații. Totodată, determină apariția unor tensiuni permanente în stratul superficial, favorizând apariția deomicro-fisuri.

În anumite cazuri, tasarea se poate utiliza in mod voit pentru creșterea durității superficiale a unor piese și ca urmare, se folosesc cuțite cu raza deobontire mare și unghiuri de degajare negative, de asemenioadâncimi de așchiere mici, comparabile cu raza de bontire.[5]

1.6 Uzura sculeloroașchietoare

Uzura sculelor așchietoare constă în dislocarea de pe fețele active ale sculei, a unor particule de material.

Modalitățile de dislocare determină și forma de uzură, care poate fi:

–         uzură prinoabraziune, determinată de constituențiioduri din materialul de aschiat;

–         uzură prinoadeziune, determinată de aderarea particulelor din materialul sculei pe materialul de prelucrat și favorizată in condițiile unor temperaturi ridicate, de peste 600oC;

–         uzură prinodifuziune, determinată de difuzia unor elemente din materialul sculei, în materialul de prelucrat, aflate în contact și favorizată de temperatura foarte ridicată a contactului;

–         uzură prin transportoelectric de ioni, determinată de faptul că între materialele diferite ale sculei și semifabricatului, aflate în contact, se formează o termo-pilă în care ia naștere un curent ionic, materialul mai electronegativ cedând ioni, deci uzându-se;

–         uzură prinofărâmițare, determinată de vibrațiile din sistemul tehnologic.

Uzura sculelor se masoară prin înălțimea teșiturii pe fața de așezare h sau adâncimea scobiturii pe fața de degajare h . In viațaounei scule, există trei perioade, conform figurii 1.20.

1.      perioada deoamorsare a uzurii OA;

2.      perioada uzurii normale AB;

3.      perioada uzurii deodistrugere BC.

             Fig. 1.20 Evolutia uzurii inoperioadele de viata ale unei scule[5]

Cunoașterea  evoluției uzuriiosculelor este necesară pentru calculul durabilității, care reprezintă durata efectivă de lucru a sculelor, între două re-ascuțiri. Durata corespunzatoare uzurii admisibile se numește durabilitate admisibilă T . În funcție de aceasta, se determină durata de serviciu a sculei  ca produs între durabilitateaoadmisibilă și numărul de re-ascuțiri i.

Factorii care influențează uzura și durabilitateaosculei sunt:

–         materialul de prelucrat, respectiv duritatea acestuia, prezențaoconstituenților structurali, duri și abrazivi;

–         materialul sculei și geometria acesteia;

–         parametrii regimului de așchiere: viteza de așchiere, adâncimea si avansul de prelucrare;

–         utilizareaolichidelor de răcire și tipul acestora;

–         rigiditateaosistemului tehnologic, care determină intensitatea vibrațiilor.[5]

1.7 Materiale pentru sculeoașchietoare

Materiale pentru sculeoașchietoare trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

–         să prezinte o bunăorezistență la uzură, o duritate mult mai mare ca a materialului de prelucrat;

–         să aibă stabilitate termica ridicată, să nu își modificeoesențial proprietățile, duritatea în special, la creșterea temperaturii;

–         să prezinte o rezistență mecanică corespunzatoare;

–         să aibă o conductibilitateotermică bună, pentru evacuarea căldurii, etc.

Vom prezenta în continuare, principalele tipuri de materiale pentru scule, în ordine crescătoare a rezistenței la uzură :

1.      Oțelurileocarbon pentru scule, prezintă o rezistență la uzură, duritate și rezistență mecanică suficient de ridicate și stabilitate termică până la 200-250oC. Se utilizează la așchierea cu regimuri moderate, viteze mici, la prelucrarea materialelor cu duritate mică și medie;

2.      Oțelurileomediu aliate, de scule, au proprietați superioare oțelurilorocarbon pentru scule, datorită călibilității mai ridicate, determinate de prezența elementelor de aliere, au o stabilitate termică mai bună, pana la 300-350oC;

