Materiale

Factorii care afecteaza durabilitatea sculei aschietoare:1. Duritate la temperatura de lucru2. Rezistenta la soc termic3. Inexistenta afinitatii scula-piesa4. Rezistenta la oxidare5. Rezilienta (tenacitate)

Materiale utilizate la fabricarea sculelor:HSS - 0,8%C 4% Cr, 2% V, 6% W si 5% Mo

Tehnologia de fabricare a otelurilor rapide s-a dezvoltat in anii 70 prin obtinerea HSS prin sinterizare. Otelurile rapide pot fi supuse si unor acoperiri chimice pentru a le creste proprietatile aschietoare.

Carburi metalice - Tungsten (Wolfram) si Co ca liant. Sunt obtinute prin sinterizare (1500C in cond de vacuum) Clasificare carburilor (cod de culori) functie de materialele destinate prelucrariiP (albastru)- oteluriM (galben)- otel- inoxK (rosu)- fonta (cast iron)

Substante depuse prin CVD si PVD:- TiN - azotura (nitrura) de titan-TiC - carbura de titan-Al2O3 - alumina!!! Prin procedeul PVD se poate depune doar TiN !!!

Acoperiri (Depunerea vaporilor chimici) - Chemical Vapor Deposition (CVD) Procesul are loc la temepraturi cuprinse intre 950-1050 C . Acoperirea are succes dc placutele supuse operatiei de acoperire au o suprafata cu o rugozitate mica si care sa aiba muchi rotunjite pentru a facilitata aderenta materialului cu care se realizeaza acoperirea. Rotunjirea excesiva poate duce, in schimb, la pierderea propritatilor aschietoare ale placutei. Este o metoda poluanta deoarece se formeaza HCl ca produs secundar.Nota: in cazul sculelor din HSS, dupa operatia de acoperire scula va fi supusa si unui tratament termic de calire rapida.

Deficienta a acoperirii de tip CVD - eta phase (faza eta - deficienta de carbon) - din cauza temperaturilor ridicate necesare la realizarea CVD; atomii de C migreaza de pe materialul de substrat si adera la Ti. Datorita acestui fenomen, stratul de acoperire va fi unul fragil, neviabil in prelucrarea materialelor.

Depunerea vaporilor fizici - Physical Vapor Deposition (PVD)

Procesul are loc la temepraturi cuprinse intre 250-750 C. Datorita temperaturii scazute la care se realizeaza acoperirea, nu apare asa numita "faza-eta”. Dispare necesitatea de a avea placute sau suprafete ale sculei cu o anumita forma geometrica (racordarea razelor) deoarece in urma acestui proces de acoperire apar tensiuni de natura compresiva. Astfel, formarea si propafarea fisurilor ce puteau aparea la metoda CVD este inlaturata. Nu este poluanta.

Exista 3 metode de aplicare a tehnicii PVD:1. Pulverizare reactiva 2. Implantare ionica3. Evaporare in arcPrin aplicarea acestei metode se obtin suprafete mai fine decat in cazul tehnicii CVD.

Acoperiri super-"alunecatoare" - de tip MoS2 (disulfat de molibden), acoperire aplicata prin metoda PVD de pulverizare reactiva. Utilizat la super aliaje de tip monel, aliaje de titan, etc

dendritic= arborescent

Materiale ceramice si cermet(ceramica+metal)1. Ceramica pura (Al2O3) - culoare alba si este obtinuta prin presare la rece a prafului de alumina (urmat de sinterizare) sub forma dorita. Susceptibile la rupere prin soc termic.

2. Ceramica neagra sau eterogena - In faza incipienta de dezvoltare a acestui material a fost numit ceramica neagra datorata aditiilor de TiC. Rezistenta ridicata la soc termic. Mai tarziu acest material a fost imbunatatit prin aditita de TiN care a conferit materialului o culoare maro (denumirea de ceramica neagra nefiind definitorie in continuare) si a primit un nou nume ceramica eterogena (mixta)

3. Cermet (ceramica+metal)Denumit in faza initiala Sialon (Si+Al+O+N), acest material se impunea printr-un coeficient de dilatare termica foarte redus, dar pierdea la capitolul posibilitati de obtinere. Sinterizarea se realiza extrem de greu. Mai tarziu s-a adaugat Y2O3 (oxid de yttriu) care a imbunatatit simtitor posibilitatile de sinterizare a acestui material.Pentru imbunatatirea calitatilor acestui material s-a trecut la acoperirea sculelor cu straturi nanometrice care confera sculelor o duritate de pana la 4000 HV.

Nitrura Cubica de Bor si Diamantele poli-cristaline (!! A se folosi pentru materiale cu HRC >48!!)-folosit pentru prelucrarea materialelor cu duritate mai mica va rezulta uzura pronuntata a sculei.NCB este unul din cele mai dure materiale utilizate in operatiile de prelucrare a metalelor. Cu placute din NCB se pot prelucra Rp, oteluri cementate si aliaje exotice de tip monel sau inconel. Se obtine din Nitrura Hexagonal de Bor (NHB) prin supunerea acestui material la o presiune de aprox60 GPA (~600 000 atm) si o temp de 1500°C. Placutele se obtin prin sinterizare.

