rezumat teza de doctorat. mustea gheorghe. mic

MINISTERUL EDUCAŢIEI NATIONALE

UNIVERSITATEA „VASILE ALECSANDRI”

DIN BACĂU

FACULTATEA DE INGINERIE

Calea Mărășești, Nr. 157, Bacău, 600115, Tel./Fax

+40 234 580170

http://inginerie.ub.ro, [email protected]

Ing. Gheorghe Mustea

CONTRIBUȚII TEORETICE ȘI EXPERIMENTALE

PRIVIND PRELUCRAREA COMBINATĂ PRIN

AȘCHIERE ȘI DEFORMARE PLASTICĂ

-REZUMAT LA TEZA DE DOCTORAT-

Coordonator științific ,

Prof.univ.dr. Gheorghe BRABIE

Bacău, 2014

http://plone.cempdi.pub.ro/BurseDoctoraleID76813

Rezumat la teza de doctorat

Mustea Gheorghe 1

Nr. /

.................................................................................................................................... .............................

...................................................................................................... ...........................................................

......................................................................................

Stimati colegi si studenti

Vă facem cunoscut că în ziua de 09 ianuarie 2014 la ora 10,30 în sala BI 42 a corpului B

a Facultăţii de Inginerie, va avea loc susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată: “

CONTRIBUŢII TEORETICE SI EXPERIMENTALE PRIVIND PRELUCRAREA COMBINATA

PRIN ASCHIERE SI DEFORMARE PLASTICA” elaborată de domnul inginer Gheorghe MUSTEA,

în vederea conferirii titlului ştiinţific de doctor.

Comisia de doctorat este alcătuită din:

- Prof.univ.dr.ing. Carol SCHNAKOVSZKY Preşedinte

Decan al Facultăţii de Inginerie

Universitatea “V. Alecsandri” din Bacău

- Prof.univ.dr.ing.Gheorghe BRABIE Conducător ştiinţific


- Prof.univ.dr.ing.Gheorghe NAGÎT Membru

Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” din Iaşi

- Prof.univ.dr.ing.Catalin FETECAU Membru

Universitatea “Dunărea de Jos” din Galaţi

- Conf.univ.dr.ing.Ionel Crinel RAVEICA Membru


Vă trimitem rezumatul tezei de doctorat cu rugămintea de a ne comunica, în scris,

aprecierile Dumneavoastră.

Cu această ocazie vă invităm să participaţi la susţinerea publică a tezei de doctorat.

RECTOR Secretar Şcoala de Studii Doctorale,

Prof.univ.dr.ing. Valentin NEDEFF Ing. Alina Ioana DIACONESCU

Prefață

Cercetările teoretice și experimentale, cuprinse în prezenta teză de doctorat, se referă la

identificarea influenței diferiților factori asupra calității suprafețelor prelucrate prin deformo-

strunjire. Pentru realizarea acestui scop principal este necesară studierea calității suprafeței

prelucrate prin prisma determinării indicatorilor de calitate (rugozitate, duritate, abaterea de la

circularitate, tensiunile reziduale, defecte de suprafață, microstructura).

Doresc să adresez sincere mulțumiri domnului prof.dr. ing. Gheorghe BRABIE,

coordonatorul stiințific al prezentei teze de doctorat, pentru îndrumarea competentă și pentru

sprijinul acordat pe parcursul cercetărilor și elaborării lucrării. De asemenea, vreau sa ii multumesc

domnului profesor pentru sprijinul moral și răbdarea sa.

Adresez mulțumiri domnilor profesori dr. ing. Gheorghe NAGÎȚ de la Universitatea

Tehnică „Gh.Asachi” din Iași, prof. dr. ing. Cătălin FETECĂU de la Universitatea „Dunărea de

Jos din Galați”, conf.dr.ing. Crinel Ionel RAVEICA de la Universitatea „Vasile Alecsandri” din

Bacău care în calitate de referenți stiințifici, au avut răbdarea și bunăvoința de a analiza și evalua

aceasta teză de doctorat.

De asemenea, doresc să mulțumesc membrilor departamentului Ingineria și Managementul

Sistemelor Industriale din cadrul Facultății de Inginerie, Universitatea „Vasile Alecsandri” din

Bacău, pentru îndrumările primite, sprijinul moral și tehnic, în special domnilor prof.dr. ing. Carol

SCHNAKOVSZKY, conf.dr.ing. Bogdan CHIRIȚĂ, asist.dr.ing. Eugen HERGHELEGIU,

asist.dr.ing. Vlad CIUBOTARIU, asist.dr.ing. Cătălin TÂMPU și tehnician Anton DODAN.

Deosebite mulțumiri adresez prietenilor mei și totodată colegilor mei doctoranzi: Robert

Stefănuț Teacă, Lucian Mihăilă, Marian Funaru, Claudiu Florin Obreja, Marius Pascu,

Dragoș Andrioaia pentru sprijinul lor atât tehnic cât și moral.

Deosebite mulțumiri adresez domnului prof.dr.ing. Gabriel LAZĂR, directorul Școlii

Doctorale de la Universitatea „Vasile Alecsandri” din Bacău pentru sprijinul acordat și amabilitatea

cu care a răspuns tuturor solicitărilor mele.

Mulțumesc bunului meu prieten ing.Victor Rusu pentru sprijinul acordat, care și-a pus

amprenta în dezvoltarea mea profesională și nu numai.

Și nu în ultimul rând, folosesc această ocazie pentru a mulțumi familie mele, parinților

mei, fratelui meu Ionuț, unchilor mei care au fost alături de mine și m-au susținut din toate punctele

de vedere, și moral și financiar, pe tot parcursul elaborării acestei teze de doctorat și nu numai.

Mulțumesc Lui Dumnezeu care mi-a oferit sănătate, putere, răbdare și înțelepciune în

elaborarea și finalizarea tezei de doctorat.

Ing. Gheorghe Mustea


Mustea Gheorghe 1

Cuprins

Capitolul 1. Stadiul actual al cercetărilor în domeniul prelucrarilor prin deformo-așchiere ............... 4

1.1. Aspecte generale privind prelucrarea prin așchiere ................................................................. 4

1.1.5. Calitatea suprafețelor prelucrate prin așchiere ................................................................. 4

1.2. Aspecte generale privind deformarea plastică superficială la rece .......................................... 4

1.2.4. Indicatori calitativi ai procesului de DPSR și influența mărimii acestora asupra stării

suprafețelor deformate superficial ............................................................................................. 4

1.3. Analiza procesului de deformo-așchiere ................................................................................. 6

1.3.1. Aspecte generale privind procesul de deformo-așchiere ................................................. 6

1.3.2. Construcția sculelor de deformo-așchiere ........................................................................ 6

1.3.3. Particularități și limitări ale procesului de deformo-așchiere ........................................... 7

1.5. Analiza parametrilor de calitate ai suprafeței obținute în cadrul procesului de deformo-

așchiere .......................................................................................................................................... 8

1.5.2. Influența diferiților parametri de proces asupra calității suprafeței prelucrate prin

deformo-strunjire ....................................................................................................................... 8


combinarea strunjirii cu rularea cu două bile ............................................................................. 9

1.7. Stadiul actual al cercetărilor privind prelucrarea aliajelor de magneziu ................................ 10

1.7.2. Prelucrarea și problemele ce pot apărea în timpul prelucrării prin așchiere a aliajelor de

magneziu ................................................................................................................................. 10

1.8. Concluzii privind stadiul actual al cercetărilor în domeniul prelucrării prin deformo-așchiere

..................................................................................................................................................... 11

1.8.1. Concluzii privind procesul de deformo-așchiere și deformo-strunjire ........................... 11

1.8.2. Concluzii privind prelucrarea aliajelor de magneziu ..................................................... 11

Capitolul 2.Obiectivele tezei de doctorat .......................................................................................... 11

2.1. Argumente de bază pentru stabilirea obiectivelor tezei de doctorat ...................................... 11

2.2. Obiectivele tezei de doctorat ................................................................................................. 12

2.3. Etapele de lucru ..................................................................................................................... 13

Capitolul 3. Cercetări experimentale privind calitatea suprafețelor rezultate în urma procedeelor

componente ale procesului combinat de deformo-strunjire ............................................................... 14

3.1. Considerații generale ............................................................................................................. 14

3.2. Condiții și metodologia de experimentare ............................................................................. 14

3.3. Rezultatele obținute în urma încercărilor experimentale ....................................................... 15

3.4. Analiza influenței parametrilor regimului de prelucrare asupra calității suprafeței prelucrate

..................................................................................................................................................... 16

3.4.1. Analiza influenței regimului de așchiere asupra rugozității prelucrate prin strunjire .... 16

3.4.2. Analiza influenței parametrilor regimului de lucru asupra rugozității suprafeței

prelucrate prin rulare ............................................................................................................... 18

3.4.3. Influența parametrilor regimului de așchiere asupra durității suprafeței prelucrate prin

strunjire ................................................................................................................................... 19

3.4.4. Analiza influenței regimului de lucru asupra durității suprafeței prelucrate prin rulare 20

3.5. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de așchiere asupra calității suprafeței

prelucrate prin strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A .................................................. 21

3.6. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de lucru asupra calității suprafeței

prelucrate prin rulare în cazul aliajului de magneziu AZ 61A ...................................................... 22


Mustea Gheorghe 2

Capitolul 4.Cercetări și contribuții experimentale privind calitatea suprafețelor generate prin

procesul de prelucrare combinată prin strunjire și deformare plastică superficială la rece ............... 23

4.2. Condiții de experimentare ..................................................................................................... 23

4.2.1. Materialul și echipamentele utilizate pentru încercările experimentale ......................... 23

4.2.2. Regimul de lucru și planul încercărilor experimentale .................................................. 23

4.3. Rezultate obținute în urma încercărilor experimentale .......................................................... 24

4.4. Analiza influenței parametrilor de lucru asupra rugozității suprafeței prelucrate. ................. 25

4.5. Influența parametrilor regimului de lucru asupra durității suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire ........................................................................................................................................ 28

4.6. Analiza abaterilor de la circularitate ale suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire ....... 30

4.7. Cercetari experimentale privind distribuția tensiunilor reziduale generate în straturile

superficiale în urma procesului de deformo-strunjire ................................................................... 31

4.7.4. Concluzii privind starea de tensiuni reziduale ............................................................... 32

4.8. Analiza defectelor suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire ......................................... 32

4.8.1. Defecte ale suprafețelor prelucrate prin strunjire și deformare plastică superficială la

rece. ......................................................................................................................................... 32

4.8.2. Analiza defectelor din stratul deformat prin microscopia electronică (SEM) și dispersia

energiei cu raze X (EDX) ........................................................................................................ 34

4.9. Analiza influenței presiunii de păsare asupra microstructurii suprafeței prelucrate prin

deformo-așchiere .......................................................................................................................... 36

4.9.2. Rezultatele analizei metalografice ................................................................................. 36

4.10. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de prelucrare asupra calității suprafețelor

prelucrate prin deformo - strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A ................................. 38

Capitolul 5. Cercetări privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului de

prelucrare în cadrul procesului de deformo-strunjire ........................................................................ 40

5.1. Determinarea parametrilor optimali ai procesului de prelucrare prin aplicarea metodei

Taguchi ........................................................................................................................................ 40

5.1.4. Modelarea matematică a rugozității și a durității suprafeței prelucrate ......................... 42

5.1.5. Determinarea valorilor optimale ale parametrilor de lucru pentru obținerea unei calități

ridicate a suprafeței prelucrate ................................................................................................. 43

5.1.6. Verificarea experimentală a valorilor optimale obținute ............................................... 45

5.1.7. Concluzii privind optimizarea parametrilor de prelucrare în urma procesului de

deformo-strunjire pentru obţinerea unei calităţi ridicate a suprafeței prin metoda Taguchi .... 45

5.2. Determinarea parametrilor optimali ai procesului, în vederea obținerii unei calități superioare

a suprafețelor prelucrate prin aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns ................................... 46

5.2.4. Identificarea variabilelor independente și a răspunsurilor analizate în cazul aplicării

metodei Suprafețelor de Răspuns ............................................................................................ 46

5.2.5. Construcția matricei factoriale în cazul aplicării metodei Suprafețelor de Răspuns ...... 46

5.2.6. Modelarea matematică a rugozității și a durității suprafeței prelucrate ......................... 47


ridicate a suprafeței prelucrate ................................................................................................. 49

5.2.8. Verificarea experimentală a valorilor optimale obținute ............................................... 50

5.3.Concluzii privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului de prelucrare în

vederea obținerii unei calități ridicate a suprafeței prelucrate ...................................................... 51

Capitolul 6.Concluzii generale, contribuții originale și direcții viitoare de cercetare ........................ 52


Mustea Gheorghe 3

6.1. Concluzii generale ................................................................................................................. 52

6.1.1. Concluzii generale privind stadiul actual al cercetărilor privind procesul de deformo-

așchiere.................................................................................................................................... 52

6.1.2. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de lucru asupra calității suprafeței

prelucrate prin strunjire sau deformare prin rulare în cazul aliajului de magneziu AZ61 A .... 53

6.1.3. Concluzii generale privind factorii de influență ai calității suprafeței la prelucrarea prin

deformo-strunjire ..................................................................................................................... 53

6.1.4. Concluzii generale privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului

de lucru ai suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire pentru obținerea unei calități

superioare a suprafeței. ............................................................................................................ 54

6.2. Contribuții originale .............................................................................................................. 55

6.3. Direcții viitoare de studiu ...................................................................................................... 57

Bibliografie selectivă ........................................................................................................................ 57

Observații: Numerotarea capitolelor, figurilor, relațiilor matematice și tabelelor utilizate în

rezumatul lucrării sunt cele corespunzătoare tezei de doctorat.


Mustea Gheorghe 4

Capitolul 1. Stadiul actual al cercetărilor în domeniul prelucrarilor prin deformo-așchiere

1.1. Aspecte generale privind prelucrarea prin așchiere

1.1.5. Calitatea suprafețelor prelucrate prin așchiere

Noţiunea de calitate a suprafeţei prelucrate este legată de precizia prelucrării și cuprinde

următoarele două aspecte importante:

aspectul fizic al calităţii suprafeţei;

aspectul geometric al calităţii suprafeţei.

Primul aspect este legat de abaterile proprietăţilor fizico-mecanice ale stratului superficial iar al

doilea defineşte abaterile suprafeţei reale faţă de cea considerată ideală, indicată în desenele de

execuţie ale reperelor. În ceea ce privește aspectul geometric al calităţii suprafeței prelucrate (cel

mai vizibil influenţat de procesul tehnologic), se disting următoarele trei categorii ale acestei

abateri: macroneregularităţi, ondulaţii, microneregularităţi (rugozităţi) [87].

Macroneregularităţile sunt abateri de înălţime mică cu pasul foarte mare. Abaterea de înălţime este

raportată faţă de forma teoretică a suprafeţei. Principalele tipuri de macroneregularităţi sunt

următoarele:

pentru suprafeţe plane: neplaneitatea, convexitatea, concavitatea

pentru suprafeţe cilindrice: ovalitatea, conicitatea, forma de butoi, forma de hiperboloid,

etc.

Ondulaţiile pot fi definite ca macroneregularităţi ce se repetă la intervale regulate (relativ

egale şi comparabile ca dimensiuni). Înălţimea lor e relativ mică şi cu un pas mediu. Aceste

macroneregularități se darorează neuniformităţii procesului de aşchiere, deformaţiilor plastice în

zona de aşchiere, vibraţiilor sistemului tehnologic, precum şi altor perturbaţii ale sistemului. Aceste

neregularităţi (ondulaţiile) au pasul mai mare decât avansul de lucru.

Microneregularităţile (rugozităţile) sunt acele abateri de înălţime foarte mică şi cu un pas mult mai

mic decât cel al ondulaţiilor. Tehnologic, ele reprezintă urmele lăsate de scula aşchietoare pe

suprafața prelucrată, care se datorează unor serii de factori: forma (geometria) sculei aşchietoare,

parametrii regimului de aşchiere, deformaţiile elasto–plastice ale materialului din faţa tăişului sculei,

etc.

În condiţiile de calitate cerute produselor fabricate se impune realizarea unei rugozităţi

corespunzătoare, prescrise. Criteriile de apreciere (cantitativă) a rugozităţii (în baza sistemului liniei

medii) sunt următoarele: criteriul Ra, criteriul Rz, criteriul Rmax (criteriu suplimentar) [79,87]. Cei mai

importanți factori care influenţează rugozitatea suprafețelor prelucrate prin așchiere, în contextul

importanţei tehnologice a acestora, sunt următorii: geometria părţii aşchietoare a sculei, calitatea

suprafeţei părţii tăietoare a sculei (inclusiv uzura ei), regimul de aşchiere, deformaţiile plastice şi

elastice ale materialului, rigiditatea sistemului tehnologic elastic de prelucrare, lichidul de răcire–

ungere [20,24].

