1

1. GEOMETRIA SCULELOR AŞCHIETOARE

1.1 Elementele constructive ale cuţitului de strung

Scula aşchietoare reprezintă elementul din cadrul procesului tehnologic de aşchiere, care are o

anumită geometrie ce îi permite îndepărtarea aşchiilor în timpul acestui proces, fiind rezistentă la

solicitări mecanice şi termice.

Din punct de vedere al prelucrării prin aşchiere suprafeţele unui semifabricat sunt prezentate

în figura 1.1:

Fig. 1.1 Suprafeţele unui semifabricat prelucrat prin aşchiere

a - suprafaţa de prelucrat (iniţială); b - suprafaţa aşchiată (de aşchiere)

c - suprafaţa prelucrată (generată)

Elementele constructive ale unui cuţit de strung sunt redate în figura 1.2:

Fig. 1.2 Elementele constructive ale cuţitului de strung

1 - faţa de degajare, Aγ, pe aceasta se exercită apăsarea de aşchiere şi pe care se formează

şi se degajă aşchia; 2 - faţa de aşezare principală, Aα, este orientată spre suprafaţa aşchiată a semifabricatului;

3 - faţa de aşezare secundară, Aα’ este orientată spre suprafaţa prelucrată; 4 - tăişul principal (muchia de

aşchiere principală), T, se află la intersecţia dintre faţa de degajare şi faţa de aşezare principală, are rolul de a

desprinde stratul de aşchiere; 5 - tăişul secundar (muchia de aşchiere secundară), T’, se află la intersecţia

dintre faţa de degajare şi faţa de aşezare secundară, are rolul de a netezi asperităţile de pe suprafaţa

prelucrată; 6 - vârful sculei, V, se află la intersecţia dintre tăişul principal şi tăişul secundar; A - partea activă

a cuţitului (partea care lucrează efectiv); B - corpul cuţitului (partea care trebuie să reziste la solicitări

mecanice şi termice); C - zona de prindere (coada cuţitului - partea care se prinde în suportul portsculă).

2

Tăişurile sculei sunt formate din muchiile de aşchiere, reprezentând liniile de intersecţie ale

feţei de degajare cu feţele de aşezare şi pot fi linii drepte, curbe sau frânte.

La sculele complexe (freze profilate, broşe, alezoare), pe lângă elementele de bază prezentate,

mai apar şi alte elemente: canale pentru înglobarea şi evacuarea aşchiilor, fragmentatoare de aşchii,

canale pentru circularea lichidelor de răcire-ungere, faţete şi tăişuri auxiliare.

1.2 Elementele geometrice ale părţii active a sculelor aşchietoare

Se definesc următoarele noţiuni:

1. Sistemul de referinţă constructiv - este un sistem (triortogonal drept OXfYfZf) static, propriu

fiecărei scule şi serveşte la proiectarea, execuţia, ascuţirea şi reascuţirea acesteia.

2. Sistemul de referinţă funcţional (efectiv) - este un sistem (triortogonal drept OXfeYfeZfe) dinamic,

necesar pentru orientarea sculei în raport cu piesa, pentru determinarea unghiurilor în timpul

procesului de aşchiere, fiind deci dependent de schema de aşchiere utilizată.

3. Sistemul de referinţă cinematic - este un sistem (triortogonal drept OXmYmZm) care leagă

sistemul 1. de sistemul 2. şi defineşte orientările relative ale sculei aşchietoare în raport cu piesa.

a. Planele în sistemul de referinţă constructiv

Conform figurii 1.3 se enumeră în continuare planele în sistemul de referinţă constructiv:

3

Fig. 1.3 Planele în sistemul de referinţă constructiv

1. planul de bază (Pr) trece printr-un punct M aflat pe tăişul principal mai aproape de vârful

sculei fiind paralel / perpendicular pe un plan, axă sau muchie a sculei; este în general perpendicular

pe direcţia mişcării principale de aşchiere şi la cuţitele de strung sau de raboteză sau morteză este

paralel cu suprafaţa de sprijin a acestora; în cazul sculelor cu axă de rotaţie acest plan este paralel cu

axa de rotaţie.

4

2. planul de lucru (Pf) este paralel cu direcţia mişcării de avans şi cu direcția mișcării principale

de așchiere și deci este, din considerente geometrice, perpendicular pe planul Pr, trecând prin

punctul M.

