CUPRINS Capitolul 1. Stadiul actual al cercet?rilor privind prelucrarea prin strunjire cu viteze mari 1.1. Definirea no?iunii de vitez? mare de a?chiere ?i clasificarea procedeelor de prelucrare 1.2. For?a de a?chiere Capitolul 2. Analiza comparativ? ntre prelucr?rile clasice ?i strunjirea dur? cu viteze mari aplicate o?elurilor de rulment c?lite 2.1. Diferen?e privind ma?ina-unealt? utizat? n cazurile analizate 2.2. Concepte fundamentale asupra strunjirii cu viteze mari a o?elurilor aliate pentru rulmen?i Capitolul 3. Contribu?ii privind elaborarea metodologiei de cercetare 3.1. Stabilirea tipurilor de probe supuse cercet?rii 3.2. Materiale ?i echipamente folosite n cercetare: descriere utilaje de prelucrare, echipamente de laborator 3.3. Metode de control ?i verific?ri folosite; metodologia de cercetare utilizat? Capitolul 4. Contribu?ii n domeniul cercet?rilor experimentale privind prelucare prin strunjire a elementelor de rulmen?i 4.1. Contribu?ii privind crearea bazei de date comparative pentru opera?iile de strunjire dur? versus opera?iile de rectificare 4.2. Contribu?ii privind analiza tipurilor de defecte existente ?i ponderea lor 4.3. Contribu?ii experimentale ob?inute n urma analizelor efectuate. Rezultate experimentale ob?inute, analiza ?i interpretarea lor Bibliografie Introducere Dezvoltarea ?i evolu?ia fireasc? a proceselor de prelucrare plecnd de la viteze de a?chiere 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 condi?iilor lor de desf??urare, a nivelului regimurilor de lucru. Necesitatea de a ameliora condi?iile economice ?i tehnice ale procesului de a?chiere n general, cumulat? cu cererile tot mai stringente pe plan mondial n ultimii ani n domeniul aeronauticii, care utilizeaz? materiale cu propriet??i superioare din punct de vedere mecanic (n special aliaje metalice), a impus ?i o metod? nou? de prelucrare, cunoscut? sub numele de "a?chiere cu vitez? mare" ( HSM ). La viteze mai mari de lucru ns? toate fenomenele fizice ale procesului de a?chiere sunt esen?ial modificate ?i mai pu?in studiate. A ap?rut astfel necesitatea continu?rii cercet?rilor teoretice ?i experimentale efectuate n decursul anilor pentru viteze mici de a?chiere ?i pentru viteze mai mari. Eforturile de ra?ionalizare ntreprinse n ultimii 10 - 20 de ani, constante ?i totdeauna de actualitate, au fost concentrate spre reducerea timpilor neproductivi ?i cre?terea productivit??ii prin intensificarea parametrilor regimului de lucru. ntre ace?tia pot fi men?iona?i adncimea de a?chiere (t), avansul de a?chiere (s) ?i viteza principal? de a?chiere (v), care determin? ?i volumul " V " de material ndep?rtat n unitatea de timp, conform rela?iei (1) . V = t*s*v Posibilit??ile de m?rire a volumului de material ndep?rtat rezult? din extremizarea rela?iei (1) n raport cu calitatea suprafe?ei, precizia impus?, durabilitatea sculelor, for?a de strngere exersat? de dispozitivele de fixare de pe ma?inile unelte, etc . Sunt utilizate dou? solu?ii [6] : ? cre?terea sec?iunii a?chiei cnd viteza este destul de ridicat?; ? cre?terea vitezei de a?chiere . Cre?terea sec?iunii a?chiei conduce la o cre?tere propor?ional? a for?ei de a?chiere, ceea ce nu este convenabil mai ales atunci cnd viteza are valori foarte ridicate. A doua solu?ie, respectiv de cre?tere a vitezei de a?chiere, pentru m?rirea rentabilit??ii procesului, a fost totdeauna o preocupare constant? a speciali?tilor din domeniul prlucr?rilor prin a?chiere. Cre?terea vitezei are o influen?? invers?, ntruct se reduce nivelul for?elor de a?chiere, 4 se amelioreaz? calitatea suprafe?elor prelucrate ?i se mbun?t??e?te fragmentarea natural? a a?chiilor, etc. n aceast? direc?ie, ast?zi mai mult dect ieri ?i mai pu?in dect mine, tehnica a?chierii cu mare vitez? este recunoscut? ca una din tehnologiile de prelucrare cheie pentru ob?inerea unei productivit??i m?rite ?i a unei precizii performante de fabrica?ie. Apari?ia ei, al?turi de alte metode neconven?ionale de prelucrare ca: prelucrarea ultrasonic?, prelucrarea cu scnteie electric?, prelucrarea electrochimic? sau cu laser, este legat? de necesitatea ce a ap?rut vizavide cererile tot mai stringente de prelucrare a materialelor cu coeficientul rezisten?? / greutate foarte ridicat. Dac? pentru celelalte metode de prelucrare neconven?ionale s-au stabilit deja cteva condi?ii de aplicare, pentru a?chierea cu viteze mari concluziile sunt mai pu?in concludente. Din acest motiv aceast? tehnologie, sau mai exact a?chierea cu viteze mari este n aten?ia inginerilor ?i cercet?torilor n ultimii ani. n scopul acceler?rii cercet?rilor n acest domeniu n ??rile cu mare tradi?ie industrial? ca SUA, fosta URSS, Fran?a, Germania, Japonia, Italia, Cehia s-au creat asocia?ii de studiu formate din universit??i grupate cu parteneri industriali [64, 87], sau chiar s-au elaborat programe na?ionale pentru a stabili un limbaj comun la acest subiect [40,87]. Au fost vizate aspectele constructive legate de ma?inile unelte pentru prelucrarea cu mare vitez?, durabilitatea sculelor ?i condi?iile de desf??urare a acestor procese [ 64, 70, 87, 90]. La noi n ?ar? asfel de cercet?ri se afl? n stadii incipiente, ca urmare studiile ?i lucr?rile publicate relativ la aceast? nou? tehnologie sunt reduse ca num?r ?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 a?chiere cu vitez? mare, constituie baza ?i motiva?ia acestei lucr?ri. CAPITOLUL 1 Stadiul actual al cercet?rilor privind prelucrarea prin strunjire cu viteze mari 1.1. Definirea no?iunii de vitez? mare de a?chiere ?i clasificarea procedeelor de prelucrare 1.1.1. Istoric despre a?chierea cu mare vitez? Lucr?rile analizate [5] au reliefat faptul c? tehnica modern? solicit? prelucrarea cu vitez? mare (rapid?) ?i chiar foarte mare (ultrarapid?) a metalelor, tehnologiile actuale nemaifiind satisf?c?toare n unele privin?e. Ideea sporirii productivit??ii procesului de a?chiere prin m?rirea vitezei de la unit??i ?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 ar?tat? evolu?ia n timp a acestei tehnici [127], de unde se constat? c? dezvoltarea proceselor de a?chiere cu mare vitez? a cunoscut cteva etape istorice n func?ie de evolu?ia cuno?tin?elor legate de elementele ce sunt implicate n mecanismul de a?chiere. Ele sunt legate deopotriv? de rezultatele nregistrate n construc?ia ma?inilor unelte Fig.1.1. Evolu?ia cercet?rilor privind prelucrarea cu viteze mari [127] n ceea ce prive?te puterea, tura?ia ?i avansul maxim de care sunt capabile ?i de performan?ele 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 a?chierea cu mare vitez? au fost realizate de Salomon, n 1931, care sublinia pentru prima dat? interesul experimental n aceast? direc?ie, avertiznd totodat? c? m?rirea vitezei d? o cre?tere propor?ional? a temperaturii ?i uzurii sculei ?i c? pot apare din aceste motive fenomene secundare n zona de a?chiere. Acela?i lucru a fost subliniat ?i de inginerii sovietici care lucrau n uzinile din Leningrad, n anul 1932, iar mai trziu n lucr?rile 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 par?ial rezultatele lui Salomon ?i introduceau conceptul de a?chiere adiabatic?. n 1972, Arndt a confirmat concluziile lui Vaughn ?i Recht indicnd c? odat? cu cre?terea vitezei, a?chia exercit? asupra sculei o for?? de iner?ie propor?ional? cu p?tratul vitezei, ceea ce poate compensa rezisten?a la tensiunea dinamic? de alunecare, sumat? cu o plasticitate ridicat?. Din 1970, cercet?rile despre a?chierea cu mare vitez? cap?t? o nou? impulsionare, astfel c? n SUA n laboratoarele NASA ap?reau noi rezultate, r?mase secrete pn? n 1980. n cursul acestui an ele au devenit publice permi?nd aplicarea lor n industria de ma?ini unelte [87]. Dup? 1980 sunt de asemenea semnalate cercet?ri ?i n alte ??ri ca Fran?a, Japonia, Italia, Germania, Cehoslovacia, etc. [64, 96]. Astfel n 1980, la expozi?ia din Chicago, apoi n 1983 la Paris ?i mai trziu n alte ora?e ap?reau 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 tura?ii ?i avansuri. La sfr?itul anului 1984, n Germania, 18 firme industriale ?i ?coala Superioar? din Darmstadt lucreaz? pentru perfec?ionarea tehnologiilor HSM n cazul frez?rii. n decembrie 1988, cu ocazia simpozionului ?inut n acela?i ora?, s-a constituit un "cerc de informa?ii", grupnd 25 de firme care schimb? rezultatele ob?inute n acest domeniu [87]. Constructorul francez Realmeca propune constituirea de centre de fabrica?ie bazate pe a?chierea cu mare vitez?, de mici ?i medii capacit??i, ?i astfel n 1991, 9 parteneri industriali (grupul PSA Peugeot, Citroen ?i Renault pentru industria de automobile, Aerospa?iale, Dassault-Aviation ?i SNECMA pentru industria aeronautic?, Bisard Machines-outils, Precise-France ?i Renault Automatisation n calitate de constructori de ma?ini ?i arbori principali), patru laboratoare universitare (?coal? Central? din Nantes, Universitatea din Metz ?i Universitatea din Tulon et du Var ?i n sfr?it INSA din Lyon) ?i centrul na?ional francez de studii tehnologice CETIM s-au asociat pentru studierea procedeelor de a?chiere cu mare ?i foarte mare vitez? ?i 7 stabilirea de caiete de sarcini necesare pentru aplicarea lor n practic? [40]. n Romnia primele lucr?ri relative la aceste aspecte au nceput s? apar? dup? anul 1970. 