1.2. Aspecte generale privind deformarea plastică superficială la rece

1.2.4. Indicatori calitativi ai procesului de DPSR și influența mărimii acestora asupra stării

suprafețelor deformate superficial

Starea suprafețelor rezultate în urma procesului DPSR este generată și influențată de o serie de

factori și poate fi apreciată printr-un ansamblu de indicatori (figura 1.15) care prezintă următoarele

aspecte:

rugozitatea suprafețelor, formată prin deplasarea undei elastoplastice din fața și spatele sculei la

mișcarea combinată de rostogolire, datorată contactului cu frecare dintre sculă și piesă și de

alunecare în lungul axei sau, spre axa piesei. Mărimea rugozității definește natura procesului de

DPSR prin următoarele efecte asupra suprafeței: netezire (la valori mici ale acesteia, sub 0.2

µm), cu influență pozitivă asupra calității ajustajelor, a rezisteței la coroziune; durificare (la


Mustea Gheorghe 5

valori mari ale ei, in general peste 0.4 µm) când scopul urmărit este creșterea rezistenței la

uzură, oboseală [53,54,57,61,112].

duritatea stratului superficial deformat, datorată tensiunilor interne ce apar ca urmare a blocării

deplasării dislocațiilor în timpul proceselor de alunecare și rotire la nivelul cristalelor din

materialul metalic și a cărei mărime influențează direct proporțional capacitatea de funcționare a

piesei în condițiile de exploatare cerute de beneficiar. Prin creșterea durității la valori cât mai

mari (cel puțin comparabile celor obținute prin tratamente termochimice) se pot realiza mari

economii privind costurile de fabricație, ca urmare a posibilității utilizării unor materiale mai

ieftine (ex. oțeluri carbon obișnuite) în locul oțelurilor de calitate și aliate, tratate termic.

Aceasta contribuie și la creșterea corespunzătoare a durabilității (fiabilității) pieselor supuse

DPSR [63,74,92,93,114,115].

adâncimea stratului superficial ecruisat, dependentă și ea ca și duritatea acestuia de aceeași

factori inițiali și aceleași caracteristici ale procesului de deformare ce conferă materialului

proprietăți optime în funcționare. Această adâncime poate depăși în multe situații adâncimea de

pătrundere obținută prin tratament termic [78,80,111].

deformațiile remanente, datorate caracteristicilor plastice ale materialului supus deformării la

solicitări exterioare și tensiunilor interne ce apar și a căror mărime influențează precizia

dimensională a pieselor prelucrate, impunând luarea lor în considerare la stabilirea adaosului de

prelucrare pentru operația de DPSR [46,51,86,89,103].

productivitatea prelucrării, influențată de comportamentul materialului supus acestui tratament

mecanic și a cărei mărime, limitată de numărul de treceri admis pentru păstrarea stării

suprafeței, constituie un indicator de apreciere al eficienței DPSR în raport cu alte procedee de

finisare sau de tratament pentru durificarea suprafețelor [7,17,28,29,32,36,46].

Fig.1.15. Indicatorii caracteristici ai procesului de DPSR [70]

Performanțele procesului DPSR sunt influențate de o mare diversitate de factori (figura 1.16).

Indicatorii calitativi ai

DPSR

Rugozitatea

suprafețelor Duritatea

stratului

deformat

Adâncimea

stratului

ecruisat

Deformațiile

remanente și

precizia de

prelucrare

Productivitatea

DPSR


Mustea Gheorghe 6

Fig. 1.16. Factorii de influență ai performanțelor procesului DPSR [70]

1.3. Analiza procesului de deformo-așchiere

1.3.1. Aspecte generale privind procesul de deformo-așchiere

Așchierea urmată de deformarea plastică prin rulare a fost intens utilizată ca un proces

combinat de prelucrare pentru a îmbunătăți calitatea suprafeței piesei după diferite operații de

prelucrare aplicate anterior, prin utilizarea unor scule combinate având încorporat și sistemul de

deformare prin rulare, principalii indicatori de calitate urmăriți fiind: rugozitatea suprafeței, precizia

geometrică și duritatea suprafeței materialului. Sistemele de deformare prin rulare utilizează, în

special, elemente hidraulice de înaltă presiune pentru a aplica tensiuni herțiene ridicate pe suprafața

piesei [26,57] sau mecanice [30,31,34,49]. În funcție de materialul piesei, creșterea tensiunilor

herțiene aplicate prin intermediul bilei de rulare poate conduce mai departe la creșterea

aplicabilității procesului prin deformare plastică a materialului la adâncimi mari față de suprafața

piesei. Procesul de deformo-așchiere poate conduce la o reducere importantă a costurilor și timpului

de producție prin combinarea acestor operatii într-un singur proces hibrid [5,6]

Cinematica așchierii și cea a deformării plastice superficiale la rece prezintă următoarele

elemente comune: ambele procese pot prelucra suprafețe de revoluție; plăcuțele așchietoare și

sculele de deformare (bile sau role) sunt așezate perpendicular pe piesă și se deplasează axial pe

suprafața acesteia în timpul prelucrării. De asemenea, ambele procese lucrează cu intervale ale

parametrilor de lucru apropiate, de exemplu: viteza de așchiere și deformare, avansul de lucru.

Atunci când aceste două procese sunt combinate timpul de producție poate fi redus la jumătate,

productivitatea creşte iar costurile sculelor scad.

Cercetările recente si-au îndreptat atenția spre combinarea procesului de deformare prin rulare

cu diverse operații de prelucrare prin așchiere [6,9,10,25,80,88,90,103].

Deși cercetările experimentale ale acestui proces combinat au avut rezultate încurajatoare,

totuşi acesta prezintă unele probleme tehnice (cum ar fi: optimizarea formei sculei, constrângerile de

proces și controlul preciziei geometrice a piesei) care necesită a fi luate în calcul pentru a permite

implementarea sa eficientă.

1.3.2. Construcția sculelor de deformo-așchiere

O construcție a sculei pentru combinarea strunjirii cu rularea cu două bile este prezentată în

figura 1.17. O altă construcție de sculă combinată (figura 1.18) este prevăzută cu bila de rulat

poziționată în asa fel încât să urmărească într-un plan diferit de cel al procesului de așchiere o parte

din traiectoria muchiei așchietoare.

Parametrii

regimului de rulare:

- forța de apăsare

(presiunea

specifică)

- viteza de lucru

- avansul de lucru

- numărul de

treceri.

Indicatorii

calitativi ai

DPSR

Factorii de stare ai

suprafețelor în contact și ai

procesului DPSR:

- natura materialului

- rugozitatea și diametrul

inițial

- caracteristicile sculei și

dispozitivului

- rigiditatea sistemului

tehnologic

- procesele termice

- lubrifiantul utilizat


Mustea Gheorghe 7

.

Scula combinată optimizată,proiectată în ambele variante constructive (cu plăcuțe Ro si Rh) și

metoda de cuplare cu portscula sunt prezentate în figura 1.27. i [5].

Fig. 1.27. Scula combinată optimizată [5]

1.3.3. Particularități și limitări ale procesului de deformo-așchiere

Sculele combinate pot așchia și deforma piese cu o mare varietate de geometrii pentru care

există însă următoarele constrângeri [5,6,80,90]:

raza de racordare a suprafețelor prelucrate este limitată de raza la vârf a plăcuței (Ro:6

mm, Rh:0.6 mm). Când se utilizează plăcuțele Ro, deoarece raza bilei SCF (1.5 mm) este

mai mică decat cea a plăcuței (6 mm), nu există contrângeri impuse prelucrării, razele

fiind generate de sistemul SCF. Atunci când se utilizează plăcuțele Rh, razele de

racordare ale piesei trebuie să fie mai mari sau egale cu raza bilei SCF.

la prelucrarea treptelor înclinate utilizarea bilei SCF (φ=3mm) permite prelucrarea

treptelor cu un unghi maxim de înclinare de 45º. Această constrângere se datorează

carcasei bilei SCF și se aplică sculei combinate cu plăcuțe rotunde când unitatea SCF este

orintată perpendicular pe piesă. Când se utilizează scula combinată cu plăcuțe Rh unghiul

de înclinație al treptei trebuie să fie mai mic de 83º.

secțiunea suprafeței pieselor este impusă de suportul bilei SCF (figura 1.32).

Fig. 1.32. Restricții asupra secțiunii suprafetelor prelucrate a pieselor [5]

Fig. 1.17. Sculă pentru procesul de

deformo-așchiere utilizată pe un strung

convențional [90]

Fig. 1.18. Sculă combinată utilizată pe

masinile convenționale sau CNC [6]

convențional [90]


Mustea Gheorghe 8

1.5. Analiza parametrilor de calitate ai suprafeței obținute în cadrul procesului de deformo-

așchiere


deformo-strunjire

Pentru prelucrărea prin deformo-așchiere a unui oțel aliat cu Ni au fost utilizați următorii

parametri de proces: viteza de așchiere 20m/min; adâncimea de așchiere 0.5 mm; avansul

0.2mm/rev; lichid de răcire de tip emulsie solubilă standard pe bază de ulei. Pentru presarea bilei de

rulat s-a utilizat un echipament Ecoroll cu o presiune de 300 bar. În urma procesului de deformo-

așchiere, datorită deformării la rece a acestuia a rezultat o creștere a valorii microdurității, în special

a stratului superficial pe o adâncimea de 300µm (figura 1.40). Microstructura suprafeței obținute

prin deformo-așchiere (figura 1.41) scoate în evidență deformarea grăunților cristalini în lungul

direcției principale de prelucrare. Măsurătorile microdurității au indicat o creștere de aproximativ

20% a acesteia la o adâncime de 200µm sub suprafața obținută prin deformo-așchiere. Nu au

rezultat defecte ale suprafeței piesei obținute prin deformo-așchiere. Aspectul și secțiunea

transversală a profilului suprafeței prelucrate pentru ambele procese sunt prezentate în figura 1.42

iar microduritatea suprafeței în figura 1.40. Rugozitatea suprafeței piesei obținute prin deformo-

așchiere a fost de Ra = 0.25-0.3µm, Rt = 1.6-2.1µm mult mai bună în comparație cu strunjirea

simplă (Ra = 0.8-1.2µm, Rt = 3.9-6.1µm).

Fig.1.42. a) Aspectul și secțiunea transversală a profilului (Ra = 0.8-1.2µm, Rt = 3.9-6.1µm)

pentru suprafața strunjită; b) Aspectul și secțiunea transversală a profilului (Ra = 0.25-0.3µm,

Rt = 1.6-2.1µm) pentru suprafața prelucrată prin deforrmo-așchiere [6]

Fig. 1.40. Variația microdurității în funcție

de adâncime [6]

Fig. 1.41. Microstructura oțelului aliat după

strunjire și deformare plastică la rece[6]


Mustea Gheorghe 9


combinarea strunjirii cu rularea cu două bile

Principalii indicatori de calitate analizați au fost rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate

în funcție de parametrii regimului de prelucrare (forța de apăsare, viteza de prelucrare, avansul) și

lubrifiantul utilizat. Influența forței de apăsare este prezentată grafic în figura 1.43 iar din analiza

acesteia rezultă că atunci când forţa de apăsare creşte până la 18 kgf, rugozitatea suprafeţei scade

pentru kerosen iar atunci când forța de apăsare creşte peste 18kgf, rugozitatea suprafeţei creşte.

Pentru uleiul SAE-30 şi pentru amestecul de lubrifianţi rugozitatea suprafeţei scade. Î general,

utilizarea kerosenului este indicată pentru obținerea unui finisaj mult mai bun al suprafeţei. Viteza

nu are efecte semnificative asupra rugozităţii suprafeţei (figura 1.44), iar în cazul creșterii avansului

și utilizării Kerosenului rugozitatea suprafeței crește (figura 1.45)

Duritatea suprafeţei a crescut odată cu creşterea forţei până la 18 kgf (figura 1.46) iar când

forţa creşte peste 18 kgf rugozitatea suprafeţei scade. Duritatea suprafeţei variază de la suprafaţa

exterioară spre interiorul piesei. Înainte de rulare duritatea aluminiului a fost de 63BHN. Cea mai

bună finisare a suprafeţei s-a obţinându-se prin utilizarea ca lubrifiant a kerosen-ului [90].

Forța

(F)

Ru

go

zita

tea

su

pra

fețe

i

(Ra

)

Viteza

(V)

Ru

go

zita

tea

su

pra

fețe

i

(Ra

)

Ru

go

zita

tea s

up

rafe

ței

(Ra

)

Avans

(s) Forța (F)

Du

rita

tea

su

pra

fețe

i (H

V)

Fig. 1.43. Influența forței de apăsare

(kgf) asupra rugozității suprafetei

(µm) [90]

Fig. 1.44. Influența vitezei de prelucrare

(m/min) asupra rugozității suprafeţei

(µm) [90]

Fig. 1.45. Influența avansului (mm/rev)

asupra rugozităţii suprafeţei (µm) [90] Fig. 1.46. Efectul forței de apăsare (kgf)

asupra durității suprafeței (BHN) [90]


Mustea Gheorghe 10

1.7. Stadiul actual al cercetărilor privind prelucrarea aliajelor de magneziu

1.7.2. Prelucrarea și problemele ce pot apărea în timpul prelucrării prin așchiere a aliajelor de

magneziu

Cele mai multe semifabricate din aliaje de magneziu sunt produse prin procese de turnare, de

aceea, după acest proces este necesară prelucrarea suprafețelor funcționale ale pieselor. Aceste

materiale au o prelucrabilitate mai bună decât alte metale utilizate în mod obișnuit [38,66] iar

prelucrarea pieselor se poate realiza în medii uscate sau umede. Totuși pilitura de magneziu sau

așchiile mici sunt inflamabile. Interesul pentru prelucrarea magneziului și a aliajelor sale este major

în a identifica noile tehnologii de prelucrare în scopul prevenirii aprinderii în timpul prelucrării,

precum și reducerii costurilor de producție ale acestora [47]. Problemele ce intervin la prelucrarea

magneziului sau a aliajele sale sunt prezentate schematic în figura 1.47.

Prelucrarea magneziului și a aliajelor sale se poate executa cu viteze mari de așchiere, dar

odată cu creșterea vitezei de așchiere se pot forma depunerile pe tăiș (datorită aderenței dintre scula

așchietoare și piesa de prelucrat), pot apărea probleme privind aprinderea acestora, probleme legate

de apariția vibrațiilor și deformații datorate expansiunii termice a magneziului ce poate duce la o

precizie geometrică și de formă scăzută a pieselor prelucrate [52].

Fig.1.47. Principalele probleme și pericole ce pot apărea în timpul prelucrării magneziului si a

aliajelor sale [47]

În urma cercetărilor privind prelucrarea prin strunjire a aliajului AZ91HP s-a observat că, din

cauza aderenței dintre scula așchietoare și piesa de prelucrat fenomenul de depunere pe tăiș (FBU)

poate apărea la viteze de așchiere în jurul valorii de 900 m/min atunci când prelucrarea se execută în

mediu uscat [101]. Pericolul de aprindere a așchiilor detașate în urma procesului de așchiere în

mediu uscat a magneziului si a aliajelor sale, ar putea fi reduse dacă se micșorează forțele de

prelucrare utilizând scule așchietoare dotate cu plăcuțe policristaline diamantate [38]. Fenomenul

FBU pe muchile tăietoare ale sculei așchietoare la viteze de peste aproximativ 600 m/min constitue

o problemă atunci când aliajele de magneziu sunt prelucrate prin strunjire. De asemenea, prezența

Mg17Al12 (β) în fază intermetalică în cadrul matricei de magneziu este responsabilă pentru

diferența de prelucrabilitate a aliajelor de magneziu iar defectele de suprafață, cum ar fi crăpăturile

și porii concură la formarea depunerilor pe flanc (FBU) [100]. Temperatura medie a feței flancului

poate indica apariția aprinderii în cadrul prelucrăriilor de mare viteză a aliajelor de magneziu [35].

Metoda de analiză prin termo-viziune a fost aplicată pentru a examina temperatura așchiei în timpul

prelucrării aliajelor de magneziu [73]. Pentru prelucrarea de finisare a aliajelor de magneziu este

necesar controlul așchiei pentru generarea de așchii tubulare elicoidale, care nu se aprind cu ușurință

[3].


Mustea Gheorghe 11

1.8. Concluzii privind stadiul actual al cercetărilor în domeniul prelucrării prin deformo-

așchiere

1.8.1. Concluzii privind procesul de deformo-așchiere și deformo-strunjire

1.8.1.2. Concluzii privind procesul de deformo-strunjire

Cercetările efectuate în cazul procesului combinat de strunjire urmată de deformare plastică la

rece au arătat faptul că parametrii de proces pot fi stabiliți astfel încât să îndeplinească condițiile

impuse pentru ambele procese. Scula hibridă permite ca strunjirea și rularea să se efectueze pe

aceiași traiectorie, nefiind necesare modificări importante ale sculei pentru a efectua procesul hibrid.

