UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI

R E C T O R A T U L

Ctre,

__________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

V facem cunoscut c, n ziua de vineri, 14 Decembrie 2012, la ora 1100, n sala TCM 7

la Facultatea de Construcii de Maini i Management Industrial, va avea loc susinerea

public a tezei de doctorat intitulat:

CONTRIBUII TEORETICE I EXPERIMENTALE

PRIVIND STRUNJIREA CU VITEZE MARI

elaborat de doamna inginer Carmen Cezarina Ionescu (Burlibaa) n vederea conferirii titlului

tiinific de doctor inginer

Comisia de doctorat este alctuit din:

Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe Nag Preedinte Univesitatea Tehnic Ghe. Asachi Iai

Prof. Univ. Dr. Ing. Drago Paraschiv Conductor tiinific Univesitatea Tehnic Ghe. Asachi Iai

Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe Brabie Membru

Universitatea V. Alecsandri Bacu

Conf. Univ. Dr. Ing. Doru Bardac Membru

Universitatea Politehnic Bucureti

Prof. Univ. Dr. Ing. Eugen Axinte Membru

Univesitatea Tehnic Ghe. Asachi Iai

V trimitem rezumatul tezei de doctorat cu rugmintea de a ne comunica, n scris,

aprecierile dumneavoastr.

Cu aceast ocazie v invitm s participai la susinerea public a tezei de doctorat.

1

Cuvnt nainte

Doresc s mi exprim aici stima i respectul pe care l nutresc fa de coordonatorul tiinific al lucrrii, Prof. Univ. Dr. Ing. Drago Paraschiv, pentru ndrumarea competent att n perioada stagiului de doctorat, ct i n perioada de elaborare a tezei, pentru siprijinul acordat n momentul apariiei unor dificulti pe parcursul desfurrii pregtirii acesteia, dar i pentru oportunitatea valorificrii rezultatelor tezei prin publicarea n reviste din ar i strintate.

Cu acest prilej vreau s mulumesc conducerii Facultii de Construcii de Maini i Management Industrial, n special domnului decan Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe Nag, pentru condiiile de care am beneficiat pe tot parcursul stagiului de doctorat.

Alese mulumiri aduc membrilor comisiei de doctorat: Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe Nag Decan al Facultii de Construcii de Maini i Management Industrial din cadrul Universitii Tehnice Gheorghe Asachi Iai, Prof. Univ. Dr. Ing. Gheorghe Brabie Universitatea Vasile Alecsandri Bacu, Conf. Dr. Ing. Doru Bardac Universitatea Politehnic Bucureti, Prof. Univ. Dr. Ing. Eugen Axinte din cadrul Facultii de Construcii de Maini i Management Industrial, pentru deosebita onoare ce mi-a fost acordat acceptnd aceast calitate i nu n ultimul rnd pentru efortul i bunvoina de a analiza aceast lucrare.

Sincere mulumiri se cuvin referenilor tiinifici care s-au aplecat cu rbdare i au formulat sugestii pertinente asupra coninutului prezentei lucrri.

Autoarea mulumete clduros domnului Ing. Valic Popa pentru sprijinul ajutorul acordat prin posibilitatea prelevrii probelor i aplicaiilor efectuate n cadrul seciei Rectificare i ajutorul dat n efectuarea modelului matematic prin utilizarea softului. Vii mulumiri domnului Dr. Ing. Sorin Popa pentru facilitile i ajutorul acordat n vederea msurrilor experimentale.

Aduc sincere mulumiri conducerii S.C. Rulmeni S.A. Brlad, n special Directorului General Ing. Corneliu Pricope, Director Calitate-Mediu Ing. Daniel Smntn i Director Cercetare-Proictare-Dezvoltare Ing. Valeric Huanu, ef Secie Ing. Mircea Dmceanu, pentru sprijinul logistic i material acordat, facilitile acordate la realizarea acestei lucrri.

Distinilor domni Conf. Dr. Ing. Ionel Srbu, Prof. Univ. Dr. Ing. Laureniu Sltineanu i Prof. dr. Ing. Traian Grmescu pentru ndrumrile primite din partea lor n realizarea lucrrii tiinifice elaborate.

Mulumesc cu acest prilej ntregului colectiv didactic al catedrei T.C.M. al Universitii Tehnice Gheorghe Asachi din Iai pentru sugestiile fcute pe parcursul elaborrii tezei, ct i tuturor acelora care m-au ajutat la definitivarea cercetrilor.

Sentimentele de recunotin ale autoarei se ndreapt ctre toi profesorii si care i-au pus amprenta asupra pregtirii sale profesionale i morale i ctre naintaii si, cadre didactice i cercettori tiiifici, care prin rezultatele muncii lor i-au pus la dispoziie un vast material bibliografic i au contribuit astfel la mbogirea cunotinelor din acest domeniu.

Pentru sprijinul, rbdarea i nelegerea acordat, pentru atmosfera creat i pentru sacrificiile fcute de-a lungul ntregii perioade de elaborare a tezei, mi ndrept ntreaga recunotiin ctre soul i copilul meu, ntreaga mea familie, fr de care nu a fi putut realiza pe deplin aceast lucrare.

Iai, 2012 ing. Carmen Cezarina Ionescu(Burlibaa)

2

CUPRINS REZUMAT TEZ

Pag.

tez rez

Cuvnt nainte

Introducere 3 3

Capitolul 1. Stadiul actual al cercetrilor privind prelucrarea prin strunjire cu viteze mari 5 5

1.1. Definirea noiunii de vitez mare de achiere i clasificarea procedeelor de prelucrare

5 5

1.2. Fora de achiere 11 -

Capitolul 2. Analiza comparativ ntre prelucrrile clasice i strunjirea dur cu viteze mari aplicate oelurilor de rulment clite

19 9

2.1. Diferene privind maina-unealt utizat n cazurile analizate 19 9

2.2. Concepte fundamentale asupra strunjirii cu viteze mari a oelurilor aliate pentru

rulmeni

24 14

Capitolul 3. Contribuii privind elaborarea metodologiei de cercetare (metodologia general

de cercetare utilizat pentru atingerea obiectivelor)

33 19

3.1. Stabilirea tipurilor de probe supuse cercetrii 33 19

3.2. Materiale i echipamente folosite n cercetare: descriere utilaje de prelucrare,

echipamente de laborator

33 19

3.3. Metode de control i verificri folosite; metodologia de cercetare utilizat 46 25

Capitolul 4. Contribuii n domeniul cercetrilor experimentale privind prelucare prin strunjire a elementelor de rulmeni

55 29

4.1. Contribuii privind crearea bazei de date comparative pentru operaiile de strunjire dur versus operaiile de rectificare

55 29

4.2. Contribuii privind analiza tipurilor de defecte existente i ponderea lor 55 29

4.3. Contribuii experimentale obinute n urma analizelor efectuate. Rezultate

experimentale obinute, analiza i interpretarea lor

89 37

Capitolul 5. Contribuii privind mbuntirea calitii suprafeei prelucrate prin aplicarea metodelor Design of Experiment i Taguchi

117 47

5.1. Crearea i execuia unui experiment Taguchi pentru parametrii ce influeneaz

calitatea suprafeelor la stunjire dur

117 47

5.2. Analiza datelor rezultate 128 47

5.3. Testri accelerate 147 53

Capitolul 6. Concluzii 170 60

6.1.Concluzii i aprecieri critice 170 60

6.2.Direcii de cercetare n domeniu 173 63

Bibliografie 174 64

3

Introducere

Dezvoltarea i evoluia fireasc a proceselor de prelucrare plecnd de la viteze de

achiere de zeci de metri pe minut n anul 1800, pn la 100 m/min n anul 1900, o mie de metri

pe minut n 1980 sau cteva mii n 1994 au impus implicit i o tendin de studiere continu a

acestor procese sub aspectul elementelor ce concur nemijlocit la realizarea lor, a condiiilor lor

de desfurare, a nivelului regimurilor de lucru.

Necesitatea de a ameliora condiiile economice i tehnice ale procesului de achiere n

general, cumulat cu cererile tot mai stringente pe plan mondial n ultimii ani n domeniul

aeronauticii, care utilizeaz materiale cu proprieti superioare din punct de vedere mecanic (n

special aliaje metalice), a impus i o metod nou de prelucrare, cunoscut sub numele de

"achiere cu vitez mare" ( HSM ).

La viteze mai mari de lucru ns toate fenomenele fizice ale procesului de achiere sunt

esenial modificate i mai puin studiate. A aprut astfel necesitatea continurii cercetrilor

teoretice i experimentale efectuate n decursul anilor pentru viteze mici de achiere i pentru

viteze mai mari.

Eforturile de raionalizare ntreprinse n ultimii 10 - 20 de ani, constante i totdeauna de

actualitate, au fost concentrate spre reducerea timpilor neproductivi i creterea productivitii

prin intensificarea parametrilor regimului de lucru. ntre acetia pot fi menionai adncimea de

achiere (t), avansul de achiere (s) i viteza principal de achiere (v), care determin i

volumul " V " de material ndeprtat n unitatea de timp, conform relaiei (1) .

V = t*s*v [mm3/min

]

( 1 )

Posibilitile de mrire a volumului de material ndeprtat rezult din extremizarea relaiei

(1) n raport cu calitatea suprafeei, precizia impus, durabilitatea sculelor, fora de strngere

exersat de dispozitivele de fixare de pe mainile unelte, etc . Sunt utilizate dou soluii [6] :

creterea seciunii achiei cnd viteza este destul de ridicat;

creterea vitezei de achiere .

Creterea seciunii achiei conduce la o cretere proporional a forei de achiere, ceea

ce nu este convenabil mai ales atunci cnd viteza are valori foarte ridicate.

A doua soluie, respectiv de cretere a vitezei de achiere, pentru mrirea rentabilitii

procesului, a fost totdeauna o preocupare constant a specialitilor din domeniul prlucrrilor prin

achiere. Creterea vitezei are o influen invers, ntruct se reduce nivelul forelor de achiere,

4

se amelioreaz calitatea suprafeelor prelucrate i se mbuntete fragmentarea natural a

achiilor, etc.

n aceast direcie, astzi mai mult dect ieri i mai puin dect mine, tehnica achierii

cu mare vitez este recunoscut ca una din tehnologiile de prelucrare cheie pentru obinerea

unei productiviti mrite i a unei precizii performante de fabricaie. Apariia ei, alturi de

alte metode neconvenionale de prelucrare ca: prelucrarea ultrasonic, prelucrarea cu scnteie

electric, prelucrarea electrochimic sau cu laser, este legat de necesitatea ce a aprut vizavi

de cererile tot mai stringente de prelucrare a materialelor cu coeficientul rezisten / greutate

foarte ridicat. Dac pentru celelalte metode de prelucrare neconvenionale s -au stabilit deja

cteva condiii de aplicare, pentru achierea cu viteze mari concluziile sunt mai puin

concludente. Din acest motiv aceast tehnologie, sau mai exact achierea cu viteze mari este n

atenia inginerilor i cercettorilor n ultimii ani. n scopul accelerrii cercetrilor n acest domeniu

n rile cu mare tradiie industrial ca SUA, fosta URSS, Frana, Germania, Japonia, Italia,

Cehia s-au creat asociaii de studiu formate din universiti grupate cu parteneri industriali [64,

87], sau chiar s-au elaborat programe naionale pentru a stabili un limbaj comun la acest

subiect [40,87].