3. planul posterior (Pp) este perpendicular pe planul de bază şi pe planul de lucru, trecând prin

punctul M.

4. planul muchiei principale de aşchiere PS sau PT este tangent la muchia principală de aşchiere

şi este perpendicular pe Pr.

5. planul normal Pn perpendicular pe muchia tăişului principal în punctul M; deoarece muchia

tăişului principal aparţine PS, rezultă din considerente geometrice că Pn este perpendicular pe PS.

6. planul de măsurare Po este perpendicular pe planul PS şi pe planul Pr, trecând prin punctul M.

În sistemul de referinţă efectiv planele acestea se definesc similar.

b. Unghiurile în sistemul de referinţă constructiv

Simbolul general al acestora este similar în cele două sisteme de referinţă, cu deosebirea că în

sistemul efectiv apare al doilea indice inferior reprezentând cuvântul efectiv.

Primul indice al notaţiei reprezintă indicele planului în care se face măsurarea unghiului

definit.

Dacă unghiul definit este determinat de o faţă de degajare sau aşezare principală respectiv

secundară sau tăişul principal sau secundar, având forme curbe, se consideră cazul geometric de

formare a unghiurilor în care trebuie construite şi planele sau dreptele tangente la elementele

constructive amintite anterior.

Se va considera în definiţiile următoare că punctul M se află pe tăişul principal; dacă totuşi

punctul M aparţine tăişului secundar, în definirea unghiului ce va apare pe partea cu tăişul secundar

se va completa simbolul acestuia cu indicele superior „prim”.

Conform figurii 1.4 se enumeră în continuare unghiurile în sistemul de referinţă constructiv:

5

Fig. 1.4 Unghiurile constructive la un cuţit de strung

1. unghiul de atac principal notat cu κr (kappa), se formează între planul muchiei principale de

aşchiere şi planul de lucru (se măsoară în planul Pr);

2. unghiul complementar unghiului de atac principal notat cu ψr, se formează între planul muchiei

principale de aşchiere şi Pp (se măsoară în planul Pr);

Observaţie: κr + ψr = 90o

3. unghiul de vârf al sculei notat cu εr, se formează între planul PS şi PS’ (se măsoară în planul de

bază);

6

Observaţie: deoarece κr ≥ 0, rezultă că valoarea unghiului de atac secundar se calculează cu relaţia:

r, + εr + κr = 180

o

4. unghiul de înclinare a tăişului principal notat λS sau λT se formează între muchia principală de

aşchiere şi planul de bază (se măsoară în planul PS); este în general ascuţit şi se consideră

pozitiv dacă tăişul principal văzut dintr-un punct imaginar ce se depărtează de vârful sculei

mergând către coada acesteia, se află pe partea opusă planului Pr, în raport cu sensul mişcării

principale de aşchiere.

5. unghiul de degajare notat cu γn, f, p, o se formează între faţa de degajare şi planul de bază; se

poate măsura selectiv în planele având indicii n, f, p, o; este întotdeauna ascuţit şi se consideră

pozitiv dacă intersecţia dintre faţa de degajare cu planul în care se face măsurarea, se află pe

partea opusă planului de bază în raport cu sensul mişcării principale de aşchiere.

6. unghiul de ascuţire notat cu βn, f, p, o se formează între faţa de degajare şi faţa de aşezare

principală; se poate măsura selectiv în planele având indicii n, f, p, o.

7. unghiul de aşezare principal notat cu αn, f, p, o se formează între faţa de aşezare principală şi

planul PS; se poate măsura selectiv în planele având indicii n, p, f, o; este întotdeauna ascuţit şi

se consideră pozitiv dacă intersecţia dintre faţa de aşezare principală cu planul în care se face

măsurarea, se află pe partea opusă planului muchiei principale de aşchiere în raport cu sensul

mişcării de avans.

Observaţie: αn, f, p, o + β n, f, p, o + γ n, f, p, o = 90 o

(termenii având indicii identici).

Cuţitul de strung mai prezintă doua elemente geometrice la partea activă:

- raza de vârf, notată cu rε reprezentând raza de racordare a intersecţiei dintre muchia tăişului

principal şi muchia tăişului secundar; se măsoară în planul de bază.

- raza de rotunjire a tăişului principal notată cu rn sau rβ reprezentând raza de racordare a

intersecţiei dintre faţa de degajare şi faţa de aşezare principală; se măsoară în planul normal.