Analiza rugozitații suprafeței obținute după strunjire și deformare la rece indică o suprafață netedă

cu un aspect lustruit de oglindă iar analiza metalografică a relevat faptul că efectul de ecruisare

crește până la 300 micrometri sub suprafața prelucrată prin procedeul hibrid. Tensiunile reziduale

sunt generate până la aceleași adâncimi pe masură ce materialul este deformat plastic. Combinarea

strunjirii cu deformare plastică la rece într-un singur proces hibrid permite obținerea următoarelor

efecte tehnico-economice:

reducerea costului și timpului de producție prin efectuarea simultană a celor două procese,

strunjire și rulare, printr-o singură trecere și pe aceiași mașină unealtă;

îmbunătățirea calității suprafeței și prin urmare a duratei de viață a componetelor, față de

operația convențională de strunjire sau față de tratamentele de suprafață cum ar fi prelucrarea

cu alice.

flexibilitate ridicată a sistemului hibrid, ce poate fi ușor adaptat și la centrele de prelucrare prin

strunjire sau strunjire /frezare existente.

1.8.2. Concluzii privind prelucrarea aliajelor de magneziu

Unul dintre principalele dezavantaje ale utilizării magneziului și a aliajelor sale este faptul că

așchiile rezultate în timpul prelucrării se pot aprinde.

Prelucrarea fără răcire generează temperaturi ridicate în timpul prelucrării, care pot produce

adeziunea dintre scula așchietoare și semifabricat, precum și depunerile pe tăiș, (atunci când viteza

de așchiere critică este depășită). Depunerile pe tăiș se formează la contactul dintre scula așchietoare

și semifabricat datorită temperaturii generate și a existenței unor particule dure încorporate în

matricea moale a aliajului de magneziu.

Acoperirea sculelor așchietoare cu diamant policristalin, ajută la diminuarea formări depuneri

pe tăiș.

Utilizând emulsii pe baza de apa, în timpul prelucrării magneziului și a aliajelor sale se

generează hidrogen ce poate prezenta pericolul de explozie, în special, la viteze de așchiere mai

ridicate.

Forma de aprindere poate fi: scânteie, inel de scântei și foc intermitent în funcție de viteza de

așchiere, adâncimea și compoziția aliajului de magneziu. Aprinderea așchiilor sub formă de scântei

se inițiază la adâncimi mari de așchiere și la viteze de așchiere mici pentru aliajele din seria AM 50.

Tranziția de la scântei la foc intermitent are loc la viteze și adâncimi de așchiere mari la aliajele din

seria AZ 91.

Pentru a putea crește vitezele și adâncimile de așchiere și a evita aprinderea așchiilor , în

compoziția aliajulelor de magneziu, se utilizează aluminiu.

Capitolul 2.Obiectivele tezei de doctorat

2.1. Argumente de bază pentru stabilirea obiectivelor tezei de doctorat

În urma analizei situației actuale, a cunoștințelor tehnice și științifice privind prelucrarea prin

procesul de deformo-așchiere se evidențiază interesul manifestat pentru o mai profundă analiză a

procesului, pentru identificarea de noi aplicații, pentru aplicarea unor metode de optimizare care să

permită aducerea la valori cât mai apropiate de optim a parametrilor de iesire ai procesului


Mustea Gheorghe 12

(productivitatea prelucrării, rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate, adâncimea stratului

deformat, tensiunile reziduale).

Pe de altă parte, activitatea de documentare a permis identificarea unor direcții de cercetare în care

fie că nu există suficiente informații, fie că nu s-a ajuns la cele mai bune rezultate din punct de

vedere teoretic și experimental. Plecând de la observațiile formulate pe parcursul cercetării

documentare, a fost posibilă definirea obiectivelor care urmează a fi atinse pe parcursul cercetării

dezvoltate în cadrul prezentei teze, în direcția unei mai bune cunoașteri a procesului de deformo-

așchiere.

Principalele concluzii elaborate pe baza analizei sus menționate sunt următoarele:

procesul de deformo-așchiere este un proces complex a cărui desfăşurare este influenţată de o

serie de fenomene specifice, factori de influenţă şi parametri;

principalul scop al procesului de deformo-așchiere este acela de a îmbunătăți calitatea

suprafețelor, reducerea costului și a timpului de fabricație prin efectuare simultană a celor două

procese: strunjire și deformare plastică superficială la rece printr-o singură trecere, pe aceiași

mașină unealtă;

principalii indicatori calitativi ce caracterizează calitatea suprafeței prelucrate prin procesul de

deformo-așchiere sunt: rugozitatea suprafeței, duritatea suprafeței, adâncimea stratului deformat,

tensiunile reziduale și precizia de prelucrare;

factorii de influență cu cea mai mare pondere asupra calității suprafeței prelucrate prin deformo-

așchiere sunt parametrii regimului de prelucrare: viteza de lucru, viteza de avans, adâncimea de

prelucrare, numărul de treceri și presiunea de apăsare;

procesul de deformo-așchiere prezintă următoarele avantaje: îmbunătăţirea calităţii suprafeţei

prelucrate, creşterea preciziei de prelucrare, creșterea productivităţii; îmbunătăţirea comportării

la uzură, creşterea durabilităţii sculei folosite, creșterea rezistenței la oboseală, înlocuirea unor

operații adiționale (tratament termic, rectificare, prelucrare cu alice metalice, etc), reducerea

operaţiilor de finisare-calibrare finale, etc;

în cadrul analizei experimentale a procesului de deformo-așchiere au fost luate în considerare

materiale de tipul aliajelor de aluminiu, otel, titan nefiind analizate materiale de tipul aliajelor de

magneziu;

nu au fost dezvoltate scule combinate adaptate pentru mașinile-unelte convenționale fară

utilizarea unui sistem hidraulic de furnizare a presiunii;

factorii ce influențează calitatea suprafeței prelucrate prin deformo-așchiere nu au fost analizați

în totalitate;

modelarea și simularea procesului de deformo-așchiere nu a fost abordată și realizată decât la o

scară redusă;

optimizarea procesului de deformo-așchiere a fost realizată prin aplicarea unor tehnici clasice.

2.2. Obiectivele tezei de doctorat

Principalele obiective stabilite pentru cercetarea din cadrul prezentei teze de doctorat sunt

următoarele:

1. Cercetarea documentară în vederea elaborării unei sinteze care să permită obținerea unei imagini

de ansamblu a stadiului de cunoaștere în domeniul procesului de deformo-așchiere și a domeniului

de aplicare a acestei metode de prelucrare.

2. Stabilirea echipamentelor, aparatelor și dispozitivelor ce urmează a fi utilizate pentru studiul

sau/și aplicarea proceselor de așchiere, deformare plastică superficială și deformo-așchiere;

stabilirea caracteristicilor materialelor utilizate pentru încercările experimentale.

3. Cercetarea teoretică și experimentală a influenței parametrilor regimului de așchiere (viteza de

așchiere, viteza de avans, adâncimea de așchiere) asupra calității suprafeței (rugozitate, duritate,

microstructură, tensiuni reziduale) prelucrate prin procesul de strunjire a aliajelor de magneziu.


Mustea Gheorghe 13

4. Cercetarea teoretică și experimentală privind influența parametrilor regimului de lucru (viteza de

rotație a semifabricatului, avansul de lucru, presiunea de apăsare) asupra calității suprafețelor

prelucrate prin deformare plastică superficială la rece a aliajelor de magneziu.

5. Stabilirea legăturilor între domeniile tehnice pe care le abordează teza respectiv: procesele de

așchiere, procesele de deformare plastică la rece a stratului superficial, finisarea și durificarea

suprafețelor prelucrate.

6. Conceperea, proiectarea și fabricarea sculelor și dispozitivelor care să permită realizarea

prelucrării simultane (strunjire, deformare plastică la rece a stratului superficial) și studierea

fenomenelor care apar în cadrul procesului de deformo-strunjire.

7. Analiza teoretică și experimentală a calității suprafețelor (rugozitatea, duritatea, abaterea de la

circularitate, tensiuni reziduale, defecte de suprafață și microstructura) prelucrate prin procesul de

deformo-strunjire a unui aliaj de magneziu în funcție de parametrii regimului de prelucrare (viteza

mișcării de rotație a semifabricatului, avansul de lucru, adâncimea de așchire, presiunea de apăsare).

8. Identificarea și utilizarea unor metode de determinare a parametrilor optimali ai procesului de

prelucrare prin deformo-strunjire.

9. Stabilirea valorilor optimale ale parametrilor regimului de lucru pentru obținerea unei calități

superioare a suprafeței prelucrate în cazul procesului de deformo-strunjire a aliajelor de magneziu.

2.3. Etapele de lucru

Schema logică privind analiza procesului deformo-strunjire a aliajelor de magneziu este

prezentată în figurile 2.3.

Fig. 2.3. Schema logică de realizarea a studiului procesului de deformo-strunjire

Condiții inițiale

Parametrii optimi ai strunjirii, Parametrii optimi ai

deformării plastice superficiale, semifabricat

Stabilirea echipamentelor de lucru

Strung normal, echipament Ecoroll, cuțit strung, dispozitiv deformo-

strunjire, echipamente de măsură și control

Reprezentarea grafică și analiza rezultatelor obținute în urma încercărilor

experimentale

Stabilirea valorilor optimale ale parametrilor regimului de lucru pentru obținerea unei

calități superioare a suprafeței prelucrate în cazul procesului de deformo-strunjire a

aliajelor de magneziu

Determinarea influenței parametrilor regimului de lucru asupra calității suprafeței prelucrate

prin deformo-strunjire:

Duritate, rugozitate, microstructură, tensiuni reziduale, abaterea de la circularitate

Aplicarea metodei Taguchi Aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns


Mustea Gheorghe 14

Capitolul 3. Cercetări experimentale privind calitatea suprafețelor rezultate în urma procedeelor

componente ale procesului combinat de deformo-strunjire

3.1. Considerații generale

Principalii factori care influenţează calitatea suprafeţelor prelucrate prin așchiere sunt:

parametrii regimului de aşchiere (v, s, t); proprietăţile materialului de prelucrat; geometria

părţii active a sculei; lichidele de răcire şi ungere; fenomenul de ecruisare şi proprietăţile fizico-

mecanice ale stratului superficial; procedeul de prelucrare ales. Dintre factorii menţionaţi mai sus,

parametrii regimului de aşchiere influenţează preponderent calitatea suprafeţelor prelucrate prin

aşchiere. Calitatea suprafețelor generate prin procesul de deformare plastică superficială la rece

(rulare) este influențată de următorii factori: parametrii regimului de lucru (forța de apăsare

(presiunea de apăsare), viteza de rotație a piesei, avansul de lucru, numărul de treceri) și factorii de

stare ai suprafețelor în contact și ai procesului (natura materialului, rugozitatea și diametrul inițial,

caracteristicile sculei și dispozitivului, rigiditatea sistemului tehnologic, procesele termice, tipul de

lubrifiant utilizat).

Cercetările experimentale au fost îndreptate spre studierea influenţei parametrilor regimulor de

lucru asupra calității suprafeţelor prelucrate prin procedeele de strunjire și deformare plastică

superficială la rece în cazul aliajelor de magneziu. Parametrii regimului de lucru a căror influență a

fost analizată au fost următorii: avansul de lucru s, viteza de aşchiere v și adâncimea de aşchiere

pentru cazul procesului de strunjire și viteza de rotație a piesei vr , avansul de lucru s și respectiv

forța de apăsare (presiunea de apăsare P) pentru cazul procesului de deformare prin rulare a

suprafețelor așchiate prin strunjire.

3.2. Condiții și metodologia de experimentare

Pentru determinarea influenţei parametrilor regimului de aşchiere, la prelucrarea prin strunjire

și a regimului de lucru la prelucrarea prin rulare, asupra calităţii suprafeţelor prelucrate s-a ales un

aliaj de magneziu tip AZ61 A având compoziţia chimică prezentată în tabelul 3.1. Pentru

determinarea influenţei parametrilor regimului de aşchiere asupra calităţii suprafeţelor prelucrate

prin strunjire au fost variați următorii parametri: viteza de așchiere v = 101, 201, 314 m/min,

avansul s = 0.05, 0.1, 0.2 mm/rot, adâncimea de așchiere t = 0.25, 0.5, 0.75 mm, turația arborelui

principal n = 400, 800, 1250 rot/min.

Determinare influenţei regimului de lucru asupra calităţii suprafeţelor prelucrate prin rulare s-

a realizat prin varierea următorilor parametri: viteza de rulare vr = 44, 88, 138 m/min, avansul s =

0.05, 0.1, 0.2 mm/rot, presiunea P = 50, 100, 150 bar, turația arborelui principal n = 200, 400, 630

rot/min. În funcție de parametrii regimului de așchiere și respectiv ai celui de rulare au fost realizate

mai multe încercări experimentale conform planurilor de încercări prezentate în tabelele 3.2 și 3.3.

Tabelul 3.2. Planul încercărilor experimentale pentru operația de strunjire Factorii de

influență

Nr.

regim

v n s t

m/min rot/min mm/rot mm

Viteza de

așchiere

1 101 400 0,2 0,75

2 201 800 0,2 0,75

3 314 1250 0,2 0,75

Viteza de

avans

4 314 1250 0,05 0,75

5 314 1250 0,1 0,75

6 314 1250 0,2 0,75

Adâncimea de

așchiere

7 314 1250 0,2 0,25

8 314 1250 0,2 0,5

9 314 1250 0,2 0,75


Mustea Gheorghe 15

Tabelul 3.3. Planul încercărilor experimentale pentru operația de rulare

Factorii de

influență

Nr.

regim

vr n s P

m/min rot/min mm/rot bar

Viteza de rotație

a piesei

1 44 200 0,2 150

2 88 400 0,2 150

3 138 630 0,2 150

Avansul de lucru

4 138 630 0,05 150

5 138 630 0,1 150

6 138 630 0,2 150

Presiunea de

apăsare

7 138 630 0,2 50

8 138 630 0,2 100

9 138 630 0,2 150

3.3. Rezultatele obținute în urma încercărilor experimentale

Valorile obținute pentru duritatea și rugozitatea suprafețelor prelucrate pe baza planurilor de

experimente prezentate în tabelele 3.2 și 3.3 sunt prezentate în tabelele 3.4 și 3.5, pentru operația de

strunjire și tabelele 3.6 și 3.7 pentru operația de rulare.

Tabelul 3.4. Valorile durității Brinell (HB) în funcție regimul de așchiere la strunjire

Puncte de

măsurare

I II III Duritatea

medie

(HB) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Nr.

regim

1 100 100 103 104 107 100 101 103 98 101 99 100 101,33

2 105 111 106 106 107 107 105 102 107 107 104 103 105,83

3 103 103 103 103 110 107 105 103 109 109 107 109 105,96

4 93 87 97 98 103 105 97 104 93 103 103 100 98,59

5 106 109 107 100 106 106 107 102 102 104 100 98 103,91

6 103 103 103 103 110 107 105 103 109 109 107 109 105,96

7 102 103 101 100 102 102 100 98 103 101 104 100 101,33

8 101 102 100 100 96 105 103 104 102 103 98 103 101,41

9 103 103 103 103 110 107 105 103 109 109 107 109 105,96

Tabelul 3.5. Valorile rugozității Ra (µm) în funcție de regimul de așchiere la strunjire

Puncte de măsurare I II III

Rugozitatea

medie Ra

(µm) 1 2 1 2 1 2

Nr. regim

1 2,7 2,79 2,78 2,83 2,85 2,73 2,78

2 2,68 3 2,59 2,55 2,74 2,66 2,7

3 2,6 2,67 2,7 2,68 2,7 2,56 2,653

4 1,27 1,29 1,2 1,18 1,17 1,03 1,19

5 1,38 1,83 1,36 1,57 1,88 1,34 1,56

6 2,6 2,67 2,7 2,68 2,7 2,56 2,653

7 2,78 2,64 2,68 2,6 2,6 2,49 2,631

8 2,61 2,62 2,69 2,59 2,63 2,7 2,64

9 2,6 2,67 2,69 2,68 2,7 2,58 2,653


Mustea Gheorghe 16

Tabelul 3.6. Valorile determinate ale durității Brinell (HB)în funcție de regimul de lucru la

rulare


Duritatea medie 1 2 3 4 5 6

Factorii de

influență Nr. regim [HB]

Viteza de

rotație a piesei

1 141 136 137 135 135 137 136,8

2 141 141 143 139 133 138 139,2

3 139 147 138 139 144 139 141,0

Avansul de

lucru

4 147 146 147 144 142 144 145,0

5 147 147 146 141 141 139 143,5

6 141 141 143 139 133 138 141,0

Presiunea de

apăsare

7 122 119 117 117 122 120 119,5

8 129 128 124 126 122 125 125,7

9 141 141 143 139 133 138 141,0

Tabelul 3.7. Valorile determinate ale rugozității Ra (µm) în funcție de regimul de lucru la

rulare


Rugozitatea

medie

1 2 1 2 1 2 Ra

Factori de

influență Nr. regim [µm]

Viteza de rotație

a piesei

1 0,41 0,41 0,26 0,34 0,39 0,38 0,365

2 0,31 0,35 0,4 0,37 0,33 0,41 0,361

3 0,31 0,31 0,33 0,35 0,33 0,32 0,325

Avansul de lucru

4 0,15 0,14 0,15 0,14 0,12 0,13 0,138

5 0,15 0,13 0,14 0,14 0,13 0,16 0,141

6 0,31 0,31 0,33 0,35 0,33 0,32 0,325

Presiunea de

apăsare

7 0,31 0,37 0,42 0,35 0,32 0,38 0,36

8 0,3 0,35 0,36 0,42 0,29 0,33 0,34

9 0,31 0,31 0,33 0,35 0,33 0,32 0,325

3.4. Analiza influenței parametrilor regimului de prelucrare asupra calității suprafeței

prelucrate

3.4.1. Analiza influenței regimului de așchiere asupra rugozității prelucrate prin strunjire

Pentru determinarea influenței vitezei de așchiere asupra rugozității suprafeței prelucrate prin

strunjire a aliajului de magneziu AZ 61 A a fost variată viteza de așchiere iar ceilalți parametri de

așchiere, avansul de lucru și respectiv adâncimea de așchiere, au fost menținuți constanți. Variația

rugozității în funcție de viteza de așchiere este prezentată grafic în figura 3.12.

