PARTEA I. STUDIUL BIBLIOGRAFIC

CAPITOLUL 1. CARACTERISTICI ALE SCULELOR DE STRUNJIT CU PLĂCUŢE

SCHIMBABILE

1.1 Codificarea ISO a plăcuţelor şi suporturilor pentru strunjit

Sculele de strunjit cu partea activă sub formă de plăcuţe schimbabile reprezintă varianta constructivă cea mai folosită la ora actuală datorită unei serii de avantaje:

Reducerea timpului ajutător pentru schimbarea sculei; Păstrarea reglajului maşinii unelte; Eliminarea operaţiei de lipire a placuţei ; Eliminarea operaţiei de reascuţire.Plăcuţele aşchietoare sunt realizate din carburi metalice, carburi metalice acoperite cu

straturi din materiale extradure, carburi metalice acoperite cu nitrura cubica de bor (NCB), carburi metalice acoperite cu policristale de diamant, materiale mineralo-ceramice, cermeti etc.

O placuţă de strunjit se codifică ISO prin utilizarea unor caractere alfanumerice şi numerice, care indică, într-o ordine prestabilită, următoarele elemente caracteristice:

1. Forma geometrică a plăcuţei - pătrată, rotundă, triunghiulară, rombică etc., fig. 1.1.

Fig. 1.1 Forma geometrică a plăcuţei – codificare ISO

2. Valoarea unghiului de aşezare constructiv, fig. 1.2. Plăcuţele se realizează fie cu un unghi de aşezare nul (plăcuţe cu două feţe), fie cu un unghi de asezare pozitiv, de diferite valori (plăcuţe cu o singură faţă).

Fig. 1.2 Valoarea unghiului de aşezare constructiv – codificare ISO

3. Toleranţa de execuţie a plăcuţei. Plăcuţele se construiesc în mai multe clase de precizie, dintre care clasele M şi U sunt cele mai utilizate. Abaterile impuse se aplică dimensiunii caracteristice sau diametrului cercului înscris formei geometrice a plăcuţei şi grosimii plăcuţei, fig. 1.3.

- 1 -

Fig. 1.3 Clasa de precizie a dimensiunilor plăcuţei – codificare ISO

4. Varianta constructivă a plăcuţei din punct de vedere a prezenţei sau absenţei alezajului central şi prezenţei sau absentei canalelor de fragmentare a aschiilor (pe o faţă sau pe ambele feţe frontale, fig. 1.4.

Fig. 1.4 Varianta constructivă a plăcuţei – codificare ISO

5. Dimensiunea caracteristică a plăcuţei reprezintă valoarea, în mm, a lungimii laturii sau a diametrului, fig. 1.5.

Fig. 1.5 Dimensiunea caracteristică a plăcuţei

6. Grosimea plăcuţei, în mm, fig. 1.6.7. Raza la vârf a plăcuţei, în mm, fig. 1.7.

- 2 -

Fig. 1.6 Grosimea plăcuţei – codificare ISO

Fig. 1.7 Raza la vârf a plăcuţei – codificare ISO

Un exemplu de codificare a unei plăcuţe de strunjit, cu ordinea prestabilită de înscriere a elementelor caracteristice, este prezentat în fig. 1.8.

Fig. 1.8 Exemplu de codificare a unei plăcuţe de strunjit

O parte dintre elementele caracteristice ale unei plăcuţe de strunjit se folosesc şi pentru codificarea suportului pe care aceasta se montează. Un exemplu de codificare a unui suport de strunjit exterior se prezintă în fig. 1.9.

- 3 -

Fig. 1.9 Exemplu de codificare a unui suport de strunjit exterior

2.2 Forma geometrică a tăişului plăcuţelor schimbabile

Forma geometrică a tăişului unei plăcuţe de strunjit este determinată, în principal, de modul de formare a aşchiilor.

a. Mecanismul de formare a aşchiilorProcesul de aşchiere este un proces complex de comprimare plastică a materialului

prelucrat, sub acţiunea sculei aşchietoare, în care loc o forfecare succesivă a diferitelor elemente de metal şi în final ruperea şi îndepărtarea acestora sub formă de aşchii.

Procesul de formare, dirijare, rupere şi evacuare a aşchiilor este influenţat direct de orientarea şi forma geometrică a feţei de degajare, care, în esenţă, are un triplu rol:

- micşorează deformaţiile materialului prelucrat, reducând astfel forţa de aşchiere necesară;

- contribuie la ridicarea aşchiei;- micşorează frecarea dintre sculă şi aşchia detaşată.Pentru ca procesul de aşchiere să fie stabil, unghiul de degajare trebuie să fie cât mai

mare, evitându-se astfel deformaţiile suplimentare ale aşchiei formate.Pentru creşterea rezistenţei tăişului în zona vârfului, faţa de degajare trebuie prevăzută

cu faţete, cu unghi de orientare mic (fig. 1.10).Orientarea acestor faţete este pozitivă sau negativă, funcţie de condiţiile de prelucrare.La prelucrarea de degroşare, când forţele de aşchiere au valori mari, orientarea faţetei

este negativă (pentru a transforma solicitarea de încovoiere la care plăcuţele schimbabile sunt puţin rezistente, în solicitare de compresiune, la care plăcuţele schimbabile rezistă mult mai bine), fig. 1 11.

- 4 -

Fig. 1.10 Prezenţa faţetelor pe fetele active

Fig. 1.11 Solicitarea faţetelor de pe faţa de degajare

Un unghi de degajare negativ se adoptă la prelucrarea materialelor dure (r 80 daN/mm2) care, pentru a fi aşchiate, trebuie mai întâi înmuiate prin încălzire. Orientarea negativă a faţetei determină creşterea frecării dintre sculă şi aşchie, ridicarea consumului de energie mecanică, respectiv creşterea temperaturii în zona de contact, ceea ce va produce înmuierea materialului prelucrat.

b. Forma aşchiilor şi fragmentatorii de aşchiiDatorită deformării la compresiune ce are loc în zona în care acţionează forţa de

aşchiere, aşchia se spiralează după o rază de curbură mai mică sau mai mare. La deformaţii mici ale materialului de prelucrat (viteze de aşchiere mici) raza de spiralare este mare. La micşorarea frecării dintre faţa de degajare a plăcuţei şi aşchie, raza de spiralare este mică.

Spiralarea aşchiei cu o rază de curbură mai mare sau mai mică este importantă din punct de vedere al spaţiului ocupat de aşchii, respectiv al volumului canalelor pentru evacuarea acestora, practicate în corpul sculei.

La aşchierea materialelor care produc aşchii de curgere lungi, precum şi la aşchierea rapidă (unde aşchiile degajate cu viteze mari sunt periculoase pentru lucrător) se ridică problema obţinerii de aşchii de formă favorabilă, mai ales elicoidale, care să se îndepărteze de piesa prelucrată pentru a nu o deteriora.

În cazul materialeor tenace se poate obţine o fragilizare a aşchiei prin adoptarea unui unghi de degajare mic sau negativ (caz în care are loc o deformare mai mare a aşchiei, care

- 5 -

conduce la ruperea ei). Acelaşi efect se obţine prin alegerea vitezei şi avansului în anumite limite.

Acolo unde condiţiile de aşchiere cerute de obţinerea unor aşchii favorabile nu pot fi îndeplinite, pentru obţinerea unor forme favorabile de aşchii, se utilizează “formatori de aşchii”. Aceştia sunt de fapt nişte concavităţi sau praguri practicate pe faţa de degajare a plăcuţei, cu rolul principal de a îndoi şi rolui aşchia care, devenind fragilă se fragmentează (se mai numesc “fragmentatori” de aşchii).

Diferiţi fragmentatori de aşchii sunt prezentaţi în figura 1.12.

Fig. 1.12 Tipuri de fragmentatori de aşchii

2.3 Forma geometrică ale feţei de degajare a plăcuţelor schimbabile

Studiul realizat a avut drept bibliografie de referinţă manualul de utilizare a plăcuţelor schimbabile realizat de firma SANDWIK – COROMANT, din Suedia.

Plăcuţele sunt destinate operaţiei de strunjire şi au un grad ridicat de universalitate a utilizării. Câteva dintre formele feţelor de degajare ale plăcuţelor de strunjit, cu geometria specifică şi modul de utilizare, se prezintă în tabelul 1.

Tabelul 1.1 Forma şi geometria feţei de degajare a plăcuţelor de strunjit

Tipul de geometrie Mod de utilizare

Este destinată operaţiilor de degroşare. Tăişul foarte robust permite aşchierea în regim discontinuu. Formatorul de aşchii conţine o zonă plată lată, care permite aşchierea cu avansuri mari şi o zonă ondulată, care asigură controlul sigur al aşchiilor şi reducerea contactului dintre aşchii şi tăiş. Domeniul de lucru: t = 2 – 9 mm; s=0,1-0,7 mm/rot.