Au fost vizate aspectele constructive legate de mainile unelte pentru prelucrarea cu

mare vitez, durabilitatea sculelor i condiiile de desfurare a acestor procese [ 64, 70, 87,

90].

La noi n ar asfel de cercetri se afl n stadii incipiente, ca urmare studiile i lucrrile

publicate relativ la aceast nou tehnologie sunt reduse ca numr i de dat destul de recent.

Stadiul atins n ultimii 15 ani pe plan mondial, referitor la o parte dintre aceste aspecte

precum i relativ la fizica procesului de achiere cu vitez mare, constitu ie baza i motivaia

acestei lucrri.

5

CAPITOLUL 1

Stadiul actual al cercetrilor privind prelucrarea prin strunjire cu viteze mari

1.1. Definirea noiunii de vitez mare de achiere i clasificarea procedeelor de prelucrare

1.1.1. Istoric despre achierea cu mare vitez

Lucrrile analizate [5] au reliefat faptul c tehnica modern solicit prelucrarea cu vitez

mare (rapid) i chiar foarte mare (ultrarapid) a metalelor, tehnologiile actuale nemaifiind

satisfctoare n unele privine.

Ideea sporirii productivitii procesului de achiere prin mrirea vitezei de la uniti i

zeci de metri pe minut pn la mii de metri pe minut nu este nou. Cu toat imensa valoare a

acestei idei, tehnologia de prelucrare cu mare vitez ( High Speed Machining - HSM ) nu a fost

tratat organizat dect dup anul 1970 i numai pentru domenii ca cele al aeronauticii,

automobilelor sau armatei. n figura 1.1 este artat evoluia n timp a acestei tehnici [127], de

unde se constat c dezvoltarea proceselor de achiere cu mare vitez a cunoscut cteva etape

istorice n funcie de evoluia cunotinelor legate de elementele ce sunt implicate n mecanismul

de achiere. Ele sunt legate deopotriv de rezultatele nregistrate n construcia mainilor unelte

Fig.1.1. Evoluia cercetrilor privind prelucrarea cu viteze mari [127] [[[262]

6

n ceea ce privete puterea, turaia i avansul maxim de care sunt capabile i de performanele

materialelor prelucrate [ 61, 87, 114, 153 ].

Din acest motiv abordarea acestor tematici, n acest moment, nu trebuie s piard din

vedere istoricul problemei. Primele studii despre achierea cu mare vitez au fost realizate de

Salomon, n 1931, care sublinia pentru prima dat interesul experimental n aceast direcie,

avertiznd totodat c mrirea vitezei d o cretere proporional a temperaturii i uzurii sculei i

c pot apare din aceste motive fenomene secundare n zona de achiere. Acelai lucru a fost

subliniat i de inginerii sovietici care lucrau n uzinile din Leningrad, n anul 1932, iar mai trziu

n lucrrile lui Saint Chely [114], Klementev [57].

Treizeci de ani mai trziu, studiile lui Vaughn ( 1960 ) i Recht ( 1964 ) i apoi ale lui

Pomey n 1966, contraziceau parial rezultatele lui Salomon i introduceau conceptul de achiere

adiabatic. n 1972, Arndt a confirmat concluziile lui Vaughn i Recht indicnd c odat cu

creterea vitezei, achia exercit asupra sculei o for de inerie proporional cu ptratul vitezei,

ceea ce poate compensa rezistena la tensiunea dinamic de alunecare, sumat cu o plasticitate

ridicat. Din 1970, cercetrile despre achierea cu mare vitez capt o nou impulsionare, astfel

c n SUA n laboratoarele NASA apreau noi rezultate, rmase secrete pn n 1980. n cursul

acestui an ele au devenit publice permind aplicarea lor n industria de maini unelte [87].

Dup 1980 sunt de asemenea semnalate cercetri i n alte ri ca Frana, Japonia, Italia,

Germania, Cehoslovacia, etc. [64, 96]. Astfel n 1980, la expoziia din Chicago, apoi n 1983 la

Paris i mai trziu n alte orae apreau primele strunguri cu 10.000 rot. min-1 pentru diferite

scopuri [64]. n 1986 firma "MACHINO FURAISO" - Japonia fabric un strung universal cu o

mare gam de turaii i avansuri.

La sfritul anului 1984, n Germania, 18 firme industriale i coala Superioar din

Darmstadt lucreaz pentru perfecionarea tehnologiilor HSM n cazul frezrii. n decembrie

1988, cu ocazia simpozionului inut n acelai ora, s-a constituit un "cerc de informaii",

grupnd 25 de firme care schimb rezultatele obinute n acest domeniu [87].

Constructorul francez Realmeca propune constituirea de centre de fabricaie bazate pe

achierea cu mare vitez, de mici i medii capaciti, i astfel n 1991, 9 parteneri industriali

(grupul PSA Peugeot, Citroen i Renault pentru industria de automobile, Aerospaiale, Dassault-

Aviation i SNECMA pentru industria aeronautic, Bisard Machines-outils, Precise-France i

Renault Automatisation n calitate de constructori de maini i arbori principali), patru

laboratoare universitare (coal Central din Nantes, Universitatea din Metz i Universitatea din

Tulon et du Var i n sfrit INSA din Lyon) i centrul naional francez de studii tehnologice

CETIM s-au asociat pentru studierea procedeelor de achiere cu mare i foarte mare vitez i

7

stabilirea de caiete de sarcini necesare pentru aplicarea lor n practic [40]. n Romnia primele

lucrri relative la aceste aspecte au nceput s apar dup anul 1970.

1.1.3. Definirea noiunii de vitez mare

Gamele vitezelor de achiere i de avans utilizate la testarea sau achierea cu scule

metalice a ctorva materiale rezult din clasificrile lui Malle din 1989 i Scherer din 1992 i

sunt prezentate n figura 1.3. [117].

n cazul sculelor abrazive limitele maxime ale vitezelor nu vor mai fi aceleai, cunoscut

fiind faptul c la aceste procese de prelucrare viteza mare i foarte mare variaz pentru diverse

materiale n intervalul 60-120m/s. Graficul din figura 1.2 prezint limitele impuse pentru

vitezele maxime de prelucrare de ctre scul, materialul prelucrat i metoda de prelucrare, fr a

lua n considerare i pe cele impuse de considerente legate de aspectele fizice ale procesului sau

cele de proiectare. Plecnd de la clasificarea metodelor de prelucrare prezentat anterior i de la

definiiile deja formulate i de ali autori [4] se poate formula urmtoarea definiie:

Fig. 1.3 . Gamele vitezelor de achiere i de avans n funcie de materialul prelucrat [117]: a - material prelucrat - viteza principal de achiere; b - turaia n - viteza de avans;

c - viteza de avans - viteza principal de achiere

8

Achierea cu vitez mare este o operaie de ndeprtare de material cu viteze de

achiere care, pentru un material dat, sunt de dou pn la cinci ori mai ridicate dect cele

convenionale utilizate pentru acelai material.

Asemenea viteze de achiere antreneaz temperaturi care, n planul de forfecare, sunt

suficient de ridicate pentru ca proprietile mecanice ale materialelor achiate s fie diminuate,

fcnd astfel ca unele concluzii cunoscute despre procesul de achiere s nu mai fie concludente

[6]. Pentru oel, de exemplu, n baza celor prezentate n tabelul 1.2, n figurile 1.2, 1.3 i lucrarea

[4] rezult c viteza mare de achiere, n momentul actual, nseamn viteze din intervalul 250 -

2000 m/min i avansuri cuprinse ntre 1,5 i 6 mm.

Studiile consacrate fenomenelor care nsoesc procesul de achiere n acest domeniu de

viteze sunt adesea insuficiente sau contradictorii, nepermind tragerea unor concluzii unanim

acceptate i cu aplicabilitate general n proiectarea constructiv i tehnologic. Astzi este

unanim acceptat c procesele de achiere n general, dar mai ales cele cu viteze mari, sunt

influenate de temperatura i frecarea din zona de achiere i c pentru o mai bun nelegere a

acestor aspecte trebuie studiat fizica acestui proces [143].

n acest gen de preocupri se ncadreaz i prezenta lucrare.

1.1.4. Motivaii ale achierii cu vitez mare

Creterea productivitii prin creterea vitezei a fost impus de progresele teoriei

achierii i de cele din domenii aflate n relaie direct cu procesul de achiere. n consecin

viteza mare a fost impus prin:

- apariia comenzii electronice, totdeauna mai perfecionat i mai puin scump dect

comanda tradiional;

- apariia mainilor cu comand numeric de mare flexibilitate tehnologic i ideal pentru

fabricarea seriilor mici i medii de piese;

- necesitatea rentabilizrii produciei;

- necesitatea unor timpi de fabricaie redui;

- nevoia unei caliti superioare pentru suprafeele prelucrate;

- nevoia micorrii stocurilor de piese;

- nevoia reducerii timpului de stocare a mijloacelor circulante pe perioada ct are loc

fabricaia.

1.1.5. Aplicarea tehnologiei pe scar industrial

Principalele motive invocate pentru a da rspuns la aceast ntrebare sunt: frica

utilizatorilor (legat de securitatea procesului) i lipsa datelor tehnico-economice. Dou ramuri

9

cheie, (proiectarea i construcia de maini-unelte) nu sunt suficient de pregtite pentru

realizarea echipamentului necesar acestor scopuri, care s corespund achierii cu viteze mari.

n sfrit nu trebuie scpat din vedere ignorana manifestat o bun bucat de timp

relativ la studierea acestei tehnologii i protecia rezultatelor obinute care n-a uurat ntotdeauna

dialogul dintre cercetare i industrie.

Aa se face c, n momentul actual, exist nc puine informaii despre echipamentele

specifice ale mainilor pentru achierea cu vitez mare (legat de supravegherea procesului, de

proces n sine, evacuarea achiei, protecie, etc.), despre utilizarea lor (scule achietoare, port-

scule), despre parametrii de utilizare i despre influena achierii cu vitez mare asupra gamei de

fabricaie i asupra calitii suprafeelor realizate.

Cercetrile efectuate pn n prezent asupra ctorva procedee de prelucrare rapid

(strunjire, frezare, rectificare) au dus la concluzia c pn n momentul de fa utilizatorii

poteniali rmn n continuare sceptici la experimentarea acestei tehnologii, ea fiind posibil

numai pe standuri i dispozitive de ncercare a forei de achiere.

n ultimul timp apare frecvent necesitatea optimizrii procesului de achiere n raport cu

valorile minime ale forelor de achiere. Acest lucru avantajeaz solicitarea mecano-termic a

sistemelor tehnologice, consumul de energie i scule achietoare, iar la mainile unelte de turaie

mare, favorizeaz introducerea sistemelor adaptive de comand n funcie de for. Realizarea

acestor deziderate este posibil prin cunoaterea structurii rezistenelor i forelor de achiere,

modul de realizare i dependena lor de materialele ce vin n contact, regimul de lucru,

geometria sculei i mediul de achiere.