1.1.3. Definirea no?iunii de vitez? mare Gamele vitezelor de a?chiere ?i de avans utilizate la testarea sau a?chierea cu scule metalice a ctorva materiale rezult? din clasific?rile 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 acelea?i, 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 c?tre scul?, materialul prelucrat ?i metoda de prelucrare, f?r? 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 defini?iile deja formulate ?i de al?i autori [4] se poate formula urm?toarea defini?ie: Fig. 1.3 . Gamele vitezelor de a?chiere ?i de avans n func?ie de materialul prelucrat [117]: a - material prelucrat - viteza principal? de a?chiere; b - tura?ia n - viteza de avans; c - viteza de avans - viteza principal? de a?chiere 8 A?chierea cu vitez? mare este o opera?ie de ndep?rtare de material cu viteze de a?chiere care, pentru un material dat, sunt de dou? pn? la cinci ori mai ridicate dect cele conven?ionale utilizate pentru acela?i material. Asemenea viteze de a?chiere antreneaz? temperaturi care, n planul de forfecare, sunt suficient de ridicate pentru ca propriet??ile mecanice ale materialelor a?chiate s? fie diminuate, f?cnd astfel ca unele concluzii cunoscute despre procesul de a?chiere s? nu mai fie concludente [6]. Pentru o?el, de exemplu, n baza celor prezentate n tabelul 1.2, n figurile 1.2, 1.3 ?i lucrarea [4] rezult? c? viteza mare de a?chiere, n momentul actual, nseamn? viteze din intervalul 250 - 2000 m/min ?i avansuri cuprinse ntre 1,5 ?i 6 mm. Studiile consacrate fenomenelor care nso?esc procesul de a?chiere n acest domeniu de viteze sunt adesea insuficiente sau contradictorii, nepermi?nd tragerea unor concluzii unanim acceptate ?i cu aplicabilitate general? n proiectarea constructiv? ?i tehnologic?. Ast?zi este unanim acceptat c? procesele de a?chiere n general, dar mai ales cele cu viteze mari, sunt influen?ate de temperatura ?i frecarea din zona de a?chiere ?i c? pentru o mai bun? n?elegere a acestor aspecte trebuie studiat? fizica acestui proces [143]. n acest gen de preocup?ri se ncadreaz? ?i prezenta lucrare. 1.1.4. Motiva?ii ale a?chierii cu vitez? mare Cre?terea productivit??ii prin cre?terea vitezei a fost impus? de progresele teoriei a?chierii ?i de cele din domenii aflate n rela?ie direct? cu procesul de a?chiere. n consecin?? viteza mare a fost impus? prin: - apari?ia comenzii electronice, totdeauna mai perfec?ionat? ?i mai pu?in scump? dect comanda tradi?ional?; - apari?ia ma?inilor cu comand? numeric? de mare flexibilitate tehnologic? ?i ideal? pentru fabricarea seriilor mici ?i medii de piese; - necesitatea rentabiliz?rii produc?iei; - necesitatea unor timpi de fabrica?ie redu?i; - nevoia unei calit??i superioare pentru suprafe?ele prelucrate; - nevoia mic?or?rii stocurilor de piese; - nevoia reducerii timpului de stocare a mijloacelor circulante pe perioada ct are loc fabrica?ia. 1.1.5. Aplicarea tehnologiei pe scar? industrial? Principalele motive invocate pentru a da r?spuns la aceast? ntrebare sunt: frica utilizatorilor (legat? de securitatea procesului) ?i lipsa datelor tehnico-economice. Dou? ramuri 9 cheie, (proiectarea ?i construc?ia de ma?ini-unelte) nu sunt suficient de preg?tite pentru realizarea echipamentului necesar acestor scopuri, care s? corespund? a?chierii cu viteze mari. n sfr?it nu trebuie sc?pat? din vedere ignoran?a manifestat? o bun? bucat? de timp relativ la studierea acestei tehnologii ?i protec?ia rezultatelor ob?inute care n-a u?urat ntotdeauna dialogul dintre cercetare ?i industrie. A?a se face c?, n momentul actual, exist? nc? pu?ine informa?ii despre echipamentele specifice ale ma?inilor pentru a?chierea cu vitez? mare (legat de supravegherea procesului, de proces n sine, evacuarea a?chiei, protec?ie, etc.), despre utilizarea lor (scule a?chietoare, port-scule), despre parametrii de utilizare ?i despre influen?a a?chierii cu vitez? mare asupra gamei de fabrica?ie ?i asupra calit??ii suprafe?elor realizate. Cercet?rile efectuate pn? n prezent asupra ctorva procedee de prelucrare rapid? (strunjire, frezare, rectificare) au dus la concluzia c? pn? n momentul de fa?? utilizatorii poten?iali r?mn n continuare sceptici la experimentarea acestei tehnologii, ea fiind posibil? numai pe standuri ?i dispozitive de ncercare a for?ei de a?chiere. n ultimul timp apare frecvent necesitatea optimiz?rii procesului de a?chiere n raport cu valorile minime ale for?elor de a?chiere. Acest lucru avantajeaz? solicitarea mecano-termic? a sistemelor tehnologice, consumul de energie ?i scule a?chietoare, iar la ma?inile unelte de tura?ie mare, favorizeaz? introducerea sistemelor adaptive de comand? n func?ie de for??. Realizarea acestor deziderate este posibil? prin cunoa?terea structurii rezisten?elor ?i for?elor de a?chiere, modul de realizare ?i dependen?a lor de materialele ce vin n contact, regimul de lucru, geometria sculei ?i mediul de a?chiere. CAPITOLUL 2 Analiza comparativ? ntre prelucr?rile clasice ?i strunjirea dur? cu viteze mari aplicate o?elurilor de rulment c?lite 2.1. Diferen?e privind ma?ina-unealt? utizat? n cazurile analizate Strunjirea face parte din categoria prelucr?rilor cu geometrie regulat? ?i este cea mai utilizat? prelucrare n domeniu, prelucrndu-se de regul? piese de revolu?ie. Principala mi?care de a?chiere este executat? de c?tre semifabricat, mi?carea de avans fiind executat? de scul?, n ambele cazuri mi?c?rile fiind continue. n construc?ia de ma?ini piesele care con?in suprafe?e de revolu?ie au o pondere nsemnat?, cele mai caracteristice fiind arborii ?i buc?ele, fapt care justific? r?spndirea pe care o au n prezent prelucr?rile prin strunjire. Prin opera?ii de strunjire 10 se pot prelucra suprafe?e cilindrice ?i conice (exterioare ?i interioare), frontale, filete, etc., ca urmare a combin?rii mi?c?rii principale a semifabricatului cu mi?c?rile de avans longitudinal sau transversal ale cu?itului. Utilizarea de dispozitive speciale permite ?i strunjirea altor forme de suprafe?e de revolu?ie. Astfel, este posibil? prelucrarea suprafe?elor sferice, dac? mi?carea de avans a sculei se realizeaz? pe o traiectorie circular?, sau a suprafe?elor profilate prin deplasarea simultan? a cu?itului pe direc?ie longitudinal? ?i transversal?, rezultnd o traiectorie corespunz?toare profilului piesei. Pe strung se mai pot prelucra ?i corpuri care nu sunt de rota?ie dac?, se imprim? sculei cu ajutorul unor dipozitive speciale, pe lng? mi?care de avans longitudinal ?i o mi?care radial? efectuat? dup? o anumit? lege, ob?inndu-se astfel piese cu sec?iune oval?, p?trat? sau de alt? form?. Procedeul de prelucrare prin strunjire [35] este concretizat printr-o mare productivitate ceea ce a f?cut ca procedeul s? capete o larg? r?spndire. n plus, precizia de prelucrare este suficient de ridicat?, asfel nct pentru multe situa?ii, strunjirea poate constitui opera?ia final? de prelucrare. Caracteristica comun? a diferitelor procedee de strujire [126] este faptul c? la majoritatea acestora, scula ndep?rteaz? a?chii cu sec?iune constant?. n func?ie de m?rimea adaosului de prelucrare, piesele sunt realizate din una sau mai multe treceri. Ma?inile-unelte pe care se realizeaz? strunjirea sunt caracterizate de regul? prin cinematica relativ simpl? [35]. n majoritatea cazurilor prelucr?rile prin strunjire sunt de degro?are sau semifinisare urmnd ca finis?rile s? se realizeze prin rectificare. Ma?inile-unelte pe care se pot realiza aceste prelucr?ri sunt strungurile, construite ntr-o mare varietate de tipo-dimensiuni ?i anume [56, 99]: - Strunguri normale, caracterizate prin pozi?ia orizontal? a axului principal ?i prin universalitatea prelucr?rilor care se pot executa pe ele; - Strunguri frontale, destinate prelucr?rii pieselor cu dimensiuni mari (1000-4000 mm) ?i lungimi mici (ca de ex: volan?i, ro?i de curea, etc); - Strunguri carusel, caracterizate prin pozi?ia vertical? a arborelui principal ?i destinate de asemenea prelucr?rii pieselor cu diametre mari ?i lungimi mici; - Strunguri revolver, dotate cu un cap revolver avnd 6 - 8 pozi?ii pentru prinderea unui num?r egal de port-scule necesare prelucr?rii pieselor dintr-o singur? prindere; ele sunt destinate prelucr?rii pieselor din bar?, precum ?i semifabricatelor turnate sau forjate de dimensiuni mici (figura 2.1.); - Strunguri cu mai multe cu?ite, destinate prelucr?rii pieselor n produc?ia de serie ?i caracterizate de posibilitatea prelucr?rii simultane a mai multor suprafe?e; - Strunguri automate (monoaxe sau multiaxe) la care dup? reglare, prelucrarea pieselor se face complet f?r? interven?ia muncitorului; 11 - Strunguri semiautomate, la care prelucrarea se realizeaz? automatizat, cu excep?ia prinderii semifabricatului ?i desprinderii pieselor prelucrate, care sunt f?cute de muncitori; - Strunguri specializate, din grupa c?rora fac parte: strungurile de