3.      Oțelurile înalt aliate și oțelurile rapide pentru scule, prezintă oocălibilitate foarte bună, fapt pentru care își menținoproprietățile de așchiere, în condițiile de lucru la temperaturi ridicate, de 550-650oC, fiind recomandate la confecționarea sculelor care lucrează în regimuri mai grele, viteze mari de așchiere și secțiuni mari ale așchiei;

4.      Carburileometalice, se utilizează sub formă de placuțe, cu care se armează sculele, realizându-se partea activă a acestora. Placuțele se obțin prin sinterizarea pulberilor din carburi metalice de W, Cr, Ti, Ta, în amestec cu CobaltoMolibden. Ca urmare, ele au o duritate deosebit de ridicată și o stabilitate termică pana la 800-900oC;

5.      Materialele mineralo-ceramice, se pot utiliza tot sub formă de placuțe, avand la bază pulberi dure din Al2O3, înglobate într-o matrice ceramică. Aceste materiale au indici de rezistență foarte ridicați și își pastrează proprietățile până la peste 1100oC, având însă,ca dezavantaj, o fragilitate foarte ridicată. Sunt recomandate la regimuri de așchiere de finisare, la care nivelul vibrațiilor este redus;

6.      Diamantul si materialeodiamantate, au o duritate deosebit de mare și rezistentă la uzură in condiții de lucru la temperaturi de 1600-1800oC, in ciuda unor viteze de așchiere foarte mari, de 200-300 m/min. la oțeluri și 3000-4000 m/min la aliaje neferoase. Precum materialele mineralo-ceramice,oeste deosebit de sensibil la socuri și vibrații, fiind recomandat,de asemenea, la regimurile deofinisare.[5]

CAPITOLUL II

CLASIFICAREA MAȘINILOR UNELTE

CU COMANDĂ NUMERICĂ

2.1gPărțidcomponentelale mașinilor uneltelcu comandă numericăv

Mașinalunealtă la care programarea comenzilor se efectuează prin interfața unui calculator, utilizând un cod numeric convențional, comandând aceleași lanțuri cinematice, are denumirea de mașină unealtă cu comandă numerică.

Comandalnumerică a uneilmașini unelte este comanda program, în care echipamentul de comandă lucrează parțial sau în întregime cu informații sub formă numerică.

O masină unealtă cu comandă numericăleste compusă din: masinalunealtă propriu-zisă și echipamentullde comandălnumerică, legate întrelele prin echipamentul electric.

MUCNlsunt fabricatelin colaborare cu mai multe firme, unele realizând partea clasică, altele fiind specializate pe partea de comandă numerică.

Echipamentelelde comandălnumerică (ECN) se găsesclîntr-o gamă foarte largă, fiind concepute după principiul comenzilor numerice de poziționare sau de conturare.

Cele mailcunoscutelechipamente CNC sunt :

– Sinumerik,lal firmeiLSiemens , Germania

– Heidenhain,lGermania

– FANUC,lJaponia

– Alcatel,lFranta

-Mikromat,lGermania[6]

Caracteristici alebechipamentului de comandăonumerică:

–    numărulode axe ;

–    purtătorul deoprogram ;

–    memoria pentruoînmagazinarea programelor ;

–    modul de introducereoa programelor ;

–    posibilitatile de adaptare pentru legatura cu o memorie externa ;

–    preciziaoobtinută.

Funcțiileoechipamentului de comandăpnumerică :

–    transmitereaoinformațiilor;

–    conversiaomărimilor ;

–    amplificareaomărimilor ;

–     memorareapinformațiilor ;

–     efectuareaode calcule.[6]

2.2 Avantaje șiodezavantaje aleoMUCN

Avantaje

1. Se înlăturăonecesitatea utilizării unor șabloane sauomodele care functionează foarte greu;

2. Programelepnumerice se modifică mult mai ușor și mai rapid, decâtoprogramele rigide fixate prin came,omodele, șabloane;

3. Se suprimă o serie de erori deoreglare crescând astfel calitatea produseloroși îmbunătățindu-se exploatareapmașinii;

4. Se poate îmbunătăți organizareapproducției, trecându-se în final la conducereaoautomata  a întregului proces de producție;