CAPITOLUL 2

Analiza comparativ ntre prelucrrile clasice i strunjirea dur

cu viteze mari aplicate oelurilor de rulment clite

2.1. Diferene privind maina-unealt utizat n cazurile analizate

Strunjirea face parte din categoria prelucrrilor cu geometrie regulat i este cea mai

utilizat prelucrare n domeniu, prelucrndu-se de regul piese de revoluie. Principala micare

de achiere este executat de ctre semifabricat, micarea de avans fiind executat de scul, n

ambele cazuri micrile fiind continue. n construcia de maini piesele care conin suprafee de

revoluie au o pondere nsemnat, cele mai caracteristice fiind arborii i bucele, fapt care

justific rspndirea pe care o au n prezent prelucrrile prin strunjire. Prin operaii de strunjire

10

se pot prelucra suprafee cilindrice i conice (exterioare i interioare), frontale, filete, etc., ca

urmare a combinrii micrii principale a semifabricatului cu micrile de avans longitudinal sau

transversal ale cuitului. Utilizarea de dispozitive speciale permite i strunjirea altor forme de

suprafee de revoluie. Astfel, este posibil prelucrarea suprafeelor sferice, dac micarea de

avans a sculei se realizeaz pe o traiectorie circular, sau a suprafeelor profilate prin deplasarea

simultan a cuitului pe direcie longitudinal i transversal, rezultnd o traiectorie

corespunztoare profilului piesei. Pe strung se mai pot prelucra i corpuri care nu sunt de rotaie

dac, se imprim sculei cu ajutorul unor dipozitive speciale, pe lng micare de avans

longitudinal i o micare radial efectuat dup o anumit lege, obinndu-se astfel piese cu

seciune oval, ptrat sau de alt form.

Procedeul de prelucrare prin strunjire [35] este concretizat printr-o mare productivitate

ceea ce a fcut ca procedeul s capete o larg rspndire. n plus, precizia de prelucrare este

suficient de ridicat, asfel nct pentru multe situaii, strunjirea poate constitui operaia final de

prelucrare.

Caracteristica comun a diferitelor procedee de strujire [126] este faptul c la majoritatea

acestora, scula ndeprteaz achii cu seciune constant. n funcie de mrimea adaosului de

prelucrare, piesele sunt realizate din una sau mai multe treceri. Mainile-unelte pe care se

realizeaz strunjirea sunt caracterizate de regul prin cinematica relativ simpl [35]. n

majoritatea cazurilor prelucrrile prin strunjire sunt de degroare sau semifinisare urmnd ca

finisrile s se realizeze prin rectificare. Mainile-unelte pe care se pot realiza aceste prelucrri

sunt strungurile, construite ntr-o mare varietate de tipo-dimensiuni i anume [56, 99]:

- Strunguri normale, caracterizate prin poziia orizontal a axului principal i prin

universalitatea prelucrrilor care se pot executa pe ele;

- Strunguri frontale, destinate prelucrrii pieselor cu dimensiuni mari (1000-4000 mm) i

lungimi mici (ca de ex: volani, roi de curea, etc);

- Strunguri carusel, caracterizate prin poziia vertical a arborelui principal i destinate de

asemenea prelucrrii pieselor cu diametre mari i lungimi mici;

- Strunguri revolver, dotate cu un cap revolver avnd 6 - 8 poziii pentru prinderea unui

numr egal de port-scule necesare prelucrrii pieselor dintr-o singur prindere; ele sunt

destinate prelucrrii pieselor din bar, precum i semifabricatelor turnate sau forjate de

dimensiuni mici (figura 2.1.);

- Strunguri cu mai multe cuite, destinate prelucrrii pieselor n producia de serie i

caracterizate de posibilitatea prelucrrii simultane a mai multor suprafee;

- Strunguri automate (monoaxe sau multiaxe) la care dup reglare, prelucrarea pieselor se

face complet fr intervenia muncitorului;

11

- Strunguri semiautomate, la care prelucrarea se realizeaz automatizat, cu excepia

prinderii semifabricatului i desprinderii pieselor prelucrate, care sunt fcute de

muncitori;

- Strunguri specializate, din grupa crora fac parte: strungurile de detalonare, strungurile

pentru prelucrarea arborilor cotii, pentru prelucrarea arborilor cu came, pentru decojirea

barelor, etc.;

- Strunguri cu comand numeric, prevzute cu un echipament CNC, la care prelucrarea se

excut dupa un program realizat manual sau automat;

Termenul Centrul de strunjire [66] este derivat din faptul c, n funcionarea sa, strungul

reine o bucat de material ntre dou suporturi rigide numite centre, sau de ctre un alt

dispozitiv, cum ar fi o mandrin sau platou care se rotete, aproximativ, pe linia de centru a

strungului. Strungul prezentat n figura de mai jos este un exemplu tipic.

Strungul, n componena sa cuprinde [120]:

- batiu; suport motor; tav; instalaia de ungere; pompa de ungere; bare de conducere;

suport de bare; instalaia de rcire; papua fix; cutia de avansuri i filete; roi de schimb; snii;

crucior; papua mobil; ecran de protecie; tblie; instalaia electric; accesorii; luneta mobil;

luneta fix.

Fig. 2.1. Strunguri revolver [120]

Mainile-unelte cu comand numeric sunt echipamente n care operarea diferitelor

componente este realizat de un echipament de comand numeric pe baza unui program.

Un program (denumit i program-pies) const dintr-o succesiune ordonat de

instruciuni (denumite i linii sau blocuri). Fiecare linie conine informaii codificate folosind

litere, cifre i cteva caractere speciale.

Echipamentele de comand numeric actuale sunt practic calculatoare de calitate

industrial avnd un microprocesor, memorie (ROM i RAM), unitate de disc (HDD), ecran,

tastatur, conectori de comunicaie .a.

12

Mainile-unelte cu comand numeric permit realizarea precis i productiv a reperelor,

indiferent de complexitatea acestora. Este de remarcat chiar faptul c prelucrarea reperelor

complexe este realizat cu prioritate pe astfel de maini, mai ales n varianta includerii lor n

sisteme tehnologice de fabricaie asistat de calculator.

n principal, beneficiile utilizrii mainilor cu comand numeric sunt urmtoarele [120]:

- reglarea mai rapid a sistemului tehnologic;

- timp mai redus de alimentare a postului de lucru;

- creterea preciziei i a repetabilitii;

- posibilitatea realizrii formelor complexe;

- simplificarea sistemului de scule;

- reducerea timpului de prelucrare.

n figura 2.2. sunt prezentate prile constructive principale ale strungului CNC, mpreun

cu echipamentul de comand.

Fig. 2.2. Strung CNC [120]

Batiul 8, de tipul batiu nclinat, susine n partea stnga papua fix 10, n a crei universal

hidraulic 11 se prinde piesa 12 pentru prelucrare, iar n partea dreapta suportul de lucru i ppua

mobil 1.

Suportul de lucru este constituit din sania longitudinal 3 (axa Z) i sania transversal 4 (axa

X). Pe sania transversal se monteaz capul revolver 13, care are 12 posturi de lucru unde se

prind sculele 6 i portsculele 5, aferente prelucrrii.

n vederea eliminrii achiilor care rezult din procesul de achiere, maina este dotat cu un

transportor de pan 7; strungul este comandat de echipamentul de comand numeric 9;

aprtoarea mainii 2 protejeaz operatorul mpotriva accidentrilor.

13

Pentru a putea utiliza maina n condiii normale de lucru, este necesar ca regimurile de

exploatare alese s se ncadreze n cele recomandate de constructor. n acest scop, se vor consulta

n prealabil din cartea mainii, diagramele de putere funcie de turaia motorului, diagramele

forelor de strngere cu vrful ppuii mobile, posibiliile de ncrcare ale mainii funcie de

sculele montate n capul revolver (diametre maxime prelucrabile), precum i tabelul cu masele

maxime prelucrabile pe main.

2.1.1. Principalele condiii necesare pentru efectuarea strunjirii cu viteze mari a materialelor

dure

Din analizele efectuate s-a constatat c strunjirea cu viteze mari a materialelor dure necesit un

sistem tehnologic performant i condiii de lucru adecvate [124]. Rezultate convingtoare n acest

domeniu s-au obinut spre sfritul secolului XX, ca urmare a apariiei unor noi materiale pentru

sculele achietoare, ct i maini unelte capabile s pun n valoare performanele acestora [34, 42, 83,

116,150, 152].

Scula achietoare este factorul determinant n reuita prelucrrii prin achiere a materialelor

dure, care fa de sculele strunjirii clasice prezint unele particulariti n ceea ce privete partea activ,

dar i geometria acesteia. Principalele cerine impuse materialului sculei achietoare, n cazul strunjirii

cu viteze mari a materialelor dure, sunt:

- tenacitatea;

- rezistena la compresiune;

- rezistena la ncovoiere;

- rezistena la uzur;

- rezistena la ocuri termice;

- stabilitatea chimic.

O serie de cercetri efectuate de diferite companii productoare de scule achietoare

recomand utilizarea materialelor ceramice pe baz de Al2O3 i a PCBN la prelucrarea cu viteze mari a

materialelor dure [33, 68, 69,149, 151].

Principalele particulariti ale geometriei sculelor achietoare pentru prelucrarea cu viteze mari

a materialelor dure sunt cauzate att de proprietile materialelor achietoare ca comportarea mai bun

la solicitrile de compresiune dect cele de ncovoiere i fragilitatea ridicat [124] dar fr a exclude

solicitrile mari, mecanice i termice n special, la care este supus partea achietoare a sculei n timpul

prelucrrii. De aceea n cazul strunjirii cu viteze mari a materialelor dure se utilizeaz frecvent scule

achietoare cu unghiuri de degajare negative i unghiuri de ascuire de 90 sau chiar mai mari dect

acesta [124]. Pentru realizarea unei rigiditi mari sunt preferate cuitele de strung robuste, chiar cu

seciunea transversal supradimensionat [124].

14

Dup efectuarea acestor analize, asupra sculei achietoare, ntruct s-a dovedit c fragilitatea

materialului sculei achietoare este definitorie precum i precizia ridicat ce urmeaz a fi realizat, fac

necesar utilizarea unor maini-unelte performante, ale cror caracteristici principale pot fi clasificate

astfel [31, 115, 139]:

- stabilitate i rigiditate mare;

- rezerv de putere suficient;

- precizie ridicat;

- turaie disponibil mare;

- gam de avansuri corespunztoare aplicaiei;

- diferite sisteme de control a parametrilor specifici prelucrrii;

- s fie prevzut cu comand numeric;

- sisteme performante care s permit o bun evacuarea a achiilor;

- rcire-ungere corespunztoare zonei de achiere.