Măsurarea unghiurilor se poate face prin doua metode:

- directă când se folosesc mijloace universale de măsurat: raportorul universal, raportorul de masă,

şabloane, sau dispozitive special construite;

- indirectă când se folosesc mijloace de măsurat lungimi (utilizând metoda „tangentei”): şublere,

rigle de precizie ridicată, ceasuri comparatoare.

Ca exemplu se poate aborda unghiul de degajare ortogonal, γo, care se poate măsura cu

raportorul de masă sau cu metoda „tangentei”, fig. 1.5).

tgl

Fig. 1.5 Măsurarea utilizând metoda „tangenteiˮ a unghiului de

degajare ortogonal, γo

7

2. MĂSURAREA FORŢELOR DE AŞCHIERE ŞI INFLUENŢA

PARAMETRILOR REGIMULUI DE PRELUCRARE ASUPRA ACESTORA

În procesul de prelucrare prin aşchiere a unui semifabricat, maşina-unealtă trebuie să

acţioneze cu o forţa cel puţin egală cu rezistenţa totala opusă de stratul de material care se află în

zona de lucru a sculei aşchietoare.

Din punct de vedere practic interesează mai puţin mărimea şi direcţia rezistentei totale de

aşchiere, în schimb este deosebit de importă cunoaşterea componentelor ei pe anumite direcţii.

Mărimile acestor componente servesc la corecta alegere, ori dimensionare a sculelor

aşchietoare, a dispozitivelor de prindere pentru sculă şi piesă, respectiv a lanţurilor cinematice ale

maşinii-unelte ş.a.

În cadrul lucrării sunt prezentate metodele şi mijloacele de determinare experimentală a

componentelor forţei totale la strunjire şi se stabileşte influenţa exercitată de condiţiile concrete de

prelucrare prin aşchiere asupra valorilor mărimilor măsurate.

2.1 Componentele forţei de aşchiere la strunjire

Forţa de aşchiere rezultantă, F, ce apare în cazul procedeului de aşchiere prin strunjire, se

descompune în trei componente (fig. 2.1).

Fig. 2.1 Componentele forţei de aşchiere la strunjire

Fz = componenta principală de aşchiere, orientată după direcţia mişcării principale de

aşchiere;

Fy = componenta pasivă, orientată după direcţia radială a suprafeţei aşchiate;

Fx = componenta de avans, orientată după direcţia mişcării de avans.

8

Între aceste componente există relaţia:

2 2 2 z y xF F F F (2.1)

Mărimile acestor componente se pot determina pe două căi:

- analitică

- experimental - empirică.

Relaţiile de calcul analitice sunt obţinute pornind de la legile mecanicii aşchierii şi sunt, în

general, prea complicate pentru a putea fi folosite în practică. De aceea, s-a încercat obţinerea pe

cale experimentală a unor relaţii empirice, mai simple. Majoritatea acestor relaţii empirice sunt

determinate în ipoteza că elementele hotărâtoare, în ceea ce priveşte mărimea componentelor

forţei de aşchiere, sunt parametrii tehnologici ai secţiunii aşchiei (adâncimea de aşchiere, ap, şi

avansul, f), precum şi forţa specifică de aşchiere pe direcţia componentei respective (CF). Aceste

relaţii sunt de forma:

F Fz zz z

F Fy y

y y

F Fx xx x

x yz F p F

x y

y F p F

x yx F p F

F C a f K

F C a f K

F C a f K

(2.2)

în care:

- zFC ,

yFC , xFC reprezintă presiunea specifică de aşchiere pe cele trei direcţii;

- x, y sunt coeficienţii unghiulari ai curbelor zF , yF , xF , în funcţie de pa şi respectiv f ,

reprezentate în coordonate dublu logaritmice;

- zFK ,

yFK , xFK sunt coeficienţii de corecţie globali, care ţin seama de modificarea condiţiilor de

aşchiere în raport cu cele în care s-au determinat ceilalţi coeficienţi şi

exponenţi.

2.2 Factorii care influenţează valoarea componentelor forţei de aşchiere

Mărimile componentelor forţei de aşchiere sunt determinate de următorii factori:

- materialul semifabricatului şi caracteristicile tehnologico-mecanice ale acestuia;

- materialul, geometria sculei aşchietoare şi gradul de uzură al acesteia;

- parametrii regimului de aşchiere;

- mediul de aşchiere.

Dintre aceşti factori, cea mai puternică influenţă o exercită parametrii regimului de aşchiere.