Influența avansului asupra rugozității suprafeței prelucrate prin strunjire a aliajului de

magneziu AZ 61 A a fost pusă în evidență prin modificarea avansului și prin păstrarea constantă a

celorlalți parametri de așchiere: viteza și respectiv adâncimea de așchiere. Reprezentare grafică a

valorilor rugozității suprafeței obținute în funcție de avans este prezentată în figura 3.15 iar

imaginile suprafețelor și așchiilor rezultate în urma prelucrării prin strunjire în figurile 3.16 și 3.17.


Mustea Gheorghe 17

50 100 150 200 250 300 3502,62

2,64

2,66

2,68

2,70

2,72

2,74

2,76

2,78

2,80

Viteza de aschiere v [m/min]

s = 0.2 mm/rot, t = 0.75 mm R

ug

ozita

tea

Ra

[µ

m]

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

Ru

go

zita

tea

Ra

[µ

m]

Avans s [mm/rot]

V = 314 m/min, ap = 0.75 mm

Determinarea influenței adâncimii de așchiere asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin

strunjire s-a efectuat prin menținerea constantă a vitezei de așchiere respectiv a vitezei de avans și

prin modificarea adâncimii de așchiere. Reprezentarea grafică a valorile rezultate în urma

încercărilor experimentale este prezentată în figura 3.18.

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

2,60

2,61

2,62

2,63

2,64

2,65

2,66

2,67

2,68

2,69

v = 314 m/min, s = 0,2 mm/rot,

R

ug

ozita

tea

Ra

[µ

m]

Adancimea de aschiere t [mm] Fig.3.18. Influența adâncimii de așchiere asupra rugozității la viteza de așchiere v =

314m/min și avans s = 0,2 mm/rot

Din analiza graficului de variație a rugozității în funcție de viteza de așchiere rezultă că odată

cu creșterea vitezei de așchiere de la valoarea de 101 la 314 m/min rugozitatea suprafeței prelucrate

scade de la valoarea de 2,78 µm la 2,653 µm, înregistrând o diferența de numai 0,127 µm. Din

analiza graficului de variație a rugozității în funcție de avans rezultă că odată cu creșterea avansului

crește și valoarea rugozității. Rugozitatea suprafeței prezintă o creștere de la valoarea de 1,19 la 1,56

µm (în intervalul 0,05 la 0,1 mm/rot a avansului) diferența fiind de 0,37 µm. Odată cu mărirea

avansului de la 0,1 la 0,2 mm/rot rugozitatea prezintă o creștere semnificativă cu o valoare de 1,463

µm față de valoarea obținută la un avans de 0,05 mm/rot. Din analiza graficului rezultă că odată cu

creșterea adâncimii de așchiere crește și rugozitatea suprafeței prelucrate. Calculând diferența dintre

valorile rugozității obținute la adâncimile de 0,25 mm respectiv 0,75 mm (2,631mm - 2,653mm) s-a

obținut valoarea de 0,022 µm.

Fig. 3.12. Influența vitezei de așchiere asupra

rugozității la un avans s = 0.2mm/rot și o

adâncime de așchiere t = 0.75mm

]

Fig. 3.15. Influența avansului asupra

rugozității la viteza de așchiere v = 314m/min

și adâncime de așchiere t = 0,75mm


Mustea Gheorghe 18

3.4.2. Analiza influenței parametrilor regimului de lucru asupra rugozității suprafeței

prelucrate prin rulare

Pentru determinarea influenței vitezei de rotație a piesei asupra rugozității suprafeței

prelucrate prin rulare a aliajului de magneziu AZ 61 A a fost variată viteza de rotație a piesei iar

ceilalți parametri, avansul și respectiv presiunea, au fost menținuți constanți. Reprezentarea grafică a

valorilor obținute în urma încercărilor experimentale sunt prezentate în figura 3.21. Analiza

influenței avansului asupra rugozității suprafeței prelucrate prin rulare a aliajului de magneziu AZ61

A a fost realizată prin modificarea avansului și meținerea constantă a celorlalți parametri, viteza de

rotație a piesei și respectiv presiunea de apăsare. În figura 3.23 este reprezentată variația rugozității

în funcție de avansul de lucru.

44 66 88 110 132 154

0,31

0,32

0,33

0,34

0,35

0,36

0,37

0,38

P = 150 bar, S = 0,2 mm/rot

Ru

go

zita

tea

Ra

[µ

m]

Viteza de rotatie a piesei vr [m/min]

Din analiza graficului de variație a rugozității rezultă că odată cu creșterea vitezei de rotație

apiesei de la valoarea de 44 la 138 m/min rugozitatea suprafeței prelucrate scade de la valoarea de

0,365 µm la 0,325 µm, înregistrând o diferența de numai 0,04 µm. Prin urmare, calitatea suprafeței

prelucrate prin rulare se îmbunătățește atunci când viteza de rotație a piesei crește.

Din analiza graficului de variație a rugozității în funcție de avansul de lucru rezultă că odată

cu scăderea avansului de lucru scade și valoarea rugozității. Rugozitatea suprafeței prezintă o

creștere nesemnificativă de la valoarea de 0.138 la 0.141µm pe intervalul 0,05 la 0,1 mm/rot,

diferența fiind de 0,003 µm. Prin mărirea avansului de lucru de la 0,1 la 0,2 mm/rot rugozitatea

suprafeței prezintă o creștere de 0,184 µm. Prin urmare, odată cu creșterea avansului de lucru

rugozitatea suprafeței prelucrate crește, rezultând astfel o calitate scăzută a suprafeței prelucrate.

Determinarea influenței presiunii de apăsare asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin rulare s-a

realizat prin menținerea constantă a vitezei de rotație a piesei și respectiv a avansului de

lucru.Valorile rezultate în urma încercărilor experimentale sunt prezentate grafic în figura 3.24.

Fig. 3.21. Variația rugozității în funcție de

viteza de rotație a piesei pentru un avans de

lucru s = 0.2 mm/rot și o presiune de

apăsare P = 150 bar

]

Fig. 3.23. Influența avansului de lucru

asupra rugozității la viteza de rotație a

piesei vr = 138 m/min și o presiune de

apăsare P = 150 bar


Mustea Gheorghe 19

25 50 75 100 125 150 175

0,320

0,325

0,330

0,335

0,340

0,345

0,350

0,355

0,360

0,365

vr = 138 m/min, s = 0,2 mm/rot

Ru

go

zita

tea

Ra

[µ

m]

Presiunea de apasare P [bar] Fig. 3.24. Variația rugozității în funcție de presiunea de apăsare la un avans de lucru

s = 0,2 mm/rot și viteză de rotație a piesei vr = 138 m/min

Din analiza graficului de variație a rugozității în funcție de presiunea de apăsare rezultă că

odată cu creșterea presiunii de apăsare valoarea rugozității suprafeței prelucrate prin rulare scade

aproape constant. Diferența dintre valorile rugozității rezultate, în urma procesului de rulare, la

presiunile de apăsare de 50 bar respectiv 100 bar este de 0.017 µm iar diferența dintre valorile

rezultate la presiunile de 100 și 150 a fost de 0.016 µm.

3.4.3. Influența parametrilor regimului de așchiere asupra durității suprafeței prelucrate prin

strunjire

Valorile durităților obținute în urma încercărilor experimentale sunt reprezentate grafic, în

funcție de viteza de așchiere, avansul de lucru și de adâncimea de așchiere în figurile 3.25, 3.26 și

3.27.

50 100 150 200 250 300 350

100

101

102

103

104

105

106

107

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Viteza de aschiere v [m/min]

s = 0.2 mm/rot t = 0.75 mm

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Avans s [mm/rot]

v = 314 m/min t = 0.75 mm

Fig. 3.25. Variația durității în funcție de

viteza de așchiere la un avans s = 0.2 mm/rot

și adâncime de așchiere t = 0.75 mm


avansul de lucru la viteza de așchiere v = 314

m/min și adâncime de așchiere t = 0.75 mm


Mustea Gheorghe 20

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

100

101

102

103

104

105

106

107

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Adancimea de aschiere t [mm]

v = 314 m/min s = 0.2 mm/rot

Fig. 3.27. Variația durității în funcție de adâncime de așchiere la viteza de așchiere v= 314

m/min și avans s = 0.2 mm/rot

Din analiza graficului din figura 3.25 rezultă că o creștere a vitezei de așchiere conduce la

creșterea durității suprafeței prelucrate. Pe primul intervalul de viteză (101-201 m/min) duritatea

prezintă o creștere de la valoarea 101,33 la 105,83 HB iar pe al doilea interval (201-314 m/min)

duritatea nu prezintă o creștere importantă odată cu creșterea vitezei de așchiere, valoarea

determinată fiind de 105,96 HB.

Din analiza graficului din figura 3.26 rezultă că odată cu creșterea avansului crește și

duritatea suprafeței prelucrate; pe primul interval (0.05 – 0.1 mm/rot) se înregistrează o creștere de

la valoarea de 98,59 la 103,91 HB, iar pe al doilea interval (0.1-0.2 mm/rot) o creștere până la

valoarea de 105,96 HB.

Din analiza graficului din figura 3.27 rezultă că la creșterea adâncimii de așchiere crește și

valoarea durității suprafeței prelucrate. Astfel, pe primul interval de adâncime (0.25 - 0.5 mm)

valoarea durității crește puțin de la 101,33 la 101,41 HB iar pe al doilea interval (0.5 – 0.75 mm)

duritatea prezintă o creștere importantă până la valoarea de 105,96 HB.

3.4.4. Analiza influenței regimului de lucru asupra durității suprafeței prelucrate prin rulare

Valorile durităților obținute în urma încercărilor experimentale la rularea suprafețelor pe strung în

funcție de viteza de rotație a piesei sunt reprezentate grafic în figura 3.28.

44 66 88 110 132 154

136,0

136,5

137,0

137,5

138,0

138,5

139,0

139,5

140,0

140,5

141,0

141,5

142,0

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Viteza de rotatie a piesei vr [m/min]

s = 0.2 mm/rot P = 150 bar

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

140,0

140,5

141,0

141,5

142,0

142,5

143,0

143,5

144,0

144,5

145,0

145,5

146,0

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Avans s [mm/rot]

vr = 138m/min P = 150 bar


viteza de rotație a piesei la un avans s = 0,2

mm/rot și presiune de apăsare P = 150 bar

Fig. 3.29. Variația durități în funcție de

avansul de lucru cu viteza de rotație vr = 138

m/min și presiunea de apăsare P = 150 bar


Mustea Gheorghe 21

Din analiza graficului de variație a durității în funcție de viteza de rotație a piesei rezultă că

duritatea suprafeței prelucrate prin rulare crește odată cu creșterea rotației piesei. Astfel,valoarea

durității crește de la valoare de 136,8 HB la valoarea de 139,2 HB, pe primul interval de valori ale

vitezei de rotație a piesei (44-88m/min) iar pe al doilea interval (88-138m/min) se înregistrează o

creștere cu 1,8 HB. În urma acestor determinări rezultă că viteza de rotație a piesei nu influențează

în mod evident duritatea suprafețelor prelucrate prin rulare.

Din analiza graficului de variație a durității se observă că odată cu creșterea avansului de lucru

duritatea suprafeței prelucrate prin rulare scade. Astfel, la avansul de 0.05 mm/rot se obține o

valoare maximă a durității suprafeței de 145 HB și o creștere de 42,8 HB peste valoare durității

inițiale a probei.

Influența presiunii de apăsare asupra durității suprafețelor prelucrate prin rulare a fost

determinată prin menținerea constantă a vitezei de rotație a piesei și a avansului de lucru și prin

modificarea presiunii de apăsare.Valorile durității măsurate în urma încercărilor experimentale sunt

prezentate în figura 3.31.

25 50 75 100 125 150 175

117

120

123

126

129

132

135

138

141

144

147

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Presiunea P [bar]

vr = 138 m/min s = 0.2 mm.rot

Fig.3.31. Influența presiunii de apăsare asupra durității la viteza de rotație vr = 138 m/min și

avans de lucru s = 0.2 mm/rot Din analiza graficului de variație a durității rezultă că odată cu creșterea presiunii de apăsare

crește și duritatea suprafeței prelucrate prin rulare. În intervalul de presiuni de apăsare 50 - 100 bar

duritatea crește de la valoarea de 119,5 HB la 125,7 HB (crește cu 6,2 HB) iar la creșterea presiunii

de apăsare pană la valoarea de 150 bar, crește și valoarea durității până la 141 HB (crește cu 19.3

HB).

3.5. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de așchiere asupra calității suprafeței

prelucrate prin strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A

Privind rugozitatea suprafeței prelucrate prin strunjire

Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin strunjire a

aliajului de magneziu AZ61 A este avansul. Odată cu micșorarea acestuia de la valoarea de 0,2 la

0,05 mm/rot, rugozitatea suprafeței se îmbunătățește cu aproximativ 55% (ajungând de la 2,653 µm

la 1,19 µm ). Prin urmare, creșterea avansului conduce la o rugozitate mare a suprafeței prelucrate,

obținându-se astfel o calitate scăzută a acesteia.

Viteza de așchiere este al doilea parametru, ca importanță, ce influențează rugozitatea

suprafețelor prelucrate prin strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A. Odată cu creșterea

vitezei de așchiere se îmbunătățește calitatea suprafeței (scade rugozitatea).

Adâncimea de așchiere are cea mai mica influență asupra rugozității suprafețelor prelucrate

prin strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A. Creșterea adâncimii de așchiere a condus la

creșterea rugozități și la o calitate redusă a suprafeței prelucrate.


Mustea Gheorghe 22

Cea mai mică rugozitate (1.19 µm) s-a obținut, în cazul, în care viteza de așchiere a fost

maximă (v = 314m/min) și avansul minim (0.05 mm/rot) la o adâncime de 0.75 mm, iar cea mai

mare (2,78 µm) atunci când viteza de așchiere a fost minimă (v = 101 m/min), avansul maxim (s =

0.2 mm/rot) și adâncimea de așchiere de 0.75 mm.

Privind duritatea suprafeței prelucrate prin strunjire

Factorul cel mai important ce influențează creșterea durității suprafețelor prelucrate prin

strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A este avansul, urmat de viteza și de adâncimea de

așchiere.

Cea mai mare valoare a durității (105,96 H) s-a obținut în cazul unei viteze de așchiere mari (v

= 314 m/min), unui avans mare (s = 0.2 mm/rot) și pentru o adâncime de așchiere de 0.75 mm, iar

cea mai mică duritate (98.59 HB) atunci când viteza de așchiere este maximă (v = 314m/min),

avansul minim (s = 0.05 mm/rot) și adâncimea de așchiere t = 0.75 mm

3.6. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de lucru asupra calității suprafeței

prelucrate prin rulare în cazul aliajului de magneziu AZ 61A

Privind rugozitatea suprafeței prelucrate prin rulare

Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor generate prin rulare în

cazul aliajului de magneziu AZ61 A este avansul de lucru. Scăderea rugozității are loc progresiv cu

micșorarea avansului de lucru. Astfel, odată cu micșorarea avansului de la 0,2 la 0,05 mm/rot,

rugozitatea suprafeței se îmbunătățește cu aproximativ 236% (ajungând de la 0,325 µm la 0,138 µm

), și cu 810% față de suprafața inițială, prelucrată prin strunjire (de la valoarea de 1,119 µm la 0,138

µm).

Al doilea parametru, ca importanță ce influențează rugozitatea suprafeței este viteza de rotație

a piesei. Odată cu creșterea acesteia, de la valoarea de 44 m/min la 138 m/min, rugozitatea

suprafeței prelucrate prin rulare scade, de la valoare de 0.365 la 0.325 µm, cu aproximativ 12%.