5. Posibilitatea reglării în scurt timp, a unui numărooarecare de mașini-unelte identice, prelucrândpaceeași piesă.

Dezavantajek

1. Costul ridicat aloechipamentului de comanda numerica (de 5-10 ori mai ridicat ) decât al  unei mașiniounelte convenționale;

2. Anumite condițiioimpuse de o utilizareoeficientă a MUCN;

3. Asigurarea existentei unui personalospecializat pentru conceperea și elaborareaoprogramelor si pentru intervențiiourgente, în cazul defectării uității de comandăonumerică.[6]

2.3 Tipuri de strunguri cu comandă numerică

1.Strungul vertical

Fig. 2.1 Strung vertical Verturn VDM 1600[7]

Verturn VDM 1600

Caracteristici contructive:

-Batiul mașinii este tratat termic, din fontă cenușie HT250;

-Ghidaje rectangulare, călite inductiv, rectificate de precizie, supradimensionate, cu strat de material plastic, asigură o lubrifiere optimă și proprietăți foarte bune de amortizare;

-Rulmenți pentru ax de mare precizie, pentru toate axele, de la producatori renumiți, sistem hidraulic de prindere a traversei în cruce;

-Accesul usor la mandrina cu 4 bacuri, permite o prindere ușoară a pieselor grele și complexe;

-Mașina este dotată cu un sistem de control performant Siemens 828 D SL;

-Transmisie de precizie cu 4 trepte de viteză, cu reglare continuă, cu un motor principal de antrenare de putere de 45 kW – realizează un cuplu ridicat (pana la 32000 Nm) in tot intervalul de viteză;

-Zona de lucru este ușor accesibilă, printr-o ușă de siguranță cu deschidere largă;

-Toate ghidajele sunt lubrifiate centralizat, cu suficient agent de ungere;

-Transportorul de șpan cu carucior pentru colectarea șpanului și schimbătorul automat de scule cu 4 posturi completează acest echipament standard.[7]

2.Strungul orizontal

Fig. 2.2 Strung orizontal Roturn 400[7]

Roturn 400

Caracteristici constructive:

-Șasiul mașinii,ca și la alte modele mai mari, are patul înclinat la 45° și este executat din fontă de calitate, care îi asigură stabilitate, rigiditate ridicată, și o buna evacuare a șpanului;

-Ghidajele dreptunghiulare îi conferă stabilitate excelentă, simultan cu o precizie ridicată;

-Motorul axului principal, de 7.5 kW, are un moment de rotație foarte mare, pe tot intervalul de rotire;

-Incinta de lucru complet inchisă, este accesibilă la reglaje, printr-o ușă glisantă;

-Un transportor puternic pentru șpan, standard , aparține de dotarea standard a mașinii;

-Tehnologie de control cu ​​fiabilitate excelentă – Fanuc 0i Mate-TD;

-Mandrină hidraulică, cu deschidere de 200 mm și papusă mobilă hidraulică standard;

-Sistemul automat de ungere centralizată, ușurează munca operatorului și simplifică intreținerea mașinii.[7]

3. Strungul cu pat plan

Fig. 2.3 Strung cu pat plan DL CNC 1000[7]

DL CNC 1000

Caracteristici constructive:

-Pat de mașină greu, turnat din fontă de calitate, cu ghidaje supradimensionate, călite și rectificate ;

-Alezaj de ax mare, cu diametrul de 105 mm;

-4 trepte de transmisie hidraulică, cu viteză de rotație cu reglare continuă, pentru un cuplu mare pe axul principal;

-Angrenaje cu cuplu de rotație mare și rulmenti cu bile pe toate axele;

-Sistemul de operare Siemens 808 D este un sistem de control intuitiv și ușor de învățat cu ciclu extins și un editor de profil pentru programare ușoară – ideal pentru producția de serie și cea de fabricație a pieselor unicat complexe;

-Sistem de răcire puternic și unitate automată de ungere centralizată.[7]

CAPITOLUL III

STUDIU DE CAZ

3.1 Mașina unealtă experimentală

Operațiile de strunjire experimentale,au fost efectuate pe centrul de prelucrare CNC : CTX 420 Linear, având urmatoarele caracteristici:

Tabelul 3.1

Detalii tehnice:

Fig. 3.1 Centru de prelucrare CTX 420 linear[8]

3.2 Scula așchietoare utilizată

Operațiile de strunjire experimentale au fost efectuate utilizând un cuțit de strung WALTER C4-PDJCL-27050-11,acesta utilizând plăcuțe amovibile de tipul DCMT mărimea 11 și având urmatoarele carcteristici:

Fig 3.2 Cuțit strung prindere Capto C4

Fig. 3.3 Geometria cuțitului C4-PDJCL-27050-11

Caracteristici:

Diametru trunchi – 40mm

Lungime utilă – 50mm

Lățime utilă – 27mm

Unghiul maxim de profilare –

Unghi așezare – -3

Unghiul muchiei tăietoare – 93

Unghiul plăcuței -55

Raza la vârf a placuței -0,4mm

3.3. Caracteristice fizico-chimice ale materialelor utilizate

Pentru acest studiu, se vor folosi trei tipuri de materiale, fiecare dintre ele având proprietăți fizice, chimice și mecanice diferite.

OȚEL INOXIDABIL 17-4PH

Compoziția chimică: Tabelul 3.2

Proprietăți constructive: Tabelul 3.3

Proprietăți mecanice: Tabelul 3.4

OȚEL 35CD4

Compoziția chimică: Tabelul 3.5

Proprietăți constructive: Tabelul 3.6

Proprietăți mecanice: Tabelul 3.7

BRONZ C63000

Compoziția chimică: Tabelul 3.8

Proprietăți mecanice: Tabelul 3.9

Toate cele trei tipuri de materiale, detaliate mai sus, sunt de înaltă calitate, folosite in industria aeronautică.

3.4 Rezultate experimentale

Cele 3 materiale (două din fiecare), in stare brută – bare laminate ⌀20, au fost strunjite la trei diametre diferite,pe trei suprafețe(fig. 3.4), fiecare dintre ele, cu șase regimuri de așchiere diferite(avans de pătrundere, turație, adâncime de așchiere), pentru fiecare material in parte, folosindu-se plăcuța vidia dedicată tipului de material, după cum urmează:

Fig. 3.4 Cotele din conturul programului CNC

Se consideră suprafețele S1, S2, S3, după cum sunt notate în figura 4.2.

Fig. 3.5 Notarea suprafețelor

Pentru prima serie de probe, s-au folosit următoarele regimuri de așchiere, pentru fiecare dintre cele 3 tipuri de material, prezentate la punctul 3.3 :

Tabelul 3.10

Proba nr.1 – OȚEL INOXIDABIL 17-4PH

Plăcuța utilizată pentru strunjirea primului material : DCMT 11T3 04 MF 1125 SANDVIK, dedicată oțelurilor inoxidabile.

Fig. 3.6 Plăcuța amovibilă tip DCMT MF[8]

S-au obținut urmatoarele rugozități și cote:

Tabelul 3.11

Proba nr.2 – OȚEL 35CD4

Plăcuța utilizată pentru strunjirea celui de-al doilea material : DCMT 11T3 04 MM 2025 SANDVIK, dedicată oțelurilor.

Fig. 3.7 Plăcuța amovibilă tip DCMT MM[8]

S-au obținut urmatoarele rugozități și cote:

Tabelul 3.12

Proba nr.3 – BRONZ C63000

Plăcuța utilizată pentru strunjirea celui de-al treilea material : DCGT 11T3 04 MM 2025 WALTER, dedicată materialelor neferoase.

