INTRODUCERE

SCURT ISTORIC AL DEZVOLTĂRII SCULELOR AŞCHIETOARE

Istoria dezvoltării materiale a umanităţii este istoria dezvoltării forţelor de producţie. Omul s-a ridicat din regnul animal în momentul în care a început să folosească în mod conştient unelte pentru a-şi amplifica posibilităţile de asigurare a necesităţilor vitale. Folosirea uneltelor a permis oamenilor să capete controlul asupra mediului înconjurător. Primele unelte făcute de om din silex au apărut în paleolitic (2.000.000…10.000 a.Cr.) şi foloseau la curăţirea pieilor şi la tăirea acestora şi a alimentelor.

Apariţia uneltelor din bronz în mileniile II…1 a. Cr. a reprezentat un salt fundamental, căci a atras şi apariţia maşinilor-unelte rudimentare. Se cunosc astfel burghiul elementar din bronz acţionat de un arcuş şi strungul elementar pentru lemn care apar într-o gravură egipteană.

Cel mai important salt calitativ, de fapt intrarea în actuala fază tehnologică, a avut loc odată cu înlocuirea bronzului cu fierul (sec. XIII…IX a. Cr.). Acest fapt este începutul civilizaţiei industriale, materializată prin dezvoltarea maşinilor-unelte în accepţiunea actuală (aprox. sec. XV).

Maşinile-unelte au impus apariţia sculelor aşchietoare a căror dezvoltare a impulsionat la rândul ei dezvoltarea primelor.

De aici începe dezvoltarea şi diversificarea sculelor aşchietoare, a căror istorie, deşi iniţial conjugată cu istoria maşinilor-unelte, se aliniază astăzi istoriei materialelor pentru sculele aşchietoare.

Astfel, dacă la începuturi sculele erau confecţionate din fier (fără sau cu tratament termic), în jurul anului 1800 au apărut oţelurile aliate, iar în 1896 F.W. Taylor şi W. White au introdus oţelul rapid (înalt aliat cu wolfram) în fabricarea sculelor aşchietoare.

În anul 1922 K. Schroter inaugurează era materialelor dure prin descoperirea materialului numit Widia (wie Diamant – în traducere tare ca diamantul), urmat imediat de dezvoltarea explozivă a carburilor metalice.

În jurul anilor 1950 s-au introdus în fabricarea sculelor aşchietoare diamantul şi azotura cubică de bor, sub formă de granule (monocristale) sau sub formă de granule abrazive înglobate în masă de liant.

Ultimul pas şi, după părerea noastră, la fel de important ca trecerea la epoca fierului, l-a constituit utilizarea maselor ceramice, comparabile ca duritate cu cele mai dure materiale cunoscute dar cu preţuri de sute de ori mai reduse. Rezolvarea (încă nu pe deplin realizată) a eliminării fragilităţii excesive a acestor materiale va produce o nouă revoluţie industrială.

O altă direcţie de evoluţie a sculelor aşchietoare a constituit-o trecerea de la cele monobloc şi de unică utilizare la cele asamblate prin diferite procedee (lipire, sudare, asamblare mecanică).

Desigur că dezvoltarea sculelor aşchietoare nu s-a putut face fără dezvoltarea ştiinţei în general şi fără fundamentarea unei teorii proprii, specifice. Istoria ştiinţei sculelor este strâns împletită cu dezvoltarea şi crearea teoriei aşchierii, Istoria ştiinţei sculelor este o istorie a acumulărilor, de cele mai multe ori provenind de la cercetători şi inventatori astăzi anonimi.

ROLUL SCULELOR AŞCHIETOARE ÎN INDUSTRIA CONSTRUCTOARE DE MAŞINI

În prezent 90% din piesele prelucrate în construcţia de maşini se realizează prin procedee de generare prin aşchiere. Sculele aşchietoare, ca elemente care realizează direct aşchierea sunt deosebit de importante, căci contribuie în mod nemijlocit la fabricarea a 90% din aceste piese.

În costul total al unui produs tehnic 10% reprezintă costul sculelor aşchietoare deoarece sculele:

- se fabrică din materiale rare, deficitare şi scumpe;- au precizie ridicată;- au rugozităţi scăzute;- au forme complexe, dificil de obţinut tehnologic.