detalonare, strungurile pentru prelucrarea arborilor coti?i, pentru prelucrarea arborilor cu came, pentru decojirea barelor, etc.; - Strunguri cu comand? numeric?, prev?zute 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 func?ionarea sa, strungul re?ine o bucat? de material ntre dou? suporturi rigide numite centre, sau de c?tre un alt dispozitiv, cum ar fi o mandrin? sau platou care se rote?te, aproximativ, pe linia de centru a strungului. Strungul prezentat n figura de mai jos este un exemplu tipic. Strungul, n componen?a sa cuprinde [120]: - batiu; suport motor; tav?; instala?ia de ungere; pompa de ungere; bare de conducere; suport de bare; instala?ia de r?cire; papu?a fix?; cutia de avansuri ?i filete; ro?i de schimb; s?nii; c?rucior; papu?a mobil?; ecran de protec?ie; t?bli?e; instala?ia electric?; accesorii; luneta mobil?; luneta fix?. Fig. 2.1. Strunguri revolver [120] Ma?inile-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 instruc?iuni (denumite ?i linii sau blocuri). Fiecare linie con?ine informa?ii 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 comunica?ie ?.a. 12 Ma?inile-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 ma?ini, mai ales n varianta includerii lor n sisteme tehnologice de fabrica?ie asistat? de calculator. n principal, beneficiile utiliz?rii ma?inilor cu comand? numeric? sunt urm?toarele [120]: - reglarea mai rapid? a sistemului tehnologic; - timp mai redus de alimentare a postului de lucru; - cre?terea preciziei ?i a repetabilit??ii; - posibilitatea realiz?rii formelor complexe; - simplificarea sistemului de scule; - reducerea timpului de prelucrare. n figura 2.2. sunt prezentate p?r?ile constructive principale ale strungului CNC, mpreun? cu echipamentul de comand?. Fig. 2.2. Strung CNC [120] Batiul 8, de tipul batiu nclinat, sus?ine n partea stnga papu?a fix? 10, n a c?rei universal hidraulic 11 se prinde piesa 12 pentru prelucrare, iar n partea dreapta suportul de lucru ?i p?pu?a 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 prelucr?rii. n vederea elimin?rii a?chiilor care rezult? din procesul de a?chiere, ma?ina este dotat? cu un transportor de ?pan 7; strungul este comandat de echipamentul de comand? numeric? 9; ap?r?toarea ma?inii 2 protejeaz? operatorul mpotriva accident?rilor. 13 Pentru a putea utiliza ma?ina n condi?ii 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 ma?inii, diagramele de putere func?ie de tura?ia motorului, diagramele for?elor de strngere cu vrful p?pu?ii mobile, posibili??ile de nc?rcare ale ma?inii func?ie de sculele montate n capul revolver (diametre maxime prelucrabile), precum ?i tabelul cu masele maxime prelucrabile pe ma?in?. 2.1.1. Principalele condi?ii 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 condi?ii de lucru adecvate [124]. Rezultate conving?toare n acest domeniu s-au ob?inut spre sfr?itul secolului XX, ca urmare a apari?iei unor noi materiale pentru sculele a?chietoare, ct ?i ma?ini unelte capabile s? pun? n valoare performan?ele acestora [34, 42, 83, 116,150, 152]. Scula a?chietoare este factorul determinant n reu?ita prelucr?rii prin a?chiere a materialelor dure, care fa?? de sculele strunjirii clasice prezint? unele particularit??i n ceea ce prive?te partea activ?, dar ?i geometria acesteia. Principalele cerin?e impuse materialului sculei a?chietoare, n cazul strunjirii cu viteze mari a materialelor dure, sunt: - tenacitatea; - rezisten?a la compresiune; - rezisten?a la ncovoiere; - rezisten?a la uzur?; - rezisten?a la ?ocuri termice; - stabilitatea chimic?. O serie de cercet?ri efectuate de diferite companii produc?toare de scule a?chietoare 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 particularit??i ale geometriei sculelor a?chietoare pentru prelucrarea cu viteze mari a materialelor dure sunt cauzate att de propriet??ile materialelor a?chietoare ca comportarea mai bun? la solicit?rile de compresiune dect cele de ncovoiere ?i fragilitatea ridicat? [124] dar f?r? a exclude solicit?rile mari, mecanice ?i termice n special, la care este supus? partea a?chietoare a sculei n timpul prelucr?rii. De aceea n cazul strunjirii cu viteze mari a materialelor dure se utilizeaz? frecvent scule a?chietoare cu unghiuri de degajare negative ?i unghiuri de ascu?ire de 90 sau chiar mai mari dect acesta [124]. Pentru realizarea unei rigidit??i mari sunt preferate cu?itele de strung robuste, chiar cu sec?iunea transversal? supradimensionat? [124]. 14 Dup? efectuarea acestor analize, asupra sculei a?chietoare, ntruct s-a dovedit c? fragilitatea materialului sculei a?chietoare este definitorie precum ?i precizia ridicat? ce urmeaz? a fi realizat?, fac necesar? utilizarea unor ma?ini-unelte performante, ale c?ror caracteristici principale pot fi clasificate astfel [31, 115, 139]: - stabilitate ?i rigiditate mare; - rezerv? de putere suficient?; - precizie ridicat?; - tura?ie disponibil? mare; - gam? de avansuri corespunz?toare aplica?iei; - diferite sisteme de control a parametrilor specifici prelucr?rii; - s? fie prev?zut? cu comand? numeric?; - sisteme performante care s? permit? o bun? evacuarea a a?chiilor; - r?cire-ungere corespunz?toare zonei de a?chiere. 2.2. Concepte fundamentale asupra strunjirii cu viteze mari a o?elurilor c?lite pentru rulmen?i 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 oportunit??i pentru a reduce costurile ?i a mbun?t??i 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 opera?ii conven?ionale de rectificare ale o?elurilor c?lite. Prin utilizarea prelucr?rii prin strunjire dur? a pieselor, se pot ob?ine valori ale rugozit??ii suprafe?ei, care sunt, n anumite condi?ii, egale sau chiar mai bune dect rugozitatea suprafe?ei ob?inute 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 produc?torii, deoarece acest proces este posibil, f?r? a utiliza lubrifiant. Acest proces permite produc?torilor s? creasc? calitatea produselor ?i eficien?a, n acela?i timp reducndu-se costurile ?i timpul de procesare. Strunjirea cu viteze mari a materialelor dure este definit? ca procesul de a?chiere avnd un singur punct de t?iere la piese ce au valori ale durit??ii 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 produc?torilor s? prelucreze materiale tratate termic, calitatea acestora dovedindu-se 15 foarte bun?, nemaifiind necesar? prelucrarea acestor piese prin rectificare, chiar ?i pentru opera?ia de finisare. Produc?torii de componente prelucrate ?i produse fabricate sunt adesea provoca?i de a reducere costurile, de a mbun?t??i calitatea ?i a reduce timpul de prelucrare, n scopul de a r?mne competitivi. Acest proces permite produc?torilor s? creasc? calitatea produselor ?i eficien?a, 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 rulmen?ilor, piese auto ?i hidraulice [67]. Strunjirea dur? este, de asemenea, foarte atractiv? pentru produc?tori, deoarece acest proces este posibil, f?r? utilizarea de lichide de r?cire 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 preg?tire, adic? rectificare de degro?are ?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 ndep?rtare a adaosului de prelucrare este de la 4 pn? la 6 ori mai mare dect la opera?iile echivalente de rectificare; - Mai multe opera?ii pot fi executate cu o singur? scul?; - Situa?ia n care toleran?a suprafe?elor variaz? ntre 0,0001 ?i 0,0004 mm este foarte frecvent?; - Poate prelucra un contur complex; - Investi?ii mici de capital. Fig. 2.3. Compara?ia 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 sc?zut?, acest lucru se datoreaz? faptului c? are influen?? nefast? asupra microstructurii suprafe?ei prelucrate, prin generarea, de nedorit, n zona suprafe?ei c?lite, a for?elor reziduale ?i, de asemenea, din cauza sculelor foarte scumpe. Cu toate acestea n stratul cu tensiuni reziduale format, apar dou? mari defecte prin prelucrarea suprafe?ei prin strunjire dur?. Stratul astfel format este considerat a fi n detrimentul performan?elor din trecut ?i poate efecta performan?ele sale tribologice, rezisten?a la coroziune ?i durata de via??. Caracteristicile profilului for?elor reziduale, incluznd att m?rimea ct ?i direc?ia n adncime sub suprafa?a piesei prelucrate sunt cunoscute a afecta semnificativ durata de via?? a pieselor fabricate. 2.2.4. Scurt? compara?ie ntre strunjirea dur? ?i rectificarea suprafe?elor Strunjire dur? versus Rectificare Comparativ cu opera?ia de rectificare, procesul de strunjire dur? la aproape toate tipurile de piese, indiferent de form?, reduce costurile de produc?ie prin execu?ia mai multor suprafe?e dintr-o singur? prindere, necesit? perioade mai scurte de schimbare a sculei a?chietoare, 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 rectific?rii [72]. Prin selectarea unui regim de lucru adecvat, att rectificarea ct ?i strunjirea dur? sunt capabile s? produc? piese cu suprafe?e finisate foarte bune. Cu toate acestea, la alte caracteristicii ale suprafe?ei prelucrate, cum ar fi duritatea, microstructura, for?ele reziduale, pot exista diferen?e semnificative ntre cele dou? metode de prelucrare [54]. Chiar dac? pentru strunjirea dur? se utilizeaz? adncimi mici ?i avansuri de lucru mici, gradul de ndep?rtare a adaosului de prelucrare, n cazul strunjirii dure, este mult mai mare dect la rectificare, n foarte multe aplica?ii [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 ro?i din?ate 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 lubrifian?ii [71]. n afar? de sc?derea timpului de prelucrare, mai poate fi observat? o sc?dere a num?rului de ma?ini-unelte ca rezultat al cre?terii flexibilit??ii procesului de strujire dur? comparat cu cel de rectificare [67]. 