9

Creşterea adâncimii de aşchiere şi a avansului produce creşterea componentei principale,

dependenţă prezentată calitativ în figura 2.2.

Fig. 2.2 Dependenţa dintre componenta principală de aşchiere şi parametrii secţiunii aşchiei

Fig. 2.3 Influenţa vitezei de aşchiere asupra componentei principale

Influenţa vitezei de aşchiere asupra forţei la aşchiere este corelată şi cu materialul părţii

active a sculei. La sculele din oţel rapid influenţa este mai pregnantă, mai ales în domeniul de

viteze favorabil depunerilor pe tăiş, unde curba de variaţie a forţei prezintă un extrem (fig. 2.3). La

sculele din carburi metalice, la viteze mai mari de 80 m/min, se remarcă o influenţa foarte mică

asupra componentei principale. În general, o dată cu creşterea vitezei, mărimea componentelor

forţei de aşchiere prezintă o scădere.

2.3 Metode şi mijloace de măsurare a componentelor forţelor de aşchiere

la strunjire

Pentru a putea studia efectul factorilor menţionaţi asupra forţei de aşchiere s-au construit

dinamometre capabile să măsoare una, două sau toate cele trei componente ale acesteia. După

tipul traductorului de măsurare utilizat, se folosesc dinamometre cu traductori:

- mecanici;

- pneumatici;

- hidraulici;

- electrici (rezistivi, inductivi, capacitivi, piezoelectrici).

Cele mai utilizate dinamometre sunt cele cu traductori electrici rezistivi. Aceşti traductori

(timbre tensometrice) sunt lipiţi pe un element elastic sau chiar pe corpul sculei, ce urmează a se

deforma sub acţiunea componentelor forţei de aşchiere, legăturile dintre ei fiind realizate sub

10

formă de punte de tip Wheatstone. Datorită deformaţiei elementului elastic, traductorii rezistivi îşi

vor modifica rezistenţa, dezechilibrând puntea. Dezechilibrul produs, indicat de un aparat de

măsură (se măsoară deformaţia specifică liniară elastică), este proporţional cu deformaţia

elementului elastic şi implicit cu mărimea forţei ce a produs-o. Prin etalonarea prealabilă

(încercarea dinamometrului cu forţe cunoscute şi trasarea unei diagrame de etalonare „forţă -

dezechilibrul punţii”), avem posibilitatea determinării valorii forţelor şi în timpul aşchierii.

Evoluţia în timp a forţelor de aşchiere poate fi vizualizată dacă se ataşează montajului

aparatură înregistratoare grafică.

Fig. 2.4 Dinamometru cu element elastic tip bară (NU)

Dinamometrul electric rezistiv, prezentat în figura 2.4, foloseşte trei bare sau lame elastice

încastrate elementele 4, 5, 6 (câte una pentru fiecare componentă a forţei) solicitate la încovoiere

de componentele forţei de aşchiere. Pe fiecare din aceste elemente se lipesc traductoare

tensometrice rezistive care sunt închise separat în trei circuite (punţi tensometrice de tip

Wheatstone) de măsurare.

Pe acelaşi principiu funcţionează şi dinamometrul care foloseşte trei subansamble traductor

identice (fig. 2.5), destinate să măsoare fiecare câte o componentă a forţei de aşchiere.

Componentele forţei de aşchiere deformează, prin intermediul corpului cuţitului (1), bilei (2) şi

tijei (4), lamelele elastice (7), deformaţie urmărită de timbrele tensometrice (6).

Fig. 2.5 Subansamblu traductor (pentru măsurarea unei

singure componente) cu timbru tensometric (NU)

1 - corpul cuţitului; 2 - bilă; 3 - corp dinamometru; 4 - tijă; 5

- piuliţă canelată; 6 - timbru tensometric (marcă tensometrică); 7 -

lamelă elastică; 8 - corp subansamblu; 9 - piuliţă pentru încastrat;

10 - capac de protecţie.

11

La proiectarea acestor dinamometre, oricare ar fi varianta constructivă, se are în vedere

eliminarea influenţei reciproce dintre componentele forţei de aşchiere.

2.4 Determinarea experimentală a constantelor şi exponenţilor din relaţiile de calcu1 ale

componentelor forţei de aşchiere

Pentru exemplificare se va prezenta modul de determinare a constantei (zFC ) şi a

exponenţilor ( Fzx , Fz

y ) componentei principale zF .

