Cap

Cap.1. TEORIA SCULELOR ACHIETOARE

1.1. Elementele procesului de achiereLa proiectarea oricrei piese metalice se ine seama, n primul rnd, de rolul funcional, de posibilitile tehnologice de execuie, de materialul de prelucrat, de calitatea prelucrrii i de o serie de condiii tehnico-economice (producie, cost, protecie .a).La prelucrarea prin achiere a unei suprafee se disting dou procese: un proces de achiere i un proces de generare. Primul cuprinde fenomenele fizice care apar la transformarea n achie a stratului de achiere i al doilea cuprinde micrile de generare (achiere), traiectoriile acestora i, n final, obinerea suprafeei reale n condiiile tehnice de realizare a suprafeei.Prin procesul de achiere se realizeaz modificarea formei i a dimensiunilor unor corpuri, n general metalice, cu ndeprtarea surplusului de material sub form de achii, pentru obinerea unei piese cu o anumit configuraie geometric, precizie dimensional i rugozitate impuse. Corpurile care se prelucreaz poart denumirea de piese sau semifabricate, iar surplusul de material este ndeprtat cu ajutorul sculelor achietoare, prin existena unei micrii relative ntre pies i scul, numit micare de achiere.La realizarea unui proces tehnologic de achiere concur urmtori factori: piesa caracterizat prin natura materialului, dimensiunile i poziiile relative ale suprafeelor, preciza i calitatea acestora;

micarea de achiere realizat de maina-unealt;

scula achietoare;

achia detaat.

Toate piesele produse n industria constructoare de maini sunt corpuri solide, delimitate de anumite suprafee n spaiu, fiind definite acele suprafee ale piesei care prezint importan n timpul detarii achiei (fig. 1.1.).Suprafaa semifabricatului, adic suprafaa piesei nainte de prelucrare, poart denumirea de suprafa iniial, iar cea obinut dup prelucrare se numete suprafa final sau suprafa prelucrat. Suprafaa piesei care se afl n contact cu tiul sculei n timpul prelucrrii sau urma lsat pe pies de ctre muchia achietoare a sculei ntr-un ciclu de prelucrare, poart denumirea de suprafa de achiere. Aceast suprafa este important n ciclul sau n cursa urmtoare a sculei.Prelucrarea metalelor prin achiere se realizeaz prin asigurarea unei micri relative ntre pies i scul, care poate fi o micare continu (strunjire, gurire, frezare) sau periodic (rabotare, mortezare). Aceast micare relativ dintre pies i scul este n general o micare compus (din dou sau mai multe micri simple) putnd avea o traiectorie oarecare, sub forma unei curbe plane sau spaiale, n funcie de forma suprafeei prelucrate i traiectoria micrilor componente.La definirea traiectoriilor, direciilor i vitezelor din procesul de achiere se consider c piesa este n stare de repaus iar scula execut toate micrile necesare generrii suprafeelor. n cazul strunjirii unei piese cilindrice, piesa execut micarea de rotaie iar cuitul de strung se deplaseaz paralel cu axa de rotaie al piesei. Dac piesa se consider fix iar cuitul execut ambele micri, atunci un punct al cuitului descrie o traiectorie elicoidal.Micarea relativ ntre pies i scul, datorit creia are loc ndeprtarea adaosului de prelucrare i generarea suprafeei piesei, este cunoscut sub denumirea de micarea efectiva de aschiere, fiind pus n eviden prin vectorul vitezei efective de achiere ve (fig. 1.2). Vectorul vitezei ve este tangent la traiectoria micrii efective de achiere n punctul considerat al tiului sculeiMicarea efectiv de achiere este o micare compus din micarea principal de achiere i micarea de avans (denumit i micarea secundar).Micarea principal de achiere asigur ndeprtarea achiilor n timpul unui ciclu de lucru (o rotaie sau o curs dubl), are viteza cea mai mare dintre toate componentele micrii efective de achiere, fiind reprezentat prin vectorul vitezei principale de achiere vp (fig. 1.2), care este tangent la traiectoria micrii principale n punctul de contact dintre pies i scul.Micarea principal de achiere, care consum partea cea mai mare a puterii necesare detarii achiilor, este realizat de mecanismul micrii principale a mainii-unelte, deci poate fi executat de pies (strunjire) sau de scul (frezare, gurire, broare). Aceast micare poate fi de rotaie (strunjire, frezare, gurire) sau de translaie (rabotare, broare).Viteza principal de achiere se exprim n general n m/min, cu excepia operaiei de rectificare, unde viteza periferic a discului abraziv se exprim n m/s.n cazul n care micarea principal este de rotaie, mrimea vitezei principale de achiere se determin cu relaia:

(1.1)

unde D este diametrul elementului care execut micarea principal de rotaie (exprimat n mm), iar n este turaia acestora (n rot/min).Micarea de avans are rolul de a aduce straturi succesive de material n faa tiului sculei, n timpul ndeprtrii adaosului de prelucrare sub form de achii. Micarea de avans, care formeaz cealalt component a micrii efective de achiere, poate fi executat de pies, de scul sau att de pies ct i de scul.Viteza cu care se efectueaz micarea de avans, denumit vitez de avans, este n funcie de mrimea avansului i de timpul n care se execut aceast micare de avans.Dac mrimea avansului este s mm/rot pies (strunjire) sau s mm/rot scul (gurire, frezare), iar piesa sau scula execut n rot/min, atunci mrimea vitezei de avans, care este de fapt drumul parcurs de scul n unitate de timp, se calculeaz cu relaia:

(1.2)

n cazul frezrii se obinuiete s se indice avansul pe dinte sd. Dac scula are z dini i se rotete cu n rot/min, mrimea vitezei de avans este :

(1.3)n aceste cazuri micarea de avans se efectueaz simultan cu micarea principal, prin urmare prelucrarea are loc cu un avans continuu. Exist ns i prelucrri la care micarea de avans se realizeaz intermitent, alternnd cu ciclurile micrii principale (rabotare), prelucrarea efectundu-se cu avans periodic, exprimat n mm/cd.Micarea de avans poate fi o micare simpl (liniar, circular) sau rezultanta a mai multor micri simple (fig. 1.3).Viteza efectiv de achiere rezult ca o sum vectorial dintre viteza principal de achiere i viteza de avans, adic:

(1.4)Vectorii ve, vp i vs sunt ntr-un plan, numit planul de lucru (fig. 1.4). n acest plan au loc micrile care asigur ndeprtarea achiei.Unghiul dintre viteza principal de achiere i viteza de avans, notat cu , se numete unghiul direciei de avans, iar unghiul cuprins ntre viteza principal de achiere i viteza efectiv de achiere, notat cu , este unghiul direciei de achiere (fig. 1.4).

Viteza principal de achiere are influen hotrtoare asupra vitezei efectiv de achiere, din acest motiv n practic se neglijeaz influena vitezei de avans i se consider c viteza efectiv de achiere este egal cu viteza principal, de achiere, aceasta din urm calculndu-se foarte simplu.Se menioneaz c n cazul n care viteza de avans are o mrime apreciabil fa de viteza principal de achiere, cum ar fi n cazul prelucrrii suprafeelor elicoidale cu pas mare, influena vitezei de avans nu se poate neglija.n timpul prelucrrii pieselor adaosul de material este detaat de pe suprafaa sau suprafeele piesei sub form de achii.Valorile care definesc mrimea achiei sunt cunoscute sub denumirea de parametrii achiei. Dimensiunile achiei detaate nu sunt identice cu dimensiunile achiei nedetaate, acestea din urm indicndu-se n planul normal pe viteza principal de achiere (fig. 1.5). Mrimile achiei nedetaate se definesc prin parametrii geometrici (grosimea i limea achiei) sau prin parametrii tehnologici (avansul i adncimea de achiere).Grosimea achiei nedetaate a este distana dintre poziia iniial i cea final a tiului n timpul unui ciclu de lucru, msurat perpendicular pe suprafaa de achiere.Limea achiei nedetaate b este dimensiunea achiei considerat pe suprafaa de achiere n planul normal pe viteza principal de achiere.Avansul s reprezint deplasarea sculei n timpul unui ciclu de lucru n direcia micrii de avans.Adncimea de achiere t este distana ntre suprafaa iniial i suprafaa final a piesei, msurat ntr-o direcie normal pe planul de lucru, n cazul strunjirii, de exemplu, adncimea de achiere se exprim prin relaia :

(1.5)

unde D este diametrul iniial, iar d cel final al piesei de prelucrat.Seciunea teoretic a achiei nedetaate A, msurat n planul normal pe viteza principal de achiere, se poate calcula cu ajutorul relaiei:

(1.6)1.2. GEOMETRIA SCULELOR ACHIETOARE

1.2.1. Generaliti

Diversitatea mare a formelor i dimensiunilor pieselor i a procedeelor de prelucrare prin achiere impune o mare varietate de scule achietoare ale cror tiuri au ns elemente comune, la toate sculele ndeprtarea achiilor realizndu-se prin efectul de pan.Indiferent de procedeul de prelucrare utilizat, scula achietoare folosit are o parte activ, care particip direct n procesul de detaare a achiilor, i o parte pentru fixare, prin care se asigur prinderea acesteia n maina-unealt. Unele scule au i o poriune de legtur ntre partea activ i cea de fixare.Elementul principal al sculei este partea activ, care particip n mod direct la detaarea i evacuarea achiei i la realizarea suprafeei piesei. Partea activ a sculei este aceea care vine n contact cu piesa de prelucrat i cu achia detaat n timpul prelucrrii piesei prin achiere, fiind ceea mai important pentru studierea procesului de achiere.Pentru c la toate sculele achietoare se ntlnesc aceleai suprafee i tiuri, acestea vor fi definite pentru cuitul de strung numit i scula cu un singur ti, care st la baza tuturor sculelor achietoare (fig. 1.6).Pe faa de degajare a sculei alunec achia n timpul procesului de prelucrare, avnd rolul de a conduce, a dirija i a evacua achia rezultat.Faa de aezare principal a sculei este ndreptat spre suprafaa de achiere a piesei, iar faa de aezare secundar orientat spre suprafaa prelucrat a piesei.Faa de degajare i cea de aezare pot fi suprafee plane sau suprafee oarecare n spaiu.Intersecia dintre faa de degajare i faa de aezare principal formeaz tiul principal, iar cea dintre faa de degajare i faa de aezare secundar realizeaz tiul secundar. Tiul principal realizeaz achierea propriu-zis, deci tiul principal este acela care detaeaz achia.La intersecia tiului principal cu cel secundar rezult vrful sculei, care n general se racordeaz printr-o raz de rotunjire.

Uneori pe faa de degajare i pe faa de aezare principal se execut nite faete cu rolul de a ntri muchia achietoare a sculei.Suprafeele i tiurile sculei pot ocupa diferite poziii relative n spaiu, care se definesc prin unghiurile pe care le fac acestea cu planele sau axele unui sistem de referin triortogonal drept. Aceste unghiuri pot fi indicate n raport cu sistemul de referin constructiv sau n raport cu sistemul de referina funcional.Unghiurile msurate n raport cu sistemul de referin constructiv se numesc unghiuri constructive, iar cele definite n raport cu sistemul de referin funcional poart denumirea de unghiuri funcionale.