17 Tabelul 2.1. Compara?ie ntre opera?iile de strujire dur? ?i rectificare [67] Nr. Descriere Strunjire dura Rectificare 1. Gradul de indepartare a adaosului de prelucrare 150-500 mm3/min 10-60 mm3/min 2. Flexibilitate Foarte flexibil Flexibilitate mic? 3. Procesul de a?chiere Stabil Tendinta spre vibra?ii 4. Rugozitatea suprafe?ei Ra = 0,2 m Ra mai mica de 0,2 m 5. Timpul de preg?tire a ma?inii Mic Mare 6. Ecologic Se poate procesa ?i f?r? lichid de r?cire-ungere Nu se poate procesa f?r? lichid de r?cire-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 adev?rat n cazul ma?inilor-unelte care au un nalt nivel de rigiditate dinamic? unde precizia de prelucrare este esen?ial?. Strunjirea dur? este o tehnologie interesant? ce ofer? mai multe avantaje n compara?ie cu rectificarea, care r?mne procesul standard de finisare ?i superfinisare a suprafe?elor c?lite. Chiar dac? strunjirea dur?, nu este o alternativ? pentru toate opera?iile de rectificare, poten?ialele economii se pot deduce din reducerea timpului de preg?tire, cre?terea 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 a?chietoare utilizate n procesul de strunjire dur?, r?mne un mare obstacol n implementarea acestei tehnologii. Cu pu?in ajutor alegerea unei aplica?ii corecte, ma?ina ideal? ?i scula a?chietoare perfect?, strunjirea dur? poate u?or mbun?t??i profitabilitatea chiar la aplica?ii unde varia?ia toleran?ei este foarte strns?. 2.2.5. Scurt? apreciere privind stadiul actual al preocup?rii societ??ii comerciale privind utilizarea strunjirii dure ntreprinderea de Rulmen?i Brlad a fost realizat? n baza unei investi?ii din fondurile centralizate ale statului, aprobata prin HCM nr. 323/28.03.1951, anul 1951 marcnd nceputul construirii primelor obiective de investi?ii, puse n func?iune n anul 1953, la o capacitate de 1000 mii buc??i rulmen?i/an. Activitatea ntreprinderii ncepnd cu anul 1953 s-a desf??urat n direc?ia termin?rii ?i finis?rii construc?iilor, a amplas?rii utilajelor, definitiv?rii procesului tehnologic de fabricare a rulmen?ilor, de organizare a produc?iei ?i de calific?ri de cadre necesare fabrica?iei. Din anul 1953 ntreprinderea ncepe executarea rulmen?ilor concomitent cu m?surile de mbun?t??ire ?i de definitivare a procesului de fabrica?ie a rulmen?ilor. Dotarea ini?ial? a ntreprinderii a fost f?cut? cu utilaje din fosta URSS, pe parcursul etapelor achizi?ionndu-se ma?ini / echipamente moderne pentru fabrica?ia de rulmen?i, de la firme consacrate n domeniu: ma?ini 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; instala?ie de nc?lzire prin induc?ie cu convertizori statici de la firma ELPHIAC Belgia; prese pentru deformare plastic? la rece role de la firma SAKAMURA Japonia; ma?ini 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; ma?in? de marcat rulmen?i, 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 re?elei de conectare. n martie 2000, S.C. RULMEN?I S.A. Brlad s-a privatizat, cnd pachetul majoritar de ac?iuni a fost preluat de c?tre KOMBASSAN INSAAT TARIMIE SANAYII ISLETMELERI TICARET AS din Turcia. Modul de ndeplinire a obliga?iilor contractuale asumate de cump?r?tor a fost monitorizat de c?tre vnz?tor (F.P.S., devenit ulterior A.P.A.P.S., respectiv A.V.A.S) n perioada iunie 2000 (data prelu?rii efective a societ??ii) iunie 2005. Dup? privatizare s-a reluat procesul de retehnologizare a ntreprinderii prin dotarea acesteia cu utilaje moderne sau modernizarea celor existente. S-au achizi?ionat echipamente moderne de prelucrare a elementelor de rulmen?i, n special echipamente de rectificare, strunjire sau frezare cu CNC de la firme precum Okuma, Toyo, Taisei, etc. Investi?ii importante s-au f?cut n laboratoarele de m?sur?tori ?i ncerc?ri prin achizi?ionarea de echipamente de ultim? genera?ie (de exemplu de la firma Taylor Hobson) pentru m?sur?tori dimensionale complexe, m?sur?tori ale abaterilor de form? ?i pozi?ie (profile, rectiliniarit??i, abateri de la nclina?ie, rugozit??i, circularit??i, planeit??i, etc) Noile cerin?e ?i noile tipodimensiuni au dus la dezvoltarea unor noi tehnologii, noi metode de prelucrare a elementelor de rulmen?i 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 rulmen?i cu dimensiuni pn? la 1000 mm. Acest proces a fost nso?it de extinderea ponderii rulmen?ilor speciali n num?rul total de rulmen?i. Calitatea rulmen?ilor produ?i a crescut n mod continuu n decursul anilor, ntreprinderea producnd rulmen?i la cel mai nalt nivel calitativ, comparabili cu nivelul industriei mondiale de profil. Pentru cre?terea profitului ?i a beneficiilor s-a c?utat introducerea de noi tehnologii n procesul de fabrica?ie al inelelor de rulment. n prezent s-a implementat strunjirea dur? a inelelor de rulment cu sec?iune mic?, de dimensiuni mari nlocuind opera?iile complexe ?i costisitoare de rectificare. 19 CAPITOLUL 3 Contribu?ii privind elaborarea metodologiei de cercetare (metodologia general? de cercetare utilizat? pentru atingerea obiectivelor) 3.1. Stabilirea tipurilor de probe supuse cercet?rii n cazul cerecet?rilor, desf??urate n incinta S.C. Rulmen?i S.A. Brlad, am f?cut analize asupra strunjirii cu viteze mari a inelelor de rulment tratate termic. n cazul strujirii dure a inelelor de rulment, aceasta se execut? asupra suprafe?elor ce necesit? opera?ii de rectificare multiple de degro?are, semifinisare ?i finisare (rugozitatea suprafe?elor ce va fi luat? n considerare este cea rezultat? n urma opera?iilor de rectificare), sau aceea?i opera?ie executat? succesiv cauza fiind adaosul de strunjire prea mare sau deforma?iile cauzate de tratamentul termic secundar (torsiune). Strunjirea dur? cu vitez? mare ?i-a dovedit eficien?a att calitativ?, prin execu?ia suprafe?elor la un nivel de calitate corespunz?tor rectific?rii de finisare, ct ?i economic? prin utilizarea unui singur utilaj, reducnd astfel timpii de preg?tire-ncheiere la opera?iile respective, ct ?i la utilizarea unei game reduse de SDV-uri. Dup? analiza pe care am efectuat-o, n cadrul S.C. RULMEN?I S.A. am observat c? eficien?a este dovedit? n cazul rulmen?ilor cilindrici ?i oscilan?i 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 cel?lat tip de utilaj pentru a avea o imagine clar? asupra execu?iei acestui tip de opera?ie, fiind un pionerat n domeniul prelucr?rii inelelor de 20 rulment, n cazul societ??ii unde sa desf??urat analiza, att a suprafe?elor exterioare, a c?ilor de rulare (acestea fiind supra?ete mari de prelucrare), ct ?i a gulerelor laterale ?i interioare (suprafe?e foarte mici). Aceast? alegere am f?cut-o pentru a efectua o compara?ie ntre abaterile ce pot ap?rea pe diferite suprafe?e utiliznd varia?ii ale vitezei de rota?ie, ale avansului de lucru ?i adncimii de a?chiere. 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 Specifica?ii Capacitate Diametrul de strunjire mm ? 800-1000 Lungimea maxim? de strunjire mm 840 Greutatea piesei Kg 800 Diametrul maxim de rotire mm ? 1000 Papu?a fix? Diametrul frontal al bro?ei mm ? 200 Alezajul mm ? 115 raport 1/20 Gaura prin universal mm ? 110 Ac?ionare bro?? Num?rul treptelor de viteza Variabil? Tura?ia 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 Specifica?ii Capacitate Diametrul de strunjire mm ? 200-370 Lungimea maxim? de strunjire mm 530 Greutatea piesei Kg 520 Diametrul maxim de rotire mm ? 500 Papu?a fix? Diametrul frontal al bro?ei mm ? 150 Alezajul mm ? 80 raport 1/20 Gaura prin universal mm ? 76 Ac?ionare bro?? Num?rul treptelor de vitez? Variabil? Tura?ia la arborele principal RPM 35-3500 Aceste centre de prelucrare se utilizeaz? pentru diferite tipuri de inele de rulmen?i ?i opera?ii, n func?ie de capacitatea de prelucrarea a acestora. n cazul centrelor de prelucrare tip DOOSAN prelucrarea se face pe orizontal?, cu prinderea n buc?e 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 urm?toarele 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 cu?it 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 cu?it 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 m?sur?tori s-au folosit echipamentele din laboratorul de m?sur?tori (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 m?sur?tori 24 3.2.2.1.M?surarea profilelor suprafe?elor ?i a rugozit??ilor acestora Pentru m?surarea abaterilor de form? ale suprafe?elor (rectilinitate, abatere fa?? de un profil dat, abaterea fa?? de un arc de cerc, raz?, rugozit??i: 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. M?surarea abaterii de la circularitate a suprafe?elor de revolu?ie Pentru m?surarea 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 verific?ri folosite; metodologia de cercetare utilizat? Ca metode de control n societate se utiliz? inspec?ia 100% sau controlul prin e?antionare bazat pe AQL. Prin AQL ( Nivel de calitate acceptabil) se n?elege o limit? aleas? ntre ceea ce se consider? ca fiind o medie acceptabil? a produsului ?i ceea ce nu este acceptabil. E?antion este definit ca fiind unul sau mai multe produse prelevate aleatoriu din lot, care se analizeaz? la parametrii specifica?i ?