Determinarea pe bază experimentală a dependenţelor:

fz pF a ; fzF f (2.3)

permite calculul exponenţilor Fzx şi Fz

y :

2 11

2 1

log logtg

log log

z

z zF

p p

F Fx

a a (2.4)

2 12

2 1

log logtg

log log

z

z zF

F Fy

f f (2.5)

în care 1tg şi 2tg reprezintă pantele dreptelor obţinute prin reprezentarea grafică a funcţiilor

(3.3) în coordonate dublu logaritmice (fig. 2.4).

Fig. 2.4 Dependenţa dintre componenta principală şi parametrii tehnologici ( pa şi f )

Pentru determinarea constantei zFC se alege, în graficele construite, o anumită valoare a forţei

0zF , la care corespund anumite valori pentru adâncimea de aşchiere, 0pa şi respectiv pentru avans,

0f . Cu aceste trei valori şi cu exponenţii determinaţi anterior se calculează:

0

0 0

=

z F Fz z

zF x y

p

FC

a f

(2.6)

12

În acest mod se poate determina funcţia completă rf , , z pF a f , pentru materialul dat:

F Fz zz

x yz F pF C a f (2.7)

Trebuie menţionat că aceste valori sunt aplicabile numai pentru condiţiile experimentului

efectuat şi extinderea lor în cazul altor condiţii ponte fi făcută numai cu ajutorul, unor corecţii ( FK ,

în relaţiile 3.2).

2.5 Desfăşurarea lucrării. Utilajele şi materialele necesare

Pentru efectuarea lucrării de laborator se utilizează un dinamometru cu traductori electrici

rezistivi, cuplat la o punte tensometrică, capabil să măsoare cele trei componente ele forţei de

aşchiere.

Pentru strunjire se utilizează un cuţit armat cu plăcuţe din carburi metalice sinterizate,

calitatea P10, având următoarea geometrie constructivă recomandată: α = 5°, γ = 6°, κr = 70°,

λS = 0°, rɛ = 0,8 mm.

După echilibrarea punţii, ce face etalonarea dinamometrului şi trasarea diagramei de etalonare

„forţă-dezechilibrul punţii”, în diviziuni, pe scala instrumentului de măsură al punţii.

În cadrul lucrării se studiază influenţa parametrilor regimului de aşchiere asupra mărimii

componentelor forţei de aşchiere. Influenţa individuală a fiecăruia se va studia urmărind valoarea

componentelor forţei când unul din parametrii regimului de aşchiere ia diferite valori, ceilalţi fiind

menţinuţi constanţi.

13

3. UZURA SCULELOR AŞCHIETOARE

În timpul procesului de aşchiere sculele aşchietoare se uzează, fenomen care constă în

transportul de material de pe suprafeţele active ale sculelor şi care conduce la modificarea

geometriei şi capacităţii lor de aşchiere.

Realizarea unor piese de calitate, stabilirea unor regimuri de aşchiere mai productive precum

şi utilizarea raţională şi eficientă a sculelor aşchietoare necesită cunoaşterea comportării lor la

uzare.

În lucrare sunt expuse aspectele teoretice ale uzării sculelor aşchietoare, partea experimentală

fiind realizată pentru cuţitul de strung.

3.1 Mecanismele de producere a uzurii sculelor

Uzarea sculelor aşchietoare se poate produce prin mai multe mecanisme. În general, la uzarea

sculei acţionează toate aceste mecanisme, dar, în funcţie de condiţiile concrete de aşchiere, unul

dintre ele are o influenţă mai mare.

a) Abraziunea

Constituenţii metalografici duri din structura materialului de prelucrat (perlita lamelară,

cementita secundară, carburile complexe ale unor elemente de aliere) şi duritatea mult sporită a

materialului aşchiat în zonele de contact cu scula aşchietoare (de 1,5 - 3 ori) exercită asupra părţii

active a sculei o acţiune abrazivă, acţiune favorizată şi de duritatea mai scăzută a sculei în straturile

superficiale din partea activă a acesteia.

b) Adeziunea

Sub acţiunea forţelor de presare se formează microsuduri între particulele constituenţilor

identici ai materialului sculei şi ai materialului prelucrat, preponderent în domeniul vitezelor mici,

în cazul unor suprafeţe rugoase ale sculei. Forfecarea periodică a acestor legături poate avea loc şi

prin materialul sculei, conducând la uzarea tăişului acesteia.

c) Difuzia

În condiţii de temperatură şi presiune ridicată, deci la viteze mari de aşchiere, unele

elemente (C, Ti, W, Cr) difuzează din materialul sculei în materialul piesei de prelucrat, fenomen ce

conduce la scăderea proprietăţilor fizico-mecanice ale stratului superficial al sculei şi deci la

intensificarea uzării. Uzura prin difuzie este caracteristică sculelor cu plăcuţe din carburi metalice

sinterizate.