1.2.2. Unghiurile constructive ale sculei

Unghiurile necesare executrii, ascuirii i verificrii geometriei prii active a sculei achietoare sunt denumite unghiuri constructive i se indic n raport cu sistemul de referin constructiv.ntruct unghiurile prii active pot avea valori diferite n lungul tiului, geometria se definete ntr-un punct dat al tiului sculei.Sistemul de referin constructiv este format din planul de baz constructiv, planul muchiei de achiere constructiv i planul de msurare constructiv.Planul de baz constructiv trece prin punctul considerat pe ti i este paralel sau normal pe o anumit suprafa a sculei utilizat ca baz de aezare n timpul executrii, ascuirii sau verificrii acesteia. Planul de baz constructiv este, n general, normal pe direcia vitezei micrii principale de achiere. n cazul cuitului de strung acest plan este paralel cu planul de sprijin al sculei (fig. 1.7).La cuitele tangeniale i la cuitele de mortezat planul de baz constructiv este perpendicular pe corpul sculei. La broele de interior acest plan este normal pe axa longitudinal a sculei, iar la freze sau burghie elicoidale planul de baz constructiv conine axa de rotaie a sculei i punctul considerat al tiului.Planul muchiei de achiere constructiv conine tiul sculei sau tangenta la ti (n cazul tiurilor curbe) i este perpendicular pe planul de baz constructiv.Planul de msurare constructiv trece prin punctul considerat pe ti i este normal att pe planul muchiei de achiere constructiv ct i pe cel de baz constructiv (fig. 1.7).ndeprtarea adaosului de prelucrare are loc n condiii optime atunci cnd partea activ a sculei se execut sub form de pan. Unghiurile penei de achiere se definesc n planul de msurare i sunt prezentate n figura 1.8, unde:- este unghiul de aezare principal;- unghiul de ascuire principal;- unghiul de degajare principal;- unghiul de achiere principal.n mod similar se definesc aceste unghiuri i pentru tiul secundar al sculei cu meniunea c unghiurile tiului secundar poart indicele 1 (fig. 1.8).Unghiul de aezare este unghiul cuprins ntre planul muchiei de achiere constructiv i planul feei de aezare sau planul tangent la faa de aezare cnd aceasta este o suprafa oarecare.n cazul n care faa de aezare a sculei se prevede cu o faet, unghiul corespunztor se numete unghi de aezare al faetei i se noteaz cu f (fig. 1.9).Unghiul de degajare este unghiul dintre planul de baz constructiv i planul feei de degajare sau planul tangent la suprafaa de degajare (dac faa de degajare nu este plan).Dac pe faa de degajare se execut o faet, unghiul corespunztor se numete unghi de degajare al faetei i se noteaz cu f (fig. 1.9).Unghiul de ascuire este unghiul dintre planul feei de degajare i planul feei de aezare.Din cele de mai sus rezult c:

(1.7)Unghiul de achiere se definete ca unghiul dintre faa de degajare (sau planul tangent la faa de degajare) i planul muchiei de achiere, rezultnd c:

(1.8)

Unghiul de degajare ajut la formarea i detaarea achiei, asigur alunecarea achiei. Cu ct materialul de prelucrat are o capacitate de deformare mai mare, cu att se alege valoarea unghiului mai mare, iar n cazul prelucrrii materialelor fragile unghiul de degajare se alege mic, uneori adoptndu-se chiar valori negative. Rezult de aici c unghiul de degajare poate avea valori pozitive, negative sau poate fi zero (fig. 1.10).Unghiul de aezare are rolul de a elimina frecrile dintre faa de aezare a sculei i pies, rezultnd c unghiul nu poate avea valori negative, fiind mereu pozitiv.Un alt unghi, caracteristic sculelor achietoare, este unghiul de nclinare al tiului, notat cu , cuprins ntre ti i planul de baz ce trece prin vrful pri active (fig. 1.11).Tiul sculei poate fi cuprins n planul de baz sau poate fi nclinat n raport cu acesta, de unde rezult c i unghiul poate avea valori pozitive, negative sau poate fi zero. n mod convenional s-a ales c n cazul n care punctele de pe tiul sculei sunt deasupra planului de baz (deci punctele tiului sunt deasupra vrfului sculei) unghiul este negativ, cnd punctele tiului se afl sub planul de baz unghiul este pozitiv, iar dac tiul sculei este n planul de baz unghiul este zero (fig. 1.11).De mrimea unghiului depinde viteza cu care ptrund punctele succesive de pe ti n materialul de prelucrat, iar de sensul nclinrii muchiei achietoare depinde dac primul contact are loc pe vrf sau pe un alt punct al tiului sculei.Dac unghiul este negativ luarea de contact i ptrunderea ncep ntr-un punct al tiului diferit de vrf, de unde rezult c n acest caz vrful sculei este protejat, motiv pentru care sculele de degroare n general se execut cu negativ. La cuitele armate cu plcue din carburi metalice este de asemenea recomandat s se aleag unghiul de nclinare a tiului negativ, din cauza fragilitii acestor carburi.Cnd unghiul este pozitiv vrful sculei, care este cel mai sensibil element al ei, este mai solicitat i mai expus la uzur.Unghiul de nclinare a tiului are influen i asupra direciei de deplasare a achiei: cnd > 0 achia este condus spre poriunea neprelucrat a piesei, n timp ce un < 0 conduce achia spre suprafaa prelucrat a piesei, deci o poate zgria (fig. 1.12).La degroare se recomand folosirea cuitelor cu negativ iar la finisare cele care au un pozitiv.

1.2.3. Unghiurile funcionale ale sculei

Unghiurile efective cu care funcioneaz scula n procesul de achiere sunt diferite de unghiurile constructive.ntruct unghiurile reale ale tiului sunt cele cu care scula detaeaz achii n procesul de achiere, acestea se numesc unghiurile reale, unghiurile efective sau unghiurile funcionale ale sculei. Aceste unghiuri se definesc n raport cu sistemul de referin funcional.Sistemul de referin funcional este format din planul de baz funcional, planul muchiei de achiere funcional i planul de msurare funcional.Avnd n vedere c unghiurile sculei pot avea valori diferite n anumite puncte ale tiului, sistemul de referin funcional trebuie aplicat n punctul tiului n care se definete geometria. Din acest motiv originea sistemului de referin funcional coincide cu punctul de pe ti n care se msoar geometria sculei.Planul de baz funcional trece prin punctul considerat de pe ti i este normal pe direcia micrii efective de achiere (fig. 1.13).Planul muchiei de achiere funcional conine tiul sculei (sau tangenta la ti n cazul tiurilor curbe) i este perpendicular pe planul de baz funcional. Planul de msurare funcional conine punctul considerat pe ti i este normal att pe planul muchiei de achiere funcional ct i pe cel de baz funcional.Unghiurile msurate n raport cu sistemul de referin funcional fiind unghiurile efective ale sculei, poart indicele e.Unghiurile efective ale penei de achiere sunt reprezentate n figura 1.14 pentru cuitul de strung.Unghiul de degajare funcional e este unghiul dintre planul de baz funcional i planul feei de degajare (sau planul tangent la suprafaa de degajare n punctul considerat cnd suprafaa de degajare nu este plan). Acest unghi are aceeai valoare ca i unghiul dintre direcia vectorului vitezei efective de achiere ve i normala la suprafaa de degajare n punctul considerat.

Unghiul de aezare funcional e se msoar ntre planul muchiei de achiere funcional i planul feei de aezare (sau planul tangent la suprafaa de aezare) n punctul considerat pe ti.Unghiul de ascuire funcional e este unghiul cuprins ntre planul feei de degajare i planul feei de aezare (sau ntre planele tangente la suprafeele respective).

Unghiul de achiere funcional e se msoar ntre planul muchiei de achiere funcional i planul feei de degajare sau planul tangent la suprafaa de degajare cnd acesta este o suprafa oarecare.Unghiul de nclinare funcional al tiului e este unghiul format de planul de baz funcional i tiul respectiv al sculei sau tangenta la ti n cazul cnd acesta este curb.Unghiurile efective ale sculei sunt n funcie de natura materialului piesei ce se prelucreaz, de calitatea materialului sculei, de procedeul de achiere utilizat, de condiiile concrete de prelucrare, fiind indicate tabelar, iar pe desenul de execuie trebuie indicate ns unghiurile constructive ale sculei.ntruct vectorul vitez efectiv de achiere ve definete poziia sistemului de referin funcional, iar poziia acestui vector este cunoscut n raport cu sistemul de referin constructiv, rezult c din valoarea unghiurilor funcionale pot fi determinate cele ale unghiurilor constructive care se indic apoi pe desenul de execuie al sculei.n cazul n care unghiul de atac principal este diferit de 90, unghiurile funcionale ale sculei n seciunea normal pe ti (fig. 2.15, a) se exprim n funcie de cele constructive prin relaiile :

(1.9)

Valoarea unghiului N se calculeaz din relaia:

(1.10)unde sL este avansul longitudinal, n mm/rot, iar D este diametrul piesei n punctul de contact considerat, exprimat n mm.

La operaia de strunjire cu avans radial, traiectoria micrii efective de achiere este o spiral; n punctul instantaneu de contact dintre scul i pies direcia vitezei efective de achiere ve coincide, cu tangenta la spirala respectiv. Dac piesa are o vitez unghiular constant iar scula se deplaseaz n direcie radial cu un avans constant n timpul achierii (traiectoria fiind o spiral arhimedic), legtura ntre unghiurile constructive i funcionale pot fi exprimate n cazul n care = 90, prin relaiile (fig. 1.15, b) :

(1.11)

n care

(1.12)unde sr este avansul radial, n mm/rot, iar D este diametrul piesei n punctul de contact considerat, exprimat n mm.La strunjirea longitudinal N are valoare constant i n general att de mic nct se poate neglija. La strunjirea transversal ns unghiul crete cu micorarea razei piesei; n apropierea centrului piesei acest unghi poate atinge astfel de valori nct unghiul de aezare funcional devine negativ. Din acest motiv la strunjirea radial se va ine cont n toate cazurile de variaia unghiului de aezare funcional.Unghiurile funcionale depind i de poziia sculei, respectiv a punctului considerat de pe ti n raport cu piesa de prelucrat. Pentru lmurirea acestui aspect al problemei se va considera tot strunjirea radial n cazul aezrii sculei la centrul, peste centrul respectiv sub centrul piesei de prelucrat (fig. 1.16).Dac punctul considerat de pe tiul sculei se afl la nlimea centrului piesei (fig. 1.16, b) adic planul axial al piesei (planul care conine axa piesei i punctul considerat de pe ti) coincide cu planul de baz, poziia tiului sculei nu influeneaz mrimea unghiurilor funcionale. Dac ns punctul n care se definete geometria sculei se afl deasupra centrului piesei (fig. 1.16, a), adic planul axial al piesei face unghiul cu planul de baz constructiv, valoarea unghiurilor funcionale depind de mrimea acestui unghi . ntruct se urmrete influena poziiei sculei asupra unghiurilor funcionale, se consider c avansul de lucru este zero. n acest caz viteza efectiv de achiere ve devine egal cu viteza principal de achiere vp. Legtura ntre unghiurile constructive i cele funcionale, n acest caz, se exprim prin relaiile:

(1.13)

Dac vrful sculei se afl sub centrul piesei (fig. 1.16, c) iar ntre planul de baz constructiv i cel funcional exist unghiul , mrimile unghiurilor constructive i funcionale sunt legate prin expresiile :

(1.13)

Mrimea unghiului 6 se calculeaz din triunghiul OM P (fig. 2.21, a) cu relaia:

(1.14)

n cazul general cnd se ine cont att de influena avansului ct i de poziia tiului sculei n raport cu centrul piesei, unghiurile funcionale ale sculei se determin cu relaiile:

(1.15)

1.2.4. Unghiurile de poziie

Unghiurile de poziie definesc poziia tiului fa de un element al sculei sau n raport cu piesa de prelucrat. Aceste unghiuri nu fac parte din parametri geometrici ai sculei.Unghiurile de poziie constructive definesc poziia tiurilor sculei n raport cu un plan care conine sau este normal pe o ax principal a sculei, acest plan avnd poziia cea mai apropiat de poziia presupus a planului de lucru. Astfel, poziia tiului principal n raport cu planul de referin se poate defini prin unghiul de atac principal ., iar a tiului secundar, prin unghiul de atac secundar 1. Aceste unghiuri sunt indicate pentru cuitul de strung n figura 1.17.

n cazul n care scula lucreaz cu avans axial (fig. 1.17, a), unghiurile de atac se msoar n raport cu un plan normal pe axa longitudinal a cuitului de strung, iar dac scula nainteaz cu avans radial (fig.1.17, b). Unghiul de atac principal constructiv este cuprins ntre planul muchiei principale de achiere i acest plan de referin, iar unghiul de atac secundar constructiv 1 este unghiul dintre planul muchiei secundare de achiere i planul de referin.Unghiurile de atac se msoar n planul de baz constructiv. Tot n planul de baz constructiv se definete unghiul de vrf care este cuprins ntre planul muchiei de achiere principal i secundar.ntre unghiurile de atac i unghiul de vrf exist relaia:

(1.16)Din punctul de vedere al rezistenei sculei la solicitrile termice, ct i la cele mecanice este bine ca unghiul s fie ct mai mic, prin aceasta mrindu-se valoarea unghiului . La un unghi de atac prea mic ns pot aprea vibraii n timpul prelucrrii, motiv pentru care valoarea unghiului de atac se alege ntre 45 - 60. n cazul n care ns este necesar executarea unei piese sau a unui ax cu umr, unghiul are valoarea de 90.Unghiul de atac secundar se alege ct mai mic posibil, pentru ca suprafaa prelucrat s rezulte ct mai fin, realizndu-se astfel i un unghi mai mare ceea ce duce la creterea rezistenei tiului sculei.Poziia tiului sculei se poate defini i prin unghiul complementar de atac (fig. 1.17); ntre unghiul de atac principal i unghiul complementar de atac existnd relaia :

(1.17)n scopul mririi rezistenei vrfului tiului se prevede o raz de vrf r sau faet de vrf b (fig. 1.18), msurate n planul feei de degajare, prin care se formeaz un ti de trecere, acesta reducnd considerabil uzura sculei.Unghiurile de poziie care definesc poziia tiului sculei n raport cu piesa de prelucrat, numite unghiuri de atac funcionale, se msoar n raport cu planul de lucru (fig. 1.19).Unghiul de atac principal funcional e este unghiul cuprins ntre planul muchiei principale de achiere i planul de lucru, iar unghiul de atac secundar funcional ki este unghiul dintre planul muchiei secundare de achiere si planul de lucru.La o aezare normal a sculei n raport cu piesa (fig. 1.19) unghiurile constructive i funcionale de atac ale sculei coincid. Exist ns i cazuri n care aceste unghiuri sunt diferite. Astfel la o aezare nclinat a cuitului de strung n raport cu piesa de prelucrat (fig. 1.20, a) unghiurile funcionale i constructive sunt diferite, ntre acestea existnd legtura exprimat prin relaiile:

(1.18)

Unghiurile funcionale de atac se msoar n raport cu planul de lucru (fig. 1.20, b i c).

Se accentueaz i n acest caz c valorile indicate n literatur pentru unghiurile e i le, sunt n funcie de calitatea materialului sculei, natura materialului piesei, procedeul de achiere utilizat, condiiile de prelucrare etc. sunt valorile unghiurilor funcionale. Din acestea se calculeaz unghiurile de poziie constructive, care se indic pe desenul de execuie a sculei.1.3. UZURA I DURABILITATEA SCULELOR ACHIETOARE

l.3.1. Forme de uzur a sculelor

Cuplul de materiale pies-scula n contact acioneaz reciproc n special prin frecare i ca rezultat, suprafeele n contact se uzeaz. Uzura poate avea una din formele din figura 1.21:

- uzur numai pe faa de degajare, la achiere cu viteze i grosimi mari, sub form de crater paralel cu muchia de achiere principal, de adncime h i care las o faet f (fig. 1.21, a) sau sub form de prag (fig. 1.21, b);

- uzur numai pe faa de aezare, la achiere cu viteze i grosimi mici, sub forma unei teituri de lime h, care apare la vrful sculei sau la mijlocul poriunii active a muchiilor de achiere (fig. 1.21, c);

- uzur att pe faa de degajare ct i pe faa de aezare, ntlnit n mod obinuit (fig. 1.21, d).Evoluia uzurii n timp se numete caracteristica uzurii (fig. 1.22). Se observ c ntre alura uzurii pe faa de degajare i cea de pe faa de aezare nu exist deosebiri; n ambele cazuri, uzura crete la nceput (zona OB), datorit netezirii microneregularitilor feelor active ale sculei; n continuare, creterea este uniform i lent (BC) urmnd o cretere brusc, urmat de distrugerea sculei (h) sau de nrutirea condiiilor de lucru (h).Coeficientul unghiular al tangentei la curba uzurii, ntr-un punct oarecare, adic raportul

(1.19)

se numete intensitatea uzurii sau viteza de uzur la un moment dat.

Intensitatea medie este coeficientul unghiular al dreptei OC dus din origine la poriunea de uzura brusc cresctoare:

(1.20)

1.3.2. Cauzele uzurii sculelor

Fenomenul de uzur const din ndeprtarea treptat, de pe feele active ale sculei, a unei cantiti de material de ctre achie i suprafaa de achiere a piesei. Uzura poate avea una din cauzele de mai jos.a) Uzura prin abraziune se datoreaz cementitei i carburilor complexe ale unor elemente de aliere (n cazul materialelor feroase). Temperatura ridicat favorizeaz descompunerea local a martensitei oelului de scule i amplific aciunea abraziv att a cementitei i carburilor ct a achiei ecruisate. Incluziunile de nisip, oxizii suprafeelor turnate sau laminate ale semifabricatelor au acelai efect.

b) Uzura prin adeziune are loc cnd ntre particulele de material n contact apare o for de adeziune, care depete fora de coeziune dintre constituenii materialului sculei; particule de material aderate sunt smulse i antrenate de achie sau pies. Adeziunea apare ntre ferita din reeaua feritic de baz a oelului de scule sau liantul din carburile metalice (cobaltul); pe de o parte i ferita din materialul prelucrat pe de alt parte. Astfel se explic uzarea sculelor din carburi chiar la prelucrarea oelurilor moi (feritice) i a aliajelor de aluminiu. Tendina de adeziune crete odat cu temperatura de achiere.

c) Uzura prin difuziune, caracteristic sculelor cu plcue de carburi metalice, apare, n special la temperaturi de peste 700C. Carbonul (din oel) sau carbonul i elementele de aliere (din carburi metalice) difuzeaz n achie sau n liantul plcuei. Procesul de difuziune se extinde rapid n masa ntregii plcue datorit conductivitii termice, apar zone srace n carbon, cu proprieti fizico-mecanice necorespunztoare iar partea activ a plcuei se degradeaz.

d) Uzura prin transport de ioni se datoreaz existenei sudurii calde - zona de achiere, care se comport ca un termocuplu. Dei tensiunea termocuplului este redus (sutimi de volt), rezistena foarte mic a contactului scul-pies duce la apariia unui curent mare (zecimi de amper), format din doi cureni nsumai algebric: unul, pur electronic, cu sens de la pies la scul i altul, ionic, de la scul la pies, ultimul ducnd la uzarea sculei. Dac, cu un montaj corespunztor, se anuleaz curentul ionic, viteza de uzare scade de 2 - 3 ori. Izolarea electric a sculei duce la aceeai reducere a vitezei de uzare.

e) Uzura prin frmiare apare n urma loviturilor" ce au loc la prelucrarea cu adaos neuniform sau discontinuu i care produc o uzur fragil, mai ales la scule din oeluri rapide cu cobalt i la plcue din carburi metalice. Se precizeaz c spargerea plcuei din carburi nu reprezint o uzare prin frmiare ci este un accident tehnologic.

1.3.3. Criterii de uzur i durabilitate a sculei

a) Uzura admisibil reprezint o anumit mrime a uzurii sculei, stabilit dup unul din criteriile de mai jos:

- criteriul petelor lucioase, care arat c tiul sculei s-a tocit i taseaz puternic suprafaa de achiere;

- mrirea brusc a forei de achiere, n special componenta sa radial Fy (criteriul Schlesinger);

- nrutirea calitii suprafeei prelucrate;

- apariia vibraiilor.

Se precizeaz c scula mai poate achia, n cazul folosirii sale n continuare, se reduce mult durata total de folosire, ncetarea achierii i reascuirea sculei se execut cnd piesa devine rugoas, cnd forele cresc peste msur, sau cnd piesa nu mai rezult n limitele prescrise etc. Valoarea limii h sau a uzurii radiale hr la care se oprete achierea, pentru oricare din cauzele enumerate, constituie valoarea uzurii admisibile (se msoar cu precizie de 0,050,1 mm i constituie un criteriu pentru uzur).b) Durabilitatea efectiv a sculei reprezint timpul de achiere efectiv ntre dou reascuiri succesive, impuse de atingerea uzurii admisibile. Prin urmare durabilitatea efectiv T depinde de mrimea uzurii admisibile i de evoluia uzurii n timp (fig. 1.23).c) Uzura optim este uzura care asigur sculei durata total (Ttmax) maxim de folosire (M. N. Larin). Adoptarea acestui criteriu de uzur este important n cazul produciei n serie mare. Uzura optim se determin experimental, pentru condiiile concrete din ntreprindere (fig. 1.24).n scopul urmririi uzurii, s-a introdus noiunea de uzur specific, sau de uzur relativ (uzura raportat la 1000 m lungime):

(1.21)

n care u este uzura normal; l - lungimea achiat n metri, corespunztor uzurii normale.La strunjire, l = DL/l 000 s [m], n. care L este lungimea prelucrata a piesei.1.3.4. Influena diferiilor factori asupra intensitii uzurii i durabilitii efective

Uzura sculei depinde de caracteristicile cuplului de materiale scul-pies, de presiunea i de temperatura pe suprafeele de contact. Aceti ultimi doi factori depind de regimul de achiere, deci i uzura va depinde de acest regim.a) Influena materialelor n contact. Dac se admite c forele cresc cu caracteristicile mecanice (r, HB) ale materialului prelucrat, se admite i o influen de acelai sens pentru intensitatea uzurii i de sens contrar pentru durabilitatea efectiv T (fig. 1.25, a).Proprietile abrazive (cementita), de adeziune (ferita), carburile complexe duc la micorarea lui T, n timp ce prezena elementelor ca S, P, Pb (la oeluri) i Mn i Si (fonte) mresc durabilitatea.Materialul tiului sculei trebuie s aib stabilitate termic corespunztoare (oelurile carbon de scule au stabilitate termic pn la 200-250 C, cele aliate de 300 -400C, cele rapide de 550-650C, iar plcuele de carburi metalice de 800-1000C).Rugozitatea suprafeelor active influeneaz foarte mult durabilitatea sculei (fig. 1.25, b), care poate fi de 2 - 3 ori mai mare n cazul suprafeelor active fine.b) Influena regimului de achiere asupra intensitii uzurii este artat, calitativ, n fig. 1.26. Toi parametrii regimului determin creterea intensitii, deci micorarea durabilitii, ns viteza de achiere are influent dominant. F. W. Taylor a stabilit dependena T - v sub forma urmtoare, considernd condiii constante de achiere:

(1.22)

unde m este exponentul duratei continue de achiere (); Cv, CT - constante care depind de proprietile materialului prelucrat etc.Exponentul m nu este constant ci depinde de uzura tiului i de vitez. Pentru un domeniu restrns al vitezei se poate lua m = const.Oelurile carbon de scule i oelurile rapide nu se abat de la legea lui Taylor, n timp ce carburile metalice au durabilitatea variabil dup o lege mai complex, avnd un minim la viteze mici, apoi un maxim, dup care se respect dependenta T-v de forma relaiei (1.22). Comportarea nesatisfctoare a acestor materiale de scule, la viteze mici de achiere, se explic prin uzura de adeziune dominant.

Dependenta durabilitii de adncimea t i de avansul s se poate exprima sub form de relaii asemntoare cu relaia (1.22) :

(1.23)

n care .

c) Influena geometriei sculei prin parametrii , , , i r, dac duc la micorarea temperaturii, determin creterea durabilitii efective.d) Influena lichidelor de rcire mrete durabilitatea sculei prin micorarea forelor de frecare i a temperaturii tiului.n final, este necesara stabilirea unei relaii de forma: T=f(v, t, s), care, conform analizei dimensionale, se poate scrie (pentru strunjire, rabotare i mortezare):

(1.24)

n care, n afar de notaiile cunoscute, KT este un coeficient global de corecie care ine seama de restul condiiilor de achiere (materialul de prelucrat, materialul i geometria sculei, lichidul de rcire, uzura sculei etc.).