2.2. Concepte fundamentale asupra strunjirii cu viteze mari a oelurilor clite pentru

rulmeni

2.2.1. Scurt sintez asupra strunjirii cu viteze mari i asupra strunjirii cu viteze mari a

materialelor dure (strunjirea dur)

Tehnologia are un rol important n promovarea industriei de prelucrare a metalelor i

crearea de oportuniti pentru a reduce costurile i a mbunti calitatea. Strunjirea dur a

devenit mai cunoscut, din cauza cererilor de precizie ridicat pentru componente cu duritate de

la 55 - 70 HRC.

Strunjirea cu viteze mari a materialelor dure s-a dovedit a fi mult

mai competent dect prelucrarea prin operaii convenionale de rectificare ale oelurilor clite.

Prin utilizarea prelucrrii prin strunjire dur a pieselor, se pot obine valori ale rugozitii

suprafeei, care sunt, n anumite condiii, egale sau chiar mai bune dect rugozitatea suprafeei

obinute prin rectificare. Cel mai mare beneficiu n utilizarea strunjirii dure este timpul redus de

prelucrare i complexitatea crescut necesar pentru fabricarea pieselor. Strunjirea dur a uimit

foarte mult productorii, deoarece acest proces este posibil, fr a utiliza lubrifiant. Acest

proces permite productorilor s creasc calitatea produselor i eficiena, n acelai timp

reducndu-se costurile i timpul de procesare.

Strunjirea cu viteze mari a materialelor dure este definit ca procesul de achiere avnd

un singur punct de tiere la piese ce au valori ale duritii de peste 45 de HRC, dar care sunt de

obicei n intervalul 58-68 HRC [59]. Stunjirea dur este un proces nou de prelucrare care

permite productorilor s prelucreze materiale tratate termic, calitatea acestora dovedindu-se

15

foarte bun, nemaifiind necesar prelucrarea acestor piese prin rectificare, chiar i pentru

operaia de finisare. Productorii de componente prelucrate i produse fabricate sunt

adesea provocai de a reducere costurile, de a mbunti calitatea i a reduce timpul de

prelucrare, n scopul de a rmne competitivi. Acest proces permite productorilor s creasc

calitatea produselor i eficiena, n timp se reduc costurile i timpul de procesare.

Tehnologia stunjirii dure este utilizat pe scar larg n diverse domenii industriale, cum

ar fi producerea rulmenilor, piese auto i hidraulice [67]. Strunjirea dur este, de asemenea,

foarte atractiv pentru productori, deoarece acest proces este posibil, fr

utilizarea de lichide de rcire sau de alt natur [49]. Cel mai mare avantaj n utilizarea strunjirii

dure de finisare este timpul redus de prelucrare i complexitatea necesar pentru fabricarea

pieselor.

Rectificarea dureaz, aproximativ, de 3 ori mai mult dect timpul necesar pentru

procesare prin strunjire dur [134]. Gama de aplicare pentru strunjirea dur poate varia foarte

mult, strunjirea dur poate avea rolul de a nlocui procesul de rectificare de finisare, i poate fi,

de asemenea, destul de eficient pentru procesele de pregtire, adic rectificare de degroare i

rectificare de semifinisare. Acum, de-a lungul procesului i punerii acestuia n aplicare, este

potrivit de a enumera unele dintre avantajele tehnologiei de strunjire dur [123]:

- Rata de ndeprtare a adaosului de prelucrare este de la 4 pn la 6 ori mai mare dect la

operaiile echivalente de rectificare;

- Mai multe operaii pot fi executate cu o singur scul;

- Situaia n care tolerana suprafeelor variaz ntre 0,0001 i 0,0004 mm este foarte

frecvent;

- Poate prelucra un contur complex;

- Investiii mici de capital.

Fig. 2.3. Comparaia ntre strunjirea dur i rectificare [123]

16

Pare evident faptul c strunjirea dur este un nlocuitor atractiv pentru rectificare, dar

punerea n aplicare n industrie este sczut, acest lucru se datoreaz faptului c are influen

nefast asupra microstructurii suprafeei prelucrate, prin generarea, de nedorit, n zona suprafeei

clite, a forelor reziduale i, de asemenea, din cauza sculelor foarte scumpe.

Cu toate acestea n stratul cu tensiuni reziduale format, apar dou mari defecte prin

prelucrarea suprafeei prin strunjire dur. Stratul astfel format este considerat a fi n

detrimentul performanelor din trecut i poate efecta performanele sale tribologice, rezistena la

coroziune i durata de via.

Caracteristicile profilului forelor reziduale, incluznd att mrimea ct i direcia n

adncime sub suprafaa piesei prelucrate sunt cunoscute a afecta semnificativ durata de via a

pieselor fabricate.

2.2.4. Scurt comparaie ntre strunjirea dur i rectificarea suprafeelor

Strunjire dur versus Rectificare

Comparativ cu operaia de rectificare, procesul de strunjire dur la aproape toate tipurile

de piese, indiferent de form, reduce costurile de producie prin execuia mai multor suprafee

dintr-o singur prindere, necesit perioade mai scurte de schimbare a sculei achietoare,

consumul de energie este mai mic, este mai ecologic i duce astfel la beneficii economice

importante. n cazul strunjirii dure putem astfel compara, pe baza datelor calculate, timpul de

baz a procesului. Timpul de procesare, n cazul strunjirii dure, este totdeauna mai mic dect n

cazul rectificrii [72]. Prin selectarea unui regim de lucru adecvat, att rectificarea ct i

strunjirea dur sunt capabile s produc piese cu suprafee finisate foarte bune. Cu toate acestea,

la alte caracteristicii ale suprafeei prelucrate, cum ar fi duritatea, microstructura, forele

reziduale, pot exista diferene semnificative ntre cele dou metode de prelucrare [54]. Chiar

dac pentru strunjirea dur se utilizeaz adncimi mici i avansuri de lucru mici, gradul de

ndeprtare a adaosului de prelucrare, n cazul strunjirii dure, este mult mai mare dect la

rectificare, n foarte multe aplicaii [130]. n strunjirea dur timpul de prelucrare i timpul de

procesare se reduce n mod semnificativ, iar prelucrarea anumitor piese a dus la rezultate mai

economice dect n cazul procesului de rectificare. Examinnd procesul de prelucrare a unei roi

dinate pentru cutiile de vitez s-a constatat un cost mai mic la procesul de prelucrare prin

strunjire dur (de 32%) fa de prelucrarea prin rectificare (de 61%). Un alt beneficiu al strunjirii

dure este c nu exist costuri cu lubrifianii [71]. n afar de scderea timpului de prelucrare, mai

poate fi observat o scdere a numrului de maini-unelte ca rezultat al creterii flexibilitii

procesului de strujire dur comparat cu cel de rectificare [67].

17

Tabelul 2.1. Comparaie ntre operaiile de strujire dur i rectificare [67]

Nr. Descriere Strunjire dura Rectificare

1. Gradul de indepartare a

adaosului de prelucrare 150-500 mm

3/min 10-60 mm

3/min

2. Flexibilitate Foarte flexibil Flexibilitate mic

3. Procesul de achiere Stabil Tendinta spre vibraii

4. Rugozitatea suprafeei Ra = 0,2 m Ra mai mica de 0,2 m

5. Timpul de pregtire a mainii Mic Mare

6. Ecologic Se poate procesa i fr lichid de rcire-ungere

Nu se poate procesa fr lichid de rcire-ungere

Dupa analiza efectuat se observ c strunjirea dur este un proces viabil, cu beneficii

reale i considerabile economice i de calitate. Acest lucru este n mare parte adevrat n cazul

mainilor-unelte care au un nalt nivel de rigiditate dinamic unde precizia de prelucrare este

esenial. Strunjirea dur este o tehnologie interesant ce ofer mai multe avantaje n comparaie

cu rectificarea, care rmne procesul standard de finisare i superfinisare a suprafeelor clite.

Chiar dac strunjirea dur, nu este o alternativ pentru toate operaiile de rectificare, potenialele

economii se pot deduce din reducerea timpului de pregtire, creterea timpului de lucru i

costurile mici ale echipamentelor, sunt prea mari pentru a fi ignorate. O analiz care nu a dus la

rezultate neconcludente privind uzura, distrugerea i fragilitatea sculelor achietoare utilizate n

procesul de strunjire dur, rmne un mare obstacol n implementarea acestei tehnologii. Cu

puin ajutor alegerea unei aplicaii corecte, maina ideal i scula achietoare perfect, strunjirea

dur poate uor mbunti profitabilitatea chiar la aplicaii unde variaia toleranei este foarte

strns.

2.2.5. Scurt apreciere privind stadiul actual al preocuprii societii comerciale privind

utilizarea strunjirii dure

ntreprinderea de Rulmeni Brlad a fost realizat n baza unei investiii din fondurile

centralizate ale statului, aprobata prin HCM nr. 323/28.03.1951, anul 1951 marcnd nceputul

construirii primelor obiective de investiii, puse n funciune n anul 1953, la o capacitate de

1000 mii buci rulmeni/an. Activitatea ntreprinderii ncepnd cu anul 1953 s-a desfurat n

direcia terminrii i finisrii construciilor, a amplasrii utilajelor, definitivrii procesului

tehnologic de fabricare a rulmenilor, de organizare a produciei i de calificri de cadre necesare

fabricaiei. Din anul 1953 ntreprinderea ncepe executarea rulmenilor concomitent cu msurile

de mbuntire i de definitivare a procesului de fabricaie a rulmenilor.

Dotarea iniial a ntreprinderii a fost fcut cu utilaje din fosta URSS, pe parcursul

etapelor achiziionndu-se maini / echipamente moderne pentru fabricaia de rulmeni, de la

firme consacrate n domeniu: maini de rectificat de la firmele FAMIR Italia, NOVA Italia,

18

CINCINATI Olanda, FORTUNA Germania; strunguri cu 2 axe de la firma PITTLER

Germania; prese automate de forjat de la firmele HATEBUR Elvetia, WAGNER Germania;

instalaie de nclzire prin inducie cu convertizori statici de la firma ELPHIAC Belgia; prese

pentru deformare plastic la rece role de la firma SAKAMURA Japonia; maini de rectificat

cu comand numeric din fosta RDG, de la firmele BERLIN-MARTZAN, GLAUCHAU, C.

CHEMINTZ; linii automate de rectificat de la firma NOVA Italia; main de marcat rulmeni,

cu laser, de la firma ROFIN-SINAR Germania; linii scurte de rectificare i asamblare cu

tehnologie de ultim or de la firma KOYO Japonia; introducerea sistemului informatic de

prelucrare a datelor prin dotarea cu calculatoare i executarea reelei de conectare.

n martie 2000, S.C. RULMENI S.A. Brlad s-a privatizat, cnd pachetul majoritar

de aciuni a fost preluat de ctre KOMBASSAN INSAAT TARIMIE SANAYII ISLETMELERI

TICARET AS din Turcia. Modul de ndeplinire a obligaiilor contractuale asumate de

cumprtor a fost monitorizat de ctre vnztor (F.P.S., devenit ulterior A.P.A.P.S., respectiv

A.V.A.S) n perioada iunie 2000 (data prelurii efective a societii) iunie 2005.

