STUDIU DE CAZ - Influenta unghiului de atac χ

MEMORIU TEHNIC

Faptul ca placutele din carburi metalice au o duritate si o rezistenta ridicata la temperaturi ridicate, mult superioare otelului rapid, a permis ca aceste cutite sa lucreze cu viteze de aschiere substantial marite, ceea ce a contribuit la dezvoltarea si diversificarea rapida a acestora.

Cutitele de strung cu taisul din carburi metalice au aparut ca rezultat al descoperirii si punerii la punct a fabricarii economice a placutelor din carburi metalice. Ele se executa in doua constructii diferite si anume:

1.   cu placuta din carburi metalice lipita:

2.   cu placuta din carburi metalice prinsa mecanic.

Datorita faptilui ca fixarea placutelor metalice prin lipire este o operatie laborioasa si costisitoare trecerea la fixarea mecanica a placutelor pe corpul cutitelor se considera complet justificata, deoarece se obtin urmatoarele avantaje importante:

se elimina tensiunile interne care apar in urma lipirii;

se asigura exploatarea rationala a placutelor;

permite folosirea unui singur corp cutit la un numar mare de placute;

se reduce timpul pentru schimbarea sculei, intrucat suportul placutei nu se scoate de pe masina dupa uzura, ci se inlocuieste usor si rapid, numai placuta;

placa de prindere a placutei aschietoare joaca si rolul de prag de conducere si rupere a aschiilor;

creste productivitatea prelucrarii, etc.

Aceste avantaje au facut de altfel ca in prezent cutitele prevazute cu placute aschietoare fixate mecanic sa primeasca o dezvoltare deosebita, deoarece se obtine reducerea costurilor pe muchia de aschiere, singurul factor care justifica acceptarea unor conditii de aschiere mai putin favorabile.

Calculele de rentabilitate arata ca, costurile pentru cutite scad mult la utilizarea placutelor aschietoare amovibile, deoarece se micsoreaza costurile de achizitionare, se elimina costurile pentru reascutire, iar schimbarea sculelor mult mai repede. Intrucat costurile privind prelucrarea propriu-zisa nu se modifica si deci costul unei ore de masina se mentine, trebuie restabilit raportul optim intre aceste costuri si costurile pentru scule deoarece acest raport determina viteza de aschiere economica. Asadar, costurile micsorate pentru scule admit viteza de aschiere mai mare.

In aceste fel, costurile micsorate pentru scule influenteaza costurile de fabricatie nu numai direct, ci si indirect, putand admite in cazul unei scule ieftine o aschiere mai rapida, consumand intentionat mai multe scule.

Inlocuirea constructiilor de cutite cu placute lipite prin cutite cu placute amovibile, fixate mecanic, duce la marirea capacitatii de aschiere a muchiei de aschiere insasi. Acest avantaj rezulta din urmatoarele consideratii: muchia de aschiere, fiind lipsita de tensiunile de la lipire si de la ascutire , admite solicitari dinamice mari; modificarile remanente ale liantului dinstructura placutei, cauzate de solicitarile dinamice, raman fara influenta intrucat nu se mai aschiaza cu o muchie de aschiere reascutita; pot fi utilizate pentru anumite operatii de aschiere, calitati superioare de carburi metalice, datorita sensibilitatii reduse a placutelor.

Dupa modul de pozitionare al placutelor, se disting:

cutite cu placuta aschietoare asezate radial;

cutite cu placuta aschietoare asezata tangential.

In functie de directia avansului, sunt: cutite pe dreapta si cutite pe stanga.

Dupa forma capului cutitului si pozitia acestuia in raport cu corpul, se deosebesc: cutite drepte, cutite incovoiate si cutite cu cap ingustat.

In functie de destinatie, sunt: cutite pentru prelucrari interioare si cutite pentru prelucrari exterioare.

In cele ce urmeaza vom analiza doua variante constructive, a cutitelor de strung cu placuta schimbabila, dupa aceea urmand sa alegem varianta mai avantajoasa pentru realizarea proiectului.

Fig 1.

La varianta constructiva din Fig.1, placuta se fixeaza direct cu ajutorul unui surub. La acest sistem de fixare, blocarea placii de sprijin 2, se face cu ajutorul unui surub, sau cu un stift cilindric. In vederea fixarii in bune conditii a placutei aschietoare, axa surubului de fixare trebuie astfel directionata incat surubul sa realizeze, prin insurubare, pe langa strangerea placutei si impanarea acestuia catre peretii laterali ai locasului. In acest sens, unghiul minim de inclinare trebuie sa fie cu cel putin 5 grade mai mic ca unghiul γ.

Varianta constructica cu fixarea placutei prin brida, desenata in fig.2, este cea mai folosita si s-a dezvoltat in mai multe variante constructive. Astfel brida prin intermediul unui surub blocheaza placuta din carbura metalica aflata pe o placuta de sprijin. Placuta de sprijin este fixata prin intermediul unui surub, sau stift cilindric.

Brida este incastrata, impotriva rotirii, cu ajutorul gulerului. Surubul are pas fin.

Fig.2

Am ales varianta constructiva nr.2 pentru ca prezinta mai multe avantaje decat celelalte variante. Cel mai important avantaj ar fi acela ca sistemul de prindere al placutei din carburi metalice este mai sigur decat varianta 1 prin faptul ca brida se sprijina pe doua suprafete, una pe corpul cutitului si alta pe placuta.