Performanţele proceselor tehnologice de prelucrare prin aşchiere se măsoară prin productivitate, precizii de prelucrare şi rugozitatea suprafeţelor prelucrate. Aceste performanţe sunt determinate în mod direct de performanţele maşinilor-unelte şi de performanţele sculelor aşchietoare. Mai mult, se poate afirma că dezvoltarea tehnologiei este stimulată de crearea unor noi tipuri de scule aşchietoare şi de perfecţionarea acestora.

Perfecţionarea sculelor aşchietoare se face pe baza teoriei dezvoltate în timp, teorie care abordează toate aspectele constructive şi funcţionale ale domeniului.

Prin urmare, sculele aşchietoare necesită o atenţie deosebită în privinţa proiectării tehnologiei şi exploatării lor.

Creşterea producţiei generale se poate realiza extensiv, prin multiplicarea numărului întreprinderilor, sau intensiv, prin creşterea productivităţii celor existente. În acest sens, şi prin prisma domeniului abordat al sculelor aşchietoare, căile de urmat sunt mărirea capacităţii de aşchiere a sculelor aşchietoare prin perfecţionarea materialelor din care acestea se construiesc şi prin perfecţionarea formelor, creşterea disciplinei tehnologice care să permită obţinerea capacităţii de aşchiere proiectate şi îmbunătăţirea tehnologiilor de fabricaţie.

Pe plan mondial (Germania, Japonia, Anglia, Franţa) costul sculelor produse este de până la 2,5 de ori mai mare decât costul maşinilor-unelte produse. În SUA raportul este de 1:1 în condiţiile unui import masiv de scule aşchietoare.

În paralel cu procedeele de aşchiere se dezvoltă procedee neconvenţionale de prelucrare ca electroeroziunea, prelucrarea prin scântei, prelucrări anodo-mecanice etc. Acestea au un domeniu propriu de aplicabilitate şi nu vor înlocui aşchierea, cel puţin în viitorul apropiat, deoarece:

- au productivităţi mai reduse;- sunt energointensive, consumă cantităţi mai mari de energie pentru

îndepărtarea unui volum de aşchii decât aşchierea;- nu se poate renunţa la tot parcul de maşini-unelte existente şi la

experienţa acumulată în domeniul prelucrărilor prin aşchiere.Se apreciază că ponderea prelucrărilor prin aşchiere va scădea în viitor prin per-

fecţionarea tehnologiilor primare ca turnarea, laminarea, deformarea plastică etc. Se vor dezvolta scule destinate prelucrărilor de semifinisare şi finisare şi va căpăta amploare prelucrarea abrazivă cu scule cu materiale extradure, care asigură productivităţi ridicate.

DEZVOLTAREA ŞI STADIUL ACTUAL AL CONSTRUCŢIEI DE SCULE ÎN ROMÂNIA

Fără a intra în amănunte, vom specifică faptul că evoluţia materialelor pentru confecţionarea sculelor a urmat pe teritoriul Daciei tendinţele europene, având uneori priorităţi. Astfel, s-au descoperit în şantierele arheologice unelte de silex, s-au descoperit la Cugir şi în alte zone scule de bronz şi de fier, iar revoluţia industrială de după secolul XV nu a ocolit teritoriul României, chiar dacă a venit mai târziu decât pe alte meleaguri.

La cumpăna anilor dintre secolele XIX şi XX au existat în România preocupări meritorii în legătură cu proiectarea, fabricarea şi exploatarea sculelor aşchietoare. Începând cu prima carte a prof. C. Popovici apărută în anul 1926 care cuprindea capitole despre sculele aşchietoare şi continuând cu lucrările profesorilor sau inginerilor C. Mikloşi, C. Bakonyi, V. Mureşan, Gh. Popescu şi C. Crişan, cercetarea şi bibliografia românească sunt reprezentate în ansamblul mondial.

Lucrări importante privind aşchierea şi sculele aşchietoare au fost elaborate în întreprinderi din ţară fără a vedea lumina tiparului, rămânând în arhivele întreprinderilor în care au fost folosite: UMCC Cugir, IAR Braşov, Astra Braşov şi multe altele.

În România anului 1989, 46% din valoarea producţiei în domeniul maşinilor-unelte o reprezenta sculele aşchietoare. În anul 1988, 65% din necesarul de scule aşchietoare se obţinea în întreprinderi specializate, 14% în sculării uzinale, iar 21% se importa. Din producţia de scule se exporta cca. 15%.

Se importă scule aşchietoare pentru roţi dinţate, pentru debitare, plăcuţe şi scule sinterizate, scule şi port-scule pentru maşini-unelte cu comandă numerică şi pentru maşini-unelte grele.