- 6 -

Este destinată operaţiei de degroşare de mare productivitate. Formatorul de aşchii, sub formă de prag racordat, are mare eficacitate în îndoirea aşchiilor. Plăcuţa prezintă un tăiş rezistent în zona vârfului (faţetă de lăţime mare). Regimul de lucru:s = 0,3 – 1,2 mm/rott = 3 – 12 mm

Este destinată operaţiei de degroşare cu regim intensiv de lucru. Tăişul, în zona vârfului, este foarte rezistent, fiind format dintr-o primă faţetă cu orientare negativă şi o a doua faţetă plană. Formatul de aşchii este realizat sub formă de prag racordat. Regimul de lucru:s = 0,6 – 1,7 mm/rot;t = 4 – 17 mm

Este destinată operaţiilor de finisare a oţelurilor. Faţeta plana din zona vârfului este de dimensiuni relativ mici. Formatorul de aşchii este format din două zone concave, ceea ce reduce considerabil frecarea cu aşchia detaşată şi împiedică deformarea ei suplimentară. Aşchia este elicoidală şi direcţionată spre sculă şi nu spre piesă, evitându-se deteriorarea suprafeţei prelucrate.

În construcţia diferitelor scule cu tăişuri metalice se folosesc în prezent un număr foarte mare de forme şi dimensiuni de plăcuţe schimbabile.

În ultimii ani, majoritatea firmelor producătoare şi–au orientat cercetările spre optimizarea geometriei acestora, în scopul creşterii capacităţii lor de prelucrare, în condiţiile desfăşurării optime a procesului de aşchiere. S-au realizat astfel noi forme geometrice ale tăişurilor plăcuţelor care, în combinaţie cu noile tipuri de acoperiri metalice, asigură o calitate deosebită a sculelor, la un grad ridicat de universalitate a utilizării.

1.4 Materiale pentru plăcuţele schimbabile de strunjit

- 7 -

1. Carburi metalice: Au apărut în anul 1926 Se obţin prin sinterizare din carburi de wolfram, titan şi tantal, legate între ele cu

ajutorul unui liant, respectiv cobaltul; Procesul de sinterizare se referă la tratamentul termic aplicat pulberilor de carburi,

omogenizate prin amestecare şi presate în matriţă, la temperaturi și presiuni mari;

Au o duritate peste 80 HRC şi rezistenţă mare la uzură; Au stabilitate termică până la 900°C; Pot lucra cu viteze de aşchiere foarte mari, comparativ cu sculele confecţionate din celelalte materiale: 100 – 300 m/min.

Grupe de carburi metalice neacoperite: Carburi metalice care conţin carbură de wolfram şi titan, sinterizate în liant de

cobalt, simbolizate, conform I.S.O., prin P şi M; Carburi metalice conţinând carbură de wolfram, având ca liant cobaltul, simbolizate

prin litera K. Carburile din grupele P şi M sunt indicate la prelucrarea oţelului şi a materialelor

neferoase, care dau aşchii de curgere, având o bună rezistenţă la uzură şi stabilitate termică ridicată, determinate de prezenţa carburii de titan.

Carburile din grupa K (mai puţin dure, dar mai tenace) se folosesc pentru prelucrarea materialelor care dau aşchii de rupere, cazul fontelor, neferoase, materiale nemetalice.

Carburi metalice acoperite: Plăcuţele din carburi metalice sunt acoperite superficial cu un strat foarte rezistent

la uzură, format din (fig. 1.13):- carbură de titan (TiC)- nitrură de titan (TiN)- aluminonitrură de titan (TiAlN)- oxid de aluminiu (Al2O3)Grosimea stratului variază între 4-10μm. Asemenea materiale “sandwich” permit

creşterea vitezelor de aşchiere la finisare cu 30 – 50%.

Fig. 1.13 Acoperirea plăcuţelor cu straturi superdure

Cermeți:- 8 -

Sunt carburi metalice pe bază de titan (TiC, TiCN, TiN), legate printr-un liant, nichel;

Au următoarele proprietăți:- rezistență mare la uzură

- stabilitate termică ridicată- duritate mare

- stabilitate chimică față de oxigen

- tenacitate și rezistență la șocuri termice mai mică decât a carburilor metalice

Plăcuțele din cermet pot fi acoperite cu straturi superdure din TiN și TiC, fig. 1.14.

Se utilizează în operații de semifinisare și finisare, deoarece permit viteze mari de așchiere, la valori mici ale avansului de generare.

Fig. 1.14 Acoperirea cermeţilor cu straturi superdure

Materiale mineralo-ceramice: Aceste materiale rezultă prin sinterizarea pulberilor de oxid de aluminiu, Al2O3, -

ceramică pură - sau în amestec cu alte carburi metalice (TiC) – ceramică mixtă -, fără liant, fiind livrate sub formă de plăcuţe

Sunt caracterizate printr-o rezistenţă la uzură foarte mare, o duritate superioară (90 – 92 HRA), stabilitate la cald foarte ridicată – până la 1100°C – ceea ce permite prelucrări cu viteze de aşchiere de 200-600 m/min.

Au o fragilitate ridicată, utilizarea lor fiind limitată la prelucrări de finisare, în absenţa şocurilor.

Materiale extradure:Diamantul

Diamantul natural este cel mai dur material, având microduritatea de 10 000 N/mm2, faţă de 4000 – 9000 N/mm2 pentru nitrura cubică de bor, de 2300 N/mm2

pentru materialele mineralo-ceramice, de 1500 N/mm2 pentru carburi metalice şi de 850 N/mm2

pentru oţelul rapid. De asemenea, prezintă o bună conductivitate termică, de 3÷5 ori mai mare decât a

carburilor metalice. Diamantul artificial Se obţine din grafit de puritate 99,8%, la o presiune cuprinsă în

limitele 0,7⋅105 –1,5⋅105 daN/cm2 şi la temperatura de 3000°C.

La prelucrarea materialelor feroase se produce difuzia atomilor de carbon în reţeaua fierului, ceea ce determină uzura rapidă a cristalelor de diamant;

La temperaturi de 600°C în aer și 1000°C în atmosferă controlată se oxidează (fenomenul de grafitizare).

- 9 -

Nitrura cubică de bor (CBN)

Este o sare a acidului azotic, cristalizată în sistemul cubic, în urma unui tratament termic şi de presare (3500°K şi 105 daN/mm2).

Are o duritate (HV) max. 9000 N/mm2, stabilitate termică 1300°C. Se remarcă duritatea foarte mare a NCB, apropiată ca valoare de cea a diamantului,

precum şi stabilitatea termică superioară acestuia. CBN nu prezintă tendinţa de a reacţiona chimic cu fierul.

CAPITOLUL 2.UZURA PLĂCUŢELOR SCHIMBABILE PENTRU STRUNJIT

- 10 -

2.1. Mecanismul producerii uzurii

Tăişul sculei este supus unor solicitări mecanice şi termice severe care provoacă deteriorarea sa într-un interval de timp relativ limitat. Uzura sculei aşchietoare are o influenţă negativă asupra calităţii dimensionale şi de suprafaţă a piesei, precum şi a consumului de material de scule. Studiul uzurii sculelor are drept scop stabilirea momentului când partea activă a sculei trebuie schimbată sau reascuţită, astfel încât să nu fie afectată desfăşurarea optimă a procesului de prelucrare.

Pentru a aborda fenomenul de uzură trebuie analizate fenomenele ce intervin în mecanismul de formare a aşchiilor. Se disting 4 zone care solicită diferit scula, fig. 2.1.

Zona 1: în această zonă, aflată în imediata apropiere a tăişului are loc o deformare intensă a materialului de prelucrat, prin refulare. Se pot produce suduri locale ale materialului piesei pe sculă, de exemplu apariţia tăişului de depunere, fig. 2.2, mai ales la viteze de aşchiere relativ mici, sau la prelucrarea oţelurilor cu scule din oţel rapid, din cauza afinităţii dintre materialul sculei şi cel de prelucrat. Aceste suduri locale se crează şi dispar periodic, antrenând bucăţi din materialul sculei.