Dup privatizare s-a reluat procesul de retehnologizare a ntreprinderii prin dotarea

acesteia cu utilaje moderne sau modernizarea celor existente. S-au achiziionat echipamente

moderne de prelucrare a elementelor de rulmeni, n special echipamente de rectificare, strunjire

sau frezare cu CNC de la firme precum Okuma, Toyo, Taisei, etc. Investiii importante s-au

fcut n laboratoarele de msurtori i ncercri prin achiziionarea de echipamente de ultim

generaie (de exemplu de la firma Taylor Hobson) pentru msurtori dimensionale complexe,

msurtori ale abaterilor de form i poziie (profile, rectiliniariti, abateri de la nclinaie,

rugoziti, circulariti, planeiti, etc) Noile cerine i noile tipodimensiuni au dus la dezvoltarea

unor noi tehnologii, noi metode de prelucrare a elementelor de rulmeni precum i utilaje noi

sau readaptate prin extinderea gamei dimensionale. n perioada de dup 2005 a nceput un

proces continuu de extindere a gamei dimensionale ajungndu-se la prelucrarea elementelor de

rulmeni cu dimensiuni pn la 1000 mm. Acest proces a fost nsoit de extinderea ponderii

rulmenilor speciali n numrul total de rulmeni. Calitatea rulmenilor produi a crescut n mod

continuu n decursul anilor, ntreprinderea producnd rulmeni la cel mai nalt nivel calitativ,

comparabili cu nivelul industriei mondiale de profil. Pentru creterea profitului i a beneficiilor

s-a cutat introducerea de noi tehnologii n procesul de fabricaie al inelelor de rulment. n

prezent s-a implementat strunjirea dur a inelelor de rulment cu seciune mic, de dimensiuni

mari nlocuind operaiile complexe i costisitoare de rectificare.

19

CAPITOLUL 3

Contribuii privind elaborarea metodologiei de cercetare

(metodologia general de cercetare utilizat pentru atingerea obiectivelor)

3.1. Stabilirea tipurilor de probe supuse cercetrii

n cazul cerecetrilor, desfurate n incinta S.C. Rulmeni S.A. Brlad, am fcut

analize asupra strunjirii cu viteze mari a inelelor de rulment tratate termic. n cazul strujirii dure

a inelelor de rulment, aceasta se execut asupra suprafeelor ce necesit operaii de rectificare

multiple de degroare, semifinisare i finisare (rugozitatea suprafeelor ce va fi luat n

considerare este cea rezultat n urma operaiilor de rectificare), sau aceeai operaie executat

succesiv cauza fiind adaosul de strunjire prea mare sau deformaiile cauzate de tratamentul

termic secundar (torsiune).

Strunjirea dur cu vitez mare i-a dovedit eficiena att calitativ, prin execuia

suprafeelor la un nivel de calitate corespunztor rectificrii de finisare, ct i economic prin

utilizarea unui singur utilaj, reducnd astfel timpii de pregtire-ncheiere la operaiile respective,

ct i la utilizarea unei game reduse de SDV-uri.

Dup analiza pe care am efectuat-o, n cadrul S.C. RULMENI S.A. am observat c

eficiena este dovedit n cazul rulmenilor cilindrici i oscilani cu diametre exterioare peste 400

mm.

Fig. 3.1. Inel interior i exterior al unui rulment radial cu role

1 Inel exterior; 2 Inel interior

3.2. Materiale i echipamente folosite n cercetare: descriere utilaje de prelucrare,

echipamente de laborator.

Pentru prelucrarea pieselor tratate termic utiliznd viteze mari de prelucrare s-au folosit

mai multe tipuri de strunguri cu comand numeric DOOSAN i OKUMA. n cazul analizei

efectuate n cadrul tezei, am utilizat att unul ct i cellat tip de utilaj pentru a avea o imagine

clar asupra execuiei acestui tip de operaie, fiind un pionerat n domeniul prelucrrii inelelor de

20

rulment, n cazul societii unde sa desfurat analiza, att a suprafeelor exterioare, a cilor de

rulare (acestea fiind supraete mari de prelucrare), ct i a gulerelor laterale i interioare

(suprafee foarte mici). Aceast alegere am fcut-o pentru a efectua o comparaie ntre abaterile

ce pot aprea pe diferite suprafee utiliznd variaii ale vitezei de rotaie, ale avansului de lucru i

adncimii de achiere.

3.2.1. Descriere utilaje de prelucrare

Fig.3.2. Strung pentru prelucrarea cu viteze mari tip OKUMA V80R

Caracteristicile strungului OKUMA V80R sunt prezentate n tabelul de mai jos:

Tabelul 3.1. Principalele caracteristici ale strungului OKUMA V80

OKUMA V80 Caracteristici Unitate Specificaii

Capacitate

Diametrul de strunjire mm 800-1000

Lungimea maxim de strunjire mm 840

Greutatea piesei Kg 800

Diametrul maxim de rotire mm 1000

Papua fix Diametrul frontal al broei mm 200

Alezajul mm 115 raport 1/20

Gaura prin universal mm 110

Acionare bro Numrul treptelor de viteza Variabil

Turaia la arborele principal mm-1 3 la 250 (joas)

13 la 1250 (nalt)

21

Fig.3.3. Strung pentru prelucrarea cu viteze mari tip DOOSAN PUMA 300

Caracteristicile strungului Puma 300 sunt prezentate n tabelul de mai jos:

Tabelul 3.2. Principalele caracteristici ale strungului PUMA 300

PUMA 300 Caracteristici Unitate Specificaii

Capacitate

Diametrul de strunjire mm 200-370

Lungimea maxim de strunjire mm 530

Greutatea piesei Kg 520

Diametrul maxim de rotire mm 500

Papua fix Diametrul frontal al broei mm 150

Alezajul mm 80 raport 1/20

Gaura prin universal mm 76

Acionare bro Numrul treptelor de vitez Variabil

Turaia la arborele principal RPM 35-3500

Aceste centre de prelucrare se utilizeaz pentru diferite tipuri de inele de rulmeni i

operaii, n funcie de capacitatea de prelucrarea a acestora. n cazul centrelor de prelucrare tip

DOOSAN prelucrarea se face pe orizontal, cu prinderea n buce elastice, iar n cazul celor de

tip OKUMA prelucrarea se face pe vertical, fixarea piesei realizndu-se pe platou magnetic.

n acest tip de prelucrare s-au utilizat urmtoarele tipuri de pastile produse de Korloy

Company i Sandvik Coromant:

22

- PDUNR/L i VBMW

Fig. 3.4. Pastilele PDUNR/L i VBMW, mod de prindere pe cuit

Cteva dintre caracteristicile acestor tipuri de pastile sunt prezentate n tabelele de mai

jos:

Tabelul 3.3. Caracterisiticile pastilelor VBMW, SVJBR/L

Tabelul 3.4. Caracteristicile pastilelor DNMA, PDJNR/L

23

- DNMA, PDJNR/L, SVJBR/L si SVJCR/L

Fig. 3.5. Pastilele DNMA, PDJNR/L, SVJBR/L, SVJCR/L, mod de prindere pe cuit

Cteva dintre caracteristicile acestor tipuri de pastile sunt prezentate n tabelele de mai

jos:

Tabelul 3.5. Caracteristicile pastilei SVJCR/L

3.2.2.Echipamente de laborator

Pentru msurtori s-au folosit echipamentele din laboratorul de msurtori (figura 3.6.)

precum i echipamente de atelier, aflate n dotarea locurilor de munc, la utilajele care execut

prelucrarea inelelor.

Fig. 3.6. Vedere general cu laboratorul de msurtori

24

3.2.2.1.Msurarea profilelor suprafeelor i a rugozitilor acestora

Pentru msurarea abaterilor de form ale suprafeelor (rectilinitate, abatere fa de un

profil dat, abaterea fa de un arc de cerc, raz, rugoziti: Ra, Rt) s-a folosit echipamentul Form

Talysurf Series 2 (figura 3.7. i figura 3.8.)

Fig.3.7. Form Talysurf Series 2

3.2.2.5. Msurarea abaterii de la circularitate a suprafeelor de revoluie

Pentru msurarea abaterilor de la circularitate s-a utilizat echipamentul de laborator Talyrond 73 (figura 3.11.) produs de firma Taylor-Hobson i dotat cu PC, imprimant i soft nou pentru analiza datelor.

Fig 3.11. Talyrond 73

1 2

3

4

5

25

3.3. Metode de control i verificri folosite; metodologia de cercetare utilizat

Ca metode de control n societate se utiliz inspecia 100% sau controlul prin eantionare

bazat pe AQL. Prin AQL ( Nivel de calitate acceptabil) se nelege o limit aleas ntre ceea ce

se consider ca fiind o medie acceptabil a produsului i ceea ce nu este acceptabil.

Eantion este definit ca fiind unul sau mai multe produse prelevate aleatoriu din lot, care se

analizeaz la parametrii specificai i, n baza celor constatate, s constituie suportul decizional

referitor la lotul de produse sau procesul care a generat lotul de produse. Se folosesc plane de

eantionare simpl (Plan de eantionare simpl - plan de verificare a lotului care const n

prelevarea unui singur eantion i este descris de trei numere: efectivul eantionului, numrul de

acceptare i numrul de respingere.

Nivel de verificare (Nv) - caracteristica unui plan de verificare, aleas aprioric, care stabilete

dependena dintre efectivul eantionului i efectivul lotului.

Numr de acceptare (A) - valoarea maxim a numrului de defecte admise la un parametru,

depistate ntr-un eantion, astfel nct s permit luarea deciziei de acceptare a lotului.

Numr de respingere (R) - valoarea minim a numrului de defecte la un parametru, depistate

ntr-un eantion, astfel nct s impun luarea deciziei de respingere a lotului.

Inspectia 100% este evident, ea constnd n inspectarea tuturor pieselor ce formeaz un lot.

Pentru fiecare operaie executat exist plane de control care prevd frecvena de control

n funcie de capabilitatea utilajului. Pentru determinarea capabilitii [85] se calculeaz mai

nti abaterea medie ptratic pentru eantionul prelevat.

1

)(1

2_

n

x

s

n

iix

(3.1.)

Unde: _

x este media subgrupului , xi valorile individuale, n numrul de piese din eantion sau

pentru ntreaga populaie

N

N

iix

1

2)(

(3.2.)

Unde: reprezint media populaiei i N numrul de piese din ntreaga populaie.

Se determin astfel o capabilitate a utilajului [88] care este definit drept raportul dintre

valoarea cmpului de toleran raportat la de ase ori valoarea abaterii medii ptratice

26

s

TTc ism

6 (3.3.)

Formula de mai sus arat o capabilitate a utilajului cm care nu depinde de poziionarea

valorii medii a eantionului fa de cmpul de toleran ci doar de precizia utilajului, sau ct de

precis e utilajul fa de tolerana impus (care este capabilitatea sa de a prelucra piese cu precizia

impus) i nu depinde de cum este reglat dimensiunea rezultat fa de cmpul de toleran.

Astfel, dac maina este etalonat greit, cu toate c ea este precis i are cm suficient de mare,

poate executa doar piese rebut.