14

d) Oxidarea

Fenomenul apare la temperaturi ridicate (T > 700˚C) şi se manifestă prin apariţia unui strat

de oxizi la suprafaţa sculei, strat ce se exfoliază. Materialele de scule din carburi metalice, din grupa

K de utilizare sunt cele mai sensibile la oxidare.

e) Transport de atomi pe cale electrică

Piesa şi scula formează o pilă electrochimică, transportul de atomi având loc dinspre

materialul cu potenţial electronegativ mai mare.

f) Fărâmiţarea muchiei aşchietoare

În cazul prelucrării cu adâncime mică de aşchiere şi cu forţe de aşchiere pulsatorii

(prelucrări pe suprafeţe discontinue) se produc rupturi fine ale tăişului (fig. 3.1. a), mai ales în cazul

sculelor din materiale cu o sensibilitate mai mare la solicitări dinamice (carburi metalice sinterizate

din grupa P, materiale mineralo-ceramice).

a. b.

Fig. 3.1

a. fărâmiţarea muchiei aşchietoare; b. deformarea plastică a tăişului

g) Deformarea plastică a tăişului (fig. 3.1. b) are loc când materialul sculei posedă o bună

plasticitate, cum este cazul oţelurilor de scule şi oţelurilor rapide la depăşirea temperaturii de

înmuiere.

15

2.2 Formele de uzură şi caracteristica uzurii

În funcţie de condiţiile concrete de aşchiere, uzura sculelor aşchietoare apare, sub diverse

forme şi poziţii, pe feţele de aşezare şi degajare ale părţii active (fig. 3.2).

a. b.

Fig. 3.2 Formele uzurii sculelor

Uzura feţei de aşezare principală se manifestă sub forma uzurii de desprindere (fig. 3.2. a) şi

este apreciată prin lăţimea zonei uzate, VB. În zona B această lăţime este sensibil uniformă şi uşor

de măsurat.

Uzura sub formă de crestătură (VBN) apare la intersecţia tăişului principal cu suprafaţa piesei

de prelucrat şi este cauzată de efectul eroziv al stratului superficial al piesei, care are de regulă o

16

duritate sporită. Această formă de uzură, deşi este exclusă din evaluarea lăţimii medii a uzurii pe

faţa de aşezare, poate impune uneori schimbarea sculei.

Uzura feţei de aşezare produce deplasarea muchiei aşchietoare, deplasare măsurată pe faţa de

aşezare, SKVα, sau pe faţa de degajare, SKVγ (fig. 3.2 b) şi care influenţează precizia dimensională

a piesei.

Uzura feţei de degajare (fig. 3.2 a) apare, caracteristic, sub forma unui crater paralel cu tăişul

principal. Poziţia şi mărimea lui sunt determinate de următorii parametri: KT - adâncimea craterului;

KM - distanţa de la vârful sculei până la axa craterului (măsurată în zona B, perpendicular pe tăişul

sculei); KB - lăţimea craterului; KL - distanţa de la vârful sculei la marginea craterului.

În timpul aşchierii creşterea craterului este asimetrică, de aceea, pentru caracterizarea

evoluţiei sale se mai utilizează parametrii: Kp = KT / KM, caracteristica de profunzime,

Ks = KL / KB, caracteristica de suprafaţă.

Această formă de uzură este mai importantă pentru sculele din carburi metalice.

Evoluţia în timp a uzurii, pentru toate tipurile de scule şi pentru orice formă de uzură, se

desfăşoară după acelaşi tip de curbă, numită curba caracteristică de uzură, care prezintă trei zone

(fig. 3.3):

Fig. 3.3 Curba caracteristică de uzură

- zona uzurii de rodaj, de scurtă durată, în care intensitatea de uzare este mare;

- zona uzurii normale, cu durata cea mai mare, în care intensitatea de uzare este aproximativ

constantă;

- zona uzurii avansate, în care intensitatea de uzare creşte brusc până la deteriorarea părţii

active a sculei.