1.3.5. Durabilitatea optim a sculein cadrul mulimii de valori pe care o poate avea durabilitatea efectiv, anumite valori pot fi considerate ca optime n raport cu anumite criterii.a) Durabilitatea optim dup criteriul productivitii maxime se calculeaz scriind c Q = 1/te, n care Q este productivitatea operaiei, iar te este timpul efectiv de lucru. Se obine, n final, expresia durabilitii:

(1.25)

n care ts este timpul necesar demontrii sculei, eventual reascuirea acesteia, fixarea sculei pe maina-unealt, reglarea mainii-unelte.b) Durabilitatea optim dup criteriul costului minim ine seama de costul total al operaiei C = Cb + Ca [lei], unde (Cb i Ca sunt costurile corespunztoare timpului de baz i timpului auxiliar. Se obine expresia durabilitii:

(1.26)

n care Ces reprezint cheltuielile legate de exploatarea sculei; cb - retribuia lucrtorului de la maina-unealt, n lei/min.Se observ c durabilitatea economic trebuie s fie mai mare dect durabilitatea care asigur productivitatea maxim Tmax, cu cota ce reprezint cheltuielile legate de scul:

(1.27)

n care t1 este timpul necesar pentru reascuire, n min; S - costul de achiziionare al sculei, n lei; n - numrul de reascuiri ale sculei, n timpul execuiei piesei.Costul de achiziionare a sculei S influeneaz n mod hotrtor Tec.Pierderea de productivitate, dac se lucreaz cu Tec sau costul mai ridicat al operaiei, dac se adopt Tmax, se pot micora (adic valorile celor dou durabiliti se pot apropia), reducnd cheltuielile legate de scul (fig. 1.27).

\1.3.6. Viteza de achiere economic

Valoarea vitezei de achiere, corespunztoare durabilitii economice, se numete vitez de achiere economic i se noteaz sub forma vt (de exemplu pentru Tec = 60 min, se va nota v60). Din relaia (1.24) rezult:

(1.28)

Coeficienii i exponenii relaiilor se iau din normative.

Relaia general pentru calculul vitezei de achiere, pentru toate sculele, are forma

(1.29)

Dac una din mrimile Ds, t, t1, sd, z nu particip la stabilirea vitezei, exponentul mrimii respective se va lua valoarea zero.Pornind de la expresia productivitii, ca volum de achii detaat n unitatea de timp

(1.30)

i innd seama de condiia T = Tec i de expresia vitezei dat de relaia (1.28), se poate stabili c productivitatea operaiei crete prin mrirea adncimii de achiere, apoi a avansului. Mrirea vitezei de achiere, cu micorarea corespunztoare a lui t i s, pentru a satisface condiia T = Tec, duce la scderea productivitii. De aceea, nti se va mri adncimea t pn la valoarea maxim admis de adaosul de prelucrare i de rezistena sculei i, n al doilea rnd, avansul s pn la limita admis de rugozitatea suprafeei de achiere i de rezistena i rigiditatea sculei. Cu aceste valori se va calcula viteza de achiere economic.1.3.7. Ci de mrire a durabilitii efective a sculei

Durabilitatea efectiv (real) a sculei se poate mri prin perfecionarea materialelor de scule, mbuntirea calitii suprafeelor active ale sculei, perfecionarea constructiv i optimizarea geometriei acesteia i folosirea lichidelor de rcire. n continuare se va prezenta numai alegerea geometriei optime a sculei.Optimizarea geometriei tinde s mreasc precizia de prelucrare, s realizeze achierea cu consum minim de energie, s duc la o vitez de uzare minim a sculei (durabilitate efectiv maxim) i la mbuntirea calitii suprafeei prelucrate, s reduc vibraiile, s permit obinerea unor achii de lungime mic i uor transportabil etc.a) Unghiul de aezare optim depinde n special de grosimea achiei nedetaate:

(1.31)

n care A = 0,13 pentru prelucrarea oelurilor i A = 0,1 pentru fonte. Pentru prelucrri de precizie dimensional ridicat (clasele 2 - 3) i cu rugozitate redus (clasele 4 - 5) se recomand opt < 10.Poziionarea sculei cu vrful sub linia centrelor (fig. 1.28, a), la o distan h, care s asigure unghiul opt, are un efect pozitiv, mrind stabilitatea dimensional i micornd rugozitatea piesei. Executarea unei faete cu limea bf = 0,07...0,l mm i f = 0 duce la mrirea rezistenei tiului, la micorarea vitezei de uzare radial i a rugozitii.n unele cazuri, se folosesc scule cu faa de aezare scurtat (fig. 1.28, b), pentru limitarea contactului cu suprafaa de achiere. S-a stabilit c durabilitatea crete mult deoarece uzura h nu poate depi limea faetei bf. De exemplu, la cuite cu plcute P 20, cu bf = 0,4 mm i f = 0, Tef este de 3 - 4 ori mai mare dect la cuite fr aceast faet. Domeniul valorilor optime ale unghiului este ntre 5 i 8.b) Unghiul de degajare optim depinde, n mare msur, de proprietile mecanice i de rezistent ale materialelor sculei i piesei. Cu creterea rezistentei materialului piesei opt capt valori mai mici. M. N. Larin indic relaia:

(1.32)

n care kl este coeficientul de contracie plastic a achiei. Relaia este valabil pentru prelucrarea oelurilor hipoeutectoide cu scule din oel rapid. Pentru scule profilate, n special de danturare:

(1.33)

Pentru scule cu plcute de carburi metalice, cu faa de degajare plan:

- la prelucrarea oelurilor carbon de construcie, cu:r < 80 daN/mm2, se ia:

r = 80 120 daN/mm2, se ia:

la prelucrarea oelurilor bogat aliate, cu:

r < 110 daN/mm2, se ia:

r > 110 daN/mm2, se ia:

Pentru faa de degajare cu faet negativ (fig. 1.29, b) se ia: opt = 20...30, dac b a i f = -5...-10.La prelucrarea fontelor:opt 17,2 - 0,066 HB. (1.34)Faa de degajare concav cu faet (fig. 1.29, c) reprezint o form optim, cu unghiul f de valoare mic (negativ) n imediata vecintate a muchiei (expus la uzur mai accentuat), pentru mrirea durabilitii i o valoare pozitiv mai mare n zona degajrii achiei, n scopul reducerii forei si a detarii mai uoare a achiei simultan cu spiralarea sa strns i formarea unui ti de depunere stabil.

c) Unghiurile optime de atac nu sunt uor de stabilit. Ele depind de felul prelucrrii (degroare sau finisare), de rigiditatea i stabilitatea la vibraii a sistemului MDSP, de forma piesei etc. n fig. 1.30 este reprezentat un exemplu de optimizare a unghiului de atac iar valorile recomandate sunt la finisare de 0 15, iar la degroare ntre 45 60.

d) Unghiul de nclinare optim al tiului principal se ia n funcie de felul prelucrrii (degroare sau finisare), de forma adaosului de prelucrare (continuu sau nu) etc. Unghiul determin direcia de detaare a achiilor i poziia punctului iniial de contact al materialului prelucrat cu tiul sculei. Din punctul de vedere al durabilitii sculei, la prelucrarea oelurilor se recomand = -10. . . + 10.

Concluzii. Valorile optime ale unghiurilor sculei se determin stabilind influena acestora asupra unor criterii de optimizare, ca; Fz T, Rz vibraii, detaarea i forma achiei etc. Influenele sunt complexe si interdependente, astfel c i geometria optim a sculei nu se poate stabili dect ntmpltor i, n orice caz, nu se poate gsi o soluie unic, comun tuturor condiiilor impuse. Datorit acestei situaii, la stabilirea geometriei optime se renun la optimizarea din toate punctele de vedere i se consider numai anumite criterii, cele mai importante pentru cazul concret.Unghiurile, stabilite ca optime, sunt unghiuri funcionale.1.4. MATERIALE FOLOSITE N CONSTRUCIA SCULELOR ACHIETOARESculele achietoare sunt supuse unor solicitri mecanice i termice deosebite n timpul achierii, motiv pentru care materialul din care se execut partea activ a acestora trebuie s aib o serie de proprieti deosebite, ca: duritate ridicat, rezisten la uzur la rece, rezisten la uzur la cald, rezisten mecanic ridicat, termostabilitate, tenacitate ridicat, o bun prelucrabilitate i cost ct mai sczut.1.4.1. Oeluri carbon pentru scule