3.3.1. Modul de aplicare a controlulului statistic al procesului SPC

Trebuie subliniat faptul c un control al procesului nu trebuie confundat cu un control

obinuit al pieselor. Toate caracteristicile de calitate, verificate, fiind rezultatul unui proces de

fabricaie este cunoscut sub denumirea de populaie. Nu se poate confunda procesul cu

populaia, deoarece populaia sau lotul reprezint un grup de elemente fizice, pe cnd procesul

nu poate fi interpretat ca un produs ci ca un fenomen.

Factorii de care depind procesul sunt: maina, materialul, manopera etc.

Eantionul poate fi reprezentat de o pies sau un grup restrns de piese, extrase n

ordinea prelucrrii.

Numrul de piese dintr-un eantion, n general ntre 2........10 piese, reprezint o fraciune

din numrul total de piese extrase ntmpltor pentru control. Formarea eantioanelor este o faz

de o importan major n analiza proceselor de fabricaie. Kume [73] a demonstrat c o formare

greit a eantioanelor poate duce la o fi de control inutil.

nainte de culegerea datelor, trebuie s se fixeze ce caracteristic de calitate se urmrete

n cadrul analizei procesului.

Baron i Kume [23,73] ne propune respectarea unor condiii nainte de realizarea

eantioanelor :

- procesul, din punct de vedere tehnic trebuie condus n condiii medii;

- informaiile culese ntr-o anumit perioad de timp vor fi grupate mpreun;

- eantioanele vor fi create prin diferite modaliti de grupare, realiznd variante pentru

schimbarea numrului de piese din grup;

- schimbnd modul de grupare a datelor din interiorul unei grupe, se produce o

schimbare a factorilor, n consecin este realizat o alternare a variantelor din

interiorul eantionului;

27

La alegerea numrului de piese din eantion, Montgomery n [88, 89], ne propune s

inem seama de urmtoarele recomandri :

- pentru cazul n care analiza calitii este costisitoare sau distructiv, eantionul va fi

format din 23 piese;

- n cazul unei analize deosebit de importante, volumul eantionului va fi de 710

piese.

O importan deosebit se acord aparatului cu care se face msuratoarea. Este

recomandat ca precizia acestuia s fie de 10%......60% din tolerana caracteristicii de calitate

msurat.

Eantionul extras, din numr redus de piese, nu poate ilustra complet i corect

desfurarea procesului. Indicatorul eantionului nu poate fi confundat cu indicatorul ntregului

lot de piese ce se prelucreaz. Acest indicator a fost denumit de Baron [23] eroare de

reprezentativitate.

Prin metode statistice, cu o anumit probabilitate, pentru fiecare parametru se poate

determina intervalul su de variaie admisibil, numit interval de ncredere sau interval de

control. Limitele acestui interval se numesc limite de control (LC), existnd o limit de control

superioar (LCS) i o limit de control inferioar (LCI).

n mod obinuit, la o desfurare normal a procesului de fabricaie, limitele de control

sunt stabilite n aa fel nct probabilitatea depirii lor s fie redus. Depirea acestor limite

este un semnal al apariiei n proces a unui eveniment nedorit.

Tot Baron [23] ne arat c intervalul de ncredere este cuprins ntre 3. n practic,

pentru a mri sigurana n conducerea proceselor, sunt folosite uneori intervale de ncredere mai

mici de 2 sau chiar . Limitele acestor intervale, care sunt de obicei sub 3, se numesc

limite de supraveghere. Aceste limite de supraveghere pot fi inferioare sau superioare.

Procesul de formare a eantioanelor trebuie s in seama de modul de variaie a

caracteristicii de calitate din interiorul fiecrui eantion.

n vederea realizrii stabilitii procesului se ntocmesc diagrame de control. Diagramele

de control sunt grafice pe care sunt trasate anumite limite de control, fiind reprezentate valorile

unor parametri statistici pentru o serie de eantioane.

Diagramele de control pot fi pentru : valori cantitative i pentru controlul prin atribute.

Diagramele de control pentru valorile cantitative se utilizeaz pentru a ine sub control

fie media, fie dispersia procesului. Este necesar folosirea combinat a diagramei de control

pentru medie (diagrama X ) i a unei diagrame pentru amplitudine (diagrama R) sau a unei

diagrame pentru abaterea standard (diagrama s).

28

Cea mai folosit este diagrama de control X R , ea asigurnd o bun eficacitate

controlului i este mai simplu de aplicat. Centrul de grupare se verific cu o diagrama de tip X ,

reprezentnd valoarea medie a fiecrui eantion, iar precizia cu o diagrama de tip R,

reprezentnd amplitudinea (dispersia valorilor din eantion).

Pruteanu [103] arat c diagramele X S sunt folosite numai atunci cnd trebuie

asigurat o eficacitate nalt a controlului (n cazul produselor scumpe sau a celor la care

precizia operaiilor trebuie s fie nalt).

3.3.2. ntocmirea i utilizarea unui plan de control

A controla un proces nseamn a rula acel proces la valoarea int a sa cu variaii minime

ale sale. Un proces este controlat atunci cnd se cunosc intrrile critice i cnd acestea sunt

controlate. Controlarea ieirilor procesului e de fapt o monitorizare a acestuia. Adevratul

control al procesului const n controlul inputurilor critice.

Pentru a putea controla intrrile critice ale procesului se ntocmete un Plan de Control.

Un plan de control este o list a tuturor activitilor ce trebuiesc executate pentru a controla

procesul. El va identifica i gurile din sistemul de control al procesului. Scopurile unui plan de

control sunt :

- Instituionalizarea mbuntirilor procesului;

- Evidenierea zonelor ce necesit instruire sau cercetare suplimentar;

- De a reflecta strategia pe termen lung;

- De a asigura un sumar al informaiilor de control ale procesului.

Un plan de control tipic ar trebui s conin 4 zone distincte (figura 3.22) :

- Date de identificare ale procesului;

- Specificaii ale procesului, cerine i msurtori;

- Metoda de eantionare pentru efectuarea msurtorilor;

- Aciuni, decizii i documentaii specifice pentru controlul procesului.

Un exemplu de Plan de control pentru un proces de rectificare a inelelor de rulment este redat n

figura 3.15.

Fig 3.15. Exemplu de plan de control cu cele 4 zone distincte

29

Menionez c aceste metode de control vor fi aplicate mpreun sau separat n cadrul controlului

sau monitorizrii proceselor de prelucrare sau a proceselor de inspecie a elementelor de

rulment.

CAPITOLUL 4

Contribuii n domeniul cercetrilor experimentale privind prelucare prin

strunjire a elementelor de rulmeni

4.1. Contribuii privind crearea bazei de date comparative pentru operaiile de strunjire

dur versus operaiile de rectificare

Pentru realizarea acestei analize comparative mi-am propus s analizez, n cadrul seciei

Rectificare din S.C. Rulmeni S.A. Brlad, operaia de finisare la rectificare i strunjire dur

guler lateral al reperului WJ 120/240 M inel exterior, rulment cilindric pe un singur rnd de role,

i a oparaiei de finisare exterioar la reperul 690824 inel exterior.

Operaia de rectificare de finisare guler lateral se execut pe maina de rectificat MRG

350 iar cea de strunjire dur se execut pe maina Puma 300.

Operaia de finisare a diametrului exterior al inelului exterior se execut n cazul

rectificrii pe maina de rectificat fr centre de tip MA 3487, iar cea de strunjire dur se

execut pe maina OKUMA V80 rezultatele obinute fiind prezentate n figura 4.1.

Fig. 4.1. Selecie din baza de date realizat

4.2. Contribuii privind analiza tipurilor de defecte existente i ponderea lor

Pentru studiul calitii suprafeelor obinute n urma strunjirii dure s-au luat n calcul

diveri parametri calitativi drept indicatori ai calitii suprafeelor prelucrate.

Aceti parametri sunt :

rugozitile Ra, Rz, Rt.

30

abaterea de la profilul dat al suprafeei Pt

Pentru studiul influenei procesului de strunjire dur la viteze mari asupra acestor

parametri s-au organizat experimente constnd n testri i msurtori n care aceti parametri

menionai sunt considerai parametrii de ieire ai procesului sau experimentului;

Parametrii de intrare ai procesului de strunjire dur la viteze mari studiai sunt :

viteza de achiere Vc,

avansul de lucru f,

adncimea de achiere t,

uzura feei de aezare a placuei achietoare,

unghiul de degajare a achiei,

forma plcuei de achiere,

tipul suprafeei strunjite (cilindric interioar, cilindric exterioar, plan, profilat).

Deoarece am ales numeroi parametri de intrare i de ieire ai procesului, organizarea

unui singur experiment care s cuprind toi aceti parametri era foarte dificil i cu rezultate

improbabile datorit combinaiei extrem de mari de factori.

Ca urmare, pentru fiecare parametru de ieire am organizat experimente i msurtori

separate n care am studiat variaia acestor parametri n funcie de combinaia a doi dintr

parametrii de intrare cei mai semnificativi. Experimentele s-au efectuat pentru strunjirea inelelor

de rulmeni din oel 100 Cr clite i revenite, avnd o duritate de 58-62 HRC.

Datele de intrare i de iesire s-au centralizat n baze de date Excel i prelucrarea lor s-a

fcut cu programe software de prelucrare a datelor Minitab si Mathlab. De asemenea aceste

rezultate s-au comparat i cu rezultatele obinute n urma prelucrrii prin rectificare. Bazele de

date i diagramele msurtorilor sunt anexate.

n urma studiului influenei parametrilor de intrare ai procesului asupra calitii

suprafeei prelucrate s-a putut optimiza parametrii de intrare ai procesului n vederea

mbuntirii calitii suprafeelor prelucrate.

4.2.1. Rugozitatea Ra obinut la strunjirea dur cu viteze mari a suprafeelor cilindrice

exterioare. Influena vitezei de achiere i a avansului de lucru

n urma msurtorilor experimentale, n care: avansul de lucru este ntre 0,170,25

mm/rot viteza de lucru este cuprins ntre 85135 m/min i adncimea de achiere este

constant; s-au trasat graficele din figurile 4.2, 4.3 i 4.4. Dup cum se vede din acestea, pentru

acest proces, rugozitatea Ra crete rapid i relativ liniar odat cu creterea avansului de lucru i

este aproape constant, cu o uoar tendin de scdere, odat cu creterea vitezei de lucru.

31

1140

Ra[microni]

0.20

20

0.25

0.30

0.35

1000.15 Vc[m/min]

800.200.25

f[mm/rot]

Rugozitatea Ra la prelucrarea prin strunjire duraSuprafete cilindrice exterioare

Fig.4.2. Analiza rugozitii Ra raportat la viteza i avansul de lucru

1

140

20

Ra[microni]

0.20

0.25

15

00

0.30

Vc[m/min]

0.35

0.1 800.20

0.25f[mm/rot]

Rugozitatea Ra la prelucrarea prin strunjire duraSuprafete cilindrice exterioare

Fig.4.3. Reprezentarea grafic a datelor prelevate a Ra funcie de viteza i avansul de

lucru

32

f[mm/rot]

Vc[m

/m

in]

0.2500.2250.2000.1750.150

130

120

110

100

90

80

70

Ra[microni]

0.24 - 0.28

0.28 - 0.32

> 0.32

< 0.20

0.20 - 0.24

Ra functie de viteza de aschiere si avans de lucru

Fig.4.4. Analiza ponderii datelor prelevate a Ra funcie de viteza i avansul de lucru

Rugozitatea Ra obinut la strunjirea dur cu viteze mari a suprafeelor cilindrice

interioare i a suprafeelor plane.