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 e?antionare simpl? (Plan de e?antionare simpl? - plan de verificare a lotului care const? n prelevarea unui singur e?antion ?i este descris de trei numere: efectivul e?antionului, num?rul de acceptare ?i num?rul de respingere. Nivel de verificare (Nv) - caracteristica unui plan de verificare, aleas? aprioric, care stabile?te dependen?a dintre efectivul e?antionului ?i efectivul lotului. Num?r de acceptare (A) - valoarea maxim? a num?rului de defecte admise la un parametru, depistate ntr-un e?antion, astfel nct s? permit? luarea deciziei de acceptare a lotului. Num?r de respingere (R) - valoarea minim? a num?rului de defecte la un parametru, depistate ntr-un e?antion, 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 opera?ie executat? exist? plane de control care prev?d frecven?a de control n func?ie de capabilitatea utilajului. Pentru determinarea capabilit??ii [85] se calculeaz? mai nti abaterea medie p?tratic? pentru e?antionul prelevat. 1) (12_?????nxsnii x (3.1.) Unde: _x este media subgrupului , xi valorile individuale, n num?rul de piese din e?antion sau pentru ntreaga popula?ie NNii x ?? ??12) ( ?? (3.2.) Unde: ? reprezint? media popula?iei ?i N num?rul de piese din ntreaga popula?ie. 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 p?tratice 26 sT Tci sm???6 (3.3.) Formula de mai sus arat? o capabilitate a utilajului cm care nu depinde de pozi?ionarea valorii medii a e?antionului ? fa?? de cmpul de toleran?? ci doar de precizia utilajului, sau ct de precis e utilajul fa?? de toleran?a 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? ma?ina este etalonat? gre?it, 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 obi?nuit al pieselor. Toate caracteristicile de calitate, verificate, fiind rezultatul unui proces de fabrica?ie este cunoscut sub denumirea de popula?ie. Nu se poate confunda procesul cu popula?ia, deoarece popula?ia 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: ma?ina, materialul, manopera etc. E?antionul poate fi reprezentat de o pies? sau un grup restrns de piese, extrase n ordinea prelucr?rii. Num?rul de piese dintr-un e?antion, n general ntre 2........10 piese, reprezint? o frac?iune din num?rul total de piese extrase ntmpl?tor pentru control. Formarea e?antioanelor este o faz? de o importan?? major? n analiza proceselor de fabrica?ie. Kume [73] a demonstrat c? o formare gre?it? a e?antioanelor poate duce la o fi?? de control inutil?. nainte de culegerea datelor, trebuie s? se fixeze ce caracteristic? de calitate se urm?re?te n cadrul analizei procesului. Baron ?i Kume [23,73] ne propune respectarea unor condi?ii nainte de realizarea e?antioanelor : - procesul, din punct de vedere tehnic trebuie condus n condi?ii medii; - informa?iile culese ntr-o anumit? perioad? de timp vor fi grupate mpreun?; - e?antioanele vor fi create prin diferite modalit??i de grupare, realiznd variante pentru schimbarea num?rului 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 e?antionului; 27 La alegerea num?rului de piese din e?antion, Montgomery n [88, 89], ne propune s? ?inem seama de urm?toarele recomand?ri : - pentru cazul n care analiza calit??ii este costisitoare sau distructiv?, e?antionul va fi format din 23 piese; - n cazul unei analize deosebit de importante, volumul e?antionului va fi de 710 piese. O importan?? deosebit? se acord? aparatului cu care se face m?suratoarea. Este recomandat ca precizia acestuia s? fie de 10%......60% din toleran?a caracteristicii de calitate m?surat?. E?antionul extras, din num?r redus de piese, nu poate ilustra complet ?i corect desf??urarea procesului. Indicatorul e?antionului 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 s?u de varia?ie 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 obi?nuit, la o desf??urare normal? a procesului de fabrica?ie, limitele de control sunt stabilite n a?a fel nc?t probabilitatea dep??irii lor s? fie redus?. Dep??irea acestor limite este un semnal al apari?iei n proces a unui eveniment nedorit. Tot Baron [23] ne arat? c? intervalul de ncredere este cuprins ntre 3?. n practic?, pentru a m?ri siguran?a 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 e?antioanelor trebuie s? ?in? seama de modul de varia?ie a caracteristicii de calitate din interiorul fiec?rui e?antion. n vederea realiz?rii stabilit??ii 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 e?antioane. 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 fiec?rui e?antion, iar precizia cu o diagrama de tip R, reprezentnd amplitudinea (dispersia valorilor din e?antion). 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 opera?iilor 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 varia?ii minime ale sale. Un proces este controlat atunci cnd se cunosc intr?rile critice ?i cnd acestea sunt controlate. Controlarea ie?irilor procesului e de fapt o monitorizare a acestuia. Adev?ratul control al procesului const? n controlul inputurilor critice. Pentru a putea controla intr?rile critice ale procesului se ntocme?te un Plan de Control. Un plan de control este o list? a tuturor activit??ilor ce trebuiesc executate pentru a controla procesul. El va identifica ?i g?urile din sistemul de control al procesului. Scopurile unui plan de control sunt : - Institu?ionalizarea mbun?t??irilor procesului; - Eviden?ierea zonelor ce necesit? instruire sau cercetare suplimentar?; - De a reflecta strategia pe termen lung; - De a asigura un sumar al informa?iilor de control ale procesului. Un plan de control tipic ar trebui s? con?in? 4 zone distincte (figura 3.22) : - Date de identificare ale procesului; - Specifica?ii ale procesului, cerin?e ?i m?sur?tori; - Metoda de e?antionare pentru efectuarea m?sur?torilor; - Ac?iuni, decizii ?i documenta?ii 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 Men?ionez c? aceste metode de control vor fi aplicate mpreun? sau separat n cadrul controlului sau monitoriz?rii proceselor de prelucrare sau a proceselor de inspec?ie a elementelor de rulment. CAPITOLUL 4 Contribu?ii n domeniul cercet?rilor experimentale privind prelucare prin strunjire a elementelor de rulmen?i 4.1. Contribu?ii privind crearea bazei de date comparative pentru opera?iile de strunjire dur? versus opera?iile de rectificare Pentru realizarea acestei analize comparative mi-am propus s? analizez, n cadrul sec?iei Rectificare din S.C. Rulmen?i S.A. Brlad, opera?ia 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 opara?iei de finisare exterioar? la reperul 690824 inel exterior. Opera?ia de rectificare de finisare guler lateral se execut? pe ma?ina de rectificat MRG 350 iar cea de strunjire dur? se execut? pe ma?ina Puma 300. Opera?ia de finisare a diametrului exterior al inelului exterior se execut? n cazul rectific?rii pe ma?ina de rectificat f?r? centre de tip MA 3487, iar cea de strunjire dur? se execut? pe ma?ina OKUMA V80 rezultatele ob?inute fiind prezentate n figura 4.1. Fig. 4.1. Selec?ie din baza de date realizat? 4.2. Contribu?ii privind analiza tipurilor de defecte existente ?i ponderea lor Pentru studiul calit??ii suprafe?elor ob?inute n urma strunjirii dure s-au luat n calcul diver?i parametri calitativi drept indicatori ai calit??ii suprafe?elor prelucrate. Ace?ti parametri sunt : ? rugozit??ile Ra, Rz, Rt. 30 ? abaterea de la profilul dat al suprafe?ei Pt Pentru studiul influen?ei procesului de strunjire dur? la viteze mari asupra acestor parametri s-au organizat experimente constnd n test?ri ?i m?sur?tori n care ace?ti parametri men?iona?i sunt considera?i parametrii de ie?ire ai procesului sau experimentului; Parametrii de intrare ai procesului de strunjire dur? la viteze mari studia?i sunt : ? viteza de a?chiere Vc, ? avansul de lucru f, ? adncimea de a?chiere t, ? uzura fe?ei de a?ezare a placu?ei a?chietoare, ? unghiul de degajare a a?chiei, ? forma pl?cu?ei de a?chiere, ? tipul suprafe?ei strunjite (cilindric? interioar?, cilindric? exterioar?, plan?, profilat?). Deoarece am ales numero?i parametri de intrare ?i de ie?ire ai procesului, organizarea unui singur experiment care s? cuprind? to?i ace?ti parametri era foarte dificil? ?i cu rezultate improbabile datorit? combina?iei extrem de mari de factori. Ca urmare, pentru fiecare parametru de ie?ire am organizat experimente ?i m?sur?tori separate n care am studiat varia?ia acestor parametri n func?ie de combina?ia a doi dintr parametrii de intrare cei mai semnificativi. Experimentele s-au efectuat pentru strunjirea inelelor de rulmen?i din o?el 100 Cr c?lite ?