Cea mai mica influență asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin rulare o are presiunea de

apăsare P. Creșterea presiunii de apăsare de la valoare de 50 la a 150 bar a condus la scăderea

rugozități de la 0.358 la 0.325 µm și la îmbunătățirea acesteia cu aproximativ 10%

Cea mai bună rugozitate Ra = 0.138 µm s-a obținut în cazul în care viteza de rotație a piesei a

fost maximă (vr = 138 m/min) și avansul de lucru minim (0,05 mm/rot) la o presiune de apăsare de

150 bar. Cea mai mare valoare a rugozității (0.365 µm) s-a obținut atunci când viteza de rotație a

piesei a fost minimă (vr = 44 m/min), avansul de lucru maxim (s = 0.2 mm/rot) și presiunea de

apăsare de 150 bar.

Privind duritatea suprafeței prelucrate prin rulare

Factorul cel mai important ce a influențat duritatea suprafețelor prelucrate prin rularea aliajului de

magneziu AZ61 A a fost presiunea de apăsare. Odată cu creșterea acesteia de la valoare de 50 bar la

150 bar valoarea durității suprafeței a crescut de la 119.5 HB la 141 HB, cu aproximativ 16%.

Al doilea factor ca importanță ce influențează duritatea suprafețelor a fost viteza de rotație a piesei.

Astfel, la creșterea vitezei de rotație a piesei crește și duritatea cu aproximativ 3% ( de la 136,8 la

141 HB)

Factorul cu cea mai mică influență asupra durității suprafeței prelucrate prin rulare este avansul de

lucru. Creșterea avansului de lucru (de la 0.05 la 0.2mm/min) conduce la scăderea durității, de la

valoarea de 145 HB la 141 HB, cu aproximativ 2.8%.

Valoarea cea mai mare a durității (145 HB) s-a obținut în cazul unei viteze mari de rotație a piesei (v

= 138 m/min), unui avans de lucru mic (s = 0.05 mm/rot) și a unei presiuni de apăsare de 150 bar.

Cea mai mică valoare a durității (119.5 HB) s-a obținut atunci când viteza de rotație a piesei a fost

maximă (vr = 314m/min), avansul de lucru maxim (s = 0.2 mm/rot) și presiunea de apăsare 50 bar.

Duritatea suprafeței prelucrate prin rulare crește aproximativ cu 44% față de cea a suprafeței inițiale,

prelucrate prin strunjire.


Mustea Gheorghe 23

Capitolul 4.Cercetări și contribuții experimentale privind calitatea suprafețelor generate prin

procesul de prelucrare combinată prin strunjire și deformare plastică superficială la rece

4.2. Condiții de experimentare

4.2.1. Materialul și echipamentele utilizate pentru încercările experimentale

Pentru determinarea influenţei regimului de prelucrare asupra calităţii suprafeţelor prelucrate

prin deformo-strunjire a fost utilizat un aliaj de magneziu de tipul AZ61 A având compoziţia

chimică prezentată în tabelul 3.1 (capitolul 3).

Semifabricatul supus încercărilor experimentale a fost de tip bară cilindrică cu dimensiunile

prezentate în figura 3.1 a (capitolul 3).

Prelucrarea prin deformo-strunjire s-a efectuat cu ajutorul unui strung de tipul SNA 360x1000.

Pregătirea probelor s-a realizat prin strunjire, pentru eliminarea stratului superficial ecruisat și a

eventualelor defecte de formă, cu ajutorul unui cuțit de strung PCLNR 25 25 M 12 dotat cu plăcuță

din carbură metalică CNMG 120408 NN LT 10 (figura 3.5, capitolul 3) cu următoarele

caracteristici: raza la vârf : 0,4 mm, unghiul la vârf: 80º, lățimea: 12 mm.

Prelucrarea prin deformo-strunjire (figura 4.2) s-a realizat între vârfuri pentru ca sistemul de

lucru sa fie cât mai rigid. Sistemul cu ajutorul căruia s-a realizat prelucrarea prin deformo-strunjire

este compus din următoarele echipamente: scula deformatoare de tipul HG6-9 (figura 3.6, capitolul

3), echipamentul pentru furnizarea lichidului sub presiune pentru scula deformatoare - HGP 3.0

(figura 3.7, capitolul 3), cuțitul de strung, dispozitivul de deformo-strunjire (figura 4.1).

Fig.4.1. Dispozitivul pentru operația de deformo-strunjire

Determinarea durității și rugozității suprafețelor probelor prelucrate prin deformo-strunjire a

fost realizată identic cu cazul prelucrărilor prin strunjire și deformare plastică superficală la rece

(rulare) (capitolul 3)

Fig. 4.2. Operația de deformo-strunjire

4.2.2. Regimul de lucru și planul încercărilor experimentale

Pentru determinarea influenţei regimului de prelucrare asupra calităţii suprafeţelor prelucrate

prin deformo-strunjire au fost variați următorii parametri: viteza mișcării de rotație a

semifabricatului v = 50, 100, 158 m/min; avansul de prelucrare s = 0.1, 0.2, 0.3 mm/rot; adâncimea

de așchiere ap = 0.25, 0.5, 0.75 mm; presiunea de apăsare P = 50, 100, 150 bar .

semifabricat Scula de rulare

Cuțit strung

Dispozitiv de

deformo-

strunjire


Mustea Gheorghe 24

Încercările experimentale privind determinarea influenței parametrilor regimului de prelucrare

asupra calității suprafețelor prelucrate prin procedeul de deformo-strunjire au fost efectuate după

planul de experimente prezentat în tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Planul încercărilor experimentale

Nr. Viteza v Turatia n Avans s Adâncime ap

Presiunea de

apăsare P

m/min rot/min mm/rot mm bar

1 50 200 0,2 0.5 150

2 100 400 0,2 0.5 150

3 150 630 0,2 0.5 150

4 150 630 0,1 0.5 150

5 150 630 0,2 0.5 150

6 150 630 0,3 0.5 150

7 150 630 0,2 0.5 50

8 150 630 0,2 0.5 100

9 150 630 0,2 0.5 150

10 150 630 0.2 0.25 150

11 150 630 0.2 0.5 150

12 150 630 0.2 0.75 150

13 100 400 0,1 0.5 100

14 100 400 0.2 0.5 100

15 100 400 0,3 0.5 100

16 100 400 0.2 0.5 50

17 100 400 0.2 0.5 100

18 100 400 0.2 0.5 150

19 100 400 0.2 0.25 100

20 100 400 0.2 0.5 100

21 100 400 0.2 0.75 100

4.3. Rezultate obținute în urma încercărilor experimentale

Valorile obținute pentru duritatea și respectiv rugozitatea suprafețelor prelucrate prin deformo-

strunjire sunt prezentate în tabelele 4.2 și 4.3.

Tabelul 4.2. Valorile durității Brinell (HB) în funcție de regimul de prelucrare

Puncte de

măsurare I II III

Duritatea

medie

(HB) Nr. regim 1 2 1 2 1 2

1 151 158 155 150 148 150 152,0

2 158 157 161 158 160 159 158,8

3 169 166 167 168 165 164 166,5

4 174 169 175 176 179 176 174,8

5 169 166 167 168 165 164 166,5

6 157 157 154 163 164 165 160,0

7 145 149 153 151 151 151 150,0

8 156 158 161 160 161 163 159,8

9 169 166 167 168 165 164 166,5

10 169 166 167 168 168 170 168,0

11 169 166 167 168 165 164 166,5


Mustea Gheorghe 25

12 166 165 169 164 166 167 166,2

13 168 163 164 161 162 164 163,7

14 157 160 159 158 157 160 158,5

15 160 159 158 157 154 158 157,7

16 142 152 137 146 145 144 144,3

17 157 160 159 158 157 160 158,5

18 158 157 161 158 160 159 158,8

19 158 158 160 159 161 158 159,0

20 157 160 159 158 157 160 158,5

21 152 150 152 152 153 151 151,7

Tabelul 4.3. Valorile rugozității Ra (µm) în funcție de regimul de prelucrare

Puncte

măsurare I II III Rugozitatea

medie Ra

(µm) Nr. regim 1 2 1 2 1 2

1 0,31 0,3 0,33 0,31 0,34 0,32 0,32

2 0,29 0,3 0,29 0,26 0,27 0,29 0,28

3 0,27 0,25 0,27 0,25 0,26 0,24 0,26

4 0,19 0,18 0,2 0,2 0,19 0,21 0,20

5 0,27 0,25 0,27 0,25 0,26 0,24 0,26

6 0,52 0,58 0,55 0,59 0,59 0,59 0,57

7 0,47 0,43 0,44 0,5 0,46 0,45 0,46

8 0,37 0,4 0,38 0,36 0,39 0,4 0,38

9 0,27 0,25 0,27 0,25 0,26 0,24 0,26

10 0,23 0,24 0,25 0,24 0,26 0,25 0,25

11 0,27 0,25 0,27 0,25 0,26 0,24 0,26

12 0,4 0,44 0,4 0,44 0,42 0,41 0,42

13 0,3 0,22 0,31 0,3 0,24 0,23 0,27

14 0,35 0,34 0,35 0,32 0,3 0,35 0,34

15 0,58 0,57 0,67 0,55 0,69 0,66 0,62

16 0,35 0,31 0,35 0,35 0,41 0,35 0,35

17 0,35 0,34 0,35 0,32 0,3 0,35 0,34

18 0,29 0,3 0,29 0,26 0,27 0,25 0,28

19 0,33 0,3 0,34 0,33 0,32 0,35 0,33

20 0,35 0,34 0,35 0,32 0,3 0,35 0,34

21 0,41 0,36 0,4 0,41 0,37 0,34 0,38

4.4. Analiza influenței parametrilor de lucru asupra rugozității suprafeței prelucrate.

Pentru determinarea influenței vitezei mișcării de rotație a semifabricatului asupra rugozității

suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire a aliajului de magneziu AZ 61 A a fost variată viteza

mișcării de rotație a semifabricatului iar ceilalți parametri de proces (avansul de lucru, adâncimea de

așchiere și respectiv presiunea de apăsare) au fost menținuți constanți. Reprezentarea grafică a

rezultatelor obținute în urma încercărilor experimentale este prezentată în figura 4.4.

Din analiza graficului rezultă că odată cu creșterea vitezei mișcării de rotație a

semifabricatului de la valoarea de 50 la 158 m/min rugozitatea suprafeței prelucrate scade de la

valoarea de 0,318 µm la 0,253 µm, înregistrând o diferența de 0,035 µm.


Mustea Gheorghe 26

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

0,24

0,25

0,26

0,27

0,28

0,29

0,30

0,31

0,32

0,33

P = 150 bar s = 0.2 mm/rot ap = 0.5 mm

R

ug

ozita

tea

Ra

[µ

m]

Viteza miscarii de rotatie a semifabricatului [m/min] Fig.4.4. Variația rugozității în funcție de viteza mișcării de rotație a semifabricatului la un

avans de lucru s = 0.2 mm/rot, adâncimea de așchiere ap = 0.5 mm și o presiune de apăsare P =

150 bar

Influența avansului asupra rugozității suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire a aliajului de

magneziu AZ61 A a fost realizată prin modificarea avansului și prin păstrarea celorlalți parametri

(viteza mișcării de rotație a semifabricatului, adâncimea de așchiere și respectiv presiunea de

apăsare) constanți. În figura 4.6 este prezentată variația rugozității suprafeței prelucrate prin

deformo-strunjire pentru cele două cazuri prezentate anterior.

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

v = 100m/min, ap= 0.5mm, P = 100bar

v = 158m/min, ap= 0.5mm, P = 150bar

Avansul de lucru (mm/rot)

Ru

go

zita

te c

az

2 (

µm

)

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

Ru

go

zitate

caz 1

(µm

)

Fig. 4.6. Influența avansului asupra rugozității pentru caz I. viteza mișcării de rotație a

semifabricatului v = 158 m/min, adâncime de așchiere ap = 0.5 mm și o presiune de apăsare P

= 150 bar, caz II. viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100 m/min, adâncime de

așchiere ap = 0.5 mm și o presiune de apăsare P = 100 bar

Din analiza graficului de variație a rugozității, pentru cazul I, se poate observa că odată cu

creșterea avansului de lucru crește și valoarea rugozității suprafeței. Rugozitatea suprafeței prezintă

o creștere usoară, între valorile 0,1 la 0,2 mm/rot ale avansului de lucru, diferența înregistrată fiind

de 0,061 µm. Odată cu mărirea avansului de lucru de la 0,2 la 0,3 mm/rot rugozitatea prezintă o

creștere semnificativă de 0,314 µmDin analiza graficului de variație a rugozității, pentru cazul II, se

observă că rugozitatea suprafeței prezintă o creștere usoară, între valorile 0,1 la 0,2 mm/rot ale

avansului de lucru, diferența înregistrată fiind de 0,069 µm. Odată cu mărirea avansului de lucru de

la 0,2 la 0,3 mm/rot rugozitatea prezintă o creștere semnificativă de 0,285 µm

Determinarea influenței presiunii de apăsare asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin

deformo-strunjire s-a obținut prin menținerea constantă a vitezei mișcării de rotație a

semifabricatului, adâncimii de așchiere și respectiv a avansului de lucru și prin modificarea valorii

presiunii de apăsare.Reprezentarea grafică a rezultatelor obținute în urma încercărilor experimentale,

sunt prezentate în figura 4.7.


Mustea Gheorghe 27

25 50 75 100 125 150 175

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

0,50

v = 100m/min, ap= 0.5mm, s = 0.2mm/rot

v = 158m/min, ap= 0.5mm, s = 0,2mm/rot

Presiunea de apasare P (bar)

Ru

go

zita

te c

az 2

(µ

m)

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

0,50

Ru

go

zita

te c

az 1

(µm

)

Fig. 4.7. Variația rugozității în funcție de presiunea de apăsare pentru caz I. Avansul de lucru

s = 0,2 mm/rot, adâncime de așchiere ap = 0.5 mm și viteză mișcării de rotație a

semifabricatului v = 158 m/min, caz II. Avansul de lucru s = 0,2 mm/rot, adâncime de

așchiere ap = 0.5 mm și viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100 m/min

Din analiza graficului de variație a rugozității, pentru cazul I, rezultă că diferența dintre

valorile rugozității măsurate la presiunile de apăsare de 50 bar respectiv 100 bar este de 0,075 µm

iar diferența dintre valorile rugozității pentru presiunile de apăsare de 100 și 150 este de 0,125 µm.

Determinarea influenței adâncimii de așchiere asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin

deformo-strunjire s-a realizat prin menținerea constantă a vitezei mișcării de rotație a

semifabricatului, a avansului de lucru și a presiunii de apăsare, adâncimea de așchiere fiind variată.

Reprezentarea grafică a rezultatelor obținute în urma încercărilor experimentale este prezentată în

figura 4.8.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

v = 100m/min, s = 0.2mm/rot, P = 100bar


Adancimea de aschiere (mm)

Ru

go

zita

te c

az 2

(µ

m)

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,36

0,38

0,40

0,42

0,44

Ru

go

zita

te c

az 1

(µm

)

Fig.4.8. Influența adâncimii de așchiere asupra rugozității pentru cazul I. viteza mișcării de

rotație a semifabricatului v = 158 m/min, avansul de lucru s = 0,2 mm/rot, presiunea de

apăsare P = 150 bar, cazul II. viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100 m/min,

avansul de lucru s = 0.2 mm/rot, presiunea de apăsare P = 100 bar

Din analiza graficului, pentru cazul I, se poate observa că odată cu creșterea adâncimii de

așchiere rugozitatea suprafeței prelucrate crește. Diferența dintre valorile rugozității obținute la

adâncimile de 0,25 mm respectiv 0,5 mm este de 0.011 µm, iar de la 0.5mm la 0.75mm crește

semnificativ cu aproximativ 0.162 µm. Din analiza graficului, pentru cazul II, rezultă că rugozitatea

suprafeței prelucrate înregistrează o creștere ușoară de 0.007 µm, pe primul interval (de la 0.25mm

la 0.5mm) de valori ale adâncimii de așchiere iar pe intervalul al doilea (de la 0.5mm la 0.75mm) o

creștere de 0.046 µm. Odată cu scăderea adâncimii de așchiere rugozitatea suprafeței prelucrate prin

deformo-strunjire scade.


Mustea Gheorghe 28

4.5. Influența parametrilor regimului de lucru asupra durității suprafeței prelucrate prin

deformo-strunjire

Valorile durități obținute în urma încercărilor experimentale la prelucrarea aliajului de

magneziu AZ 61 A prin deformo-strunjire în funcție de viteza mișcării de rotație a semifabricatului

sunt reprezentate grafic în figura 4.9

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

Viteza de prelucrare [m/min]

P = 150 bar s = 0.2 mm/rot ap = 0.5 mm

Du

rita

tea

Bri

ne

ll [H

B]

Fig. 4.9. Variația durității în funcție de viteza mișcării de rotație a semifabricatului la un

avans de lucru s = 0,2 mm/rot, adâncime de așchiere ap = 0,5 mm și presiunea de apăsare P =

150 bar

Din analiza graficului de variație a durității se poate observa că duritatea suprafeței prelucrate

prin deformo-strunjire crește odată cu creșterea vitezei mișcării de rotație a semifabricatului.