Mecanismul de formare a tăişului de depunere, ale cărui dimensiuni pot ajunge la câţiva milimetri, este de o mare importanţă practică. El are ca efect modificarea geometriei tăişului, cu efecte negative asupra preciziei de prelucrare şi asupra calităţii stratului superficial generat. In plus, tăişul de depunere este periodic înlăturat (când aderenţa faţă de sculă este învinsă de presiunea de deplasare a aşchiei), ceea ce provoacă variaţii ale grosimii aşchiei detaşate, variaţii periodice ale forţelor de aşchiere şi deci posibilitatea apariţiei vibraţiilor.

Zona 2: zona deformării plastice (zona formării aşchiilor). Linia MN (fig. 2.1) este linia de frontieră unde se atinge limita elastică a materialului. Linia EH este cea care marchează sfârşitul deformării plastice. Zona 2 este numită şi Zona de Forfecare Primară (ZFP). Ea nu intră în contact direct cu scula, deci nu influenţează direct uzura acesteia, dar deformaţiile plastice mari sunt la originea producerii unei importante cantităţi de căldură, o parte din aceasta fiind transmisă sculei. Nivelul de temperatură atins de materialul sculei este un element determinant ce influenţeză rezistenţa la uzură a acesteia.

- 11 -

Fig. 2.1 Zone caracteristice la formarea aşchiei

Fig. 2.2 Tăiş de depunere

Zona 3: Fenomenele ce se produc la interfaţa aşchie-sculă sunt extrem de complexe, manifestându-se sub forma unor fenomene locale de adeziune între materialul aşchiei şi cel al sculei, care se produc în acelaşi timp sau prin alternanţă cu fenomene de frecare de mare intensitate între aşchie şi faţa de degajare a sculei (fig. 2.3). Această zonă este numită Zona de Forfecare secundară (ZFS), ea generând 20-30% din cantitatea de căldură ce apare în procesul de formare a aşchiei. Acest flux de căldură este preluat atât de aşchie cât şi de materialul sculei, provocând fragilizarea acestuia.

Această zonă produce două forme principale de uzură: uzura prin abraziune şi uzura prin difuziune. Uzura prin abraziune este determinată de constituienţii duri din materialul de prelucrat, care se comportă ca o sculă abrazivă pe suprafaţa de degajare a sculei, eliminând micro-aşchii. Fenomenul apare indiferent de viteza de aşchiere cu care are loc prelucrarea, nefiind influenţat de cinematica de generare. In schimb, este puternic influenţat de temperatura din zona de aşchiere: la viteze mari şi temperaturi mari, scade rezistenţa la abraziune a materialului sculei.

Totadată, la creşterea temperaturii din zona de aşchiere, apare fenomenul de difuziune, care constă din transferul unor constituienţi ai materialului sculei în aşchie. Este un proces activat termic ce conduce la distrugerea rapidă a sculelor ce lucrează cu viteze mari de aşchiere.

Ansamblul celor două fenomene, de abraziune şi de difuziune determină formarea pe faţa de degajare a sculei a unui crater de uzură.

In plus, dacă efectul termic (temperaturi mari) se conjugă cu efectul energetic (forţe şi momente de aşchiere mari), apare posibilitatea ca, local, partea activă a sculei să fie supusă unui proces intens de deformare plastică, ce poate modifica ireversibil geometria sculei.

Zona 4: zona de contact între suprafaţa prelucrată şi faţa de aşezare a sculei este o zonă cu influenţă deosebită asupra uzurii sculei. Aici se produce o uzură abrazivă, datorată unei frecări cu viteză mare (egală cu viteza de aşchiere) între sculă şi piesă. Deşi frecarea sculă-piesă produce o cantitate de căldură mult mai mică decât frecarea sculă-aşchie, această

- 12 -

Fig. 2.3 Zona de Forfecare Secundară

căldură este localizată pe o lungime mică de contact, ceea ce produce temperaturi locale ridicate.

Fenomenele asociate celor 4 zone caracteristice formării aşchiei pun în evidenţă solicitarea sculei aşchietoare într-o operaţie de aşchiere continuă (strunjire, găurire). Operaţiile de prelucrare cu aşchiere discontinuă (frezare, danturare) se caracterizează prin faptul că între două faze de aşchiere scula este în contact cu mediul înconjurător, fie cu aerul, fie cu lichidul de răcire. Apar astfel şi alte forme de solicitare a sculei:

- aerul sau lichidul de răcire vor determina, la temperaturi ridicate, iniţierea unor reacţii chimice la suprafaţa sculei (oxidare, descompunerea hidrocarburilor din lichidele de răcire), urmate de depuneri pe suprafaţa acesteia;

- aerul sau lichidul de racire vor răci, mai mult sau mai puţin, suprafaţa sculei, inducând tensiuni interne ce pot conduce la apariţia de fisuri datorate fenomenului de oboseală termodinamică.

In timpul prelucrării, aceste fenomene se manifestă în ansamblu, dar funcţie de condiţiile de aşchiere, anumite procese sunt favorizate faţă de altele. În general, se poate spune că:

- uzura de abraziune şi uzura de adeziune apar la temperaturi relativ joase şi la viteze mici de deformare a aşchiei ceea ce împiedică alunecarea aşchiilor;

- uzura de difuziune, uzura de deformare plastică şi uzura de oxidare sunt favorizate de temperaturi şi viteze de deformare a aşchiei ridicate.

Diagrama din fig. 2.4 pune în evidenţă această legătură între diferitele mecanisme de producere a uzurii şi temperatura din zona de aşchiere (sau viteza de deformare a aşchiei).

Fig 2.4 Influenţa temperaturii asupra fenomenelor de producere a uzurii

2.2. Curba caracteristică a uzurii

O curbă de uzură reprezintă evoluţia uzurii în timp, fig. 2.5 şi prezintă 3 zone caracteristice: zona uzării iniţiale (de rodaj), zona uzării normale (de regim) şi zona uzării catastrofale.

În zona uzurii de rodaj, uzura creşte rapid, având loc netezirea asperităţilor tăişului la contactul cu piesa. Pe porţiunea b uzura creşte lent, iar pe porţiunea c uzura creşte aproape

- 13 -

instantaneu, integritatea tăişului fiind în pericol. La valori medii ale vitezei de aşchiere, perioada uzurii normale scade, iar la viteze foarte mari devine atât de mică, încât după perioada uzurii de rodaj, aproape imediat începe uzura catastrofală. Parametrii geometrici ai sculei trebuie aleşi astfel încât să favorizeze o durată cât mai mare a uzurii de regim şi să se limiteze perioada uzurii de rodaj.

U

t a

b

c

t1 t2

Un

Ui

Fig. 2.5 Curba caracteristică a uzuriia) Zona uzării iniţiale (de rodaj); b) Zona uzării normale (de regim)

c) Zona uzării catastrofale

Pentru un anume cuplu material de prelucrat – sculă şi un anumit parametru de uzură (de exemplu înălţimea uzurii pe faţa de aşezare a sculei, VB), curba de uzură îşi schimbă aspectul la variaţia vitezei de aşchiere, fig. 2.6. Durabilitatea sculei, pentru un anume criteriu de uzură (de exemplu VB = 0,3 mm), depinde aşadar de valoarea vitezei de aşchiere şi va fi cu atât mai mare cu cât aceasta va fi mai mică, fig.2.7.

Fig. 2.6 Curbe de uzură Fig. 2.7 Dependenţa viteză-durabilitate

la diferite viteze de aşchiere

Reprezentând grafic dependenţa dintre durabilitatea sculei la variaţia vitezei de aşchiere, se obţine curba de durabilitate, fig.2.8, care pune în evidenţă trei zone:

- 14 -

V1<V2<V3<V4

Fig. 2.8 Curba de durabilitate

3.3. Formele şi parametrii de uzură

Formele principale sub care se manifestă uzura unei plăcuţe aşchietoare sunt următoarele:

- uzura pe faţa de aşezare principală- uzura pe faţa de degajare- uzura sub formă de crestăturăEvoluţia acestor forme de uzură se poate aprecia funcţie de o serie de parametri

geometrici ce pot fi măsuraţi şi care sunt prezentaţi în fig. 2.9.

Se vor prezenta în continuare câteva dintre formele de uzură specifice plăcuţelor pentru strunjit.

Uzura pe faţa de aşezare se manifestă sub forma unei benzi striate şi strălucitoare ce cuprinde faţa de aşezare principală, zona vârfului şi o parte din faţa de aşezare secundară şi este determinată de frecarea produsă la contactul dintre suprafaţa prelucrată şi sculă (fig. 2.10). Este o formă de uzură progresivă şi stabilă, uşor de măsurat în producţia de serie. Apare în toate cazurile de prelucrare, fiind influenţată îndeosebi de creşterea vitezei de aşchiere. Se

- 15 -

- zona A-B: durabilitatea variază aleatoriu; zona va fi evitată la prelucrare;- zona B-C: variaţia durabilităţii se stabilizează; punctul C corespunde unei viteze minime de aşchiere cu care trebuie realizată prelucrarea;- zona C-D: dependenţă aproximativ liniară, este zona convenţională de utilizare a sculei.În această zonă se alege o valoare minimă a durabilităţii, corespunzătoare unei viteze maxime de aşchiere la prelucrare.