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 f?cut cu programe software de prelucrare a datelor Minitab si Mathlab. De asemenea aceste rezultate s-au comparat ?i cu rezultatele ob?inute n urma prelucr?rii prin rectificare. Bazele de date ?i diagramele m?sur?torilor sunt anexate. n urma studiului influen?ei parametrilor de intrare ai procesului asupra calit??ii suprafe?ei prelucrate s-a putut optimiza parametrii de intrare ai procesului n vederea mbun?t??irii calit??ii suprafe?elor prelucrate. 4.2.1. Rugozitatea Ra ob?inut? la strunjirea dur? cu viteze mari a suprafe?elor cilindrice exterioare. Influen?a vitezei de a?chiere ?i a avansului de lucru n urma m?sur?torilor 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 a?chiere 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 cre?te rapid ?i relativ liniar odat? cu cre?terea avansului de lucru ?i este aproape constant?, cu o u?oar? tendin?? de sc?dere, odat? cu cre?terea vitezei de lucru. 31 1 140Ra[microni]0.20200.250.300.351000.15 Vc[m/min]800.200.25f[mm/rot]Rugozitatea Ra la prelucrarea prin strunjire duraSuprafete cilindrice exterioare Fig.4.2. Analiza rugozit??ii Ra raportat? la viteza ?i avansul de lucru 1 14020Ra[microni]0.200.2515 000.30Vc[m/min]0.350.1 800.200.25f[mm/rot]Rugozitatea Ra la prelucrarea prin strunjire duraSuprafete cilindrice exterioare Fig.4.3. Reprezentarea grafic? a datelor prelevate a Ra func?ie de viteza ?i avansul de lucru 32 f[mm/rot]Vc[m/min] 0.250 0.225 0.200 0.175 0.150130120110100908070Ra[microni]0.24 - 0.280.28 - 0.32> 0.32< 0.200.20 - 0.24Ra functie de viteza de aschiere si avans de lucru Fig.4.4. Analiza ponderii datelor prelevate a Ra func?ie de viteza ?i avansul de lucru Rugozitatea Ra ob?inut? la strunjirea dur? cu viteze mari a suprafe?elor cilindrice interioare ?i a suprafe?elor plane. Pentru a avea o imagine clar? asupra m?rimii rugozit??ii Ra, a calit??ii suprafe?ei n general, n func?ie de opera?ia de prelucrare, vom efectua o analiz? asupra mai multor metode de prelucrare prin strunjire dur? respectiv a strunjirii suprafe?elor plane, exterioare ?i interioare. 140120Ra_ext0.200.251000.30Vc[m/min]0.350.15 800.200.25f[mm/rot] Ra_ext vs Vc[m/min], f[mm/rot] Fig. 4.17. Analiza rugozit??ii Ra raportat? la avansul de lucru ?i viteza de lucru, a suprafe?elor exterioare 33 140120Ra_int0.200.240.281000.32Vc[m/min]0.15 800.200.25f[mm/rot]Surface Plot of Ra_int vs Vc[m/min], f[mm/rot] Fig. 4.18. Analiza rugozit??ii Ra raportat? la avansul de lucru ?i viteza de lucru, a suprafe?elor interioare 140120Ra_plan0.200.241000.28Vc[m/min]0.320.15 800.200.25f[mm/rot]Surface Plot of Ra_plan vs Vc[m/min], f[mm/rot] Fig. 4.19. Analiza rugozit??ii Ra raportat? la avansul de lucru ?i viteza de lucru, a suprafe?elor plane 34 DataRa_plan Ra_int Ra_ext0.350.300.250.200.15Comparatie intre rugozitatile Ra Fig. 4.20. Analiza mediilor datelor prelevate ?i a dispunerii acestora n cele trei cazuri Fig. 4.21. Analiza rugozit??ii Ra n cazul celor trei tipuri de prelucr?ri 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 prelucr?rile suprafe?elor interioare n raport cu datele prelevate n cazul celorlate tipuri de prelucr?ri. Compara?ii ntre Ra, Rz ?i Rt la strunjirea dur? Pentru a putea trage concluziile finale referitoare la parametrii de ie?ire ce vor fi mai departe supu?i analizei statistice, vom analiza comparativ datele prelevate pentru cele trei tipuri de rugozit??i. 35 Aceast? analiz? o vom prezenta att fa?? de principalii parametri ai regimului de a?chiere, rezulta?i din graficele prezentate anterior respectiv viteza de lucru, avansul de lucru ?i adncimea de a?chiere, ceilalti parametrii ca unghiul de degajare a cu?itului de strung ?i uzura sculei avnd o influe?? mic? asupra suprafe?ei prelucrate sau chiar nicio influent?. O alt? analiz? de determinare a rugozit??ii suprafe?ei va face compararea diferitelor date prelevate n cazul opera?iilor de rectificare ?i strunjire dur?, pentru determinarea eficien?ei alegerii opera?iei de strujire dur? n detrimentul opera?iei de rectificare. Fig. 4.35. Analiza comparativ? a rugozit??ilor Ra, Rz, Rt raportate la o adncime de a?chiere constant? Fig. 4.36. Analiza comparativ? a rugozit??ilor Ra, Rz, Rt raportate la un avans de lucru constant 36 Observ?m c? exist? potrivire, aproape perfect?, ntre forma graficului pentru Rz ?i Rt n ambele cazuri ?i mici diferen?e n cazul Ra. Tabelul 4.7. Tabel cu rezultate experimentale Comparnd rugozit??ile Ra ?i Rz n cazul rectific?rii ?i strunjirii dure se ob?in urm?toarele 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 m?surare a suprafe?ei, la strunjirea dur? rezult? o suprafa?? mai uniform? dect la rectificare. Acela?i lucru rezult? ?i dac? compar?m raportul dintre rugozit??ile Ra ?i Rz la rectificarea ?i la strunjirea dur? a suprafe?elor interioare a inelelor de rulment c?lite (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 m?surare suprafa?a rezultat? n urma strunjirii dure este mai uniform?. 4.3. Contribu?ii experimentale ob?inute n urma analizelor efectuate. Rezultate experimentale ob?inute, analiza ?i interpretarea lor Pentru analiza parametrilor regimului de a?chiere, ce influen?eaz? calitatea suprafe?ei ob?inute n urma strunjirii dure cu viteze mari, am ales drept parametru reprezentativ pentru calitatea suprafe?ei rugozitatea Ra a acesteia ?i vom studia influen?a parametrilor regimului de a?chiere asupra acesteia. Parametrii regimului de a?chiere, ce pot s? influen?eze rugozitatea suprafe?ei, i-am determinat n urma unei analize f?cute pe baza diagramei Ishikawa. RugozitateasuprafeteiRaMasuratoriMetodaMaterialMediuMuncitorMasinagrad uzuraalimentaredispozitiv prinderebatai radiale si axialevibratiiviteze reglabileajustarea fina aCNCrigiditatereglajdisciplinaexperientanivel calificareeliminare vaporieliminare spantemperaturatip racirepiesascularegim lucruCNC/ strung universalmanual/automatlaboratoretalonaparat de masurareglaj di spozitivreglaj cutitereglaj prinderereglaj parametriuzuraraza la varfunghi la varfunghi degajareunghi asezareprinderetip suporttip pastiladuritateabateri de formaabateri di mensionaleadinci me aschiereavansvitezaDiagrama 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 considera?i drept variabile ce nu pot fi exact m?surate (variabile tip zgomot), iar al?ii au fost considera?i ca fiind mai pu?in importanti ?i cu influen?? minor? asupra rezultatului final. Ca urmare am ales pentru testare numai parametri constan?i ?i strict controla?i: ? strung cu comanda numeric? tip PUMA 300, f?r? uzur?, f?r? b?t?i radiale ?i axiale (< 0,01 mm), f?r? vibra?ii; ? r?cire cu aer, temperatura mediului 17 C; ? cura?irea ?panului de c?tre muncitor de pe t?i?ul sculei dup? fiecare prelucrare ?i cur??irea ?panului de pe dispozitivul de prindere nainte de fixarea unei noi piese; alimentare manual? ? reper NU315E-10 pentru care ma?ina este foarte rigid? (reper foarte mic pentru dimensiunile ?i rigiditatea ma?inii); ? prindere pe membran? elastic?; ? m?sur?tori doar n laborator pe Talysurf, personal laborant supercalificat; ? strungar cu categoria 6, 5 ani experien?? n strunjire dur?, permanent supravegheat de c?tre conduc?torul experimentului; reglajele f?cute de c?tre acela?i muncitor pe toat? durata test?rii; ? aceea?i 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 ovalit??i de 0,5mm ale suprafe?ei de prelucrat ?i b?taie radial? 0.7 mm; ? tipul suportului depinde n primul rnd de tipul suprafe?ei strunjite (interior, exterior, plan?). Ace?ti parametri i-am considerat drept constan?i ?i invariabili n timpul test?rii, deci ei nu vor influen?a rezultatul final. n acord cu diagrama Ishikawa, ?innd seama de preciz?rile anterioare, au r?mas de testat influen?a urm?torilor parametri: 1. Adncimea de a?chiere; 2. Viteza de a?chiere; 3. Avansul de lucru; 4. Tip pastil?; 5. Uzura fa?? a?ezare; 6. Uzura fa?? degajare; 7. Unghi la vrf; 8. Unghi de degajare; 39 9. Unghi de a?ezare; 10. Raza la vrf; Pentru a determina care din ace?ti 10 parametri de intrare ai procesului de strunjire dur? cu viteze mari este parametru critic pentru calitatea suprafe?ei ob?inute vom testa statistic fiecare parametru n parte. Vom efectua un test pe mai multe piese la care tot regimul de a?chiere ?i condi?iile de a?chiere vor fi constante cu excep?ia parametrului studiat. Acesta va avea dou? sau trei valori, piesele ob?inute vor fi numerotate ?i m?surat? n laborator Ra pentru fiecare din ele. Apoi, se va face analiza statistic? a datelor ob?inute. Aceast? analiz? ne va indica dac? parametrul respectiv este sau nu critic pentru proces. Pentru analiza statistic? vom folosi metoda test?rii ipotezelor, cu ipotez? nul? ?i ipotez? alternativ?. Valoarea p-value calculat? de Minitab va fi cea care va indica ipoteza adev?rat?. Testarea statistic? a ipotezelor poate fi utilizat? pentru a r?spunde la ntreb?ri practice pe baza chestion?rii bazei de date. 1. Adncimea de a?chiere Cu acela?i 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 a?chiere de 0,1 mm, iar al doilea cu o adncime de a?chiere de 0,3mm. Cele 20 piese vor fi m?surate n laborator. Enun?ul ntreb?rii practice: Este rugozitatea Ra a suprafe?ei, strunjite dur, diferit? n func?ie de adncimea de a?chiere? 