Valoarea durității crește de la valoare de 152 HB la valoare de 158,8 HB, pe primul interval de

viteză ( 50 - 100 m/min) întregistrând o diferență de 6,8 HB iar pe al doilea interval de viteză (100-

150 m/min) se înregistrează o creștere de 7.7 HB. Duritatea suprafeței prelucrate, în funcție de

viteza mișcării de rotație a semifabricatului prin deformo-strunjire, prezintă o creșterea aproape

liniară.

Pentru determinarea influenței avansului de lucru asupra durității suprafețelor prelucrate prin

deformo-strunjire a fost variat avansul de lucru iar ceilalți parametri de proces au fost menținuți

constanți. Valorile durității determinate în urma încercărilor experimentale pentru ambele cazuri

sunt prezentate reprezentate în figura 4.10.

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

153

156

159

162

165

168

171

174

177

180

v = 100m/min, ap= 0.5mm, P = 100bar

v = 158m/min, ap= 0.5mm, P = 150bar

Avansul de lucru (mm/rot)

Du

rita

te c

az 2

(H

B)

153

156

159

162

165

168

171

174

177

180

Du

ritate

ca

z 1

(HB

)

Fig. 4.10. Variația durități în funcție de avansul de lucru pentru caz I. viteza mișcării de

rotație a semifabricatului v = 158 m/min, adâncime de așchiere ap = 0.5 mm și presiunea de

apăsare P = 150, caz II. viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100 m/min, adâncime

de așchiere ap = 0.5 mm și presiunea de apăsare P = 100 bar


Mustea Gheorghe 29

Din analiza graficului din figura 4.10 (caz I) se observă că odată cu creșterea avansului de

lucru duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire scade. Pe primul interval de valori ale

avansului de lucru ( 0.1-0.2 mm/rot ) se observă o scădere a durității cu 8.3 HB, iar pe al doilea

interval (0.2-0.3 mm/rot) cu 6.5 HB. La avansul de lucru de 0.1 mm/rot se obține o valoare maximă

a durității suprafeței (174.8 HB) cu o valoare de 69,8 HB peste valoarea durității suprafeței

strunjite.Variația durități în funcție de avans, pentru cazul II, la viteza mișcării de rotație a

semifabricatului v = 100 m/min, adâncimea de așchiere ap = 0.5 mm și presiunea de apăsare P = 100

bar arată că odată cu creșterea avansului de lucru scade duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire. Pe primul interval de valori ale avansului de lucru (0.1-0.2 mm/rot) rezultă o scădere a

durității cu 5.1 HB, iar pe al doilea interval (0.2-0.3 mm/rot) o scădere nesemnificativă de doar 0.9

HB.

Influența presiunii de apăsare asupra durității suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire a

fost analizată prin menținerea constantă a vitezei mișcării de rotație a semifabricatului, avansului de

lucru, adâncimii de așchiere și prin modificarea presiunii de apăsare a bilei pe suprafață.Valorile

durității determinate în urma încercărilor experimentale sunt reprezentate grafic în figura 4.12.

25 50 75 100 125 150 175

140

142

144

146

148

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

v = 100m/min, ap= 0.5mm, s = 0.2mm/rot

v = 158m/min, ap= 0.5mm, s = 0,2mm/rot

Presiunea de apasare (bar)

Du

rita

te c

az

2 (

HB

)

140

142

144

146

148

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

Du

ritate

caz 1

(HB

)

Fig. 4.12. Influența presiunii de apăsare asupra durității pentru caz I. la viteza

mișcării de rotație a semifabricatului v = 158 m/min, adâncime de așchiere ap = 0.5 mm și

avansul de lucru s = 0,2 mm/rot, caz II. Viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100

m/min, adâncime de așchiere ap = 0.5 mm și avans de lucru s = 0,2 mm/rot Din analiza graficului rezultă că odată cu creșterea presiunii de apăsare duritatea suprafeței

prelucrate prin deformo-strunjire crește. În cazul I, pe primul interval de valori ale presiunii de

apăsare (50-100 bar) duritatea crește de la valoarea de 150 HB la 159.8 HB prezentând o creștere de

9.8 HB. Pe al doilea interval de valori ale presiunii presiunii (100-150 bar), odată cu creșterea

presiunii pană la valoarea de 150 bar, crește și valoarea durității până la 166.5 HB (crește cu 6.7

HB). În cazul II, pe primul interval de valori ale presiunii de apăsare (50-100bar) duritatea

suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire prezintă o creștere semnificativă de 14.4 HB, iar pe al

doilea interval (100-150bar) o creștere de numai 0,3 HB.

Pentru acest caz s-a obținut cea mai mica valoare a durității din cadrul încercărilor

experimentale respectiv 144.3 HB. Prin urmare, presiunea de apăsare este un factor ce influențeaza

în mare măsură duritatea suprafețelor prelucrate și deci calitatea suprafețelor prelucrate prin

procesul de deformo-strunjire.

Determinarea influenței adâncimii de așchiere asupra durității suprafețelor prelucrate prin

deformo-strunjire s-a realizat prin menținerea constantă a vitezei mișcării de rotație a

semifabricatului, avansului de lucru și a presiunii de apăsare modificând adâncimea de așchiere.

Valorile obținute în urma încercărilor experimentale sunt prezentate grafic în figura 4.13


Mustea Gheorghe 30

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

172

174

Adancimea de aschiere (mm)

Du

rita

te c

az 2

(H

B)

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

172

174 v = 100m/min, a

p= 0.2mm/rot, P = 100bar


Du

ritate

ca

z 1

(HB

)

Fig. 4.13. Influența adâncimii de așchiere asupra durității pentru caz I. viteza mișcării de

rotație a semifabricatului v = 158 m/min, presiunea de apăsare P = 150 bar și avans de lucru s

= 0,2 mm/rot, caz II. viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 100 m/min, presiune de

apăsare P = 100 bar și avans de lucru s = 0,2 mm/rot Din analiza graficului rezultă că duritatea suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire crește

odată cu micșorarea adâncimii de așchiere.Valoarea durității, pentru cazul I scade de la 168 HB la

166.5 HB, pe primul interval de valori ale adâncimii de așchiere (0.25-0.5mm) întregistrând o

diferență de 1,5 HB iar pe al doilea interval (0.5-0.75mm) se înregistrează o scădere nesemnificativă

a durității de 0.34 HB. În cazul II, duritatea suprafeței scade de la 159HB la 158,5HB, pe primul

interval de valori ale adâncimii de așchiere (0.25-0.5mm), înregistrând o scădere de 0.5HB iar pe al

doilea interval (0.5-0.75mm) se înregistrează o scădere cu 6.8HB.

4.6. Analiza abaterilor de la circularitate ale suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire

Rezultatele obținute în urma măsurătorilor pentru diferite regimuri de prelucrare sunt prezentate în

figurile 4.16...4.32.

c. avansul de lucru s=0.1mm/rot

Fig. 4.32. Abaterea de la circularitate în funcție de avansul de lucru pentru viteza mișcării de

rotație a semifabricatului v=158m/min, adâncimea de așchiere ap=0.75mm, și presiune de

apăsare P=100bar

b. avansul de lucru s=0.2mm/rot a. avansul de lucru s = 0.3mm/rot


Mustea Gheorghe 31

Din analiza graficelor abaterilor de la circularitate prezentate anterior rezultă următoarele aspecte:

Forma abaterilor de la circularitate este, în general, de ovalitate;

Cele mai mici abateri de la circularitate (4.930µm respectiv 4.950 µm) s-au înregistrat

pentru cazurile vitezelor de prelucrare mici sau vitezelor mari (158m/min) și presiunilor de

apăsare medii (100bar). Abaterile cele mai mari de la circularitate rezultate au fost cuprinse

între 8.177 și 9.063µm și au fost înregistrate în cazul vitezelor de prelucrare medii și la

presiuni ridicate (între 100 și 150bar);

Prin scăderea avansului de lucru a rezultat o abatere de la circularitate mică.

Valorile abaterilor de la circularitate se încadrează în limitele toleranțelor admise pentru

prelucrarea pieselor de tip arbore, conform STAS ISO 2768 mk..

Având în vedere faptul că mărirea presiunii de apăsare a stratului de material conduce la

creșterea abaterilor de la circularitate poate conduce la concluzia că materialul din stratul

de suprafață suferă o revenire elastică de acumulare a unor tensiuni reziduale mari de

compresiune după încetarea acțiunii presiunii de apăsare a bilei. O altă cauză a apariție

abaterilor de la circularitate, chiar în limitele admise, poate fi bătaia radială a arborelui

principal al strungului care se situează însă între limitele prescrise

4.7. Cercetari experimentale privind distribuția tensiunilor reziduale generate în straturile

superficiale în urma procesului de deformo-strunjire

Pentru determinarea distribuției tensiunilor reziduale s-au utilizat mărcile tensomentrice de

tipul HBM 1.5/120RY61S. Pentru a capta semnalul dat de mărcile tensometrice s-a utilizat un

dispozitiv de achiziții de date tip SPIDER 8-30 și programul Residual Stress Management System

Sint_rsm și Eval_rsm (figura 4.35). Dispozitivul cu ajutorul căruia au fost efectuate găurile și

modul de dispunere a mărcilor tensometrice sunt prezentate în figurile 4.35 și 4.36.

Determinarea tensiunilor reziduale s-a efectuat pe suprafața circulară corespunzatoare rozetei

așezate pe reperul prelucrat.

Fig.4.35. Schema de conectare a dispozitivelor și modul de dispunere a mărcii tensiometrice

[3]

Fig. 4.36. Dispozitivul de gaurire în poziția de lucru


Mustea Gheorghe 32

4.7.4. Concluzii privind starea de tensiuni reziduale

În figura 4.43 sunt prezentate comparativ variațiile tensiunilor reziduale pentru probele

inițiale, cele prelucrate prin strunjire și pentru cele prelucrate prin deformo-strunjire.

Fig.4.43. Variația tensiunilor maxime (Smax) pentru cele cinci cazuri

În urma analizei variației tensiunilor reziduale în funcție de regimul de prelucrare utilizat

rezultă următoarele concluzii:

în cazul probei inițiale tensiunile de compresiune sunt generate la adâncimi cuprinse între

0.15 și 0.23 mm iar cele de întindere între 0.23 și 0.8mm;

în cazul prelucrării prin strunjire tensiunile de compresiune apar la adâncimi cuprinse între

0 și 0.3mm iar cele de întindere între 0.3 și 0.8mm;

în cazul prelucrării prin deformo-strunjire tensiunile generate sunt de compresiune, pe un

domeniu de adâncimi cuprins între 0 și 0.75mm, principala cauză a acestei distribuții fiind

presiunea de apăsare. Creșterea acesteia conduce la creșterea valorilor tensiunilor de

compresiune în piesa prelucrată;

procesul de deformo-strunjire conduce la creșterea adâncimii de inducere a tensiunilor de

compresiune, comparativ cu probele inițiale și cu cele prelucrate prin strunjire, unde există

în general, tensiuni reziduale de întindere

procesul de deformo-strunjire generează în stratul prelucrat numai tensiuni reziduale de

compresiune, această stare de tensiuni conduce la concluzia ca suprafața piesei prelucrate

dobândește o rezistență la oboseală și coroziune.

4.8. Analiza defectelor suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire

4.8.1. Defecte ale suprafețelor prelucrate prin strunjire și deformare plastică superficială la

rece.

Rezultatele obținute pentru analiza defectelor de suprafață prin aplicarea metodei lichidelor

penetrante a probelor din aliaj de magneziu, prelucrate prin procesul de deformo-strunjire sunt

prezentate în tabelul 4.11 iar imaginea probei supuse acestei metode este prezentată în figura 4.45.

Ten

siu

ni r

ezid

ual

e [N

/mm

2]

Adâncime [mm]


Mustea Gheorghe 33

Tabelul 4.11. Rezultatele obținute prin aplicarea metodei lichidelor penetrante

Nr. Crt.

Regim utilizat Rezultatul evaluării

[acceptat/respins] V

[m/min]

S

[mm/rot] ap[mm] P[bar]

1 158 0.2 0.75 100 Acceptat

2 158 0.2 0.25 100 Acceptat

3 158 0.3 0.5 100 Acceptat

4 158 0.1 0.5 150 Acceptat

5 104 0.2 0.25 50 Acceptat

6 104 0.1 0.5 50 Acceptat

7 104 0.2 0.5 100 Acceptat

8 104 0.1 0.75 100 Acceptat

9 104 0.2 0.75 150 Acceptat

10 104 0.1 0.5 150 Acceptat

11 104 0.1 0.25 100 Acceptat

12 104 0.3 0.5 150 Acceptat

13 104 0.2 0.25 150 Acceptat

14 104 0.3 0.5 50 Acceptat

15 104 0.3 0.75 100 Acceptat

16 104 0.2 0.75 50 Acceptat

17 104 0.3 0.25 100 Acceptat

18 50 0.1 0.5 100 Acceptat

19 50 0.2 0.75 100 Acceptat

20 50 0.3 0.5 100 Acceptat

21 50 0.2 0.25 100 Acceptat

22 50 0.5 0.5 50 Acceptat

Fig.4.45. Analiza defectelor de suprafață cu ultraviolete

În urma analizei datelor din tabelul 4.11 rezultă că prin metoda lichidelor penetrante nu

au fost evidențiate defecte de suprafață pentru probele prelucrate prin procesul de deformo-strunjire

cu diferite regimuri de lucru și ca urmare toate probele au fost acceptate.

Concluzia principală rezultată din analiza cu lichide penetrante este aceea că regimurile

de lucru cu presiuni de apăsare cuprinse între 50 și 150bar, avansuri cuprinse între 0.1 și 0.3mm/rot,

viteze cuprinse între 50 și 158m/min și adîncimi de așchiere cuprinse între 0.25 și 0.75mm nu

conduc la apariția unor defecte de suprafață ale pieselor prelucrate prin procesul de deformo-

strunjire.


Mustea Gheorghe 34

4.8.2. Analiza defectelor din stratul deformat prin microscopia electronică (SEM) și dispersia

energiei cu raze X (EDX)

Analiza SEM a fost efectuată utilizând microscopul Quanta 200 prezentat în figura 4.46.

Rezultatele obținute, în urma analizei SEM, pentru prelucrarea prin deformo-strunjire a aliajului de

magneziu AZ61A, în funcție de regimurile utilizate sunt prezentate în figurile 4.47-4.49

Fig.4.46. Microscopul electronic Quanta 200 3D Dual Beam

a. b.

Fig.4.47. Imagimea secțiunii probei prelucrate prin regimul de lucru : v = 158m/min, s =

0.1mm/rot, ap= 0.75mm, P = 150 bar. a. 600X, b. 1500X

a. b.

Fig.4.48. Imagimea secțiunii probei prelucrate prin regimul de lucru : v = 158m/min, s =


125,45µm


Mustea Gheorghe 35

a. b.

Fig. 4.49. Imagimea secțiunii probei prelucrate pentru regimul de lucru : v = 158m/min, s =


Din analiza imaginii din figura 4.47 se observă că proba prelucrată prin deformo-strunjire

utilizând regimul de lucru: viteza mișcării de rotație a semifabricatului v = 158m/min, avansul de

lucru s = 0.1mm/rot, adâncimea de așchiere ap= 0.75mm, presiunea de apăsare P = 150 bar, prezintă

mici fisuri pe o adâncime a stratului deformat de 54.59µm. Aceste fisuri se datorează presiunii de

apăsare ridicate (150 bar). Adâncimea stratului deformat este de aproximativ 125,54µm. La scăderea

presiunii de apăsare până la 50 bar (figurile 4.48 și 4.49) nu au fost evidențiate alte defecte în stratul

deformat. Adâncimea stratului deformat prin deformo-strunjire este de până la 89,56 µm, pentru

presiunea de apăsare P = 100 bar și de 34.39 µm, pentru presiunea de apăsare de 50 bar.Din analiza

defectelor stratului deformat, utilizând metoda SEM, rezultă că odată cu creșterea presiunii de

apăsare adâncimea stratului deformat crește iar defectele acestuia apar la presiuni mari de apăsare de

peste 150bar.

Analiza EDX a fost realizată pentru regimul de lucru următor: viteza mișcării de rotație a

semifabricatului v = 158m/min, avansul de lucru s = 0.1mm/rot, adâncimea de așchiere ap = 0.75mm

și presiunea de apăsare P = 100 bar. Imaginile secțiunilor prin probele prelucrate cu acest regim sunt

prezentate în figurile 4.50a și 4.51.a, iar acestea pun în evidență existența, în stratul deformat, unor

defecte de tipul porilor și segregații. Compoziția chimică EDX în zona porului indicat în figura 4.50

a este prezentată în figura 4.50. b și tabelul 4.12. Analiza compoziției scoate compoziție mici

concentrații de Al și Cl existente în matricea de Mg din zona porului. Compoziția chimică EDX a

segregației indicată în figura 4.51.a este prezentată în figura 4.51.b și tabelul 4.13. Analiza

compoziție scoate în evidență concentrații mari de Al, Cl, Mn și F în matricea de Ma în zona

segregației. Analizând datele din tabelele 4.12 și 4.13 se observă un procentaj mare de magneziu de

90.05% în cazul porilor, iar pentru segregație de 50.24%,

a. b.