Placutele aschietoare, folosite la executarea cutitelor cu fixare mecanica, se deosebesc substantial de cele mai utilizate prin lipire. Acest fapt se datoreaza conditiilor noi, specifice, impuse de fixarea propriu-zisa, de crearea posibilitatiilor repozitionarii fiecarui tais aschietor dupa uzura, etc.

La randul lor placutele prinse mecanic se diferentiaza intre ele atat prin forma constructiva, cat si prin geometrie, diferentiere care a fost determinata de multitudinea de situatii in care lucreaza cutitele, in ceea ce priveste materialul aschiat si tipul operatiei executate. In practica se intrebuinteaza insa, in principal placutele de forma patrata, paralelogram, rombice si in mai mica masura restul.

Intrucat forma acestor placute trebuie sa asigure unghiurile de aschiere in starea lor montata, fara interventia ascutitorului si in oricare pozitie succesiva-reglata a muchiilor de aschiere, forma lor impreuna cu forma locasului din suport trebuie astel alese incat geomatria care rezulta sa satisfaca in conditii bune majoritatea cazurilor de prelucrare. Necesitatile existente in aceasta privinta sunt satisfacute de doua variante constructive, caracterizate fie prin unghiul de degajare negativ, fie prin unghiul de degajare pozitiv.

In ceea ce priveste precizia si calitatea suprafetelor, placutele aschietoare se executa, in conformitate cu tolerantele indicate in STAS, rezultand: placute foarte precise, precise si normale. Placutele foarte precise au toate suprafetele fin rectificate, placutele de precizie normala numai suprafetele superioare si inferioare rectificate, iar cele mai putin precise nici una din suprafete finisate ci livrate asa cum au rezultat de la sinterizare.

In timpul lucrului, placutele foarte precise au o durabilitate mult mai mare si se utilizeaza indeosebi la prelucrarile fine si pentru realizarea de dimensiuni strans tolerate.

STUDIU DE CAZ

Influenta unghiului de atac χ

Marimea ungiului de atac influenteaza rigiditatea partii active a cutitului, implicit contribuind la marimea deformatiilor statice care apar in prelucrare. Alegerea unghiului de atac principal se poate face dupa recomandarile din literatura de specialitate sau prin tatonari. Daca s-a ales un unghi recomandat mai trebuie sa se tina seama de lungimea muchiei aschietoare principale deoarece unghiul de atac influenteaza marimea acesteia.

Apare o contradictie intre forma cutitului si aschiere, si anume desi un unghi mic de atac confera o rigiditate sporita cutitului aschierea este inrautatita de valorile mici ale unghiului de atac, in plus este posibil sa apara vibratii.

Modelarea corpului cutitului folosind elemente finite tridimensionale poate oferi o informatie calitativa si cantitativa privind influenta unghiului de atac asupra deformatiilor cutitului, implicit asupra preciziei de prelucrare. Pentru a avea o solutie viabila, aplicarea fortelor s-a facut in doua situatii: o forta concentrata care este orientata perpendicular pe muchia cutitului , cu riscul de a concentra tensiunile maxime in zona limita, fapt care este deja cunoscut din studiul celorlalte cazuri sau aplicand o presiune pe fata de asezare a cutitului.

Fiecare din aceste metode au avantajele si dezavantajele lor si trebuie considerate ca si baza de plecare in analiza calitativa si cantitativa care se efectueaza asupra cutitului sau asupra sistemului de fabricatie.

Pentru a sesiza cum poate influenta unghiul de atac rigiditatea cutitului de strung s-a considerat un cutit cu sectiunea cozii 20x20 lungimea in incastrare de 60 mm, care are varful pozitionat la jumatatea latimii cutitului. Pentru a evita influenta altor factori unghiului de degajare si de inclinare s-au considerat zero. Unghiurile de: asezare principal, secundar si de atac secundar s-au adoptat 10 grade.

Primul caz s-a dezvoltat considerand o forta conventionala de 100daN orientata perpendicular pe muchia cutitului amplasata in varful cutitului. Au rezultat datele din tab.1.

Tab.1 Deformatiile si tensiunile maxime ale cutitului de strung la variatia unghiului de atac

Variatia tensiunilor si deformatiilor maxime la aplicarea unei apasari specifice constante pe fata de asezare.

O influenta a unghiului de atac se poate constata si daca se considera modelul extins al cutitului si al piesei. Conditiile la limita care se impun sunt similare cu cele prezentate la modelele anterioare. Valorile care rezulta in urma acestor calcule sunt centralizate in Tabelul 1.17 in modelare s-a impus ca si conditie obligatorie aceeasi adancime de aschiere t=2mm. Din cauza unghiului de atac principal lungimea muchiei in contact este diferita rezultand valori mari la unghiuri mici.

Variatia tensiunii si deformatiei maxime cu unghiul de atac.

Deplasarea varfului cutitului sub actiunea fortei normale pe tais este importanta deoarece influenteaza precizia de forma a piesei care se prelucreaza.

Aplicarea unei forte concentrate pe nodul de la varful cutitului face ca in situatia in care rigiditatea este diminuata de unghiul de atac mare, varful cutitului sa aiba deplasari in directia adancimii de aschiere de valori negative. In primele trei cazuri deplasarea varfului se face in detrimentul adancimii de aschiere reglate.

Indiferent de unghiul de atac al cutitului se produce o deplasare a varfului cutitului care  modifica adancimea de aschiere reglata initial si influenteaza precizia dimensionala a piesei prelucrate.