Sunt aliaje fier-carbon cu un coninut de 0,6 - 1,4%C. Aceste materiale nu conin elemente de aliere n afar de carbon. Siliciul i manganul apar ca materiale nsoitoare.Cu creterea coninutului de carbon crete i duritatea materialului, ns odat cu aceasta scade tenacitatea lui. Dintre oelurile pentru scule, oelul carbon pentru scule atinge duritatea maxim dup clire (66 - 67 HRC). Clirea se face n ap la temperatura de 750 - 800 C. Din cauza vitezei de rcire prea mari, clibilitatea oelului carbon pentru scule este redus, motiv pentru care nu sunt indicate la executarea sculelor voluminoase sau a celor cu configuraie complicat. Oelul carbon pentru scule este cel mai ieftin material din care se execut sculele achietoare. n stare neclit se prelucreaz ceva mai greu dect oelul carbon pentru construcie, n timpul rectificrii, n stare clit, pot aprea uoare crpturi superficiale.Oelul carbon pentru scule are o termostabilitate redus. La temperatura de 200 - 250 C scula i pierde capacitatea de achiere, de unde rezult c sculele executate din oel carbon pentru scule pot fi utilizate doar la viteze de achiere mici, n general la executarea sculelor manuale (tarozi de mn, filiere etc.).1.4.2. Oeluri aliate pentru sculeOelurile aliate pentru scule au, pe lng carbon, mangan, siliciu, i alte elemente de aliere, cum sunt: cromul, nichelul, vanadiul, wolframul i molibdenul, care asigur acestor oeluri performane achietoare mai mari dect cele ale oelurilor carbon pentru scule. Prezena acestor elemente de aliere asigur oelurilor aliate pentru scule o rezisten mai mare la uzur, o clibilitate mai bun i o rezisten termic mai mare. Oelurile aliate pentru scule i menin capacitatea de achiere pn la temperaturi de 400 C.Dup proprieti i destinaie, oelurile aliate pentru scule se clasific conform STAS 3611-80 n:- oeluri pentru scule achietoare i aparate de msurat;- oeluri pentru scule de deformare i scule pneumatice.1.4.3. Oeluri rapideElementele principale de aliere ale oelurilor rapide sunt wolframul, cromul i vanadiul. Pe lng acestea mai conin molibden iar mrcile mai bune i cobalt.Oelurile rapide au o duritate ridicat, o mare rezisten mecanic i rezisten la uzur, ca i oelurile nealiate i aliate pentru scule, cu deosebirea c i pstreaz proprietile achietoare pn la temperatura de 550 - 600C.Carbonul are o influen hotrtoare asupra duritii, rezistenei mecanice i rezistenei la uzur a oelului rapid, asigurnd formarea structurii martensitice.Wolframul asigur termostabilitatea, rezisten la uzur i duritatea ridicat a sculelor executate din aceste materiale.Cromul asigur oelului rapid o clibilitate mai bun. Coninutul de crom este sub 5%, ntruct un procent mai mare de crom scade prelucrabilitatea oelului, iar dup tratamentul termic crete cantitatea de austenit rezidual.Vanadiul formeaz cu carbonul carburi greu dizolvabile, asigurnd oelului rapid o duritate i mai ales o rezisten la uzur. Utiliznd vanadiul ca element de aliere, se poate reduce coninutul de wolfram.Cobaltul se utilizeaz n general n compoziia oelurilor rapide din care se execut scule care lucreaz n condiii grele de prelucrare. Oelurile rapide aliate cu cobalt asigur o durabilitate mai mare sculelor n timpul strunjirii continue i o durabilitate mai mic n cazul unei achieri ntrerupte cum ar fi frezarea.Molibdenul asigur oelului rapid proprieti similare ca i wolframul, n general o parte de molibden nlocuiete dou pri de wolfram. Molibdenul face oelul rapid foarte sensibil la supranclziri producnd decarburarea.Cea mai larg utilizare are oelul Rp 3 care se prelucreaz destul de bine prin achiere i se rectific foarte uor. Oelul Rp 4, care este de dou ori mai ieftin dect Rp 3, are un coninut mai mic de carburi de wolfram, prin urmare rezistena la uzur la rece este mai mic, dar are aceeai termostabilitate ca i Rp3 din care motiv poate nlocui pe aceasta din urm n cazul prelucrrilor cu viteze de achiere relativ mari.1.4.4. Carburi metaliceDezvoltarea rapid a tehnicii a impus necesitatea gsirii unor materiale de scule noi, care s rspund condiiilor de achiere din ce n ce mai grele, n felul acesta au aprut aliajele dure compuse din carburi metalice greu fuzibile, legate prin sinterizare cu ajutorul unui liant. Elementele greu fuzibile sunt carburile de wolfram (WC), carburile de titan (TiC), carburile de tantal (TaC), iar ca liant se folosete cobaltul, mai rar nichelul.Datorit prezenei acestor carburi metalice foarte dure, duritatea, rezistena la uzura, i stabilitatea termic a acestor aliaje dure sunt superioare oelurilor pentru scule. Carburile metalice i menin proprietile achietoare chiar la temperaturi de 900 - 1000 C.Mrcile de carburi metalice sunt standardizate, avnd indicat modul de simbolizare i de utilizare a acestora.Cu ct este mai mare coninutul de carburi n aliajul dur, cu att este mai mare duritatea acestuia, dar cu creterea duritii se micoreaz tenacitatea aliajului, devine mai fragil i suport mai greu ocurile.Tenacitatea aliajului este n funcie de coninutul de cobalt i de dimensiunea grunilor de carbur. Creterea coninutului de cobalt i micorarea mrimii grunilor de carbur fac ca aliajul dur s devin mai maleabil.Aliajele wolfram-cobalt sunt mai maleabile i mai puin fragile; dect aliajele wolfram-titan-cobalt ntruct n ultimele se gsesc cantiti importante de carburi de titan libere care sunt foarte fragile.Dac n timpul prelucrrii rezult achii de rupere (prelucrarea fontei), cnd solicitarea tiului este pulsatorie, este bine s se foloseasc aliaje wolfram-cobalt deoarece acestea sunt mai tenace.La prelucrarea oelului, cnd procesul de achiere decurge mai linitit i cnd are loc o uzur pronunat a feei de degajare datorit frecrilor intense, se recomand folosirea aliajelor wolfram-titan-cobalt care sunt mai dure i mai rezistente la uzur dect aliajele wolfram-cobalt, ns au o tenacitate mai redus. Prezena carburii de titan asigur i o stabilitate termic mai mare. Carburile metalice sinterizate sunt livrate sub forma unor plcue de forme i dimensiuni diferite i sunt lipite sau fixate mecanic pe un suport. Dei sunt aliaje scumpe, sunt din ce n ce mai frecvent folosite. Carburile metalice prezint dezavantajul c au o rezisten de rupere la ncovoiere relativ sczut.n cazul n care unghiul de degajare este pozitiv, plcua din carburi metalice sufer deformaii la ncovoiere pe care le suport greu. La un unghi de degajare negativ plcua de aliaj dur este solicitat la compresiune, pe care ns o suport foarte bine datorit faptului c rezistena de rupere la compresiune este mult mai mare dect la ncovoiere.Mrirea rezistenei tiului sculei armat cu plcu din carburi metalice se poate obine i prin realizarea unui unghi de nclinare negativ.Folosirea sculelor cu unghi de degajare i unghi de nclinare a tiului principal negativ duc ns la ngreunarea condiiilor de achiere (crete fora i puterea necesar achierii). Din acest motiv sculele cu aceast geometrie se recomand doar dac prelucrarea se face pe maini-unelte robuste.1.4.5. Materiale mineralo-ceramice

Sunt materiale aprute relativ recent i, aa cum arat denumirea lor, au la baz elemente argiloase pe baza de oxid de aluminiu (A12O3). Acest. oxid de aluminiu se preseaz n prealabil n plcue de forme i dimensiuni dorite iar apoi prin sinterizare se obine un material ceramic de duritate foarte ridicat (mai mare dect a carburilor metalice).Plcuele mineralo-ceramice sunt superioare carburilor metalice att n ceea ce privete duritatea ct i stabilitatea la temperaturi nalte. Aceste materiale pstreaz duritatea pn la o temperatur de 1100 - 1200C. Au o rezisten redus la ncovoiere i n acelai timp sunt foarte fragile. Din acest motiv pot fi folosite doar la operaii ele finisare i semifinisare n cazul n care plcuele nu sunt supuse la ocuri i vibraii. Rezultate bune s-au obinut la prelucrrile cu avansuri mici i viteze de achiere mari.Materialele mineralo-ceramice au cost relativ sczut, mult mai mic dect a carburilor metalice, ntruct n compoziia lor nu intr elemente de aliere scumpe (wolfram, titan, cobalt). Trebuie avut ns n vedere c costul ascuirii poate fi de cteva ori mai mare dect cel al elaborrii, ntruct la aceast operaie se folosesc abrazive cu diamant.Proprietile mecanice ale materialelor mineralo-ceramice se pot mbunti prin adugarea unor elemente ca wolframul sau molibdenul, respectiv printr-un adaos mic de carburi de wolfram, de titan i de molibden. Prin acest adaos de metal respectiv carburi metalice crete tenacitatea materialului mineralo-ceramic.Dei domeniul de utilizare a plcuelor mineralo-ceramice este relativ redus n prezent, se pare c sunt materialele achietoare ale viitorului.1.4.6. DiamantulDiamantul este materialul cu duritatea cea mai ridicat, ceea ce i asigur o mare rezisten la uzur n timpul achierii. Pe lng aceast proprietate prezint i avantajul c prin ascuire se poate asigura sculei un ti foarte bine ascuit i o suprafa foarte fin prin care se reduce frecarea ntre faa de degajare i achie. Datorit acestor caliti diamantul i menine capacitatea de achiere la temperaturi de 1600 - 1800C. Experimental s-a stabilit c diamantul nu-i pierde duritatea nici la cele mai nalte viteze de achiere realizabile practic.Avnd n vedere c diamantul este foarte fragil, se poate folosi doar la prelucrrile de finisare, lucrnd cu avansuri mici (0,01 - 0,05 mm/rot) i cu adncimi de achiere de asemenea mici (0,05 - 0,2 mm), utilizndu-se viteze de achiere mari. Cu diamantul se pot prelucra aliajele de aluminiu, aliajele de magneziu, materiale antifriciune, cuprul, alama, argintul, platina, aurul, nichelul cauciucul, ebonit, hrtia, cartonul, bumbacul, lna comprimat etc. Diamantul nu se utilizeaz ns la prelucrarea materialelor feroase.Pentru achiere se folosete diamantul industrial, adic acel diamant care nu se poate folosi pentru bijuterii din cauza impuritilor.Pentru mrirea rezistentei tiului, unghiul de vrf al sculei se alege ct se poate de mare ( < 130). Doar partea achietoare a sculei se execut din diamant care se prinde de suport prin fixare mecanic sau prin lipire.Diamantul este cel mai scump material folosit pentru executarea sculelor achietoare. Din acest motiv sculele cu diamant se folosesc n cazuri speciale de prelucrare, pentru operaii de finisare, cnd se urmrete obinerea unei caliti superioare a suprafeei prelucrate ntr-un cmp de toleran restrns.1.4.7. Materiale abraziveMaterialele abrazive sunt granule foarte dure, cu muchii ascuite, folosite la executarea discurilor abrazive, a pnzelor i a hrtiilor abrazive sau utilizate sub form de pulberi respectiv paste abrazive.Granulele abrazive se caracterizeaz printr-o duritate ridicat din care motiv au o capacitate de abrazare nsemnat.Materialele abrazive pot fi naturale sau artificiale.Materialele abrazive naturale sunt diamantul, corindonul, mirghelul si cuarul.Diamantul este cea mai dur granul abraziv, de mult folosit, mai ales pentru lustruirea sticlei. Din cauza c este materialul cel mai dur, se poate folosi la finisarea oricrui metal. Avnd n vedere c este scump, se folosete doar n cazul prelucrrilor speciale.Corindonul natural, avnd un coninut de pn la 95% A12O3 (restul impuriti) are duritatea ridicat, fiind, din acest punct de vedere, dup diamant, primul element abraziv natural. Din cauza impuritilor ns corindonul natural nu prea se folosete n prezent pentru fabricarea sculelor abrazive.mirghelul (25 - 30% A12O3 + Fe2O3 + silicai) aparine familiei corindonului, dar conine nsemnate cantiti de impuriti. Datorit prezenei acestor impuriti are o duritate mai sczut, motiv pentru care aceste granule abrazive sunt folosite la fabricarea hrtiei de lefuit sau sub form de praf la finisarea suprafeelor metalice.Cuarul (silicea) este oxid de siliciu (SiO2) cristalin existent n natur n cantiti mari. Din cauza duritii mai reduse nu se folosete pentru finisarea metalelor, n general se utilizeaz la prelucrarea lemnului sub form de granule abrazive prinse pe un suport textil.Materialele abrazive artificiale folosite la fabricarea sculelor abrazive sunt corindonul sintetic (electrocorindonul), carbura de siliciu (carborundul), carbura de bor, nitrura cubic de bor i diamantul sintetic. Aceste materiale au o duritate mai ridicat dect cele care se gsesc n natur. Electrocorindonul este format din oxid de aluminiu cristalin obinut pe cale electric din bauxit. Capacitatea de achiere a sculei este n funcie de cantitatea de oxid de aluminiu i de gradul de puritate. Prin mrirea cantitii de oxid de aluminiu crete duritatea dar i fragilitatea corpului abraziv. Electrocorindonul se folosete n dou variante:

- electrocorindonul normal (95 - 98% oxid de aluminiu) de culoare crmizie sau cenuie;

- electrocorindonul nobil (conine 99 - 99,5% oxid de aluminiu) de culoare alb sau roz.