Fig. 2.9 Parametrii de uzură [COR 2015]KM : Distanţa de la centrul craterului de uzură la vârful iniţial al sculei; KT : Adâncimea craterului de uzură; KB : Lăţimea craterului de uzură; γc : Unghiul craterului; VB : Înălţimea uzurii pe faţa de aşezare; VN : Adâncimea crestăturii în raport cu tăişul iniţial; VC : Distanţă între tăişul iniţial şi zona uzată; SVp : Distanţa între tăişul iniţial şi vârful sculei uzate.

măsoară prin parametrul VBB (distanţa dintre muchia principală iniţială şi limita inferioară medie a uzurii din zona B) – dacă uzura este uniformă – sau prin parametrul VBBmax (distanţa dintre muchia principală iniţială şi limita inferioară maximă a uzurii din zona B), în celelalte cazuri. Pentru o durabilitate de 15 minute a plăcuţei, criteriul general de uzură este:

VB CRITIC = 0,6 mm la degroşare şi VB CRITIC = 0,3 mm la finisare.

Este foarte importantă deoarece condiţionează atât starea suprafeţei obţinute cât şi precizia de prelucrare, prin modificarea poziţiei vârfului sculei.

Uzura pe faţa de degajare , mai puţin întâlnită în practică decât uzura pe faţa de aşezare, este de asemenea o formă stabilă şi reproductibilă. Se prezintă sub forma unei găuri paralele cu muchia principală, ceea ce reduce rezistenţa părţii active la acţiunea forţelor de aşchiere şi fragilizează tăişul. Ea poate influenţa negativ formarea aşchiilor, care rezultă filiforme şi periculoase pentru prelucrare. Conduce, de asemenea, la creşterea componentei axiale a forţei de aşchiere. O astfel de formă de uzură apare îndeosebi la plăcuţele din carburi metalice (fig.2.11) şi provoacă ruperea plăcuţei.

La strunjire, valoarea critică a parametrului de uzură este:KT critic = 0,06 + 0,3 f , unde f este avansul, în mm/rot.

Uzura sub formă de crestătură (fig.2.12) apare atât pe faţa de aşezare principală, cât şi pe faţa de aşezare secundară, fiind determinată de creşterea durităţii superficiale a piesei de prelucrat. O cauză poate fi fenomenul de ecruisare a piesei în timpul prelucrărilor de semifinisare sau finisare, iar o alta formarea de oxizi pe suprafaţa piesei, ceea ce conduce la constituirea de constituienţi duri şi foarte abrazivi.

- 16 -

Fig. 2.10 Uzura pe faţa de aşezare

Fig. 2.11 Uzura pe faţa de degajarededegajare

Apare întotdeauna împreună cu uzura pe faţa de aşezare şi se caracterizează prin parametrul VN, VN CRITIC = 1mm.

Alte forme de uzură ale plăcuţelor sunt: uzura vârfului datorată deformării plastice, uzura datorată tensiunilor termice şi ruperea plăcuţei.

Uzura vârfului plăcuţei datorată deformării plastice (fig. 2.13) poate apare ca urmare a unui cuplu de temperaturi şi presiuni ridicate ce acţionează la nivelul tăişului, care determină o deformare plastică locală la nivelul vârfului. Acesta coboară, faţă de nivelul iniţial, cu distanţa SVP (fig.5). Acest parametru nu constituie un criteriu de uzură, dar el anunţă că urmează să se producă o deteriorare rapidă a sculei.

Uzura datorată fisurilor termice este provocată de efectele termice intermitente şi este determinată de uzura la oboseală a materialului plăcuţei. O cauză a acestui tip de uzură poate fi în legătură cu răcirea, dacă aceasta induce variaţii de temperatură în timpul prelucrării. Apare sub formă de fisuri perpendiculare pe muchia principală a plăcuţei (fig.2.14).

- 17 -

Fig. 2.13 Uzura prin deformare plastică

Fig.2.14 Uzura datorată deformaţiilor termice

Fig.2.12 Uzura sub formă de crestătură

Ruperea plăcuţei (fig.2.15) este o formă aleatoare de uzură care conduce la rebutarea piesei şi la oprirea producţiei. Este legată de defecţiuni în lanţul tehnologic: material cu caracteristici neconforme, absenţa etapei de degroşare, utilizarea unor scule cu uzură pronunţată etc.

Uzura prin spargerea tăişului (fig.2.16) este caracteristică aşchierii discontinue sau intermitente, tăişul farămiţându-se, în loc să se uzeze. După apariţia spărturilor, se poate ajunge repede la ruperea plăcuţei.

Fig. 2.16 Uzura prin spargerea tăişului

Între formele sub care apare uzura pe partea activă a unei scule aşchietoare, descrise mai sus, o parte se manifestă constant, conducând la o uzură stabilă şi sistematică, în timp ce altele apar accidental, caracterizând o uzură aleatorie. Din prima categorie fac parte cele două forme de uzură de pe feţele active: uzura pe faţa de aşezare şi uzura pe faţa de degajare şi ele sunt luate în considerare pentru stabilirea unui criteriu de uzură utilizabil în practică. Datorită faptului că un crater de uzură este dificil de urmărit şi măsurat, uzura pe faţa de aşezare rămâne singura formă de uzură acceptabilă pentru a constitui criteriu de utilizare a sculei, în toate formele de producţie.

Producătorii de scule aşchietoare recomandă utilizatorilor, prin cataloagele de produse, soluţii pentru evitarea producerii / micşorării efectelor diferitelor tipuri de uzură. Un exemplu în acest sens este prezentat în tabelul 2.1 şi se referă la plăcuţele pentru strunjire fabricate de firma Sandvik Coromant.

- 18 -

Fig. 2.15 Ruperea plăcuţei

Tabelul 2.1 Soluţii pentru diminuarea diferitelor forme de uzurăTipul de uzură Cauzele apariţiei Soluţii

Uzura pe faţa de aşezare

a. Viteza de aşchiere prea

mare sau rezistenţă la

uzură insuficientă

pentru plăcuţă

b. c. Oxidare

a. Reducerea virezei de aşchiere

Alegerea unei carburi mai

rezistente

b. Alegerea unei nuaţe de cermet

Uzura pe faţa de degajare

Uzură prin difuzie datorată

temperaturilor prea ridicate

pe faţa de degajare

Alegerea unei plăcuţe acoperite cu

Al2O3

Alegerea unei plăcuţe cu geometrie

pozitivă

Reducerea vitezei de aşchiere şi a

avansului

Uzura prin deformaţie plastică

Temperatură de aşchiere

prea ridicată şi efort de

aşchiere mare

Alegerea unei carburi mai dure şi

cu rezistenţa mare la deformare

plastică

Reducerea vitezei de aşchiere şi a

avansului

Uzura datorată fisurilor

termice Aşchiere discontinuă

Aplicare neregulată a

lichidului de aşchiere

Alegerea unei nuanţe de carbură

mai tenace, cu bună rezistenţă la

şocuri termice

Răcire abundentă sau prelucrare

fără răcire

Tăiş de depunere

Materialul piesei se

sudează pe sculă

Creşterea vitezei de aşchiere

Alegerea unei plăcuţe cu geometrie

pozitivă

Ruptura plăcuţeiPlacuţa prea fragilă

Dimensiunea plăcuţei prea

mică

Geometrie a plăcuţei prea

fragilă

Alegerea unei nuanţe de carbură

mai tenace

Micşorarea avansului şi a adâncimii

de aşchiere

Alegerea unei placuţe mai grose, cu

doua feţe, cu geometrie robustă

Uzură prin spargerea taişului

Placuţa prea fragilă

Geometrie a plăcuţei prea

fragilă

Tăişul de depunere

Alegerea unei nuanţe de carbură

mai tenace

Alegerea unei plăcuţe cu geometrie

pozitivă

Creşterea vitezei de aşchiere

Reducerea avansului la începutul

prelucrării

Uzura prin lovire Aşchiile sunt deviate în

directia tăişului

Modificarea avansului

Modificarea geometriei plăcuţei

- 19 -

b a c

PARTEA A II-aSTUDIUL DE CAZ

CAPITOLUL 3PREZENTAREA LOCULUI DE STAGIU ŞI OBIECTIVELE

URMĂRITE

3.1 Prezentarea locului de stagiu

Stagiul de practică pentru proiectul de diplomă a fost efectuat in cadrul Uzinei de Mecanică şi Şasiuri Dacia, în departamentul Cutii de Viteze.