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? determin?m dac? cele dou? ?iruri de valori au o distribu?ie normal? sau nu. Vom folosi programul Minitab. Avnd n vedere cele men?ionate, rezult? n Minitab graficele din fig. 4.52 ?i 4.53. Ambele grafice au valori p-value 0,05 (consider?m nivelul semnificativ ? = 0,05), deci trebuie acceptat? ipoteza Ho, adic? cele 2 distribu?ii pentru date sunt distribu?ii normale. 40 a=0.1Percent 0.185 0.180 0.175 0.170 0.165 0.160 0.155999590807060504030201051Mean0.4020.17StDev 0.005774N 10AD 0.347P-ValueTest pt distributie normala in cazul a=0.1Normal Fig 4.50. Graficul testului de normalitate a distribu?iei pentru a = 0,1mm a=0.3Percent 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12999590807060504030201051Mean0.3480.1405StDev 0.007976N 10AD 0.371P-ValueTest 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 distribu?ii sunt distribu?ii normale. n continuare, pentru a compara mediile a dou? popula?ii normale se utilizeaz? testul statistic pentru egalitatea variabilit??ii, F-test. Compararea mediilor popula?iilor normale ia n considerare mpr??tierea datelor n cele dou? popula?ii. Este important atunci s? se cunoasc? dac? dispersiile celor dou? popula?ii pot fi considerate egale, sau nu. Acest fapt se decide utiliznd testul F, bazat pe reparti?ia teoretic? F (FisherSnedecor). Deci testul F se utilizeaz? pentru a testa dac? varia?ia unei variabile este mai 41 mare ntr-o popula?ie dect n alta, compara?ia fiind f?cut? folosind dou? e?antioane mici, cte unul din fiecare popula?ie. Test pentru egalizarea variabilelor: a = 0,1 mm, a = 0,3 mm 95% Intervalul de confiden?? Bonferonni pentru devia?ia standard N Inferioar? Devia?ia standard Superioar? a = 0,1 10 0,0037766 0,0057735 0,0116258 a = 0,3 10 0,0052171 0,0079757 0,0160602 F Test (distribu?ie normal?) Test statistic = 0,52, p-value = 0,305 Test Levene (distribu?ia continu?) Test statistic = 0,49, p-value = 0,492 95% Bonferroni Confidence Intervals for StDevsa=0.3a=0.10.0175 0.0150 0.0125 0.0100 0.0075 0.0050Dataa=0.3a=0.10.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13F-Test0.492Test Statistic 0.52P-Value 0.350Levene's TestTest Statistic 0.49P-ValueTest for Equal Variances for a=0.1, a=0.3 Fig. 4.52. Grafic pentru testarea egalit??ii dispersiilor celor dou? adncimi de a?chiere Continu?m Hypothesis testing cu testarea egalit??ii mediilor, adic? 2-sample t-test ( n care ?tim c? variantele sunt egale, deci vom bifa aceast? op?iune. 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? Devia?ia standard Superioar? a = 0,1 10 0,17000 0,00577 0,0018 a = 0,3 10 0,14050 0,00798 0,0025 42 Diferen?a = mu (a = 0,1) mu (a = 0,3) Estimarea pentru diferen??: 0,029500 95% Interval de Confiden?? pentru diferen?a (0,022959; 0,036041) T- test diferentei = 0: T valori = 9,47; p-value = 0,000; DF = 18 Ambele date cumulate ale Devia?iei standard = 0,0070 Dataa=0.3 a=0.10.180.170.160.150.140.13Individual 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 a?chiere Dataa=0.3 a=0.10.180.170.160.150.140.13Boxplot of a=0.1, a=0.3 Fig. 4.54. Grafic de testare a mediilor seturilor de valori pentru cele dou? adncimi de a?chiere 43 P-value = 0 < 0,005, deci se respinge ipoteza nul? ?i deci se accept? ipoteza alternativ?, respectiv c? adncimea de a?chiere este un parametru critic pentru calitatea suprafe?ei 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 a?chiere constituie o intrare critic? a procesului, deoarece modificarea acestei viteze a dus la modificarea mediei celor dou? seturi de date, respectiv a ie?irii procesului (rugozitatea Ra diametrului exterior a inelului, n acest caz). 2. Viteza de a?chiere: deoarece s-a demonstrat anterior c? viteza de a?chiere este un parametru critic al procesului vom renun?a s? mai facem analiza sa statistic? aici, urmnd s? analiz?m care este optimul ei ?i care este interac?ia cu ceilala?i parametri atunci cnd vom face analiza unui experiment Taguchi. 3. Avansul de lucru: aceea?i analiz? a fost efectuat? ?i n acest caz, deci ca ?i n cazul vitezei de a?chiere va fi studiat (la fel) n cadrul experimentului Taguchi. 4. Vom trece la analiza urm?torului parametru al pastilei cu?itului de strung, uzura fe?ei de a?ezare. Pentru acest parametru am luat n calcul 3 uzuri ale fe?ei de a?ezare: VB = 0,05 mm; VB = 0,15 mm ?i VB = 0,25 mm. M?sur?torile uzurii fe?ei de a?ezare s-au realizat n laborator pe conturograf ?i pe microscop optic gradat. Interpretarea statistic? a rezultatelor s-a f?cut utiliznd metoda analizei variabilit??ii One-WAY ANOVA.(ANOVA simpla) Pentru a putea aplica metoda One-Way ANOVA cele trei distribu?ii trebuie s? fie distibu?ii normale. Ca urmare facem n continuare testul AndersonDarling pentru a vedea dac? cele trei e?antioane au o distribu?ie normal?. VB=0.05Percent 0.37 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28999590807060504030201051Mean0.3830.325StDev 0.01716N 10AD 0.355P-ValueTest distributie normala pt VB=0.05Normal Fig. 4.57. Graficul testulului de normalitate a distribu?iei pentru VB = 0,05mm 44 VB=0.15Percent 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24999590807060504030201051Mean0.3940.274StDev 0.01265N 10AD 0.350P-ValueTest pentru distributie normala VB=0.15Normal Fig. 4.58. Graficul testulului de normalitate a distribu?iei pentru VB = 0,15mm VB=0.25Percent 0.36 0.35 0.34 0.33 0.32 0.31 0.30 0.29 0.28 0.27999590807060504030201051Mean0.5300.312StDev 0.01751N 10AD 0.293P-ValueTest pentru distributie normala VB=0.25Normal Fig. 4.59. Graficul testulului de normalitate a distribu?iei pentru VB = 0,25mm Dupa cum observ?m, pentru toate trei e?antioanele, testul AndersonDarling d? o valoare a lui P-value > 0.05, cocluzion?m c? toate cele trei distribu?iile sunt distribu?ii normale ?i ca urmare pentru a putea s? le compar?m mediile putem folosi metoda One-Way-ANOVA. 45 ResidualPercent 0.04 0.02 0.00 -0.02 -0.04999050101Fitted ValueResidual 0.32 0.31 0.30 0.29 0.280.0300.0150.000-0.015-0.030ResidualFrequency 0.024 0.012 0.000 -0.012 -0.0246.04.53.01.50.0Normal Probability Plot of the Residuals Residuals Versus the Fitted ValuesHistogram of the ResidualsResidual Plots for VB=0.05, VB=0.15, VB=0.25 Fig. 4.60. Analiza rugozit??ii Ra raportat? la uzura suprafe?ei de a?ezare a sculei a?chietoare Testul One-Way ANOVA d? o valoare a lui P-value < 0.05 deci acest test spune c? ipoteza nul?, respectiv c? cele 3 e?antioane au aceia?i medie, se respinge. Deci trebuie acceptat? ipoteza alternativ? a testului One-Way Anova ?i anume c? cel putin un e?antion are statistic media diferit? de a celorlalte dou?. Faptul c? cele trei e?atioane au statistic valori medii ?i distribu?ii diferite este ar?tat ?i de reprezentarea grafic? a distribu?iilor n cadrul testului One-46 Way _ANOVA (partea cu verde). Deci, dac? cele trei e?antioane au statistic valori medii diferite n func?ie de tipul e?antionului, respectiv n func?ie de uzura fe?ei de a?ezare, aceasta nseamn? c? uzura fe?ei de a?ezare este un parametru critic al procesului, parametru ce influen?eaz? direct rugozitatea Ra a suprafe?ei prelucrate. Ca urmare acest paramentru va fi studiat n cadrul experimentului Taguchi. 5. Ultima caracteristic? analizat? a pastilei, montat? pe cu?itul de strung, este raza la vrf a acestuia. n cadrul test?rii 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 func?ie de media fiec?rui set, ca procent deoparte ?i de alta a mediei setului de date. VariableData Raza=0.8 Raza=1.20.360.350.340.330.320.310.30Ra 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, distribu?iile sunt identice, rezultnd c? raza la vrf a cu?itului de strung nu este parametru critic. Dup? analiza f?cut? la to?i cei 10 parametri, parametrii regimului de a?chiere ?i caracteristici principale ale cu?itului de strung, ajungem la concluzia c? n cadrul procesului de strunjire dur? a o?elului c?lit pentru rulment, parametrii critici ai procesului ce influen?eaz? rugozitatea Ra a suprafe?ei prelucrate, sunt: ? Adncimea de a?chiere ? Viteza de a?chiere ? Avansul de lucru ? Uzura fe?ei de a?ezare 47 Ace?ti 4 parametri sunt parametri critici ai procesului, parametri ce influen?eaz? rugozitatea Ra a suprafe?ei prelucrate. Pentru a vedea exact influen?a fiec?ruia din ace?ti parametri asupra rugozit??ii suprafe?ei prelucrate, precum ?i interac?iile dintre ei vom face o testare n cadrul unui experiment Taguchi. CAPITOLUL 5 Contribu?ii privind mbun?t??irea calit??ii suprafe?ei prelucrate prin strunjire dur? prin aplicarea metodelor Design of Experiment ?i Taguchi 5.1. Crearea ?i execu?ia unui experiment Taguchi pentru parametrii ce influen?eaz? calitatea suprafe?elor la stunjire dur? Parametrii de intrare (inputuri) ai procesului ? Adncimea de a?chiere ? Viteza de a?chiere ? Avansul de lucru ? Uzura fe?ei de a?ezare