Fig. 4.50. Analiza EDX pentru suprafața prelucrată cu regimul de lucru: v = 158m/min, s =

0.1mm/rot, ap= 0.25mm, P = 100 bar, pentru pori.

por


Mustea Gheorghe 36

Tabelul 4.12. Compoziția chimică prin dispersia cu raze X pentru suprafața prelucrată cu

regimul de lucru v = 158m/min, s = 0.1mm/rot, ap= 0.25mm, P = 100 bar Element Wt% At%

MgK 90.05 91.91

AlK 05.16 04.75

ClK 04.78 03.35

Matrix Correction ZAF

a. b.

Fig.4.51. Analiza EDX pentru suprafața prelucrată cu regimul de lucru: v = 158m/min, s =

0.1mm/rot, ap= 0.25mm, P = 100 bar, pentru segregație.

Tabelul 4.13. Compoziția chimică prin dispersia cu raze X pentru suprafața prelucrată cu

regimul de lucru v = 158m/min, s = 0.1mm/rot, ap= 0.25mm, P = 100 bar. Element Wt% At%

FK 03.11 04.80

MgK 41.61 50.24

AlK 24.82 27.00

ClK 05.71 04.72

MnK 24.76 13.23

Matrix Correction ZAF

4.9. Analiza influenței presiunii de păsare asupra microstructurii suprafeței prelucrate prin

deformo-așchiere

4.9.2. Rezultatele analizei metalografice

Imaginea microstructurii probei neprelucrate este prezentată în figura 4.57 a,b. Imaginile

microstructurilor probelor prelucrate sunt prezentate astfel: pentru prelucrarea prin strunjire sunt

prezentate 4.58.a - pentru ordinul de mărire 200X și b. pentru ordinul de marire 500X; pentru

prelucrarea prin deformo-strunjire sunt prezentate în figurile 4.59...4.61.

a.1000X b. 500X

Fig.4.57.Imaginea microstructurii pe suprafața transversală a probei inițiale neprelucrate

segregație

Segregați

Segregați

i

pori

Graunți mari


Mustea Gheorghe 37

a.200X b. 500X

Fig.4.58. Imaginea microstructurii pe suprafața transversală a probei prelucrate prin

strunjire cu regimul de lucru: viteza de așchiere v = 158 m/min, avansul de lucru s = 0,2

mm/rot, adâncimea de așchiere t = 1 mm

a. 200X b.500X

Fig.4.59. Imaginea microstructurii pe suprafața transversală a piesei prelucrate prin deformo-

strunjire prentru regimul de lucru: viteza mișcării de rotație a semifabricatului v =158m/min,

avansul de lucru s = 0.2mm/rot, presiune de apăsare P = 150bar, adâncimea de așchiere

ap=0.75mm

a. 200X b.500X




ap=0.75mm

Segregații pori

Strat deformat

112,02µm

Zonă

nedeformată

Segregații

pori

Strat ecruisat

Segregați

i

pori

Strat deformat

79.86µm

Zonă nedeformată


Mustea Gheorghe 38

a. 200X b.500X




ap=0.75mm

Din analiza metalografică a microstructurilor probelor neprelucrate și prelucrate rezultă

următoarele concluzii:

suprafața neprelucrată prezintă graunți mari și defecte de tipul porilor și segregațiilor;

în cazul microstructurii probelor prelucrate prin strunjire se observă o deformare a

stratului superficial pe o adâncime foarte mică;

în cazul microstructurilor probelor prelucrate prin deformo-strunjire, la creșterea

presiunii de apăsare adâncimea stratului deformat crește. Pentru valoarea presiunii de

apăsare P=150 bar adâncimea stratului deformat este de 112,02µm, pentru P =100bar de

79.86 iar pentru P = 50 bar de 49.32;

microstructura stratului deformat , în cazul prelucrării prin deformo-strunjire, este

caracterizată printr-o finisare și alungire a grăunților cristalini în direcția de prelucrare (

așchiere și rulare).

4.10. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de prelucrare asupra calității

suprafețelor prelucrate prin deformo - strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A

În urma încercărilor experimentale privind influența parametrilor regimului de prelucrare

asupra calității suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A

putem trage următoarele concluzii principale:

Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor generate prin deformo-

strunjire a aliajului de magneziu AZ61 A este avansul de lucru. Scăderea rugozității se face

progresiv cu micșorarea acestuia. Astfel, odată cu micșorarea avansului de la 0,3 la 0,1

mm/rot, rugozitatea suprafeței se îmbunătățește cu aproximativ 192% (ajungând de la 0,57 µm

la 0,195 µm) și cu 473% față de suprafața inițială, prelucrată prin strunjire (de la valoarea de

1,119 µm la 0,195 µm).

Al doilea parametru, ca importanță este presiunea de apăsare. Astfel, odată cu creșterea

acesteia, de la valoarea de 50 bar la 150 bar, rugozitatea suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire scade, de la valoare de 0.458 la 0.256 µm, cu aproximativ 0,201 µm. Variind

presiunea de apăsare de la valoare de 50 la 150 bar rugozitatea suprafeței prelucrate se

îmbunătățeste cu aproximativ 79%.

Adâncimea de așchiere este al treilea factor ca importanță ce influențează rugozitatea

suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire. Astfel, odată cu scăderea acesteia rugozitatea

suprafeței prelucrate scade cu 0,173 µm și se îmbunătățește cu aproximativ 70%.

Strat deformat 49,32µm

Zonă nedeformată

Segregații


Mustea Gheorghe 39

Viteza mișcării de rotație a semifabricatului este al patrulea factor de influență asupra

rugozității suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjirea aliajului de magneziu AZ61 A.

Creșterea acesteia de la valoare de 50 la 158m/min a condus la scăderea rugozități, de la 0.318

la 0.256 µm, cu 0,062 µm și la îmbunătățirea acesteia cu aproximativ 2.4%.

Cea mai bună rugozitate, din cadrul încercărilor experimentale (0.195 µm) s-a obținut, în

cazul, în care viteza mișcării de rotație a semifabricatului a fost maximă (v = 158 m/min),

avansul de lucru minim (0,1 mm/rot), adâncimea de așchiere de 0.5 mm și presiunea de 150

bar; iar cea mai mare (0.57 µm) atunci când viteza mișcării de rotație a semifabricatului a fost

mare (v = 158 m/min), avansul de lucru maxim (s = 0.3 mm/rot) adâncimea de așchiere de 0.5

mm și presiunea de apăsare de 150 bar.

Factorul cel mai important ce influențează duritatea suprafețelor prelucrate prin deformo-

strunjire a aliajului de magneziu AZ61 A este presiunea de apăsare. Odată cu creșterea

acesteia de la valoarea de 50 bar la 150 bar valoarea durității suprafeței crește de la 150 HB la

166,6 HB, cu 16.6 HB respectiv cu aproximativ 11,2%.

Al doilea factor, ca importanță, ce influențează duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire este avansul de lucru. Odată cu scăderea avansului crește și duritatea suprafeței

prelucrate. Se evidențiază o creștere a durității cu 14.833 HB (de la 160 HB la 174,833 HB)

respectiv cu 9.53% și cu 43,1% față de suprafața prelucrată prin operația de strunjire.

Al treilea parametru, ca importanță, ce influențează duritatea suprafeței prelucrate prin

procesul de deformo-strunjire, îl reprezintă viteza mișcării de rotație a semifabricatului.

Duritatea suprafeței prelucrate crește ( de la 152 la 166.5 HB) odată cu mărirea vitezei

mișcării de rotație a semifabricatului (de la 50 la 158 m/min) cu 14.5 HB si procentual cu

9.27%.

Al patrulea factor ca importanța ce influențează duritatea este adâncimea de așchiere.

Creșterea adâncimii de așchiere (de la 0.25 la 0.75 mm) conduce la scăderea durității (de la

valoarea de 168 HB la 166,166 HB) cu 1.834 HB respectiv cu 1,1%.

Valoarea cea mai mare a durității (174.833 HB) s-a obținut în cazul unei viteze de mișcare a

semifabicatului mari (v = 158 m/min), a unui avans de lucru mic (s = 0.1 mm/rot), unei

presiuni de apăsare de 150 bar și unei adâncimi de așchiere 0.5 mm, iar cea mai mică (150

HB) atunci când viteza mișcării de rotație a semifabricatului este maximă (v = 158 m/min),

avansul de lucru s = 0.2 mm/rot, presiunea de apăsare de 50 bar și adâncimea de așchiere 0.5

mm.

Rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire se află în strânsă legătură

cu rugozitatea suprafeței inițiale prelucrată prin strunjire. Cu cât valoarea rugozității inițiale

este mai mică cu atât calitatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire se îmbunătățește.

Procesul de deformo-strunjire generează în stratul prelucrat numai tensiuni reziduale de

compresiune, stare de tensiuni ce conduce la concluzia ca suprafața piesei prelucrate

dobândește o rezistență la oboseală și coroziune ridicată.

Valorile abaterilor de la circularitate se încadrează în limitele toleranțelor admise pentru

prelucrarea pieselor de tip arbore, conform STAS ISO 2768 mk. Una din cauzele apariție

abaterilor de la circularitate, chiar în limitele admise, poate fi bătaia radială a arborelui

principal al strungului care se situează între limitele prescrise.

Regimurile de lucru cu presiuni de apăsare cuprinse între 50 și 150bar, avansuri cuprinse între

0.1 și 0.3mm/rot, viteze cuprinse între 50 și 158m/min nu conduc la apariția unor defecte de

suprafață ale pieselor prelucrate prin procesul de deformo-așchiere utilizând metoda lichidelor

penetrante


Mustea Gheorghe 40

Prin analiza SEM s-au detectat defecte de suprafață (fisuri), generate la presiuni de apăsare de

peste 150 bar.

Utilizând analiza EDX s-a determinat compoziția chimica a porilor și ale segregațiilor.

Din analiza microstructurii suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire rezultă că adâncimea

stratului deformat depinde de presiunea de apăsare, la creșterea acesteia adâncimea stratului

deformat crește.

Capitolul 5. Cercetări privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului de

prelucrare în cadrul procesului de deformo-strunjire

5.1. Determinarea parametrilor optimali ai procesului de prelucrare prin aplicarea metodei

Taguchi

Construcţia matricei ortogonale corespunzătoare

În vederea constituirii planului de experimente s-a ales o matrice ortogonală Taguchi (figura

5.1), care conţine combinaţiile cele mai reprezentative corespunzătoare nivelelor de variație ale

factorilor de influenţă semnificativi pentru procesul de deformo- strunjire. Având selectaţi patru

factori pe trei nivele de variaţie, s-a ales o matrice ortogonala L9 (modelul factorial 34) (tabelul 5.2)

cu doua răspunsuri: rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire (figura 5.2).

Fig.5.1. Alegerea matricei Taguchi Fig. 5.2. Parametrii de ieșire

Tabelul 5.2. Matricea ortogonală Taguchi generată de program

Matricea Taguchi

Număr experiment V [m/min] S [mm/rot] ap

[mm]

P

[bar]

1 50 0,3 0,75 150

2 158 0,2 0,25 150

3 104 0,2 0,75 50

4 104 0,3 0,25 100

5 50 0,1 0,25 50

6 104 0,1 0,5 150

7 158 0,3 0,5 50

8 158 0,1 0,75 100

9 50 0,2 0,5 100

Pregătirea şi efectuarea experimentelor

Rezultatele obţinute, în urma încercării experimentale a aliajului de magneziu AZ 61 A prin

procesul de deformo-strunjire utilizând planul de experimente generat prin metoda Taguchi, sunt

prezentate în tabelele 5.3 și 5.4.


Mustea Gheorghe 41

Tabelul 5.3. Rezultatele experimentelor pentru rugozitate Nr.

exp. Rugozitatea obținută în cele trei puncte de măsurare

Rugozitatea medie

[µm]

1 0,73 0,6 0,57 0,51 0,55 0,58 0,59

2 0,44 0,33 0,41 0,47 0,28 0,29 0,37

3 0,16 0,14 0,17 0,17 0,16 0,16 0,16

4 0,17 0,18 0,14 0,15 0,16 0,14 0,156667

5 0,35 0,29 0,2 0,29 0,31 0,27 0,285

6 0,71 0,69 0,63 0,63 0,72 0,72 0,683333

7 0,31 0,35 0,29 0,32 0,23 0,24 0,29

8 0,61 0,63 0,66 0,65 0,66 0,65 0,643333

9 0,14 0,2 0,16 0,15 0,16 0,13 0,156667

Tabelul 5.4. Rezultatele experimentelor pentru duritate Nr.

exp. Duritatea obținută în cele trei puncte

Duritatea medie

[HB]

1 168 163 158 158 163 164 162,3333

2 153 146 150 153 151 154 151,1667

3 166 164 164 165 161 162 163,6667

4 173 175 170 168 166 177 171,5

5 162 161 161 160 163 158 160,8333

6 152 152 145 144 146 147 147,6667

7 165 166 163 167 165 165 165,1667

8 157 159 160 158 155 155 157,3333

9 162 161 160 162 162 161 161,3333

Analiza și interpretarea rezultatelor

Analiza şi interpretarea rezultatelor s-a efectuat prin utilizarea programului Design Expert.

Acest software are posibilitatea să aleagă combinaţia optimă a factorilor de influenţă ai procesului,

astfel încât, în urma procesului de prelucrare prin deformo-strunjire, să se obţină o calitate ridicată a

suprafeţei prelucrate, caracterizată prin indicatorii de performanță indicați (rugozitate și duritate).

În figura 5.3 sunt prezentaţi parametrii de intrare şi parametrii de ieşire rezultaţi în urma

efectuării experimentelor conform matricei ortogonale Taguchi.

Criteriile de optimizare a calitatii suprafeței prelucrate prin procesul de deformo- strunjire s-au

bazat pe minimizarea rugozității și maximizarea durității. Factorii de influență au fost variați pe

intregul interval de valori ale acestora.

Fig. 5.3. Planul factorial și rezultatele încercărilor experimentale


Mustea Gheorghe 42

5.1.4. Modelarea matematică a rugozității și a durității suprafeței prelucrate

5.1.4.1. Modelarea matematică a durității suprafeței prelucrate în funcție de parametrii

regimului de prelucrare

Determinarea modelului matematic ce descrie duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-

așchiere, în funcție de parametrii regimului de prelucrare, se face cu ajutorul programului Design

Expert prin metoda Taguchi. Modelul rezultat în urma aplicării acestei metode este următorul:

\Toți factorii modelului, cu valori ale lui p mai mici de 0.1, sunt semnificativi. Potrivit analizei

ANOVA, valoarea lui p a modelului determinat (p< 0.05) indica faptul că modelul este robust, iar

valoarea lui F egala cu 1001.51 arată că modelul este semnificativ.Reprezentarea grafică

bidimensională și tridimensională a modelului durității suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire

în funcție de parametrii regimului de prelucrare este prezentată în figura 5.4 a,b.

a. variația bidimensională b. Variația tridimensională

Fig. 5.4.Variația durității (Ra) în funcție de avans și presiunea de apăsare pentru o viteză de

158 m/min și o adâncime de 0.75m.

Din analiza datelor prezentate grafic au rezultat următoarele concluzii:

modelul matematic obținut pentru definirea durității suprafeței, este robust și semnificativ

prin interpretarea grafică bidimensională și tridimensională a modelului durității suprafeței

prelucrate rezultă că:

valoarea durității suprafeței prelucrate crește odată cu creșterea presiunii de apăsare,

vitezei mișcării de rotație a semifabricatului și a adâncimii de așchiere

valoarea durității suprafeței prelucrate scade odată cu creșterea valorii avansului de

lucru.

5.1.4.2. Modelarea matematică a rugozității suprafeței prelucrate în funcție de parametrii


Modelul matematic obținut pentru descrierea rugozității suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire, în funcție de parametrii regimului de prelucrare, este următorul:

Toți factorii modelului, cu valori ale lui p mai mici de 0.1, sunt semnificativi. Potrivit analizei


valoarea lui F egala cu 1317.84 arată că modelul este semnificativ.

Reprezentarea grafică bidimensională și tridimensională a modelului rugozității suprafeței

prelucrate prin deformo-strunjire în funcție de parametrii regimului de prelucrare este prezentată în

figura 5.5 a,b.