Activitatea departamentului se desfăşoară în două cladiri, pe o suprafață de 48.420 m² şi este împărțită în două sectoare, Cutii viteze JHx şi Cutii viteze TLx.

Departamentul este organizat în cinci ateliere: patru ateliere de fabricație şi un atelier de mentenanţă.

În sectorul Cutii viteze JHx , se uzinează piesele componente pentru cutiile de viteze JH, TL4 şi TL8 şi se asamblează cutiile de viteze JH cu 5 trepte.Linia de asamblare este semiautomată, cu o capacitate instalată de 910 cutii/schimb.

Pe liniile de prelucrare, se realizează urmatoarele produse: cutii diferenţial JH, TL4, TL8, planetare, coroane JH, TL4 şi TL8, axe comandă, axe furci, fig.3.1.

 

- 20 -

Cutii de viteze TL4Cutii de viteze TL8

Cutii de viteze JH Module de referinta

Pinioane

Arbori

Fig. 3.1 Tipuri de produse realizate în departamentul Cutii de viteză

În acest perimetru se prelucrează piese componente precum pinioane fixe, baladori, baladori mers înapoi, pinioane libere, con crabot, arbori primari şi secundari şi se asamblează cutiile de viteze TLx (TL4 şi TL8) şi modulele de transfer.

Cutia de viteze TLx este o cutie manuală de ultimă generaţie şi este prima cutie de viteze comună a Alianţei Renault-Nissan. Are şase rapoarte şi poate transmite un cuplu de până la 240 Nm. Este adaptată noilor motoare pe benzină de 1,8 şi 2 litri şi motoarelor diesel de 1,5 litri.

În 2013 a fost validat proiectul de creștere capacitară la 10.000 de cutii de viteze fabricate, acordul de fabricaţie fiind prevăzut a fi finalizat în trimestrul I din 2015.

Modulul de transfer, asociat cutiei de viteze TL8, este o componentă mecanică

necesară lanțului de transmisie a unui vehicul 4×4, fiind produs doar la Dacia.

O parte din producția de cutii de viteze TLx este livrată Uzinei Vehicule Dacia pentru gama Duster şi peste jumătate din producţie este destinată exportului către uzine Renault din Rusia (Avtoframos), Turcia (Oyak), Brazilia (Curitiba), Columbia (Sofasa), India (Chennai) şi uzinei Nissan din Marea Britanie (Sunderland).

Din 2008 până la final decembrie 2014 au fost produse 1.592.576 cutii de viteze TLx şi 458.156 module de transfer.

Departamentul beneficiază de tehnologii inovatoare: cuptoare de preoxidare înainte de carbonitrurare, instalaţii de control 3D de ultimă generaţie, standuri de încercări pentru control acustic şi vibraţii, călire sub presă, maşini de transfer pentru uzinaj. Departamentul CV-Tlx este format din 4 ateliere de fabricaţie, un atelier de mentenanţa şi un UET CMD.

3.2 Obiectivele stagiului de practică

- 21 -

CAPITOLUL 4ANALIZA OPERAŢIILOR DE STRUNJIRE

PENTRU REPERUL PINION FIX – TREAPTA 5

4.1 Piesa de prelucrat. Rol funcţional

Pinionul fix pentru treapta 5 este o piesă de revoluţie cu dantură exterioară şi caneluri interioare, fig. 4.1.

Fig. 4.1 Pinionul fix pentru treapta 5

Pinioanele sunt montate pe arborii cutiei de viteză şi realizează schimbarea treptei de viteză. Ele primesc mişcarea de rotaţie şi puterea de la arborele primar şi o transmit arborelui secundar, iar de aici la diferenţial şi prin transmisie la fiecare roată motoare.

Dantura înclinată angrenează cu dantura unor pinioane conjugate aflate pe arborele primar şi are rolul de a transmite mişcarea la arborele secundar. Canelurile au rolul de ghidare şi de asamblare a pinioanelor pe arbore.

Poziţia de montaj pe arborele secundar a pinionului fix 5 este prezentată în fig.4.2.

- 22 -

Fig. 4.2 Poziţia de montaj a pinionului fix pe arborele secundar

Semifabricatul, fig. 4.3, confecţionat din oţel aliat 20MnCr5, este forjat în matriţă, cu suprafeţe cilindrice exterioare în treapta 10 de precizie şi suprafeţe cilindrice interioare în treapta 8 de precizie. Strunjirile se execută în etape succesive de degroşare, semifinisare şi finisare, fig. 4.4.

Fig. 4.3 Semifabricatul matriţat Fig. 4.4 Pinionul fix strunjit

Analizând precizia dimensională prescrisă suprafeţelor pinionului fix, se constată următoarele:

- diametrul exterior al danturii are abateri de ±0,075 mm şi o toleranţă corespunzătoare treptei de precizie IT 10;

- diametrul interior are abateri de ±0,014 mm şi o toleranţă corespunzătoare IT 7;- abaterile la cotele axiale sunt de ±0,025 mm şi o toleranţă corespunzătoare IT 8.Toleranţele geometrice se referă la coaxialitatea suprafeţelor cilindrice interioare şi

exterioare cu axa cilindrului de picior al canelurilor (baza de referinţă A) şi la poziţia nominală a suprafeţelor plane frontale faţă de sistemul de referinţă format din baza A şi planul frontal B. Toleranţele de poziţie au valoarea de 0,03 mm.

Din punct de vedere al calităţii suprafeţei (rugozitatea) se impune:- pentru diametrul exterior, Ra = 6,3 μm (R = 25 μm);- pentru diametrul interior, Ra = 1,6…6,3 μm (R = 10…25 μm);- pentru suprafeţe plan-frontale, avem Ra = 1,6…3,2 μm (R = 6,3…16 μm).

Pinionul fix viteza a 3-a se realizează din oţelul aliat 20MnCr5, a cărui compoziţie chimică este prezentată în tabelul 4.1 şi ale cărui proprietăţi mecanice sunt prezentate în tabelul 4.2.

Simbol C MnSi

max.Cr

Al

max.

Ni

max.

Cu

max.

P

max.S Mo Sn Ti V

- 23 -

20MnCr5

0,17

-

0,23

1,06

1,200,18

1,00

-

1,20

0,03 0,14 0,22 0,014 0,031 0,028 0,013 0,001 0,005

Tabelul 4.1 Compoziţia chimică a otelului 20MnCr5

Tabelul 4.2 Caracteristici mecanice şi de tratament termic pentru 20MnCr5

SimbolTratament

termicde referinţă

Re [MPa]min.

Rm [MPa]

A%min.

KL [J/cm2]

min.

KT [J/cm2]

min.

Duritatea HB

20MnCr5Temperaturi :Călire: 850°C

Revenire: 200°C1225

1520-

18007 50 -

430-

490

4.2 Structura procesului tehnologic de prelucrareO structură a procesului tehnologic de prelucrare pentru Pinionul fix treapta a 5-a este

prezentată în tabelul 4.3.

Tabelul 4.3 Structura procesului tehnologic de prelucrare

Codul operaţiei

Denumirea operaţiei

Schiţa operaţieiMaşina-unealtă

SDV-uri

000 SemifabricatForjare în

matriţă

110

Strunjire faţa I

FAMARBISUB 2G

Scule:Cuţite cu plăcuţePrindere piesă:MandrinăReazem plan

- 24 -

Codul operaţiei

Denumirea operaţiei

Schiţa operaţieiMaşina-unealtă

SDV-uri

120

Strunjire faţa a II-a

FAMARBISUB 2G

Scule:Cuţite cu plăcuţePrindere piesă:MandrinăReazem plan

130

Broşare caneluri

Kukje TD22-020

Scule:Broşă z = 32.Prindere piesă:Dispozitiv fixare piesă.