Granulele de electrocorindon au duritatea ridicat i n acelai timp o tenacitate suficient. Din acest motiv sunt folosite la executarea discurilor abrazive utilizate la rectificarea materialelor tenace.Carbura de siliciu (SiC) se obine pe cale artificial, n cuptoare electrice, din nisip de cuar i crbune pulbere (coninutul de Si fiind de 70% iar cel de carbon de 30%).Carbura de siliciu curat este incolor. Cea folosit n industrie are culoarea verde sau neagr din cauza impuritilor. Carbura de siliciu verde conine mai puine impuriti dect cea neagr.Granulele din carbur de siliciu sunt foarte casante din care motiv se sparg uor dar n urma spargerii granulei apar coluri i muchii foarte ascuite. Din acest motiv sunt folosite la prelucrarea materialelor fragile (font, bronz turnat, aluminiu turnat) care au rezisten de rupere redus. Corpurile abrazive din carbur de siliciu se folosesc i la polizarea aliajelor dure. Pentru prelucrarea aliajelor dure este bine s se foloseasc carbur de siliciu verde.Carbura de bor (B4C) se obine prin topirea oxidului de bor cu carbon, rezultnd un material abraziv artificial foarte dur. Granulele de carbur de bor sunt ascuite, au o mare rezisten la uzur i compresiune dar sunt foarte fragile. Carbura de bor se utilizeaz la rodarea suprafeelor, sub form de pulbere sau past.Nitrura cubic de bor (NCB) se obine din nitrura de bor cristalizat n sistem hexagonal. Aceasta din urm supus unei aciuni combinate de presare sub regim termic ridicat i schimb structura cristalin din sistem hexagonal n sistem cubic. Nitrura de bor cristalizat n sistemul cubic este un material cu duritate apropiat de cea a diamantului. Pe lng aceast duritate ridicat are o stabilitate termic nalt (1300C) i este inert din punct de vedere chimic pn la temperaturi de 1000 - 1200C.Nitrura cubic de bor, ca material abraziv, este cunoscut sub denumirea comercial de borazon (S.U.A.) respectiv elbor i ctibonit (U.R.S.S.). Aceste materiale se pot folosi cu mult succes la rectificarea oelurilor, ascuirea sculelor achietoare, honuirea oelurilor i fontelor. Nitrura cubica de bor s-a comportat excelent la rectificarea oelurilor tratate cu duritate ridicat, a aliajelor cu Ti, W, Co, Mo, a oelurilor inoxidabile i a fontelor dure. Nu s-au obinut rezultate bune la prelucrarea carburilor metalice i a materialelor neferoase.Diamantele industriale sintetice se obin prin presarea grafitului pur la presiuni i temperaturi foarte mari n atmosfer controlat. Aceste materiale sunt din ce n ce mai frecvent folosite la executarea sculelor achietoare.Cap. 2. SCULE PENTRU STRUNJIRE, RABOTARE I MORTEZARE

2.1. CUITE DE STRUNG

Cuitele de strung sunt cele mai rspndite scule achietoare folosite la prelucrarea metalelor. Aceste scule sunt utilizate la strunguri universale, revolver, carusel, semiautomate, automate, la mainile de alezat i frezat orizontale etc.2.1.1. Clasificarea cuitelor de strung*n practic se utilizeaz o mare varietate de tipuri i forme de cuite de strung, de diferite dimensiuni. Aceste cuite se clasific dup mai multe criterii:a) n funcie de sensul avansului, cuitele de strung pot fi: pe dreapta i pe stnga. Dac se suprapune palma minii peste corpul cuitului astfel ca degetele s fie ndreptate spre vrful acestuia, iar tiul principal s se afle pe partea degetului mare, rezult cuit pe dreapta la care se pune mna dreapt i cuit pe sting la care se pune mna stng (fig. 2.1).Cuitul pe dreapta lucreaz cu avansul de la dreapta spre stng, iar la cuitul pe stng sensul avansului este de la stng la dreapta.b) n funcie de forma capului si poziia lui n raport cu corpul, cuitele de strung pot fi: drepte, ncovoiate, cotite i cu capul ngustat. La cuitele drepte (fig. 2.2, a) axa de simetrie n plan i n vedere lateral este dreapt. Aceste scule pot fi pe stng sau pe dreapta.Se numesc cuite ncovoiate cuitele la care axa de simetrie a corpului lor este ncovoiat n plan (fig. 2.2, b). i aceste scule pot fi pe dreapta sau pe stng. Au avantajul fa de cuitele drepte c pot fi folosite att la strunjire longitudinal ct si la cea transversal.Cuitele cotite (fig. 2.2, c) pot fi cotite nainte sau napoi.n cazul cuitelor cu cap ngustat capul este mai ngust dect corpul (fig. 2.2, d). Aceste cuite pot fi ngustate pe stnga, simetrice sau ngustate pe dreapta, folosindu-se pentru retezarea materialelor.c) Dup caracterul prelucrrii, cuitele pot fi pentru prelucrri de degroare i pentru prelucrri de finisare.

d) n funcie de forma seciunii corpului, cuitele pot fi prismatice, ptrate i circulare.

e) Dup modul de construcie, cuitele pot fi: monobloc, sudate cap la cap sau cu plcue.2.1.2. Tipuri constructive de cuitea) Cuite monobloc sunt cuitele la care att capul ct i corpul sunt executate din acelai material. Aceste cuite se execut n general din oel pentru scule. Mai rar, n cazul sculelor de dimensiuni mici, pot fi executate i din oel rapid. Aceste cuite sunt din ce n ce mai puin folosite n industrie datorit rezistenei lor reduse la solicitrile termice.Cuitele monobloc sunt ntlnite i sub denumirea de cuite albe, care sunt nite bare de seciune dreptunghiular sau ptrat, din oel rapid, tratate termic i rectificate, ascuirea lor fcndu-se la utilizare.

b) Cuite sudate cap la cap sunt cuitele de dimensiuni mari, la care nu este economic s se fac din oel rapid i coada sculei. n acest caz doar partea activ a cuitului se execut din oel rapid, coada sculei confecionndu-se din oel carbon de calitate, cele dou pri fiind sudate cap la cap.

c) Cuite cu plcue lipite, sunt cuitele la care pentru asigurarea fixrii plcuelor din carburi metalice, n corpul cuitului se prevede un loca, n funcie de forma si dimensiunea plcuei, respectiv destinaia sculei.La fixarea plcuelor de carburi metalice, prin lipire, trebuie avut n vedere faptul c aliajul dur i corpul cuitului au coeficient de dilatare termic diferit. Din acest motiv, dac fixarea nu se face corespunztor, n plcua fixat pot aprea tensiuni interne att de nsemnate nct acesta se poate fisura. Pentru reducerea tensiunilor interne trebuie asigurat o temperatur de lipire ct mai mic i folosit un material de lipit care compenseaz, datorit plasticitii sale, diferena de dilatare termic a celor dou elemente lipite, n cazul cel mai frecvent se folosete ca material de lipit cuprul electrolitic.Metoda de fixare prin lipire a plcuelor din carburi metalice este frecvent folosit n practic, n prezent, dei prezint o serie de dezavantaje ca: apariia tensiunilor interne n metalul dur datorit diferenei coeficientului de dilatare termic a aliajului i suportului; la reascuire trebuie prelucrat i corpul cuitului ceea ce necesit un consum suplimentar de energie.d) Cuite cu plcue schimbabile sau fixate mecanic sunt din ce n ce mai frecvent folosite, au aprut foarte multe sisteme de fixare, elaborate de diferite firme care s-au specializat n producerea cuitelor cu plcue fixate mecanic. Prin "plcu schimbabil" se nelege acea plcu din oel rapid, carburi metalice sau mineralo-ceramice, care dup utilizarea succesiv a tuturor muchilor de achiere se schimb fr s mai fie reascuit.Literatura de specialitate strin utilizeaz urmtoarele denumiri: plcue indexabile (lb. englez); plcue amovibile (lb. francez); plcue inversabile (lb. german)n literatura romn de specialitate, prin STAS 9130/6-89 s-a standardizat denumirea de plcut schimbabil.Tendina actual este de a construi tot mai mult scule cu plcue achietoare schimbabile datorit avantajelor pe care le prezint: se evit producerea de fisuri prin lipire sau reascuire;

se nltur cheltuielile legate de reascuire;

se reduce timpul auxiliar necesar schimbrii sculei;

nlocuirea unei plcue schimbabile se face n cteva secunde, fr demontarea corpului sculei;

se mrete considerabil durabilitatea plcuei prin adoptarea unei uzuri admisibile mai mare etc.

De subliniat c plcuele schimbabile se preteaz bine la cuite i freze, adic tocmai la operaiile prin care se prelucreaz majoritatea pieselor: strunjirea i frezarea.n construcia diferitelor scule achietoare se folosesc n prezent un numr foarte mare de forme i dimensiuni de plcue, ceea ce a impus necesitatea standardizrii lor n multe ri i chiar la nivel mondial i a simbolizrii codificate a diferitelor elemente ale formei i dimensiunilor plcuelor.n Romnia, STAS 9130/6-89 n coresponden cu ISO 1832-1985 stabilete codul de simbolizare a plcuelor, format din cifre i/sau litere, structurat dup modelul din figura 2.3:

Fig. 2.3Simbolurile au urmtoarele semnificaii:

simboluri principale: l - Forma plcuei; 2 - Unghiul de aezare normal; 3 - Clasa de precizie; 4 - Particulariti constructive; 5 - Latura (mrimea) plcuei; 6 - Grosimea plcuei; 7 Forma (raza) vrfului;

simboluri suplimentare: 8- Forma muchiei de achiere a tiului; 9 - Direcia de achiere; 10 felul prelucrrii.Simbolul plcuei este nsoit de denumirea firmei i/sau numrul standardului precum i de materialul plcuei.De exemplu, pentru o plcu schimbabil triunghiular (T), cu unghiul de aezare normal n = 11 - pozitiv (P), avnd o clas de precizie ridicat (G), fr alezaj i fr sfrmtor (formator) de achii (N), avnd lungimea laturii l - 16,50 mm (16), cu grosimea placuei S0 = 3,18 mm (03) i raza la vrf r0 = 0,8 mm (08), cu ti cu raz (E) i direcie de achiere pe dreapta (R), pentru degroare (QR), din carbur metalic, grupa de utilizare P20, notaia va fi:Plcu TPGN 160308 ER-QR STAS 9130/1-89/P20n literatura de specialitate se disting dou tipuri de plcue (fig. 2.4).- plcue negative (N) sau "fr unghi de aezare" (n = 0), dar care sunt aezate pe suportul lor astfel nct s apar un unghi de aezare >0 i un unghi de degajare < 0 (fig. 2.4,a);- plcue pozitive (P) sau "cu unghi de aezare" (de exemplu, n = 11) care se fixeaz pe suport astfel nct s apar un unghi de aezare > 0 (de obicei, = 5) i un unghi de degajare > 0 (de obicei, = 6), astfel nct suma celor dou unghiuri s fie + = 5 + 6 = 11, respectiv unghiul total cu care sunt prevzute iniial plcuele (fig. 2.4,b).Comparnd cele dou tipuri de plcue se constat c cele negative sunt mai economice deoarece pot fi utilizate i pe o parte i pe alta, avnd deci un numr dublu de muchii achietoare (de exemplu, plcuele triunghiulare au ase muchii achietoare utilizabile). Dar plcuele negative produc fore mai mari de achiere tiind c la fiecare un grad mai mic al unghiului de degajare, fora crete cu 1% - pentru oel i 2% - pentru font; ca urmare este necesar s se foloseasc maini-unelte de putere mai mare i rigide.n schimb, plcuele pozitive pot fi utilizate numai pe o fa avnd astfel un numr de muchii achietoare egal cu numrul de laturi ale plcuei, ns, din punct de vedere al durabilitii, practica exploatrii plcuelor arat c plcuele pozitive au o durabilitate mai mare dect cele negative fapt pentru care din acest punct de vedere sunt mai avantajoase; dac pe faa de aezare, n condiii identice de lucru, uzura este aproximativ egal pentru ambele tipuri constructive, uzura pe faa de degajare este mai mic la plcuele pozitive, putnd fi ncrcate cu aproximativ 15 20% mai mult.Fixarea plcuelor din carburi metalice (CMS) se poate face n principal, prin patru sisteme: sistemul "C" cu clem (brid) i urub;

sistemul "M" cu clem, bol i urub;

sistemul "P" cu prghie (pan) i urub;

sistemul "S" cu urub cu cap tronconic.