17

3.3 Criterii de uzură

Mărimea uzurii până la care se poate aşchia cu o sculă se stabileşte pe baza anumitor criterii

şi se numeşte uzură admisibilă. La atingerea acestei uzuri, scula trebuie reascuţită.

Intervalul de timp de aşchiere efectivă a sculei, între două reascuţiri, se numeşte durabilitatea

sculei (notată cu T).

Valoarea uzurii admisibile se poate stabili pe baza mai multor criterii care pot fi grupate

astfel:

- criterii tehnologice de uzură;

- criteriul uzurii optime;

a) Criteriile tehnologice de uzură sunt frecvent întâlnite în practică. Pe baza lor uzura se limitează

astfel:

- când rugozitatea piesei devine necorespunzătoare;

- când, din cauza uzurii sculei, piesele ies din câmpul de toleranţă;

- când în procesul de aşchiere apar vibraţii;

- când pe suprafaţa piesei apar pete lucioase (la oţel), respectiv pete întunecate (la fonte) etc.

b) Criteriul uzurii optime stabileşte drept uzură admisibilă acea valoare a uzurii pentru care

durabilitatea totală a sculei atinge valoarea maximă;

TS = i .

T (3.1)

în care:

TS - durabilitatea totală;

i - numărul de reascuţiri;

T - durabilitatea sculei.

Explicitând pe i şi punând condiţia ca TS să fie maxim, se ajunge la relaţia (fig 3.4):

Fig. 3.4 Stabilirea uzurii optime

18

VBopt + c

= T

. tg (3.2)

în care: VBopt = uzura optimă pe suprafaţa de aşezare;

= toleranţa operaţiei de reascuţire;

tg cos

cos

( )

c = coeficient;

tg = panta tangentei la curba caracteristică de uzură.

Relaţia (3.1) indică modalitatea de determinare a uzurii optime şi a durabilităţii, când se

cunoaşte curba caracteristică de uzură.

Criteriul uzurii optime este folosit pentru cercetările de laborator sau la exploatarea sculelor

scumpe în producţia de masă.

Pentru încercarea durabilităţii cuţitelor de strung STAS 12046/2-84 admite următoarele

criterii de uzură:

- lăţimea uzurii prin desprindere pe faţa de aşezare:

VB = 0,3 mm sau VBmax = 0,6 mm;

- pentru sculele cu partea activă din carburi metalice se mai utilizează şi criteriul, adâncimea

craterului, dat de relaţia:

KT = 0,06 + 0,3∙ f mm,

unde f este avansul în mm/rot;

- pentru sculele din oţel rapid sau din materiale mineralo-ceramice se admite şi criteriul uzură

avansată.

- pentru sculele prereglate, utilizate pe maşinile-unelte automate, se poate considera drept criteriu de

uzură şi deplasarea muchiei aşchietoare, pe faţa de aşezare, SKVα, sau pe faţa de degajare, SKVγ.

3.4 Influenţa regimului de aşchiere asupra uzurii

Intensitatea uzării sculelor aşchietoare este influenţată, în principal, de următorii factori:

- parametrii regimului de aşchiere;

- caracteristicile materialului sculei şi ale materialului piesei;

- parametrii geometrici ai părţii active a sculelor;

- condiţiile de răcire-ungere ale sculelor.

Dacă ne oprim numai asupra influenţei parametrilor regimului de aşchiere, trebuie semnalat

că aceştia influenţează în mod diferit intensitatea uzării.

Adâncimea de aşchiere are influenţa cea mai mică asupra uzării, ea fiind practic neimportantă

pentru uzarea sculelor din carburi metalice sinterizate sau mineralo-ceramice.

19

Viteza de aşchiere şi avansul influenţează uzarea în acelaşi sens: odată cu creşterea lor creşte

şi panta curbelor de dependenţă uzură-timp. Influenţa mai pronunţată asupra intensităţii de uzare o

are viteza de aşchiere.

Cercetările experimentale au stabilit că dependenţa durabilităţii de viteza de aşchiere este de

forma (Taylor):

T . v

z = C, (C = constantă) (3.3)

relaţii similare putând fi scrise şi pentru influenţa avansului şi adâncimii de aşchiere.

3.5 Măsurarea uzurii sculei

Uzura sculelor aşchietoare se poate determina fie prin măsurarea mărimilor liniare (VB, KT,

etc.), fie prin măsurarea ei cantitativă (adică prin cântărire de precizie). În mod curent, pentru

evaluarea uzurii se recurge la măsurarea mărimilor liniare.