140

Frezare dantură

Liebherr LC120

Scule:Freză melc;Prindere piesă:Bucşă elastică prindere;Reazem plan

150

Şanfrenare dantură

Sanyo 231010Scule:2 cuţite de şanfrenat;2 discuri de debavurare.Prindere piesă:Suport piesăPensetă de strângere

160

Şeveruire dantură

Sicmat RASO 200

Scule:Şever.Prindere piesă:Suport piesăPensetă de strângere

170 SpălareIcom 231333

X

190Carbonitrurare

- călire Alchelin

220Sablare de ecruisare şi

curăţire

Wheelabrator-CFX 200 LC

230 Control înainte -

- 25 -

Codul operaţiei

Denumirea operaţiei

Schiţa operaţieiMaşina-unealtă

SDV-uride fosfatare

240 Fosfatare Metu

231129V

250 SpălareHafroy 232

731 T

270 Control şocEuraltech

SOC 231250

999Control nivelul

3-

4.3 Analiza primei operaţii de strunjire4.3.1 Schiţa operaţiei

4.3.2 Scule utilizateSuprafeţele de revoluţie ale piesei analizate se prelucrează prin: strunjire exterioară şi

interioară, de degroşare şi de finisare.Caracteristicile unei scule se stabilesc funcţie de următoarele elemente ale procesului

de aşchiere:- materialul piesei de prelucrat;- configuraţia suprafeţelor de prelucrat (forma, dimensiunile şi mărimea adaosului de

prelucrare);- condiţiile tehnice prescrise suprafeţelor piesei (abateri dimensionale, de formă

geometrică, de poziţie relativă, rugozitate);- caracteristicile maşinii-unelte pe care va avea loc prelucrarea (tip, putere, condiţii de

utilizare);- stabilitatea şi rigiditatea sistemului de fixare a piesei in vederea prelucrării

suprafeţelor sale.În tehnologiile moderne, prelucrările prin strunjire se realizează pe strunguri cu

comandă numerică sau centre de prelucrare prin strunjire, iar sculele utilizate în operaţiile de strunjire au partea activă sub formă de plăcuţe schimbabile şi suportul de tip cartuş. Acest tip de port-sculă permite o montare – demontare rapidă şi precisă a sculei în turela sau magazia de scule a maşinii-unelte.

Analiza caracteristicilor acestor scule de strunjit pune în evidenţă următoarele elemente :

Din punct de vedere al construcţiei, sculele de strunjit sunt simple, pentru prelucrarea unei singure suprafeţe (fig…) sau combinate, pentru prelucrarea a două suprafeţe diferite (fig...).

- 26 -

1. Port-sculă tip cartuş

2. Placuţă aşchietoare

3. Plăcuţă de aşezare

4. Şurub pentru fixarea plăcuţei de aşezare

5. Bridă pentru fixarea plăcuţei

6. Cheie de acţionare

7. Ştuţ de răcire

1.Port-sculă tip cartuş

2.Placuţă aşchietoare

3.Placuţă aşchietoare

4.Plăcuţă de aşezare

5.Şurub pentru fixarea plăcuţei de aşezare

6.Bridă pentru fixarea plăcuţei

7.Cheie de acţionare

8.Ştuţ de răcire

Fig…. Sculă de strunjit Fig…. Sculă combinată de strunjit

Varianta de fixare a placuţelor aşchietoare este de tipul fixare rigidă (RC), pe alezajul central al placuţei şi bridă exterioară – pentru sculele de strunjit exterior şi de tip fixare cu şurub, pe alezajul central al plăcuţei - pentru sculele de strunjit interior, fig.23.

Fig. ..Scula de strunjit interior-Fixare cu surub a plăcuţei

1. Port-scula; 2. Placuţă aşchietoare; 3. Şurub pentru fixarea plăcuţei; 4. Cheie de acţionare

4.2.3 Maşina-unealtă

Operaţiile de strunjire ale piesei pinion fix se realizează pe un strung vertical cu două zone de lucru, FAMAR BISUB 160 2G, fig. …

- 27 -

Fig. 4…Strungul vertical Famar biSUB 160 2gOperatorul încarca manual semifabricatele pe paleţii transportorului de legatură cu

mandrina. Banda transportoare le va deplasa spre prima maşina pentru prelucrare (Op 110).Un loc de control al piesei verifică o poziţionare greşita a elementului pe palet. Atunci

cand paletul soseşte la maşina de prelucrat, portarul de intrare prinde elementul de la palet şi îl depune pe paleta de încarcare (Op 110). Aceasta se amplaseaza sub mandrina autocentranta şi aşteapta prinderea, dupa care se intoarce la poziţia iniţiala.

Mandrina autocentrantă aduce elementul în zona de prelucrare, unde este executată prima etapa de strunjire. Cand prelucrarea este terminată, mandrina se ridică, paleta de descarcare se amplasează dedesubt si aşteapta depunerea, dupa care se întoarce la poziţia iniţială.

În acest moment rasturnătorul, prin intermediul unui cleşte, prinde elementul, îl răstoarna şi îl pune pe paleta de încarcare (Op 120).

Cleştele aduce elementul in zona de prelucrare, unde este executată a doua operaţie de strunjire. Cand prelucrarea este terminată, mandrina se ridică, paleta de descarcare (Op 120) se amplasează dedesubt si aşteapta depunerea, dupa care se întoarce la poziţia iniţiala. În acest moment portalul de ieşire prinde elementul prelucrat şi îl depune pe paletul transportorului de legatura cu maşina 2 (Op 120).

În partea inferioară a mandrinei este situat cuplajul autocentrantului care, prin dispozitivele de prindere speciale, are funcţia de a lua elementele de prelucrat şi de a le aduce in rotaţie.

Deschiderea si închiderea menghinelor autocentrante sunt acţionate de un cilindru hidraulic special 1 in axa cu mandrina însaşi.

- 28 -

Conductele de trimitere a uleiului 2 si de drenaj al uleiului 3 îi furnizează cilindrului alimentarea necesara pentru mişcare.

Un traductor magnetic 4 măsoara poziţia cilindrului rotitor de blocaj al autocentrantului.

Fig. 4… Mandrina strungului

Tabelul 4.3 Caracteristicile electromandrinei

Conul arborelui principal 5" ASA

Puterea mandrinei 10 KW

Cuplul Max. 64 Nm

Rotatie Max. 7000 rot/min

În partea anterioara a caruciorului axului ‘X’ este fixată turela port scula. Ea are functia de a gazdui uneltele specifice pentru prelucrarea ceruta, fig., iar in tabelul 4.4 sunt prezentate caracteristicile turelei.

Tabelul 4.4 Turela portscula

Tip de turela VDI 40

Numar de unelte 12

Putere maxima 12,5 KW

Cuplu maxim 88 Nm

Rotatie maxima 8000 rot/min

- 29 -

Fig. 4… Turela port scula

4.2.4 Regimul de lucru

- adâncimea de aşchiere: 1-2 mm la strunjirile de degroşare; 0,2-0,4 mm la cele de finisare;

- avans: 0,3 mm/rot la degroşare; 0,35 mm/rot la semifinisare; 0,18 mm/rot la finisare;- viteza de aschiere: 250 m/min la degroşare şi semifinisare; 360 m/min la finisare;- turaţie: 1000 rot/min la degroşare; 2200 rot/min la semifinisare; 2550 rot/min la

finisare.

CAPITOLUL 5. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND CREŞTEREA DURATEI DE VIAŢĂ A

PLĂCUŢELOR DE STRUNJIT PINIOANE FIXE

În fabricaţia mecanică, calitatea suprafeţelor pieselor este influenţată direct de gradul de uzură a sculei aschietoare. Uzura sculei este provocată de solicitările mecanice şi termice datorate mişcării relative între piesă, sculă şi aşchii, care determină un transfer de material între suprafeţele în contact.

Uzura excesivă a tăişului sculei conduce la distrugerea acesteia. Gradul de uzură condiţionează durata de viaţă a sculei, exprimată prin: volumul de aşchii detaşat, numărul de piese prelucrate, lungimea de material prelucrată, toate măsurate între două schimbări succesive ale sculei (sau ale unui tăiş, în cazul sculelor cu tăişuri multiple). La sculele cu

- 30 -

partea activă sub formă de plăcuţe schimbabile, uzura plăcuţei se manifestă îndeosebi pe faţa de aşezare principală, sub forma unei benzi striate strălucitoare, datorate frecării abrazive cu materialul de prelucrat.

Lăţimea medie a benzii de uzură, VB = 0,3 mm (în cazul uzurii uniforme) sau lăţimea maximă VB max. = 0,6 mm (în cazul uzurii localizate), constituie criteriile de uzură utilizate în practică. Durata de viaţă a tăişului se poate exprima, de exemplu, ca fiind numărul de piese prelucrate de un tăiş până la atingerea criteriului de uzură admis.

Parametrii de proces care influenţează uzura sculei sunt multiplii şi sunt legaţi de toate elementele sistemului tehnologic: natura materialului de prelucrat, rigiditatea maşinii-unelte, regimul de lucru, lichidul de răcire-ungere, construcţia sculei aşchietoare.