Pentru a avea o imagine clar asupra mrimii rugozitii Ra, a calitii suprafeei n

general, n funcie de operaia de prelucrare, vom efectua o analiz asupra mai multor metode de

prelucrare prin strunjire dur respectiv a strunjirii suprafeelor plane, exterioare i interioare.

140120

Ra_ext

0.20

0.25

100

0.30

Vc[m/min]

0.35

0.15 800.20

0.25f[mm/rot]

Ra_ext vs Vc[m/min], f[mm/rot]

Fig. 4.17. Analiza rugozitii Ra raportat la avansul de lucru i viteza de lucru,

a suprafeelor exterioare

33

140120

Ra_int

0.20

0.24

0.28

100

0.32

Vc[m/min]0.15 80

0.200.25

f[mm/rot]

Surface Plot of Ra_int vs Vc[m/min], f[mm/rot]

Fig. 4.18. Analiza rugozitii Ra raportat la avansul de lucru i viteza de lucru,

a suprafeelor interioare

140120

Ra_plan

0.20

0.24

100

0.28

Vc[m/min]

0.32

0.15 800.20

0.25f[mm/rot]

Surface Plot of Ra_plan vs Vc[m/min], f[mm/rot]

Fig. 4.19. Analiza rugozitii Ra raportat la avansul de lucru i viteza de lucru,

a suprafeelor plane

34

Da

ta

Ra_planRa_intRa_ext

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

Comparatie intre rugozitatile Ra

Fig. 4.20. Analiza mediilor datelor prelevate i a dispunerii acestora n cele trei cazuri

Fig. 4.21. Analiza rugozitii Ra n cazul celor trei tipuri de prelucrri analizate

Dup efectuarea acestor analize se observ c rugozitate Ra prezint valori mai mari, att

a mediei datelor prelevate ct i a valorilor n sine, rezultate la prelucrrile suprafeelor interioare

n raport cu datele prelevate n cazul celorlate tipuri de prelucrri.

Comparaii ntre Ra, Rz i Rt la strunjirea dur

Pentru a putea trage concluziile finale referitoare la parametrii de ieire ce vor fi mai

departe supui analizei statistice, vom analiza comparativ datele prelevate pentru cele trei tipuri

de rugoziti.

35

Aceast analiz o vom prezenta att fa de principalii parametri ai regimului de achiere,

rezultai din graficele prezentate anterior respectiv viteza de lucru, avansul de lucru i adncimea

de achiere, ceilalti parametrii ca unghiul de degajare a cuitului de strung i uzura sculei avnd

o influe mic asupra suprafeei prelucrate sau chiar nicio influent. O alt analiz de

determinare a rugozitii suprafeei va face compararea diferitelor date prelevate n cazul

operaiilor de rectificare i strunjire dur, pentru determinarea eficienei alegerii operaiei de

strujire dur n detrimentul operaiei de rectificare.

Fig. 4.35. Analiza comparativ a rugozitilor Ra, Rz, Rt raportate la

o adncime de achiere constant

Fig. 4.36. Analiza comparativ a rugozitilor Ra, Rz, Rt raportate la

un avans de lucru constant

36

Observm c exist potrivire, aproape perfect, ntre forma graficului pentru Rz i Rt n

ambele cazuri i mici diferene n cazul Ra.

Tabelul 4.7. Tabel cu rezultate experimentale

Comparnd rugozitile Ra i Rz n cazul rectificrii i strunjirii dure se obin urmtoarele

grafice de analiz comparativ:

Fig. 4.37. Analiza comparativ ntre Ra i Rz n cazul strujirii dure i rectificare

Se observ c pentru o rugozitate Ra relativ constant, la strunjirea dur rezult Rz mai

mic dect la rectificare. Aceasta nseamn c practic pe lungimi mici cum e lungimea de

msurare a suprafeei, la strunjirea dur rezult o suprafa mai uniform dect la rectificare.

Acelai lucru rezult i dac comparm raportul dintre rugozitile Ra i Rz la rectificarea i la

strunjirea dur a suprafeelor interioare a inelelor de rulment clite (fig. 4.38)

37

Fig. 4.38. Analiza comparativ ntre raportul Rz/Ra n cazul strujirii dure i rectificare

Raportul Rz/Ra n cazul strunjirii dure este mai mic, aceasta nsemnnd practic c pe

lungimi mici de msurare suprafaa rezultat n urma strunjirii dure este mai uniform.

4.3. Contribuii experimentale obinute n urma analizelor efectuate. Rezultate

experimentale obinute, analiza i interpretarea lor

Pentru analiza parametrilor regimului de achiere, ce influeneaz calitatea suprafeei

obinute n urma strunjirii dure cu viteze mari, am ales drept parametru reprezentativ pentru

calitatea suprafeei rugozitatea Ra a acesteia i vom studia influena parametrilor regimului de

achiere asupra acesteia. Parametrii regimului de achiere, ce pot s influeneze rugozitatea

suprafeei, i-am determinat n urma unei analize fcute pe baza diagramei Ishikawa.

Rugozitatea

suprafetei

Ra

Masuratori

Metoda

Material

Mediu

Muncitor

Masina

grad uzura

alimentare

dispozitiv prindere

batai radiale si axiale

vibratii

viteze reglabile

ajustarea fina a

CNC

rigiditate

reglaj

disciplina

experienta

nivel calificare

eliminare vapori

eliminare span

temperatura

tip racire

piesa

scula

regim lucru

CNC/ strung universal

manual/automat

laborator

etalon

aparat de masura

reglaj di spozitiv

reglaj cutite

regl aj pri ndere

reglaj parametri

uzura

raza la varf

unghi la varf

unghi degajare

unghi asez ar e

prindere

ti p suport

tip pastila

duritate

abateri de forma

abater i di mensionale

adincime aschiere

avans

vi teza

Diagrama cauza-efect pentru strunjirea dura

Figura 4.49. Reprezentarea principalelor defecte ntr-o diagrama Ishikawa

38

n urma analizei diagramei cauz-efect, unii parametri au fost considerai drept variabile

ce nu pot fi exact msurate (variabile tip zgomot), iar alii au fost considerai ca fiind mai puin

importanti i cu influen minor asupra rezultatului final.

Ca urmare am ales pentru testare numai parametri constani i strict controlai:

strung cu comanda numeric tip PUMA 300, fr uzur, fr bti radiale i axiale (<

0,01 mm), fr vibraii;

rcire cu aer, temperatura mediului 17 C;

curairea panului de ctre muncitor de pe tiul sculei dup fiecare prelucrare i

curirea panului de pe dispozitivul de prindere nainte de fixarea unei noi piese;

alimentare manual

reper NU315E-10 pentru care maina este foarte rigid (reper foarte mic pentru

dimensiunile i rigiditatea mainii);

prindere pe membran elastic;

msurtori doar n laborator pe Talysurf, personal laborant supercalificat;

strungar cu categoria 6, 5 ani experien n strunjire dur, permanent supravegheat de

ctre conductorul experimentului; reglajele fcute de ctre acelai muncitor pe toat

durata testrii;

aceeai for de prindere pe dispozitivul de prindere a piesei cu membran elastic;

piesa cu duritate 58-62 HRC, rectificat ebo exterior pe diametrul de prindere, cu

ovaliti de 0,5mm ale suprafeei de prelucrat i btaie radial 0.7 mm;

tipul suportului depinde n primul rnd de tipul suprafeei strunjite (interior, exterior,

plan).

Aceti parametri i-am considerat drept constani i invariabili n timpul testrii, deci ei nu

vor influena rezultatul final.

n acord cu diagrama Ishikawa, innd seama de precizrile anterioare, au rmas de

testat influena urmtorilor parametri:

1. Adncimea de achiere;

2. Viteza de achiere;

3. Avansul de lucru;

4. Tip pastil;

5. Uzura fa aezare;

6. Uzura fa degajare;

7. Unghi la vrf;

8. Unghi de degajare;

39

9. Unghi de aezare;

10. Raza la vrf;

Pentru a determina care din aceti 10 parametri de intrare ai procesului de strunjire dur

cu viteze mari este parametru critic pentru calitatea suprafeei obinute vom testa statistic fiecare

parametru n parte. Vom efectua un test pe mai multe piese la care tot regimul de achiere i

condiiile de achiere vor fi constante cu excepia parametrului studiat. Acesta va avea dou sau

trei valori, piesele obinute vor fi numerotate i msurat n laborator Ra pentru fiecare din ele.

Apoi, se va face analiza statistic a datelor obinute. Aceast analiz ne va indica dac

parametrul respectiv este sau nu critic pentru proces. Pentru analiza statistic vom folosi metoda

testrii ipotezelor, cu ipotez nul i ipotez alternativ. Valoarea p-value calculat de Minitab

va fi cea care va indica ipoteza adevrat. Testarea statistic a ipotezelor poate fi utilizat pentru

a rspunde la ntrebri practice pe baza chestionrii bazei de date.

1. Adncimea de achiere

Cu acelai regim de lucru vom executa dou grupe de cte 10 piese, tipul de rulment este

WJ/WJP 130/240 M inel exterior, primul grup cu o adncime de achiere de 0,1 mm, iar al

doilea cu o adncime de achiere de 0,3mm. Cele 20 piese vor fi msurate n laborator.

Enunul ntrebrii practice: Este rugozitatea Ra a suprafeei, strunjite dur, diferit n

funcie de adncimea de achiere?

Ho: a=0.1= a=0.3

Ha: a=0.1# a=0.3

Pentru a putea testa cele 2 ipoteze trebuie mai nti s determinm dac cele dou iruri

de valori au o distribuie normal sau nu. Vom folosi programul Minitab.

Avnd n vedere cele menionate, rezult n Minitab graficele din fig. 4.52 i 4.53.

Ambele grafice au valori p-value 0,05 (considerm nivelul semnificativ = 0,05), deci trebuie

acceptat ipoteza Ho, adic cele 2 distribuii pentru date sunt distribuii normale.

40

a=0.1

Pe

rce

nt

0.1850.1800.1750.1700.1650.1600.155

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Mean

0.402

0.17

StDev 0.005774

N 10

AD 0.347

P-Value

Test pt distributie normala in cazul a=0.1Normal

Fig 4.50. Graficul testului de normalitate a distribuiei pentru a = 0,1mm

a=0.3

Pe

rce

nt

0.160.150.140.130.12

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Mean

0.348

0.1405

StDev 0.007976

N 10

AD 0.371

P-Value

Test pt distributie normala in cazul a=0.3Normal

Fig. 4.51. Graficul testulului de normalitate a distributiei pentru a = 0,3mm

Pentru ambele serii de date p-value > 0,05, deci ambele distribuii sunt distribuii

normale. n continuare, pentru a compara mediile a dou populaii normale se utilizeaz testul

statistic pentru egalitatea variabilitii, F-test.