Diamantul poli-cristalin se obtine din grafit prin incalzire la 2000°C si supunere la o presiune de peste 60 GPA.NCB - utilizat la prelucrarea OSC, Rp, OL inalt aliate, fonte dureDPC- utilizat la prelucrarea metalelor neferoase si a aliajelor acestora, ceramica, portelan, carburi metalice (sinterizate-presinterizate)Atat NCB cat si DPC pot prelucra cu succes aliaje exotice, fonte cenusii, metale neferoase

DPC nu sunt utilizate la prelucrarea metalelor feroase doarece la temperaturile si presiunile mari care apar la aschiere, diamantul are tendinta de a reveni la forma hexagonala a grafitului, fenomen ce duce la fragilizarea placutei.

DiamantulUtilizat in special la prelucrarea sticlei si doar la operatii de super finisare (Ra=0,15) pe strunguri. Are o arie de utilizare extrem de restransa din motive financiare. Sculele din diamant trebuiesc utilizate pe MU speciale cu rigiditate net superiaora MU conventionale pentru obtinerea rugozitatii mai sus mentionate, cat si pentru a contracara eventualele microsocuri care pot apare la prelucrare. Sculele din diamant trebuie manuite cu grija din cauza rezistentei scazute la socuri mecanice.

Strunjirea

Recomandari cu privire la marimea unghiului de degajare in functie de material:-mat ductile - unghi pozitiv => unghi de ascutire mic (vezi fig) - rezistenta la forfecare a mat de prel scazuta-mat fragile - unghi ≈ 0 - mat duritate mare - unghi neg => unghi de ascutire mare - rezistenta la forfecare a mat de prel ridicata

Placutele pentru strunjire au din 1997 (Sandvik) o geometrie care imbunatateste rugozitatea suprafetei prel cu aprox 50 % prin tehnologia "WIPER". Secretul sta in realizarea unei raze cu o valoare identica ca cea in cazul placutelor anterioare, doar ca in punctul de maxim contact cu piesa, muchia aschietoare se prelungeste astfel incat vf placutei are o forma ovala. Evident puterea necesara realizarii prelucrarii creste (in unele cazuri se dubleaza), dar suprafata rezultata este una de o calitate mult mai mare. Evident in cazul utilizarii placutelor WIPER se poate renunta la calitatea suprafetei in beneficiul timpilor efectivi de prelucrare (viteza de aschiere marita pentru acelasi tip de suprafata).

Geometria varfurilor placutelor utilizate in op de strunjire (forma placutei din vedere laterala)

1. Varf tesit 2. Varf inclinat - cele mai utilizate sunt cele de tip K sau T. Sunt utile deoarece directioneaza fortele as dinspre vf spre corpul placutei unde rezistenta este mai mare.3. Varf racordat (raza se obtine printr-un procedeu asemanator cu lepuirea)4. Varf parabolic (oval sau in cascada) - similar placutelor cu vf inclinat, directioneaza fortele spre corpul placutei.

Forte in procesul de aschiere cu placute

Forte rezultate ca urmare a separarii, a indepartarii si a sfaramarii aschiilor.Exista 2 tipuri principale de forte ce apar la aschierea metalelor:1. Forte ortogonale - tangential si axial 2. Forte inclinate (oblice) - tangential, axial si radial

Fortele oblice - apar in cazul placutelor cu forma asemanatoare cu cea din fig. alaturata. unde se vor manifesta toate componenetele fortei rezultante de aschiere ca in cazul clasic (Fx, Fy, Fz)

Forte ortogonale - apar in cazul placutelor cu urmatoarea forma, unde se vor manifesta doar comp. tangentiala si axiala (Fz, Fy)

Puterea necesara aschierii (formula generala):P=Fz*v [watt]Fz - forta princip de aschiere v - viteza de as

Unghiuri de atac ale cutituluiEfecte ale valorii unghiului de atac si de avans la aschierea prin strunjire.In figura de jos se observa categoriile principale de placute functie de unghiul de atac si de avans.

Efectul unghiului de angajare a sculei variaza de obicei intre 45° si 90°. Pentru simplificare, se va pleca de la premiza conform careia vf placutei este infinit ascutit, neprezentand raze sau tesituri.

Exemplificarea cazurilor:1. Cele 2 unghiuri care afecteaza per total unghiul de angajare a sculei in material determina o egalitate a fortelor axiale si radiale. Dupa cum se poate observa unghiul de la varful sculei are cea mai mare valoare conferind astfel o rezistenta superioara cutitului. Din aces motiv acest tip de placute sunt utilizate la strunjirea de degrosare. 2. Unghiul de atac cu o valoare de 75° si avans de 15° modifica distributia marimii fortelor astfel ca forta axiala (corespondenta axei Z) are o marime mai mare decat componenta radiala (axa X). 3. Apare situatia intalnita in cazul fortelor ortogonale (sunt prezente doar componentele tangentiala si axiala) la care forta radiala se anuleaza in detrimentul cresterii majore a fortei axiale. In cazul utilizarii acestei placute la strunjirea materialelor fragile, exista posibilitatea ca la apropierea cutitului de iesirea din span, datorita fortei axiale ridicate, materialul piesei sa cedeze si sa apara o fractura. Aschierea acestor materiale se va face doar daca apare un salt de dimensiune in sensul cresterii diametrului.Sunt recomandate la strunjirea arborilor lungi (l/D>10) datorita nulitatii fortei axiale care nu provoaca eventuale deformari ale piesei4. In acest caz in care unghiul de atac depaseste granita celor 90° apare o forta axiala de valoare f mare si inversarea componentei radiale. Placutele de acest gen, datorita fragilitatii vf de contact, se utilizeaza la op. de finisare cu adancimi de aschiere mici.