Lucrarea prezintă modul în care anumite caracteristici ale sculei de strunjit cu plăcuţe schimbabile influenţează durata sa de viaţă. Se analizează operaţia de strunjire a pinioanelor fixe ce echipează cutiile de viteză ale automobilelor din gama Dacia.

Pinionul fix este o piesă cu suprafeţe cilindrice exterioare şi interioare, delimitate de suprafeţe plane frontale. La interior, prezintă o zonă cu caneluri interioare, iar la exterior, pe diametrul mare, o dantură cilindrică cu dinţi înclinaţi.

5.1 Prezentarea situaţiei existente

O analiză a consumului de plăcuţe de strunjit pe linia de fabricaţie prin strunjire a pinioanelor fixe 4/5 a evidenţiat faptul că s-a depăşit consumul preconizat, de 120 de plăcuţe lunar, fig. 5.1, iar durata de viaţă reală este sub cea teoretic stabilită de 300 de piese pe tăiş, fig.5.2.

Fig. 5.1 Consumul lunar de placuţe

- 31 -

Fig. 5.2 Durata de viaţă a plăcuţelor

S-au solicitat reprezentanţilor firmei Sandvik Coromant soluţii pentru înlocuirea plăcuţelor existente cu altele, din cea mai nouă generaţie, astfel încât durata de viaţă să crească până la 600 de piese/tăiş, iar productivitatea prelucrării să nu fie afectată. Practic, să fie păstrate nemodificate condiţiile de prelucrare în ceea ce priveşte maşina-unealtă şi parametrii regimului de lucru.

Caracteristicile plăcuţelor utilizate pentru cele două operaţii de strunjire ale pinionului fix pentru treapta a 5 –a sunt prezentate în fig. 5.3, iar cele propuse pentru a le înlocui pe cele existente, în scopul creşterii duratei de viaţă, sunt prezentate în fig. 5.4.

Placuţe utilizate in operaţiile de strunjire

Operatia Cod sculă Tip placuta Durata viataNr. Tăişuri

110

T1 SNMG 120412-SM 4225 300/tăiş 4

T2 DCMX 11T308-WM 4225 300/tăiş 2

T3 DCMX 11T308-WM 4225 300/ tăiş 2

120T1 CNMG 120412-SM 4225 300/ tăiş 4

- 32 -

T2 DNMX 150408-WF 1525 300/ tăiş 4

Fig. 5.3 Plăcuţe utilizate in operaţiile de strunjire

Placute propuse pentru teste

Operatia Cod scula Cod placuta Durata viata Nr. Tăişuri

110

T1 SNMG 120412-PMC 4325 600/tăiş 4

T2 DCMX 11T308-WM 4325 600/tăiş 2

T3 DCMX 11T308-WM 4325 600/tăiş 2

120T1 CNMG 120412-PM 4325 600/tăiş 4

T2 DNMX 150408-WF 4325 600/ tăiş 4

Fig. 5.4 Plăcuţe propuse a fi utilizate in operaţiile de strunjire

5.2 Soluţia propusă Modificările propuse vizează 3 aspecte:a.Modificarea microgeometriei plăcuţei prin realizarea acoperirii cu straturi superdure

folosind noua tehnologie „INVEIO”.b.Modificarea macrogeometriei plăcuţei în ceea ce priveşte forma feţei de degajare şi a

canalului pentru fragmentarea aşchiilor, în scopul creşterii rezistenţei mecanice şi termice a tăişului.

c.Modificarea constructivă a suportului pentru utilizarea răcirii cu lichid de răcire cu presiune mare (HPC – High Pressure Coulant).

Toate aceste modificări au ca scop creşterea rezistenţei la uzură a tăişului, creşterea intervalului de timp în care tăişul atinge criteriul de uzură stabilit, adică mărirea duratei de viaţă a plăcuţei.

5.2.1 Caracteristicile sculei de strunjita. Microgeometria plăcuţei

- 33 -

Plăcuţele de strunjit sunt confecţionate dintr-un substrat de carburi metalice, îmbogăţit cu cobalt, peste care se aplică mai multe straturi superdure, pentru creşterea rezistenţei la uzură: TiCN, Al2O3, TiN, fig. 5.5.

. Fig. 5.5 Acoperirea cu straturi superdure a plăcuţei de strunjit

Noua tehnologie Inveio presupune acoperiri CVD (depunere chimică de vapori), fig. 5.6, mai rezistente la temperaturi mari decât acoperirile PVD (depunere fizică de vapori) şi care permit obţinerea de staturi superdure succesive, în grosime de 2-18 μm. În plus, se obţine unidirecţionarea cristalelor de alumină, fig. 5.7, ceea ce conduce la creşterea durabilităţii plăcuţei, uzură controlată mai bine, performanţă în exploatare. Nuanţa de carbură astfel obţinută a fost numită GC 4325.

Fig. 5.6 Acoperirea plăcuţei prin depunere chimică de vapori (CVD)

- 34 -

Acoperire cu TiN pe flanc, pentru detectarea uşoară a uzurii pe faţa de aşezare

Acoperire cu un strat de Al2O3 prin CVD şi tehnologia INVEIO: orientare unidirecţională a cristalelor, căldura disipată mai uşor de-a lungul planului de orientare a cristalelor (rezistenţă mare la uzură termică)

Acoperire cu un strat super dur de TiCN, cu rezistenţă mare la uzură abrazivă

Substrat de carbură metalică îmbogăţit cu cobalt, rezistent şi tenace

Distribuţie aleatoare a cristalelor de Al2O3 Distribuţie ordonată, în aceeaşi direcţie,

a cristalelor de Al2O3

Fig. 5.7 Unidirecţionarea cristalelor de Al2O3 prin tehnologia Inveio

b. Macrogeometria plăcuţei

Din punct de vedere al tipului de plăcuţă aşchietoare, caracteristicile constructive şi geometrice ale acesteia depind de forma şi dimensiunile suprafeţei de prelucrat şi etapa de prelucrare pentru care plăcuţa este utilizată. Astfel, pentru strunjiri exterioare de degroşare, se utilizează plăcuţe cu unghi la vârf mare, pătrate sau rombice (forma S şi C), cu rază la vârf relativ mare, rezistente la solicitările generate de regimurile intense de aşchiere. Sunt plăcuţe cu două feţe, cu alezaj central şi canale de fragmentare a aşchiilor. Forma acestor canale este de tip SM sau PM, fig. 5.8, ceea ce garantează o productivitate ridicată în domeniul unor adâncimi de aşchiere între 0,5 – 5,5 mm şi a unui avans între 0,15 – 0,5 rot/min.

Fig. 5.8. Plăcuţe de strunjit pentru degroşare - geometria canalelor pentru fragmentarea aşchiilor

Plăcuţele de strunjit pentru finisare sunt plăcuţe cu o singură faţă, cu geometrie pozitivă optimizată, de tip Wiper, ceea ce înseamnă un tăiş combinat, format dintr-o porţiune rotunjită cu o rază la vârf mai mică decât în cazul plăcuţelor de degroşare, urmată de o porţiune rectilinie de tăiş, fig. 5.8. Acest lucru permite, faţă de geometria clasică, micşorarea de două ori a rugozităţii obţinute (la valori constante ale avansului) sau menţinerea aceleiaşi rugozităţi la creşterea de doua ori a valorii avansului de lucru.

Plăcuţele de strunjit de finisare au forma canalelor de fragmentare a aşchiilor de tip WM sau WF, fig. 5.9, ceea ce garantează o exploatare optimă în domeniul unor adâncimi de aşchiere de 0,5 - 5 mm, la strunjirea exterioară şi 0,3mm – 3 mm, la strunjirea interioară, coroborate cu domeniul de variaţie a avansului de lucru : 0,15 – 0,8 mm/rot, la strunjirea exterioară şi 0,07 – 0,4 mm/rot, la strunjirea interioară.

- 35 -

Fig. 5.8 Geometia Wiper a plăcutelor de strunjit pentru finisare

a. b.