Fig. 3.8 Plăcuța amovibilă tip DCGT MM[8]

S-au obținut urmatoarele rugozități și cote:

Tabelul 3.13

Pentru a doua serie de probe, s-au folosit următoarele regimuri de așchiere, pentru fiecare dintre cele 3 tipuri de material, prezentate la punctul 3.3, utilizând de această data, un singur tip de plăcuță, aceeși pentru toate materialele :

Tabelul 3.14

Proba nr.4 – OȚEL INOXIDABIL 17-4PH

Plăcuță utilizată: DCMT 11T3 02 MF 1125 SANDVIK

Tabelul 3.15

Proba nr.5 – OȚEL 35CD4

Plăcuță utilizată: DCMT 11T3 02 MF 1125 SANDVIK

Tabelul 3.16

Proba nr.6 – BRONZ C63000

Plăcuță utilizată: DCMT 11T3 02 MF 1125 SANDVIK

Tabelul 3.17

Influența avansului asupra rugozității

Rugozitatea obținuta pe cele 18 suprafețe prelucrate, a fost măsurată cu ajutorul rugozimetrului TESA Rugosurf 90G.

Fig. 3.9 Rugozimetru TESA Rugosurf 90G[8]

Primele trei probe, în care au fost folosite plăcuțe dedicate pentru fiecare tip de material, arată diferențe destul de mari intre rugozitățile obținute pe fiecare material, pe aceeași suprafață.

Proba nr.1 – OȚEL INOXIDABIL 17-4PH

Adâncimi de așchiere utilizate : 1mm, 1,5mm, 2,5mm

Fig. 3.10 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea inoxului

Proba nr.2 – OȚEL 35CD4

Adâncimi de așchiere utilizate : 1mm, 1,5mm, 2,5mm

Fig. 3.11 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea oțelului

Proba nr.3 – BRONZ C63000

Adâncimi de așchiere utilizate : 1mm, 1,5mm, 2,5mm

Fig. 3.12 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea bronzului

Pentru a doua serie de trei probe, unde s-a folosit aceeași plăcuță, pentru toate materialele, aceasta având raza la vârf mai mica, respectiv 0,2, diferențele nu mai sunt atât de considerabile, precum la probele anterioare.

Proba nr.4 – OȚEL INOXIDABIL 17-4PH

Adâncimi de așchiere utilizate: 0,5mm, 1,5mm, 1,2mm

Fig. 3.13 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea inoxului

Proba nr.5 – OȚEL 35CD4

Adâncimi de așchiere utilizate: 0,5mm, 1,5mm, 1,2mm

Fig. 3.14 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea oțelului

Proba nr.6 – BRONZ C63000

Adâncimi de așchiere utilizate: 0,5mm, 1,5mm, 1,2mm

Fig. 3.15 Influența avansului asupra rugozității, la strunjirea bronzului

3.6 Concluzii

În urma prelucrării cu plăcuță dedicată pentru fiecare tip de material, am putut observa diferențe mari la prima serie de trei probe, în special la diametrele conturate in programul CNC, după cum urmează : ⌀18, ⌀16 respectiv ⌀14, care, nu au corespuns întocmai rezultatatelor obținute, diferențele de cotă fiind de pâna la aproape 0,4mm.

În ceea ce privește conicitatea și ovalitatea diametrelor, în urma prelucrării, am obținut diferențe de maxim 0,004mm.

În schimb, la rugozitate, se pot observa diferențe clare în privința calității, oțelul obținând cele mai slabe rugozități, pe toate dintre cele trei suprafețe.

Pe cealaltă parte, bronzul a obținut cele mai bune rugozități pe suprafețele S1 și S2,dar ca și cote, inoxul a fost cel mai aproape de adevăr.

Rezultatele celei de-a doua serii au fost superioare celor din prima, obținând o diferență de cotă de maxim 0,036mm față de cota impusă in contur.

Pe partea de conicitate și ovalitate, iarăși am obținut o abatere de maxim 0,004mm, dar rugozitățile obținute, fac diferența.

De această dată, oțelul a obținut cea mai bună rugozitate,per total, pe doua dintre suprafețe, respectiv S1 și S2, iar bronzul fiind in top pe suprafața S3,cu o rugozitate de doar 0,19µm. Inoxul s-a clasat între, cu suprafețe bune calitativ și dimensional, dar nu la fel de bune ca și în prima serie.

În concluzie, cu un regim de așchiere echilibrat pentru fiecare material în parte, se pot obține suprafețe impecabile,la nivel de micron ca și dimensiuni, iar ca și calitate, cu rugozități minie, tinzând spre zero.