Sistemul de fixare cu clema i urub "C" este destinat fixrii plcuelor fr alezaj (gaur), n fig. 2.5 se prezint soluia constructiv utilizat de firma Widia din Germania,Plcua achietoare (4) este aezat pe plcua suport (2) fiind strns cu brida (6), prin intermediul sfrmtorului de achii (5) i cu ajutorul urubului de strngere (7). Corpul sculei (1) este executat din oel aliat cu crom-vanadiu, clit. Placa suport i sfrmtorul (formatorul) de achii sunt executate din carburi metalice. Fixarea plcutei suport n corpul sculei se face prin intermediul unui tift-eav (3), deoarece un urub de fixare obinuit s-ar deuruba greu, putndu-se deforma sau rupe datorit temperaturii la care se ajunge n zona de achiere.Sistemul de fixare cu clem, bol i urub "M" este prezentat n figura 2.6, n varianta constructiv SECODEX a firmei Fagersta din Suedia.Plcua achietoare (4) este aezat pe plcua-suport (2), iar fixarea se realizeaz prin capul nclinat (teit) al bolului (3) - din interior (alezaj) i prin intermediul clemei (5) din exterior (lateral) i a urubului de fixare (6). Fixarea plcuei suport n corpul sculei (1) se face tot prin bolul (3), cu ajutorul bucei de strngere (7). Construcia nu prezint stabilitate mare.Sistemul de fixare cu prghie sau pan "P" n general, fixarea plcuelor schimbabile cu alezaj se face prin sistemul de strngere cu pan i sistemul de strngere cu prghie (fig. 2.7).La fixarea cu prghie (firma Walter-Germania), plcua achietoare 3 este fixat pe corpul sculei 1, prin intermediul plcuei suport 2, de ctre o prghie 4 care pivoteaz stnga-dreapta, n jurul punctului de sprijin atunci cnd urubul de strngere 5 este acionat. Aezarea plcuei suport pe corpul sculei se face prin tiftul de centrare 6.Fixarea cu prghie i pan este sigur i robust.Sistemul de fixare cu urub "S" este prezentat n figura 2.8. La acest sistem de fixare, plcua achietoare (1) este aezat pe plcua suport (2) i fixat direct prin intermediul unui urub de fixare (5). urubul (5) prin forma tronconic a capului asigur strngerea pe teitura sau racordarea plcuei. Blocarea plcutei de sprijin (2) se face cu ajutorul unui tift cilindric tubular (4).Acest sistem este frecvent ntlnit la sculele rotative i a cuitele de dimensiuni mici, mai ales pentru strunjiri interioare i la prelucrarea materialelor ce dau achii scurte.Modul de fixare a plcuelor mineralo-ceramice (CMC) nu difer prea mult de modul de fixare a plcuelor din carburi metalice. S-a impus fixarea cu brid (C) construit n mai multe variante.2.1.3. Unghiurile constructive ale cuitului de strung n diferite plane secanteUnghiurile constructive ale cuitului de strung se indic ntr-o seciune normal pe ti. Uneori (la reglarea dispozitivului de ascuire al sculei) este nevoie de cunoaterea valorii unghiurilor sculei n seciunile x - x respectiv y - y (fig. 2.9), unde axa 0x este paralel cu direcia de avans longitudinal iar oy normal pe aceasta.Unghiurile rezultate prin secionarea penei de achiere cu planul x - x vor purta indicele x (de exemplu x, x, 1x etc.) iar cele rezultate prin secionarea cu planul y - y vor avea indicele y (de exemplu y, y, 1y etc.)a) Determinarea unghiurilor x i y. Se poate observa c unghiul x se obine prin secionarea planului feei de degajare cu planul x - x, iar unghiul y rezult prin secionarea aceleiai fee de degajare cu planul y - y (fig. 2.9). Prin urmare, pentru determinarea valorii acestor unghiuri, trebuie s se scrie ecuaia planului feei de degajare a sculei n raport cu sistemul de referin triortogonal drept oxyz. La nceput, se scrie ecuaia acestui plan n raport cu sistemul de referin ajuttor ox1y1z1 care este rotit fa de sistemul fix n jurul axei oz cu unghiul k.Ecuaia feei de degajare se scrie ca ecuaia planului ce trece prin punctele O(0, 0, 0), A(1, 0, -tg) i B(0, l, - tg) a cror coordonate s-au ales n aa fel ca s fie pe faa de degajare a cuitului de strung (fig. 2.9).Ecuaia planului feei de degajare este dat de determinantul urmtor:

(2.1)sau

(2.1)Dezvoltnd determinantul dup prima linie, se obine:

(2.1)Relaia (2.1") reprezint ecuaia planului feei de degajare a sculei n raport cu sistemul de referin ajuttor ox1y1z1.^'"~~*~"Matricea de trecere de la sistemul de referin ox1y1z1 la sistemul oxyz este:

(2.2)sau

(2.2)

Dup nlocuirea relaiei (2.2') n (2.1") se obine:

(2.3)

Expresia (2.3) reprezint ecuaia planului feei de degajare a sculei n raport cu sistemul de referin oxyz.Ecuaia dreptei, care rezult ca intersecie a planului feei de degajare cu planul x - x, se obine din sistemul de ecuaii:

(2.4)

nlocuind a doua ecuaie a sistemului n prima, rezult:

(2.5)

Coeficientul unghiular a acestei drepte (fig. 2.9) este dat de expresia:

EMBED Equation.3

Calculnd derivatele pariale ale expresiei (2.5) rezult:

(2.6)Ecuaia dreptei de intersecie a planului feei de degajare cu planul y - y se obine din sistemul de mai jos :

(2.7)

Prin nlocuirea relaiei a doua n prima, se obine:

(2.8)Coeficientul unghiular al acestei drepte (fig. 2.9) este:

Efectund calculele, se obine:

(2.9)Uneori se poate pune problema gsirii valorii unghiurilor i n funcie de x i y respectiv . n acest caz, relaia (2.6) se nmulete cu sin iar relaia (2.9) cu cos , dup care cele dou ecuaii se adun, rezultnd:

(2.10)nmulind apoi relaia (2.6) cu cos i relaia (2.9) cu sin , dup adunarea relaiilor astfel obinute, rezult:

(2.11)b) Determinarea unghiurilor x i y Planul feei de aezare principal se scrie la nceput n raport cu sistemul de referin ajuttor ox1y1z1. Acest plan trece prin punctele O(0,0,0), A(1, 0, - tg ) i C(0, tg , -1), puncte indicate n figura 2.9.Ecuaia planului, care trece prin aceste trei puncte, se scrie n raport cu sistemul de referin ox1y1z1 sub forma:

(2.12)sau

(2.12)Dezvoltnd determinantul dup prima linie, se obine:

(2.12)Relaia (2.12") reprezint ecuaia planului feei de aezare principal n raport cu sistemul de referin ajuttor ox1y1z1. Pentru gsirea unghiurilor x i y se scrie ecuaia acestui plan n raport cu sistemul de referin oxyz, cu ajutorul matricei de trecere M01, dat de relaia (2.2'). Dup nlocuirea relaiei (2.2') n (2.12"), se obine:

(2.13)Expresia (2.13) reprezint ecuaia feei de aezare principal a sculei n raport cu sistemul de referin oxyz. Intersectnd acest plan al feei de aezare cu planulx - x, se obine dreapta al crui coeficient unghiular este x (fig. 2.9). Ecuaia acestei drepte rezult prin rezolvarea sistemului de ecuaii:

(2.14)din care rezult:

(2.15)

Coeficientul unghiular al acestei drepte (fig. 2.9) este:

sau

(2.16)Relaia (2.16) se poate scrie i sub urmtoarea form:

(2.16')Dac se intersecteaz acum planul feei de aezare principal cu planul y - y, se obine dreapta cu coeficientul unghiular y (fig. 2.9). Ecuaia acestei drepte se obine n urma rezolvrii sistemului de ecuaii:

(2.17)din care se obine:

(2.18)

Dreapta reprezentat de ecuaia (2.18) are coeficientul unghiular (fig. 2.9).

sau

(2.19)Relaia (2.19) se poate scrie i sub urmtoarea form:

(2.19')Cu ajutorul relaiilor (2.16') i (2.19') se poate determina valoarea lui i n funcie de x i y respectiv . nmulind relaia (2.16') cu sin iar relaia (2.19) cu cos , dup, adunarea relaiilor astfel obinute, rezult:

(2.20)nmulind acum relaia (2.16') cu - cos iar relaia (2.19') cu sin , dup adunarea relaiilor rezultate, se obine :

(2.21)2.1.4. Calculul cuitului de strung

n timpul achierii, asupra cuitului de strung acioneaz componentele forei de achiere Fx, Fy, Fz (fig. 2.12). Aceste fore produc solicitri de compresiune, ncovoiere, forfecare i rsucire, n general solicitrile la forfecare i rsucire se neglijeaz, determinndu-se seciunea necesar a cuitului n ncastrare doar din condiia de rezisten la compresiune i ncovoiere.Momentul ncovoietor n raport cu axa x - x (fig. 2.12) se determin cu relaia:

(2.41)

iar n raport cu axa z - z este:

(2.42)

Eforturile unitare corespunztoare, din seciunea de ncastrare sunt:

(2.43)

i

(2.44)

Efortul de compresiune produs de fora Fy este:

(2.45)Efortul unitar maxim se obine prin nsumarea valorilor date de relaiile (2.43), (2.44) i (2.45), rezultnd:

(2.46)

n marea majoritate a cazurilor x1 are o valoare mic, la cuitele drepte poate fi chiar negativ, motiv pentru care se consider x1 = 0.Dac se introduc notaiile:

i se pune condiia ca efortul unitar maxim s fie mai mic sau la limit egal cu efortul unitar admisibil, dup efectuarea calculelor rezult:

(2.47)

n general, la cuitele de seciune dreptunghiular, se poate lua q1 = 1,5 i q2 = 2.Dup ce se determin prin calcul seciunea necesar a corpului cuitului din condiia de rezisten, cuitul se verific la rigiditate, n practic este suficient s se calculeze sgeata produs de componenta principal a forei de achiere. Mrimea sgeii, la vrful sculei, se determin cu relaia:

(2.48)Sgeata admisibil la degroare este de 0,1 - 0,2 mm, iar la finisare de 0,01 - 0,02 mm. Este bine ca mrimea sgeii produs de componenta principal a forei de achiere s aib o valoare ct mai mic, ntruct deplasarea vrfului sculei poate cauza apariia vibraiilor, modific unghiurile funcionale ale sculei i duce la schimbarea dimensiunii piesei prelucrate.La cuitele armate cu plcue din carburi metalice, pe lng dimensionarea corpului sculei, se verific i plcua la rezisten. De aceast verificare este nevoie datorit faptului c aliajele dure au o rezisten redus la solicitarea de ncovoiere. Verificarea se face cu ajutorul relaiei empirice:

(2.49)n relaia (2.49) s-a notat cu g grosimea plcuei din carburi metalice n mm iar cu b limea achiei (sau lungimea tiului sculei n contact cu piesa).2.2. CUITE DE RABOTAT I MORTEZAT*2.2.1. Cuite de rabotatCuitul de rabotez are aceleai elemente componente i geometrice ca i cuitul de strung. Unghiurile constructive se msoar n raport cu aceleai plane de referin ca i la cuitele de strung.Datorit faptului c micarea de achiere, n cazul rabotrii, este alternativ, viteza de achiere variaz n timpul unei curse active, iar la nceputul fiecrei curse de lucru cuitul este supus la o solicitare cu oc, vitezele de achiere utilizabile la rabotare sunt mai mici dect cele folosite la strunjire. Mrimea vitezei de achiere utilizate este influenat i de valoarea forelor de inerie ce apar n timpul accelerrii si frnrii elementului care execut micarea principal de achiere.Cuitele de rabotat pot fi executate din oeluri pentru scule, oteluri rapide sau pot fi cu plcue din carburi metalice. Cele mai rspndite sunt cuitele din oel rapid.Din cauza solicitrilor dinamice, care apar n timpul rabotrii, precum i lungimii n consol a sculei (care este mai mare dect n cazul strunjirii), cuitele de rabotat se execut cu o seciune mai robust dect cuitele de strung.Cuitele de rabotez pot fi drepte (fig. 2.13, a) sau cotite (fig. 2.13, b). Cele cotite au costul mai ridicat, dar sunt mai puin sensibile la vibraii. La prelucrarea materialelor cu duritate sau seciune de achie variabil, creterea forei de achiere poate cauza arcuirea sculei n jurul punctului A (fig. 2.13,a), n urma cruia adncimea de achiere crete progresiv, ceea ce poate favoriza apariia vibraiilor sau chiar ruperea sculei. Acest fenomen nu apare n cazul cuitelor de rabotat cotite (fig. 2.13, b).5.2.2. Cuite de mortezatCuitele de mortezat sunt folosite la prelucrarea suprafeelor plane sau profilate interioare. Au aceleai elemente ca i cuitele de strung sau cele de rabotat. Deosebirea esenial ntre cuitele de mortezat i cuitele de strung sau de rabotat const n aceea c poziia feei de aezare i de degajare sunt inverse. Planul de baz constructiv la cuitele de mortezat este perpendicular pe planul de sprijin al sculei.Suprafeele i tiurile cuitului de mortezat sunt indicate n figura 2.14, a, iar schema de achiere n cazul mortezrii n figura 2.14, b.ntruct cuitele de mortezat lucreaz n interiorul pieselor, spaiile de lucru fiind n general mici, seciunea corpului sculei este adesea mic, din care motiv se lucreaz cu viteze de achiere i seciuni de achii mai mici ca la strunjire.2.3. CUITE PROFILATE2.3.1. GeneralitiiCuitele profilate sunt scule achietoare cu tiul principal profilat n funcie de forma piesei de executat. Profilul este imprimat pe faa de aezare, iar reascuirea se execut numai pe faa de degajare a sculei.Cuitele profilate sunt folosite la producia n serie mare sau n mas, la prelucrarea pieselor de revoluie de dimensiuni mici, pe strunguri automate i semiautomate.Avantajele cuitelor profilate fa de cuitele de strung normale se manifest prin aceea c timpul de baz este mult mai mic, toleranele pieselor executate se pot menine n limite strnse chiar la un numr mare de piese executate, sculele profilate permit un numr mare de reascuiri deci o durat total de utilizare mare, se pstreaz profilul sculei dup reascuire, permit utilizarea operatorilor cu calificare mai redus.Datorit multiplelor avantaje, cuitele profilate sunt din ce n ce mai frecvent folosite, cu toate c au un cost de fabricaie ridicat i necesit o execuie ngrijit.Cuitele profilate, dup form, pot fi: cuite disc profilate; cuite prismatice profilate.