Fig. 5.9 Plăcuţe de strunjit de finisare – geometria canalelor de fragmentare a aschiilora. plăcuţe pentru strunjire exterioară ; b. plăcuţe pentru strunjire interioară

Codificarea ISO a plăcuţelor permite identificarea acestor caracteristici. De exemplu, plăcuţa cu codul CNMG 12 04 08 – PM are următoarele caracteristici:

1. Forma placuţei: C - rombică, cu unghi la vârf de 80°;2. Unghiul de aşezare constructiv: N, α = 0°, plăcuţă cu două feţe, cu geometrie

negativă (unghi de degajare efectiv negativ);3. Precizia de execuţie a plăcuţei: M, clasa mijlocie, valoarea abaterilor la

dimensiunea egală cu ± 0,08 mm;4. Varianta constructivă a plăcuţei: G, plăcuţă cu alezaj central, cu canale de

fragmentare a aschiilor încorporate, pe ambele feţe;5. 12 – dimensiunea placuţei, lungimea laturii egala cu 12,7 mm;6. 04 – grosimea plăcuţei egală cu 4,76 mm;7. 08 – raza la vârf a plăcuţei egală cu 0,8 mm;8. PM – geometria canalelor de fragmentare a aşchiilor

Suportul sculei de strunjit este de asemenea codificat ISO, simbolurile utilizate pentru codificare definind caracteristicile constructive ale acestora.

- 36 -

De exemplu, o port-sculă tip cartuş, cu codul C4-DSSNR 27 050 – 12, are următoarele caracteristici :

1. C4; port-sculă tip cartuş, cu diametrul de cuplare de 40 mm;2. D; modul de fixare a plăcuţei – pe alezajul central şi bridă exterioară;3. S: Forma plăcuţei – pătrată;4. S: Unghiul de atac al sculei de strunjit - 45°;5. N: unghiul de aşezare constructiv al plăcuţei - 0°;6. 27 050: dimensiunile caracteristice ale cartuşului.

O sinteză a modificărilor aduse macrogeometriei plăcuţelor de strunjit faţă de varianta iniţială este prezentată în tabelul 5.1.

Tabelul 5.1 Macrogeometria plăcuţelor de strunjitStrunjire de degroşare

Plăcuţă iniţială: SNMG 120412-SM 4225 Plăcuţă nouă: SNMG 120412-PMC 4325

a. Macrogeometria plăcuţelor iniţiale b. Macrogeometria plăcuţelor noi

Faţă de degajare plană cu unghi de degajare mare şi

faţeta fără orientare au rolul de a micşora efortul de

aşchiere necesar la prelucrare. În schimb, rezistenţa

tăişului este relativ mică.

Micşorarea unghiului de degajare la vârf şi faţeta cu

orientare pozitivă asigură valori mici ale eforturilor de

aşchiere, dar conduc la creşterea masei tăişului, la

creşterea rezistenţei sale mecanice şi termice şi la

creşterea rezistenţei la uzură

Strunjire de semifinisare

Plăcuţă iniţială: DCMX 11T308-WM 4225 Plăcuţă nouă: DCMX 11T308-WM 4325

Aceeaşi macrogeometrie ca şi plăcuţa iniţială. S-a

modificat numai microgeometria plăcuţei, prin tipul şi

tehnologia de acoperire cu straturi superdure

Plăcuţă rombică, cu unghi la vârf de 55, cu o singură

faţă, cu tăiş teşit, cu faţetă cu orientare negativă;

Geometrie WIPER a vârfului plăcuţei, cu profilul

- 37 -

format din 3...9 arce de cerc de raze diferite, ceea ce

permite creşterea de două ori a avansului, pentru

aceeaşi valoare Ra.

Strunjire de finisare

Plăcuţă iniţială: DNMX 150408-WF 1525 Plăcuţă nouă: DNMX 150408-WF 4325

Plăcuţă rombică, cu unghi la vârf de 55, cu două feţe,

cu tăiş rotunjit;

Geometrie WIPER a vârfului plăcutei.

Aceeaşi macrogeometrie ca si plăcuţa iniţială. S-a

modificat numai microgeometria plăcuţei: substratul de

bază nu mai este un cermet (carburi de titan, tantal şi

niobiu, fără carburi de wolfram), obţinut prin PVD, ci un

substrat mai rezistent, care conţine şi carburi de

wolfram.

Tehnologia de acoperire cu straturi superdure este

Inveio –CVD.

c.Construcţia suportului pentru răcire cu lichid sub presiune înaltă-HPCUn număr tot mai mare de producători descoperă beneficiile lichidului de răcire la

presiune înaltă (HPC), o tehnologie de prelucrare care asigură o reală îmbunătăţire a productivităţii şi rezultatelor. Printre avantajele HPC se numără: o siguranţă mai mare în prelucrare, mai puţine opriri neprogramate ale maşinii, o calitate îmbunătăţită a pieselor şi durate mai scurte ale ciclurilor de prelucrare. Temperaturile ridicate generate la prelucrare se datorează în principal rezistenţei şi conductivităţii termice reduse a materialelor pieselor. Căldura este concentrată din cauza aşchiilor forfecate (supuse la efort ridicat), care se formează ca rezultat al distanţei scurte de contact dintre aşchie şi faţa de degajare. Utilizarea HPC pentru răcirea zonei de prelucrare este un procedeu uşor de aplicat, având rolul de a reduce la minim uzura sculei, de a prelungi durata de viaţă a sculei şi de a crea condiţii pentru lucrul cu viteze mari de aşchiere. Portscula, de tip suport scurt Coromant Capto®, este dotată cu două sau trei duze, poziţionate şi direcţionate în funcţie de tipul sculei şi aplicaţie, fig. 5.10, care transferă lichidul de răcire la presiuni de până la 200 bari, ceea ce permite lichidului de răcire să pătrundă până în zona unde forţa de frecare este foarte mare.

Combinaţia dintre HPC şi tehnologia de fixare Coromant Capto cu schimbare rapidă este concepută pentru a oferi o utilizare optimizată a maşinii, prin reducerea timpului de montare a sculei şi a duratei ciclului de prelucrare.

- 38 -

Fig. 5.10 Răcirea cu lichid sub presiune mare

5.3 Rezultate obţinute

O primă testare s-a realizat utilizând pentru fiecare dintre sculele de strunjit folosite în cele cele două operaţii de strunjire câte o singură plăcuţă, cu caracteristicile în concordanţă cu etapa de prelucrare corespunzătoare. Numărul de piese prelucrate cu fiecare tip de plăcuţă, până la apariţia uzurii maxim admise pe faţa de aşezare principală, este prezentat în fig. 5.11.

Fig. 5.11 Urmărire DV pe o plăcuţă de test

Se constată că pentru toate plăcuţele durata de viaţă estimată, de 600 de piese/tăiş, a fost depăşită, ceea ce confirmă alegerea corespunzătoare a caracteristicilor modificate.

A doua testare a fost realizată pe 10 plăcuţe, utilizate în 10 zile succesive de testare ( o zi – o plăcuţă), pentru operaţia 110 (prima operaţie de strunjire) şi operaţia 120 (a doua operaţie de strunjire).

Rezultatele obţinute sunt prezentate grafic în fig. 5.12.

- 39 -

Fig. 5.12 Urmărire DV pe 10 plăcuţe de test

Din analiza graficului obţinut, rezultă că plăcuţele s-au comportat normal reuşindu-se, în toate cazurile, să se depăşească durata de viaţă teoretică propusă. Rezultatul testelor fiind unul pozitiv, modificările propuse au fost validate. Se va face o nouă comandă de plăcuţe, acestea urmând a intra în producţie odată cu epuizarea stocului celor existente.

CONCLUZII ŞI PERSPECTIVE

În urma unor analize a consumului lunar de plăcuţe pentru strunjit pinioane fixe şi a duratei lor de viaţă, a rezultat că plăcuţele existente nu ating durata de viaţă stabilită şi depăşesc astfel consumul normal. S-a propus înlocuirea plăcuţelor existente cu altele, de cea mai nouă generaţie, prin modificări atat la nivelul macrogeometriei cât şi la nivelul microgeometriei. În plus, s-a adaptat constructiv suportul sculei, pentru a permite răcirea cu lichid sub presiune mare. Soluţia aleasă s-a dovedit a fi bună, constatându-se creşterea duratei de viaţă de la 300 piese/tăiş la 600 piese/tăiş şi scăderea costului unitar de prelucrare. De exemplu, plăcuţele existente CNMG 120412 SM 4225 şi DNMX 150408 WF 1525, folosite la operaţia 120, au un preţ de 4,25 € respectiv 5,45 €, rezultand un cost total unitar de 0,0080 €/piesă.

Prin înlocuirea plăcuţelor existente cu plăcuţele CNMG 120412-PM 4325, respectiv DNMX 150408 WF 4325, al căror preţ este de 5,11 €, respectiv 7,44 €, rezultă un cost total unitar sculă/piesă de 0,003 €/piesă. Având în vedere diversitatea şi seria mare de producţie a pinioanelor fixe, economia de manoperă adusă prin modificarea caracteristicilor sculei aşchietoare este foarte importantă.

- 40 -

- 41 -

- 42 -

- 43 -

- 44 -

- 45 -