Uzura feţei de aşezare este măsurată cu precădere, prin metode directe şi indirecte.

Dispozitivele optico-mecanice pentru măsurare (fig. 3.5. a) au un tub microscopic prevăzut cu

un sistem reticular care poate fi deplasat în direcţiile de măsurare, cu ajutorul unor şuruburi

micrometrice. Amplasarea lor chiar pe maşina-unealtă permite o citire rapidă a uzurii.

a. b.

Fig. 3.5 Măsurarea uzurii sculei așchietoare:

a. pe fața de aşezare; b. pe fața de degajare

Măsurarea parametrilor ce caracterizează craterul de uzură de pe faţa de degajare poate fi

efectuată fie prin palparea fundului craterului cu un comparator cu vârf (fig. 3.5. b), fie prin

executarea unor profilograme.

Apariţia unor senzori noi, dezvoltaţi pe principiul măsurătorilor optice, pneumatice şi

electrice, permite măsurarea uzurii direct la maşina-unealtă, uneori fără oprirea procesului de

aşchiere.

20

3.6 Desfăşurarea lucrării. Utilajele şi materialele necesare

a) maşina-unealtă: strung normal, cu o construcţie rigidă care să nu permită vibraţii sau o săgeată

anormală în timpul prelucrării;

b) două cuţite pentru degroşat exterior, având următoarele caracteristici:

- material oţel rapid (RP 5), cu secţiunea cozii 25 x 16 mm şi următoarea geometrie:

o = 25°, αo = 8°, r =75°, λS = 0°, εr = 90°, r = 0,4 mm.

- cu plăcuţă P 10 (sau P 30), având secţiunea cozii 25 x 25 mm şi următoarea geometrie:

o =6°, αo =5°, r =75°, λS = 0°, εr=90°, r = 0,4 mm.

c) materialul de prelucrat: bară laminată din OLC 45, tronsonată (fig. 3.6);

d) echipament pentru efectuarea măsurătorilor:

- dispozitiv optico-mecanic pentru măsurarea uzurii pe faţa de aşezare (fig. 3.5. a);

- şubler pentru măsurarea diametrului piesei;

- cronometru (opţional).

Fig. 3.6 Bară tronsonată

3.7 Modul de lucru

În aceleaşi condiţii de aşchiere (inclusiv aceiaşi parametri ai regimului de aşchiere), cu cuţitul

ales se strunjeşte bara tronsonată cu lungimile Li (crescătoare). După fiecare tronson procesul de

aşchiere se întrerupe pentru măsurarea uzurii. Timpul efectiv de aşchiere al sculei de la începutul

aşchierii arborelui până la parcurgerea tronsonului k se determină cu relaţia:

1

k

ii

k

L

n f

(min), (3.4)

unde:

Li- lungimea tronsonului i, în mm;

n - turaţia piesei, în rot/min;

21

f - avansul, în mm/rot.

Timpul de aşchiere şi uzura măsurată la fiecare determinare se trec într-un tabel. Aceste date

servesc la ridicarea curbei caracteristice de uzură, în coordonate normale uzură-timp.

3.8 Prelucrarea datelor experimentale

Ridicarea curbelor caracteristice de uzură permite, odată stabilit criteriul de uzură, să se

determine durabilităţile corespunzătoare diverselor viteze de aşchiere (în fig. 3.7 s-au determinat

cele trei durabilităţi T1, T2, T3, pentru VBlim dat).

De asemenea, se poate determina exponentul vitezei din relaţia lui Taylor (3.3), care prin

logaritmare devine

lg T = –z lg v + lg C (3.5)

relaţie care în coordonate logaritmice reprezintă o dreaptă a cărei pantă este tg α = – z (fig. 3.7).

Determinarea pantei dreptei corespunzătoare relaţiei (3.5) se poate face folosind estimarea

vizuală, când se obţin rezultate mulţumitoare, sau folosind regresia liniară care permite o ajustare

mai precisă.

Fig. 3.7 Determinarea exponentului vitezei

3.9 Concluzii

Se fac aprecieri cu, privire la curbele caracteristice de uzură obţinute, în raport cu cele din literatură,

influenţa vitezei de aşchiere asupra durabilităţii şi gradul de concordanţă cu legea teoretică (rel.

3.3).