În ţară există numeroase fabrici de scule: Intreprinderea de Scule Râşnov, Intreprinderea de Scule şi Elemente Hidraulice Focşani, Intreprinderea de Mecanică Fină Bucureşti, Intreprinderea de Matriţe, Accesorii şi Scule Aşchietoare Sf. Gheorghe, Intreprinderea de Scule, Subansamble şi Accesorii Rădăuţi, Intreprinderea de Scule pentru Automobile Costeşti, Întreprinderea de Scule şi Accesorii pentru Scule Paşcani, Întreprinderea de Scule Mărăşeşti, Întreprinderea Carbochim Cluj etc.

În ţară se produc de asemenea diamante sintetice la întreprinderea Dacia Bucureşti şi scule diamantate la Diasfin Bucureşti.

În afara întreprinderilor specializate sus amintite, s-au construit şi dezvoltat sculării uzinale proprii ale marilor întreprinderi care realizează producţii şi întreţineri de scule în volume mari. Între acestea pot fi amintite ca foarte importante şi bine organizate sculăriile de pe lângă: Întreprinderea de Autocamioane Roman Braşov, Întreprinderea de autoturisme Dacia Piteşti, Întreprinderea de strunguri Arad, Întreprinderea Înfrăţirea Oradea, Întreprinderea de Maşini-Unelte şi Agregate Bucureşti,Întreprinderea Faur Bucureşti, Întreprinderea 1 Mai Ploieşti, Întreprinderea Electroputere Craiova, Întreprinderea de Piese Auto COMPA Sibiu, Uzina de Construcţii de Maşini din Reşiţa etc.

În ţară s-au dezvoltat de asemenea institute de cercetări în domeniul sculelor aşchietoare sau având secţii de cercetare în domeniul aşchierii şi sculelor aşchietoare. Astfel, există Institutul de Cercetare şi Proiectare de Mecanică Fină şi Scule Bucureşti cu o filială la Braşov, iar la Cluj-Napoca funcţionează pe lîngă Întreprinderea Carbo-

chim o filială a Centrului de Cercetări şi Proiectări de Fabricate Produse Refractare şi Abrazive aparţinând de Braşov.

În universităţie tehnice, în cadrul catedrelor de specialitate, s-au constituit şi dezvoltat cxolective puternice care lucrează în domeniul aşchierii şi sculelor aşchietoare. Amintim astfel colectivele din Bucureşti având ca reprezentanţi pe Duca Minciu, Tănase, din Cluj - Lăzărescu, Maroş, Bejan, Abrudan, din Sibiu – Şteţiu, Brândaşu, Deac, din Craiova – Popescu, Zamfirache, din Braşov – Secară, Sauer, din Iaşi – Belousov, Severincu, Cozmâncă, din Suceava – Taraşi, din Galaţi – Oancea, Ţîru.

Bibliografia modernă în domeniul sculelor aşchietoare este foarte bogat reprezentată în România prin cei mai reprezentativi autori: Z. Duca, I. Lăzărescu, L. Sauer, prof. Gh. Secară, prof. C. Minciu, prof. S. Enache, prof. V. Belousov, prof. P. Taraşi, prof. N. Oancea şi alţii.

Nu putem încheia fără a sublinia importanţa lucrărilor de teorie a sculelor aşchietoare elaborate de regretatul profesor Zoltan Duca şi materializate în tratatul monumental intitulat Teoria sculelor aşchietoare şi apărut în anul 1967.

În sfârşit, trebuie evidenţiate numeroasele teze de doctorat elaborate în ţară în domeniul aşchierii şi al sculelor aşchietoare, având numeroase contribuţii originale de o însemnătate deosebită, dintre care vom aminti numai elaborarea unor modele generalizate de scule aşchietoare (prof. I. Lăzărescu şi prof. I. Popescu).

PROBLEME DE BAZĂ ŞI TENDINŢE LA FABRICAREA SCULELOR AŞCHIETOARE

Proiectarea şi fabricarea sculelor aşchietoare ridică o serie de probleme de bază, dintre care cele mai importante vor fi amintite în continuare. Astfel, o primă problemă de bază o reprezintă îmbunătăţirea permanentă a metodicii de proiectare şi a relaţiilor pentru calculul sculelor aşchietoare. Problema se accentuează prin dezvoltarea explozivă a calculatoarelor, apărând necesitatea algoritmizării întregului proces de proiectare a sculelor şi mergând mai departe, către algoritmizarea şi conducerea pregătirii automate a fabricării sculelor aşchietoare. În prezent se folosesc metodici şi relaţii de calcul care nu permit rezolvarea completă a tuturor cazurilor întâlnite în practică, rezultând aproximaţii inacceptabile şi productivităţi ale proiectării scăzute. În legătură cu această problemă amintim imperfecţiunile modelelor generalizate de scule aşchietoare, impunându-se dezvoltarea şi completarea acestora.