Compararea mediilor populaiilor normale ia n considerare mprtierea datelor n cele

dou populaii. Este important atunci s se cunoasc dac dispersiile celor dou populaii pot fi

considerate egale, sau nu. Acest fapt se decide utiliznd testul F, bazat pe repartiia teoretic F

(FisherSnedecor). Deci testul F se utilizeaz pentru a testa dac variaia unei variabile este mai

41

mare ntr-o populaie dect n alta, comparaia fiind fcut folosind dou eantioane mici, cte

unul din fiecare populaie.

Test pentru egalizarea variabilelor: a = 0,1 mm, a = 0,3 mm

95% Intervalul de confiden Bonferonni pentru deviaia standard

N Inferioar Deviaia standard Superioar

a = 0,1 10 0,0037766 0,0057735 0,0116258

a = 0,3 10 0,0052171 0,0079757 0,0160602

F Test (distribuie normal)

Test statistic = 0,52, p-value = 0,305

Test Levene (distribuia continu)

Test statistic = 0,49, p-value = 0,492

95% Bonferroni Confidence Intervals for StDevs

a=0.3

a=0.1

0.01750.01500.01250.01000.00750.0050

Data

a=0.3

a=0.1

0.180.170.160.150.140.13

F-Test

0.492

Test Statistic 0.52

P-Value 0.350

Levene's Test

Test Statistic 0.49

P-Value

Test for Equal Variances for a=0.1, a=0.3

Fig. 4.52. Grafic pentru testarea egalitii dispersiilor celor dou adncimi de achiere

Continum Hypothesis testing cu testarea egalitii mediilor, adic 2-sample t-test ( n

care tim c variantele sunt egale, deci vom bifa aceast opiune.

Two-Simplu

2-Simplu T-Test i Interval de Confiden : a = 0,1 mm, a = 0,3 mm.

2-Simplu T pentru a = 0,1 mm raportat la a = 0,3 mm

N Inferioar Deviaia standard Superioar

a = 0,1 10 0,17000 0,00577 0,0018

a = 0,3 10 0,14050 0,00798 0,0025

42

Diferena = mu (a = 0,1) mu (a = 0,3)

Estimarea pentru diferen: 0,029500

95% Interval de Confiden pentru diferena (0,022959; 0,036041)

T- test diferentei = 0: T valori = 9,47; p-value = 0,000; DF = 18

Ambele date cumulate ale Deviaiei standard = 0,0070

D

ata

a=0.3a=0.1

0.18

0.17

0.16

0.15

0.14

0.13

Individual Value Plot of a=0.1, a=0.3

Fig. 4.53. Grafic de evaluare a dispersiilor seturilor de valori

pentru cele dou adncimi de achiere

Da

ta

a=0.3a=0.1

0.18

0.17

0.16

0.15

0.14

0.13

Boxplot of a=0.1, a=0.3

Fig. 4.54. Grafic de testare a mediilor seturilor de valori

pentru cele dou adncimi de achiere

43

P-value = 0 < 0,005, deci se respinge ipoteza nul i deci se accept ipoteza alternativ,

respectiv c adncimea de achiere este un parametru critic pentru calitatea suprafeei la strunjire

dur cu viteze mari.

Cu alte cuvinte, valorile medii ale celor dou seturi de date (sample mean) nu sunt egale.

Deci, adncimea de achiere constituie o intrare critic a procesului, deoarece modificarea

acestei viteze a dus la modificarea mediei celor dou seturi de date, respectiv a ieirii procesului

(rugozitatea Ra diametrului exterior a inelului, n acest caz).

2. Viteza de achiere: deoarece s-a demonstrat anterior c viteza de achiere este un

parametru critic al procesului vom renuna s mai facem analiza sa statistic aici, urmnd s

analizm care este optimul ei i care este interacia cu ceilalai parametri atunci cnd vom face

analiza unui experiment Taguchi.

3. Avansul de lucru: aceeai analiz a fost efectuat i n acest caz, deci ca i n cazul

vitezei de achiere va fi studiat (la fel) n cadrul experimentului Taguchi.

4. Vom trece la analiza urmtorului parametru al pastilei cuitului de strung, uzura feei de

aezare. Pentru acest parametru am luat n calcul 3 uzuri ale feei de aezare: VB = 0,05 mm; VB

= 0,15 mm i VB = 0,25 mm. Msurtorile uzurii feei de aezare s-au realizat n laborator pe

conturograf i pe microscop optic gradat. Interpretarea statistic a rezultatelor s-a fcut

utiliznd metoda analizei variabilitii One-WAY ANOVA.(ANOVA simpla)

Pentru a putea aplica metoda One-Way ANOVA cele trei distribuii trebuie s fie

distibuii normale. Ca urmare facem n continuare testul AndersonDarling pentru a vedea dac

cele trei eantioane au o distribuie normal.

VB=0.05

Pe

rce

nt

0.370.360.350.340.330.320.310.300.290.28

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Mean

0.383

0.325

StDev 0.01716

N 10

AD 0.355

P-Value

Test distributie normala pt VB=0.05Normal

Fig. 4.57. Graficul testulului de normalitate a distribuiei pentru VB = 0,05mm

44

VB=0.15

Pe

rce

nt

0.310.300.290.280.270.260.250.24

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Mean

0.394

0.274

StDev 0.01265

N 10

AD 0.350

P-Value

Test pentru distributie normala VB=0.15Normal

Fig. 4.58. Graficul testulului de normalitate a distribuiei pentru VB = 0,15mm

VB=0.25

Pe

rce

nt

0.360.350.340.330.320.310.300.290.280.27

99

95

90

80

70

60

50

40

30

20

10

5

1

Mean

0.530

0.312

StDev 0.01751

N 10

AD 0.293

P-Value

Test pentru distributie normala VB=0.25Normal

Fig. 4.59. Graficul testulului de normalitate a distribuiei pentru VB = 0,25mm

Dupa cum observm, pentru toate trei eantioanele, testul AndersonDarling d o valoare

a lui P-value > 0.05, cocluzionm c toate cele trei distribuiile sunt distribuii normale i ca

urmare pentru a putea s le comparm mediile putem folosi metoda One-Way-ANOVA.

45

Residual

Pe

rce

nt

0.040.020.00-0.02-0.04

99

90

50

10

1

Fitted Value

Re

sid

ua

l

0.320.310.300.290.28

0.030

0.015

0.000

-0.015

-0.030

Residual

Fre

qu

en

cy

0.0240.0120.000-0.012-0.024

6.0

4.5

3.0

1.5

0.0

Normal Probability Plot of the Residuals Residuals Versus the Fitted Values

Histogram of the Residuals

Residual Plots for VB=0.05, VB=0.15, VB=0.25

Fig. 4.60. Analiza rugozitii Ra raportat la uzura suprafeei de aezare a sculei

achietoare

Testul One-Way ANOVA d o valoare a lui P-value < 0.05 deci acest test spune c

ipoteza nul, respectiv c cele 3 eantioane au aceiai medie, se respinge. Deci trebuie acceptat

ipoteza alternativ a testului One-Way Anova i anume c cel putin un eantion are statistic

media diferit de a celorlalte dou. Faptul c cele trei eatioane au statistic valori medii i

distribuii diferite este artat i de reprezentarea grafic a distribuiilor n cadrul testului One-

46

Way _ANOVA (partea cu verde). Deci, dac cele trei eantioane au statistic valori medii diferite

n funcie de tipul eantionului, respectiv n funcie de uzura feei de aezare, aceasta nseamn

c uzura feei de aezare este un parametru critic al procesului, parametru ce influeneaz direct

rugozitatea Ra a suprafeei prelucrate. Ca urmare acest paramentru va fi studiat n cadrul

experimentului Taguchi.

5. Ultima caracteristic analizat a pastilei, montat pe cuitul de strung, este raza la vrf a

acestuia. n cadrul testrii vom analiza dou tipuri de pastile cu raza la vrf diferite, una cu raza

de 1,2 i una cu raza de 0,8. Am prelucrat datele cu ajutorul a unui grafic boxplot n care se

analizeaz media celor dou seturi de valori i dispersia datelor analizate funcie de media

fiecrui set, ca procent deoparte i de alta a mediei setului de date.

Variable

Da

ta

Raza=0.8Raza=1.2

0.36

0.35

0.34

0.33

0.32

0.31

0.30

Ra in functie de raza la varf a placutei

Fig. 4.73. Grafic de testare a mediilor seturilor de valori

pentru cele dou tipuri de raze la vrf

Practic, distribuiile sunt identice, rezultnd c raza la vrf a cuitului de strung nu este

parametru critic.

Dup analiza fcut la toi cei 10 parametri, parametrii regimului de achiere i

caracteristici principale ale cuitului de strung, ajungem la concluzia c n cadrul procesului de

strunjire dur a oelului clit pentru rulment, parametrii critici ai procesului ce influeneaz

rugozitatea Ra a suprafeei prelucrate, sunt:

Adncimea de achiere

Viteza de achiere

Avansul de lucru

Uzura feei de aezare

47

Aceti 4 parametri sunt parametri critici ai procesului, parametri ce influeneaz

rugozitatea Ra a suprafeei prelucrate. Pentru a vedea exact influena fiecruia din aceti

parametri asupra rugozitii suprafeei prelucrate, precum i interaciile dintre ei vom face o

testare n cadrul unui experiment Taguchi.

CAPITOLUL 5

Contribuii privind mbuntirea calitii suprafeei prelucrate prin

strunjire dur prin aplicarea metodelor Design of Experiment i Taguchi

5.1. Crearea i execuia unui experiment Taguchi pentru parametrii ce influeneaz

calitatea suprafeelor la stunjire dur

Parametrii de intrare (inputuri) ai procesului

Adncimea de achiere

Viteza de achiere

Avansul de lucru

Uzura feei de aezare

Parametrul de ieire (output) al procesului:

Rugozitatea suprafeei strunjite, Ra

5.2. Analiza datelor rezultate

Vom structura datele prelevate din foaia de lucru, astfel nct fiecare s conin factorii

de control n matricea de intrare i valorile de rspuns ale factorilor de zgomot de la fiecare

rulare a proiectului n matricea de ieire. Numrul maxim al coloanelor de rspuns care pot fi

introduse este 50, iar numrul minim al acestora depinde de fiecare proiect n sine.

Avem o singur coloan de rspuns n cazul n care:

- dac proiectul conine dubluri;

- putem msura mai mult de un factor de zgomot la fiecare rulare a experimentului, i

crearea unui experiment astfel nct acesta s poate avea, de mai multe ori, rulri la

fiecare combinaie a factorilor stabilii. Putem introduce apoi factorii de zgomot ntr-o

singur coloan de rspuns (figura 5.5);

- voi utiliza Mare este bun sau Mic este bun pentru