Parametrul de ie?ire (output) al procesului: ? Rugozitatea suprafe?ei strunjite, Ra 5.2. Analiza datelor rezultate Vom structura datele prelevate din foaia de lucru, astfel nct fiecare s? con?in? factorii de control n matricea de intrare ?i valorile de r?spuns ale factorilor de zgomot de la fiecare rulare a proiectului n matricea de ie?ire. Num?rul maxim al coloanelor de r?spuns care pot fi introduse este 50, iar num?rul minim al acestora depinde de fiecare proiect n sine. Avem o singur? coloan? de r?spuns n cazul n care: - dac? proiectul con?ine dubluri; - putem m?sura 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, rul?ri la fiecare combina?ie a factorilor stabili?i. Putem introduce apoi factorii de zgomot ntr-o singur? coloan? de r?spuns (figura 5.5); - voi utiliza Mare este bun? sau Mic? este bun? pentru raportul semnal-zgomot ?i nu voi analiza abaterea standard; - n toate celelalte cazuri trebuie introduse un minim de dou? coloane de r?spuns. Vom prezenta un exmplu n figura de mai jos. 48 Fig. 5.5. Extras exemplu din programul Minitab n acest exemplu, care este un experiment de tip L8 (2**4), are patru factori n re?eaua de intrare (timp, presiune, catalizator ?i temperatur?). Reamintim c? n re?eaua de intrare sunt inclu?i factorii de control. n acest caz exist? dou? condi?ii de zgomot n re?eaua de iesire (Zgomot 1, Zgomot 2). Exist? dou? r?spunsuri unul pentru fiecare condi?ie de zgomot n re?eaua de ie?ire pentru fiecare rulare experimentala n re?eaua de intrare. Dup? prezentarea f?cut? privind modul de rulare a unui experiment Taguchi utiliznd programul Minitab, vom ncepe rularea experimentului pentru strunjirea dur? ?i pentru cei patru parametrii r?ma?i. Ca urmare vom proiecta ?i rula un experiment Taguchi static pentru cei 4 parametri r?ma?i. Pentru a proiecta acest experiment vom folosi softul Minitab14. . Fig 5.6.Planul de rulare a experimentului Taguchi pentru strunjirea dur? 49 n figura 5.6, 1,2 ?i 3 reprezint? nivelul fiec?rui parametru, iar un rnd reprezint? combina?ia de nivele a parametrilor . Nivelele alese sunt: Tabelul 5.1. Nivelul parametrilor studiati Viteza de aschiere [Vc] Adincime de aschiere [a] Uzura fetei de asezare [VB] Avans de lucru[f] Nivel 1 80 m/min 0,1 mm 0,10 mm 0,10 mm/rot Nivel 2 100 m/min 0,2 mm 0,15 mm 0,15 mm/rot Nivel 3 120 m/min 0,3 mm 0,20 mm 0,25 mm/rot n figura 5.6. rndul 1 spune c? se va rula un experiment , adic? se va strunji dur o pies?, cu nivelul 1 pt toti cei 4 parametri , respectiv conform tabelului anterior, cu Vc = 80m/min, a = 0,1mm, VB = 0,1mm ?i f = 0,1 mm/rot. Rezultatele experimentului sunt: Fig. 5.8. Rezultatul experimentului Taguchi 50 Mean of Means3 2 10.550.500.450.400.353 2 13 2 10.550.500.450.400.353 2 1Vc aVB fMain Effects Plot (data means) for Means Fig. 5.9. Graficul principalelor rezultate pentru medie Mean of Standard Deviations3 2 10.160.120.080.040.003 2 13 2 10.160.120.080.040.003 2 1Vc aVB fMain Effects Plot (data means) for Standard Deviations Fig. 5.10. Graficul principalelor rezultate pentru Abaterea Standard 51 Mean of SN ratios3 2 11098763 2 13 2 11098763 2 1Vc aVB fMain Effects Plot (data means) for SN ratiosSignal-to-noise: Smaller is better Fig. 5.11. Graficul principalelor rezultate pentru raportul S/N Not?: Graficul pentru valorile residuale nu a putut fi realizat deoarece MSE = 0 sau gradele de libertate sunt eronate = 0 Interpretarea rezultatelor Fiecare model reprezint? un model de analiz? liniar?, prevede coeficie?i pentru fiecare factor la nivel sc?zut, p-value a acestora ?i o analiz? a varia?iei inclus? ntr-un tabel. Utiliznd aceste rezultate am stabilit dac? factorii sunt n mod semnificativ lega?i de datele de r?spuns ?i de importan?a relativ? a fiecarui factor n acest model. Pentru ordonarea coeficien?ilor indica?i n valoare absolut? o importan?? deosebit? este reac?ia fiec?rui factor; factorul cu cel mai mare coeficient are cel mai mare impact. Analiza secven?ial? a sumei patratelor ajustate n tabelul de analiz? a varia?iei, indic? o importan?? relativ? asupra fiec?rui factor: factorul cu cea mai mare sum? a patratelor are cel mai mare impact. Aceste rezultate reflect? gradul de impact al factorilor n tabelele de r?spuns. Tabelele de r?spuns ne prezint? media fiec?rei caracteristice de r?spuns (Raport mediu S/N) pentru fiecare nivel al fiec?rui factor. Tabelul include rnduri bazate pe Delta Statistic, care compar? m?rimea relativ? a efectelor. Statistica Delta este cea mai mare valoare negativ? pentru cea mai mic? medie a fiec?rui factor. Minitab atribuie trepte bazate pe valori Delta; treapta 1 pentru cea mai mare valoare Delta, treapta a 2-a pentru urm?toarea valoare ca ordin de m?rime ?i a?a mai departe. Utilizarea cmpului mediilor n tabelul de r?spuns determin? ce nivel al fiec?rui factor ofer? cel mai bun rezultat. n cazul analizei mele, scopul este de a reduce rugozitatea Ra a suprafe?ei prelucrate prin strunjire dur?, vreau ca nivelul factorilor s? produc? cea mai mic? medie. n experimentul Taguchi, ales de mine, doresc ca mereu s? se reduc? minimul raportului S/N. Nivelul mediilor 52 din tabelele de r?spuns arat? c? media raportului S/N a fost redus? cnd viteza de a?chiere Vc este la nivelul 3 adic? are valoarea de 120 m/min, cnd adncimea de a?chiere a este de nivel 1, respectiv a = 0,1 mm, uzura fe?ei de a?ezare VB este la nivel 1, respectiv VB = 0,1 mm ?i avansul de lucru f este la nivel 1, respectiv f = 0,1 mm. Deci regimul optim la strunjire dur?, pentru care se ob?ine rugozitatea Ra minim? este: - Vc = 120 m/min - a = 0,1 mm - VB = 0,1 mm - f = 0,1 mm/rot Raportul semnal/zgomot este S/N=10 = 10 = 10 n continuare putem face predic?ii n cadrul experimentului Taguchi, pentru alte valori ale parametrilor de intrare ale?i. n cadrul experimentului s-au folosit doar anumite combina?ii de factori. n cazul nostru, aveam 4 factori cu cte 3 nivele fiecare, deci num?rul total de combina?ii posibile este de 34=81 combina?ii posibile pentru cei 4 factori ?i cele 3 nivele ale lor. Experimentarea tuturor acestor combina?ii posibile este costisitoare ?i cu durat? ndelungat?; metoda Taguchi are avantajul c? utilizeaz? un num?r redus de combina?ii n cadrul experimentului, f?r? a afecta rezultatul final. De exemplu n cazul de fa?? s-au utilizat doar 27 de experimente, n loc de 81 ct erau total posibile ?i din aceste 27 de experimente doar 9 reprezint? combina?ii independente de factori, celelalte 18 combina?ii se repet?, cu scopul evident de a determina zgomotul semnalului. Deci practic, n loc de 81 de experimente s-au utilizat doar 9 experimente independente. Pentru restul de 81-9 = 72 de combina?ii posibile, metoda Taguchi ne d? posibilitatea ca pe baza rezultatelor ob?inute s? facem predic?ii care s? ne spun? ce valori sunt a?teptate a se ob?ine dac? utiliz?m o combina?ie de factori ce nu a fost exprimentat?. De exemplu, combina?ia de factori Vc = 3, a = 3, VB = 2 ?i f = 3 care din punct de vedere practic nseamn? Vc=120m/min, a=0.3mm, VB=0.15mm ?i f=0.15mm/rot nu a fost experimentat?. Dac? vrem s? afl?m ce rezultate sunt a?teptate pentru aceast? combina?ie, introducem datele n Mninitab. Mai departe pentru a avea ca rezulatat o ecua?ie matematic? liniar?, mai simpl?, am realizat ?i un experiment DOE factorial complet. 53 Pentru a determina ecua?ia liniar? a procesului am considerat aceia?i patru factori dar numai cu 2 nivele pentru fiecare factor, respectiv: Tabelul 5.2. Parametrii analiza?i prin metoda DOE Parametru Nivelul -1 Nivelul 1 Vc 80 m/min 100 m/min a 0.1 mm 0.2 mm VB 0.1 mm 0.15 mm f 0.1 mm/rot 0.15 mm/rot Pentru a planifica ?i analiza experimentul vom folosi softul Minitab 14. n urma analizei datelor am identificat 4 variabile cheie (intr?ri) ale procesului. Ele sunt: ? viteza de a?chiere ? adncimea de a?chiere ? uzura suprafe?ei de a?ezare ? avansul de lucru Pentru fiecare din aceste inputuri vom considera dou? nivele. Ca urmare am putea folosi un experiment full factorial, ceea ce nseamn? c? vom avea 4 factori cu 2 nivele fiecare, adic? 2x2x2x2=24 =16 experimente n cazul modelului factorial; vom prefera un model par?ial factorial, sau factorial, ceea ce pentru cazul nostru nseamn? 8 experimente. Fiecare experiment va trebui repetat minim odat? (adic? avem 2 replici pentru fiecare experiment), deci num?rul total de experimente va fi 1/2x2x2x2=24=16. To?i factorii r?ma?i au p-value < 0,05, deci to?i sunt factori critici ai procesului. Ecua?ia liniar? este (vezi coeficien?ii din chenarul ro?u ): Y=f(x): Ra=0.34141-0.00916*(Vc)+0.01041*(a)-0.01903*(VB)+0.02034*(f)+0.00153*(Vc*VB) n aceast? ecua?ie parametrii iau valorile 1 sau -1 comform analizei f?cute anterior. Acelea?i rezultate se ob?in ?i grafic; n figura urm?toare se vede c? to?i parametrii analiza?i sunt critici pentru proces (liniile nclinate) ?i c? valorile optime sunt pentru Vc = 100 m/min, a = 0,1 mm; VB = 0,15 mm ?i f = 0,1 mm/rot. 5.3. Test?ri accelerate Pentru a observa influen?a optimiz?rii regimului de a?chiere asupra durabilit??ii rulmen?ilor mi-am propus s? efectuez