Cuitele disc profilate pot fi utilizate la prelucrarea suprafeelor exterioare (fig. 2.15) i interioare (fig. 2.16). Aceste scule au forma unui disc, avnd imprimat pe periferie negativul piesei de realizat. Cuitele profilate disc lucreaz cu avans radial.Cuitele prismatice profilate sunt utilizate la prelucrarea suprafeelor exterioare. Au forma unei prisme, avnd negativul profilului de realizat imprimat pe faa de aezare a sculei, iar pe partea opus, coad de rndunic sau un alt sistem, pentru fixarea n suportul port cuit.Cuitele prismatice profilate pot fi radiale (fig. 2.17,a) i tangeniale (fig. 2.17,b) n funcie de direcia avansului de lucru..

2.3.2. Geometria cuitelor profilateUnghiul de aezare al cuitelor profilate se msoar ntre planul feei de aezare a sculei (planul tangent la faa de aezare a sculei) i planul tangent la suprafaa prelucrat n punctul de contact dintre pies i scul.Unghiul de degajare este cuprins ntre planul feei de degajare i planul axial al piesei care conine punctul considerat de pe tiul sculei.Pentru asigurarea unghiului de aezare la cuitele profilate disc, este nevoie de supranlarea centrului sculei fa de cel al semifabricatului. Dac se noteaz cu h mrimea supranlrii i cu R raza maxim a cuitului disc (fig. 2.18), valoarea unghiului de aezare, la diametrul exterior al sculei, se poate calcula cu relaia:

(2.31)

Pentru ca aceste scule s lucreze cu unghi de degajare diferit de zero, este necesar ca faa de degajare a sculei s nu fie cuprins n planul axial al piesei. Unghiul de degajare este pozitiv dac planul feei de degajare se afl n raport cu piesa, ca n figura 2.18. Reascuirea acestor scule se execut astfel ca faa de degajare s fie tangent la un cerc cu raza H, a crei valoare este dat de relaia:

(2.32)

Este important ca valorile unghiurilor i s se aleag astfel ca mrimile h i H s rezulte pozitive i ntregi. Pentru asigurarea acestui lucru se procedeaz n felul urmtor: se aleg valorile pentru i n funcie de condiiile procesului de prelucrare i se calculeaz valorile h i H. Dup aceasta se rotunjesc valorile mrimilor h i H astfel obinute i se recalculeaz valorile exacte ale unghiurilor i .La cuitele prismatice unghiul de. aezare se asigur prin nclinarea sculei, iar unghiul de degajare se realizeaz prin ascuire (fig. 2.19).Trebuie avut n vedere c unghiurile i sunt unghiurile sculei n procesul de achiere, deci sunt unghiuri funcionale. Unghiul de aezare constructiv al cuitului prismatic este zero, iar unghiul de degajare constructiv este egal cu + .Unghiurile i , artate mai sus, sunt unghiurile la diametrul exterior al sculei sau unghiurile sculei care lucreaz la diametrul minim al piesei, n celelalte puncte ale tiului sculei aceste unghiuri au valori diferite.Din triunghiul OAB (fig. 2.20.) rezult:

(2.33)

Relaia (2.33.) arat c unghiul de degajare este mai mic n orice punct al tiului sculei dect la diametrul exterior al ei, adic cu micorarea razei sculei unghiul de degajare scade.Se poate observa (fig. 2.21) c i unghiul de aezare variaz cu raza sculei. n punctul B de raz Rx unghiul de aezare x (cuprins ntre tangenta la pies respectiv scul n B) are o mrime mai mare dect unghiul de aezare la diametrul exterior al sculei.Cu ajutorul notaiilor din figura 2.21 se poate scrie:

(2.34)

de unde rezult c:

(2.34)Din triunghiul dreptunghic O1BC (fig. 2.21) rezult:

(2.35)Din triunghiul ABC rezult:

nlocuind aceste mrimi n (2.36) se obine:

(2.35)Mrimea segmentului AB se poate exprima n funcie de elementele piesei indicate n desenul de execuie, aplicnd teorema sinusului n triunghiul OAB, obinndu-se:

(2.36)Prin nlocuirea lui (2.36) n (2.35) se poate calcula mrimea unghiului x i apoi cu ajutorul relaiei (2.34') se poate determina valoarea unghiului de aezare x corespunztoare punctului B de pe raza rx a piesei. Relaia (2.34') arat c unghiul de aezare crete cu micorarea razei sculei sau altfel exprimat, unghiul de aezare al sculei crete cu mrirea razei piesei.Modul de variaie a unghiurilor de aezare, i de degajare, cu variaia razei piesei, se poate pune n eviden mai vizibil la cuitele profilate prismatice (fig. 2.22). Se poate observa uor ca x > i x < . Rezult deci ca o regul c la cuitele profilate unghiul de degajare scade iar unghiul de aezare crete cu mrirea razei piesei.Unghiurile de aezare i de degajare, studiate pn n prezent, sunt unghiurile sculei msurate ntr-un plan perpendicular pe axa de rotaie a piesei, ntr-o seciune normal pe ti, valoarea unghiului de aezare difer de cea din planul normal pe axa piesei. Unghiul de aezare msurat ntr-un plan normal pe tiul sculei se numete unghi de aezare lateral. Astfel n punctul de raz Rx (fig. 2.23) mrimea unghiului de aezare lateral este xl. Legtura matematic ntre unghiul de aezare lateral i unghiul de aezare, ntr-un punct al tiului, este dat de relaia:

(2.37)Pentru ca scula s lucreze n condiii acceptabile, este necesar ca unghiul de aezare lateral s fie de 2 - 3. Din acest motiv, la stabilirea geometriei sculei, se alege valoarea minim a unghiului de aezare lateral i, n funcie de aceasta, se determin unghiul de aezare din seciunea normal pe axa piesei, cu ajutorul relaiei (2.37).Tot din relaia (2.37) rezult c n poriunile tiului care au unghi de atac nul, unghiul de| aezare lateral este zero. Nefiind unghi de aezare, scula lucreaz cu frecri intense ceea ce cauzeaz o uzur rapid a tiului. n scopul remedierii acestui dezavantaj, unghiul de aezare lateral se realizeaz prin nclinarea tiului secundar sau printr-o faet cilindric lateral.

Unghiul de aezare lateral se poate realiza, la prelucrarea pieselor cu praguri, prin aezarea cuitului profilat oblic fa de axa semifabricatului sau prin executarea feelor laterale ale cuitului sub form elicoidal (fig. 2.23).S-a vzut mai nainte c unghiul de degajare scade cu micorarea razei sculei. Se poate ntmpla ca la profiluri adnci valoarea unghiului de degajare s devin prea mic. Un unghi de degajare corespunztor, n acest caz, se poate asigura prin executarea unei scobituri n faa de degajare a sculei (fig. 2.24).La cuitele prismatice tangeniale, pe lng variaia unghiurilor i , n funcie de diametrul piesei, au loc i variaii cauzate de schimbarea poziiei sculei n raport cu centrul piesei. Se poate observa (fig. 2.25) c n timpul achierii unghiul de degajare are valorile ntre 1 i 2 (1 < 2) iar unghiul de aezare variaz ntre 2 i 1 (2 < 1).n baza figurii 2.25. se poate scrie:

(2.38)

n relaiile (2.38) valoarea unghiului este dat de expresia:

(2.39)Pentru ca valoarea unghiului s nu fie prea mare, este necesar ca diferena razelor r2 r1 s fie mic. Rezult de aici c utilizarea cuitelor tangeniale se recomand la prelucrarea pieselor cu adncimi de profiluri mici, fiindc n caz contrar variaia unghiurilor i este prea mare n timpul desfurrii procesului de achiere.

2.3.3. Profilul cuitelor profilate

Profilul este elementul cel mai important al cuitului profilat. Precizia de execuie a profilului sculei determin precizia piesei prelucrate.

Profilul se indic n seciune axial att la pies ct i la cuitele disc profilate (n seciunea NN pentru pies i n MM pentru scul (fig. 2.24)). La cuitele prismatice profilul se indic n planul normal pe faa de aezare a sculei.Dac unghiurile si sunt egale cu zero, planul feei de degajare a sculei se afl n planul axial comun al piesei i sculei. n acest caz profilul cuitului coincide cu negativul profilului piesei de prelucrat. Dac unghiurile i sunt diferite de zero, seciunile axiale ale piesei i sculei nu coincid, deci profilul sculei trebuie corectat.n timpul micrii de rotaie a piesei, punctul C ajunge n B (v. fig. 2.24), ceea ce arat c limea profilului sculei pe cercul de raz R1 coincide cu limea profilului piesei de pe diametrul exterior al acesteia. n acelai mod, rezult c limea profilului sculei i a piesei n punctul A sunt egale. Se poate afirma prin urmare c limea profilului sculei este egal cu limea profilului piesei la cuitele profilate, adic Bs = Bp i bs = bp.Adncimea profilurilor n seciunile axiale ale sculei i piesei sunt ns diferite, rezultnd c R R1 r1 - r.I,a corectarea profilului sculei se are n vedere c n planul feei de degajare profilul piesei i al sculei coincid. innd cont de aceasta, determinarea profilului sculei cuprinde urmtoarele faze:

- se consider cunoscut profilul piesei n seciunea axial;

- se calculeaz profilul piesei n planul feei de degajare a sculei;

- se consider aceasta ca profilul sculei n seciunea feei de degajare ;

- se determin profilul sculei n seciunea axial.

Profilul sculei se poate determina pe cale grafic i analitic.2.3.3.1. Determinarea profilului cuitelor disc pe cale grafic

Metoda grafic prezint avantajul simplitii dar nu asigur o precizie ridicat a profilului determinat. Corectarea profilului se face cu mare atenie, mrind profilul de 20 - 50 ori..Pentru determinarea profilului pe cale grafic, se deseneaz la nceput piesa i scula asigurnd supranlarea h. Se indic apoi seciunea axial a profilului piesei n vederea de sus (fig. 2.25). Punctului P din vederea de sus i corespunde punctul P1 n seciunea axial a piesei, n micarea sa de rotaie, punctul P1 ajunge pe faa de degajare a sculei, ceea ce arat c ntre punctele P1 i P2 este un arc de cerc, avnd centrul pe axa piesei. Se consider acum c P2 este un punct al sculei care genereaz punctul P al piesei. Raza sculei n punctul P2 este O1P2. Pentru a se determina punctul corespunztor lui P2 din seciunea axial a sculei, se duce arcul de cerc P2P3 cu centrul n O1. Dup aceasta se coboar din P3 paralela la PlP. Avnd n vedere c limea profilului sculei este egal cu limea profilului, piesei, din P