În ceea ce priveşte tehnologia de fabricaţie a sculelor, îmbunătăţirea şi diversificarea tratamentelor termice şi termochimice, precum şi a metodelor de îmbunătăţire a stratului superficial al sculelor aşchietoare reprezintă un scop permanent al fabricanţilor şi exploatatorilor de scule, nerezolvată pe deplin până în prezent..

Exploatarea corectă a sculelor aşchietoare este principala problemă cu care se confruntă industria constructoare de maşini, apreciindu-se pe bună dreptate că rezolvarea ei inclusiv prin urmărirea amănunţită în exploatare a sculelor ar micşora la jumătate consumul de scule.

Dezvoltarea actuală a industriei constructoare de maşini impune în domeniul sculelor aşchietoare unele tendinţe prioritare, prezentate în continuare.

În domeniul proiectării se detaşează tendinţe legate de raţionalizarea acesteia şi de optimizarea sortimentelor tipodimensionale de scule. Acestea sunt:

1. definirea şi standardizarea noţiunilor de capacitate de aşchiere a sculelor aşchietoare, de prelucrabilitate a materialelor şi de capacitate de lucru a maşinilor unelte, şi explicitarea interconexiunilor dintre ele;

2. mărirea capacităţii de aşchiere a sculelor prin introducerea materialelor noi şi a formelor constructive noi;

3. raţionalizarea condiţiilor de exploatare a sculelor;4. elaborarea de programe ample pentru proiectarea asistată a sculelor, inclusiv cu

elaborarea automată a desenelor de ansamblu şi de execuţie;5. economisirea de material de scule deficitar şi scump cu materiale mai ieftine şi

mai uşor de procurat;6. folosirea pe scară largă a sculelor asamblate cu plăcuţe demontabile

schimbabile;7. proiectarea şi extinderea de noi tipuri de scule, care să permită mărirea

productivităţii aşchierii; în acest sens amintim înlocuirea sculelor cu un tăiş cu scule cu mai multe tăişuri, utilizarea sculelor combinate, mărirea lungimii tăişurilor active, crearea de scule cu amortizare mare şi altele;

8. Limitarea varietăţii constructive şi a sortimentelor dimensionale prin standardizare şi normalizare.

În domeniul tehnologiei de fabricaţie tendinţele mai importante care se manifestă sunt:

1. extinderea procedeelor de obţinere a semifabricatelor prin turnare şi prin deformare plastică (forjare, matriţare, laminare) în scopul micşorării adaosurilor de prelucrare şi al consumului de material de scule;

2. extinderea procedeelor moderne de lipire a plăcuţelor pe corpul sculelor (CIF);3. extinderea procedeelor noi de ascuţire şi netezire a sculelor aşchietoare;4. extinderea procedeelor moderne de tratament termic, termochimic şi de îmbu-

nătăţire a stratului superficial.În domeniul exploatării sculelor cele mai importante tendinţe sunt:1. imprimarea în timpul lucrului a unui regim de vibraţii ultrasonore cu frecvenţe

în domeniul 17…20 kHz şi amplitudini în jurul valorii de 10 m;2. perfecţionarea procedeelor de răcire cu aer sau cu ceaţă şi îmbunătăţirea

compoziţiei lichidelor de răcire;3. aplicarea din ce în ce mai frecventă a prereglării sculelor în afara maşinii, în

vederea micşorării timpului de staţionare a acesteia; metoda este obligatorie în cazul maşinilor unelte cu comandă numerică şi în cazul centrelor de prelucrare;

4. urmărirea stadiului de uzare al sculei prin monitorizarea funcţionării acesteia (diagnoza);

5. eliminarea operaţiilor de ascuţire prin folosirea sculelor cu plăcuţe care odată uzate se scot din funcţionare şi se înlocuiesc cu altele noi, fără a se deregla maşina-unealtă;

6. urmărirea completă a comportării sculei pe toată durata ei de viaţă;7. utilizarea de substanţe (sub formă de paste sau amestecate în lichidul de răcire)

care micşorează forţele de frezare între sculă şi aşchie şi între sculă şi suprafaţa prelucrată.