(5.1)

(5.2)


Mustea Gheorghe 43

Din analiza datelor prezentate în figura 5.5 a,b rezultă următoarele concluzii:

modelul matematic obținut pentru definirea rugozității suprafeței, este robust și semnificativ

rugozitatea suprafeței prelucrate se îmbunătățește la scăderea avansului de lucru, ceea ce este

în conformitate cu rezultate obținute în urma încercărilor experimentale. De asemenea,

rugozitatea se îmbunătățește odată cu creșterea presiunii de apăsare. Valoarea cea mai bună a

rugozității se obține pentru un avans cuprins între 0.1 și 0.2mm/rot și pentru o presiunea de

apăsare de 150 bar.


Fig. 5.5.Variația rugozității (Ra) în funcție de avansul de lucru și presiunea de apăsare pentru

viteza mișcării de rotație a semifabricatului de 158 m/min și o adâncime de așchiere de 0.75m.


ridicate a suprafeței prelucrate

Pentru determinarea valorilor optimale ale parametrilor de lucru în vederea obținerii unei

calități ridicate a suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire s-a ținut cont de următoarele ipoteze:

valorile parametrilor regimului de prelucrare sunt cuprinse în domeniul delimitat de valorile

minime și maxime ale parametrilor

valoarea rugozității (Ra) trebuie să fie cât mai mică (figura 5.6,a)

valoarea durității (HB) sa fie cât mai mare (figura 5.6,b)

a. minimizarea rugozității b. maximizarea durității

Fig. 5.6. Criterii de optimizare utilizate în analiza rugozității și durității suprafeței prelucrate

în funcție de parametrii regimului de prelucrare

În urma aplicări celor două criterii de optimizare au rezultat mai multe soluții de optimizare

ale celor doi indicatori ce caracterizează calitatea suprafeței prelucrate (rugozitate și duritate) dintre

care a fost selectată cea mai reprezentativă soluție, prezentată în tabelul 5.7 și figura 5.7


Mustea Gheorghe 44

Fig. 5.7. Valorile parametrilor rezultați în urma aplicării metodei de optimizare

Prin aplicarea metodei bazată pe tehnica Taguchi ortogonală a fost obținută o singură

combinație optimă din toate cele 81 (generate de program) având gradul de încredere egal cu 0.999.

Valorile obţinute pentru parametrii de mai sus, prin aplicarea metodei, sunt prezentate în tabelul

5.7.

Tabelul 5.7. Valorile parametrilor de intrare și de ieșire obținute în urma aplicării metodei

Taguchi

v s ap P Rugozitate Duritate Probabilitate

[m/min] [mm/rot] [mm] [bar] [µm] [HB] 0.999

158.00 0.10 0.42 150.00 0.117343 170.048.

Pe baza analizei datelor prezentate în tabelul 6.6 se observă ca valoarea probabilității de

realizare a condițiilor impuse, parametrilor de ieșire, tinde spre 1.

Reprezentarea grafică bidimensională și tridimensională a valorilor obținute pentru soluția

selectată este prezentată în figurile 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12, 5.13.

Fig. 5.17.Reprezentarea bidimensională a

valorilor obținute pentru duritate

Fig. 5.18.Reprezentarea tridimensională a



valorilor obținute pentru probabilitate




Mustea Gheorghe 45

5.1.6. Verificarea experimentală a valorilor optimale obținute

Pentru verificare experimentală a valorilor optimale, obținute în urma aplicării metodei

Taguchi, au fost efectuate încercările experimentale utilizând valorile parametrilor regimului de

prelucrare din tabelul 5.7. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 5.8.

Tabelul 5.8. Valorile rugozității și durității suprafeței obținute din încercările experimentale

v s ap P Rugozitate Duritate

[m/min] [mm/rot] [mm] [bar] [µm] [HB]

158.00 0.10 0.42 150.00 0,129 167.433

5.1.7. Concluzii privind optimizarea parametrilor de prelucrare în urma procesului de

deformo-strunjire pentru obţinerea unei calităţi ridicate a suprafeței prin metoda Taguchi

În urma analizei efectuate prin metoda Taguchi pentru determinarea parametrilor de prelucrare

optimali ai procesului de deformo-strunjire, pentru obţinerea unei calităţi ridicate a suprafeței rezultă

urmatoarele concluzii:

Metoda utilizată pentru optimizarea procesului de deformo-strunjire pentru îmbunătățirea

calității suprafeței prelucrate se bazează pe planurile de experimente dar reduce substanțial numărul

acestora, selectându-le pe cele mai reprezentative. Acesta constitue un avantaj din punct de vedere al

timpului și costurilor de prelucrare.

Comparativ cu metodele de optimizare clasice aceasta nu necesită determinarea unei funcții

obiectiv și calculul gradientului acesteia, care în cele mai multe cazuri este dificil de determinat.

În cadrul metodei, combinația optimă a parametrilor de intrare reprezintă o anumită

combinație a nivelelor inițiale și nu o combinație a acestor parametrii în câmpul lor de variație. Din

acest motiv, procesul de optimizare poate continua, folosind ca date de intrare combinația

optimizată prin metoda Taguchi, utilizând o alta metoda de optimizare care să permită determinarea

unei combinații optime și în câmpul de variație al factorilor de intrare.

Rezultatele optime obținute prin aplicarea metodei Taguchi în cadrul procesului de deformo-

strunjire au fost verificate prin încercarile experimentale și nu au fost evidențiate erori absolute mai

mari de 9% pentru rugozitate și 1.6% pentru duritate.

În concluzie metoda Taguchi prezintă avantajul că se poate utiliza pentru optimizări ce conțin

un număr ridicat de parametri de intrare, este simplă și robustă și conduce la rezultate bune.


valorilor obținute pentru rugozitate


valorilor obținute pentru rugozitate


Mustea Gheorghe 46

5.2. Determinarea parametrilor optimali ai procesului, în vederea obținerii unei calități

superioare a suprafețelor prelucrate prin aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns

5.2.4. Identificarea variabilelor independente și a răspunsurilor analizate în cazul aplicării

metodei Suprafețelor de Răspuns

Variabilele independente selectate au fost parametrii regimului de prelucrare (viteza mișcării

de rotație a semifabricatului, avansul de lucru, adâncimea de așchiere și presiunea de apăsare), iar

răspunsurile analizate au fost: rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate. Fiecare variabilă

independentă are trei niveluri de variație prezentate sub formă codificată în tabelul 5.9. Iar valorile

parametrilor de intrare sunt prezentate în tabelul 5.10.

Tabelul 5.9. Niveluri de variație ale variabilelor independente

Parametrii Niveluri

v [mm/min] -1 0 1

s [mm/rot] -1 0 1

ap [mm] -1 0 1

P [Bar] -1 0 1

Tabelul 5.10. Valorile parametrilor regimului de prelucrare Viteza mișcării de rotație a

semifabricatului Avansul de lucru

Adâncimea de

așchiere Presiunea de apăsare

[mm/min] [mm/rot] [mm] [Bar]

50 0.1 0.25 50

104 0.2 0.5 100

158 0.3 0.75 150

Prin aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns, se vor determina modelele matematice atât

pentru rugozitatea suprafeței cât și pentru duritatea acesteia.

5.2.5. Construcția matricei factoriale în cazul aplicării metodei Suprafețelor de Răspuns

Matricea utilizată conține variabilele independente și combinațiile dintre acestea, completate

cu valorile obținute pentru răspunsurile analizate. Astfel pentru cei patru parametri dispuși pe trei

niveluri de variație, se va alege un plan factorial 34 prezentat în figura 5.22.

Figura.5.22. Planul de experimente utilizat pentru analiza statistică


Mustea Gheorghe 47

5.2.6. Modelarea matematică a rugozității și a durității suprafeței prelucrate

5.2.6.1. Modelarea matematică a rugozității suprafeței prelucrate în funcție de parametrii


Determinarea modelului matematic ce descrie rugozitatea suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire, în funcție de parametrii regimului de prelucrare, se face cu ajutorul programului Design

Expert prin metoda Box-Behnken. Modelul rezultat în urma aplicării acestei metode este următorul:

(5.8)

Toți factorii modelului cu valori ale lui p mai mici de 0.1, sunt semnificativi. Potrivit analizei


valoarea lui F egala cu 82.59 arată că modelul este semnificativ.Reprezentarea grafică

bidimensională și tridimensională a modelului rugozității suprafeței prelucrate prin deformo-

așchiere în funcție de parametrii regimului de prelucrare este prezentată în figura 5.23 a,b.


Figura 5.23.Variația rugozității (Ra) în funcție de avans și presiunea de apăsare pentru o

viteză de 158 m/min și o adâncime de 0.75m.

Din analiza datelor prezentate în figurile 5.23 a,b au rezultat următoarele concluzii:

modelul matematic obținut pentru definirea rugozității suprafeței, este robust și semnificativ;

rugozitatea suprafeței prelucrate se îmbunătățește la scăderea avansului, ceea ce este în

conformitate cu rezultate obținute în urma încercărilor experimentale. De asemenea,

rugozitatea se îmbunătățește odată cu creșterea presiunii de apăsare. Valoarea cea mai bună a

rugozității se obține pentru un avans cuprins între 0.1 și 0.2mm/rot și când presiunea de

apăsare este de 150 bar.

5.2.6.2. Modelarea matematică a durității suprafeței prelucrate în funcție de parametrii


Modelul matematic obținut pentru descrierea durității suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire, în funcție de parametrii regimului de prelucrare, este următorul:

(5.9)

Modelul a fost analizat prin metoda ANOVA, iar rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul

5.12.

Toți factorii modelului cu valori ale lui p mai mici de 0.1 sunt semnificativi. Potrivit analizei

ANOVA, valoare lui p a modelului determinat (p< 0.05) indica faptul că modelul este robust, iar

valoarea lui F egala cu 21.13 arată că modelul este semnificativ. Reprezentarea grafică

bidimensională și tridimensională a modelului durității suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire

în funcție de parametrii regimului de prelucrare este prezentată în figura 5.24 a,b, 5.25a,b, 5.26 a,b.


Mustea Gheorghe 48


Fig. 5.24.Variația durității (HB) în funcție de avans și presiunea de apăsare pentru o viteză de

158 m/min și o adâncime de 0.75m.


Fig. 5.25.Variația durității (HB) în funcție de adâncimea de așchiere și presiunea de apăsare

pentru o viteză de 158 m/min și un avans de 0.3 mm/rot.


Fig. 5.26.Variația durității (HB) în funcție de viteză și presiunea de apăsare pentru o adâncime

de așchiere de 0.75mm și un avans de 0.3 mm/rot.

Pe baza analizei rezultatelor prezentate în figurile 5.24-5.26 rezultă următoarele concluzii:

modelul matematic obținut pentru definirea durității suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire este robust și semnificativ;

prin interpretarea grafică bidimensională și tridimensională a modelului durității suprafeței

prelucrate rezultă că:

valoarea durității suprafeței prelucrate crește odată cu creșterea presiunii, vitezei

mișcării de rotație a semifabricatului și a adâncimii de așchiere

valoarea durității suprafeței prelucrate scade odată cu creșterea valorii avansului de

lucru.


Mustea Gheorghe 49


ridicate a suprafeței prelucrate

Pentru determinarea valorilor optimale ale parametrilor de lucru în vederea obținerii unei

calități ridicate a suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire s-a ținut cont de de următoarele

ipoteze:

valorile parametrilor regimului de prelucrare sunt cuprinse în domeniul delimitat de valorile

minime și maxime ale parametrilor

valoarea rugozității (Ra) trebuie să fie cât mai mică (figura 5.27,a)

valoarea durității (HB) sa fie cât mai mare (figura 5.27,b)

a. minimizarea rugozității b. maximizarea durității

Fig. 5.27. Criterii de optimizare utilizate în analiza rugozității și durității suprafeței prelucrate

în funcție de parametrii regimului de prelucrare

În urma aplicări celor două criterii de optimizare au rezultat mai multe soluții de optimizare,

ale celor doi indicatori ce caracterizează calitatea suprafeței prelucrate (rugozitate și duritate) dintre

care a fost selectată cea mai reprezentativă soluție, prezentată în tabelul 5.13 și figura 5.28

Fig. 5.28. Valorile parametrilor rezultați în urma aplicării metodei de optimizare

Tabelul 5.13. Valorile parametrilor de intrare și de ieșire obținute în urma aplicării metodei

Suprafețelor de Răspuns

v s ap P Rugozitate Duritate Probabilitate

[m/min] [mm/rot] [mm] [bar] [µm] [HB] 0.966

150.39 0.10 0.75 150.00 0.114729 181.225

Pe baza analizei datelor prezentate în tabelul 5.13 se observă ca valoarea probabilității de realizare a

condițiilor impuse parametrilor de ieșire tinde spre 1. Reprezentarea grafică bidimensională și

tridimensională a valorilor obținute pentru soluția selectată este prezentată în figurile 5.29, 5.30,

5.31, 5.32, 5.33, 5.34.


Mustea Gheorghe 50

5.2.8. Verificarea experimentală a valorilor optimale obținute

Pentru verificarea experimentală a valorilor optimale, obținute în urma aplicării metodei

Suprafețelor de Răspuns au fost efectuate încercări experimentale utilizând valorile parametrilor

regimului de prelucrare din tabelul 5.13. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 5.14.



Fig. 5.30.Reprezentarea tridimensională

a valorilor obținute pentru probabilitate





Fig. 5.34.Reprezentarea tridimensională

a valorilor obținute pentru rugozitate

Fig. 5.33.Reprezentarea

bidimensională a valorilor obținute

pentru rugozitate


Mustea Gheorghe 51

Tabelul 5.14. Valorile rugozității și durității suprafeței obținute din încercările experimentale

v s ap P Rugozitate Duritate

[m/min] [mm/rot] [mm] [bar] [µm] [HB]

150.39 0.10 0.75 150.00 0.122 179.533

Din analiza rezultatelor obținute, atât din punct de vedere al rugozității obținute, cît și al

durității suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire, rezultă următoarele concluzii:

Valorile rugozității și ale durității suprafeței prelucrate obținute prin încercările

experimentale sunt aproximativ egale cu cele obținute în urma optimizării acestora;

Determinarea valorilor optimale pentru parametrii regimului de prelucrare asigură o bună

înțelegere asupra optimizarii calității suprafeței prelucrate prin procesul de deformo-

strunjire.

5.3.Concluzii privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului de

prelucrare în vederea obținerii unei calități ridicate a suprafeței prelucrate

Pe baza analizei rezultatelor obținute prin aplicarea metodelor de optimizare Taguchi și

respectiv Suprafețelor de Răspuns, pentru determinarea valorilor optimale ale parametrilor

regimului de prelucrare în vederea obținerii unei calității superioare a suprafeței prelucrate rezultă


rezultatele optimale obținute prin aplicare metodei Taguchi în cadrul procesului de

deformo-așchiere au fost verificate prin încercarile experimentale și nu au fost evidențiate

erori absolute mai mari de 9% pentru rugozitate și 1.6% pentru duritate.

metoda Taguchi prezintă avantajul că se poate utiliza pentru optimizări ce conțin un

număr ridicat de parametrii de intrare, este simplă și robustă și conduce la rezultate bune.

metoda Suprafețelor de Răspuns se poate aplica cu succes în studierea calității suprafetei

prelucrate prin deformo-strunjire în funcție de parametrii regimului de prelucrare nefiind

evidențiate erori mai mari de 5.98% pentru rugozitate și 0.94% pentru duritate

modelele matematice ce descriu rugozitatea sau duritatea suprafețelor prelucrate, obținute

prin aplicarea Suprafețelor de Răspuns, sunt robuste și semnificative

reprezentările grafice bidimensionale și tridimensionale asigură o bună întelegere a

influenței parametrilor regimului de prelucrare studiați, și oferă o imagine obiectivă

asupra răspunsurilor analizate.

Din reprezentările grafice bidimensionale și tridimensionale rezultă că:

Rugozitatea suprafeței se îmbunătățește semnificativ la scăderea avansului, ceea ce

este conform cu rezultatele obținute experimental. Valoare cea mai bună a rugozității

se obține pentru o valoare a avansului cuprinsă între 0.1 și 0.2 mm.rot.

Rugozitatea suprafeței se îmbunătățește atunci când presiunea de apăsare, viteza

mișcării de rotație a semifabricatului și adâncimea de așchiere creste.

Duritatea suprafeței prelucrate crește odată cu creșterea presiunii și scăderea

avansului conform cu rezultatele obținute în urma încercarilor experimentale.

În urma analizei comparative a celor două metode de optimizare(metoda Taguchi, metoda

Suprafețelor de Răspuns) rezultă următoarele aspecte:

utilizarea metodei Taguchi este cea mai indicată pentru determinarea valorilor optimale

întru timp foarte scurt, datorită numărului mic de încercări experimentale;

metoda Suprafețelor de Răspuns este indicată a fi utilizată atunci când este nevoie de

determinarea foarte precisa a parametrilor optimali, deoarece această metoda are rezultate

ce se apropie de cele determinate experimental, cu erori absolute foarte mici.


Mustea Gheorghe 52

Capitolul 6.Concluzii generale, contribuții originale și direcții viitoare de cercetare

6.1. Concluzii generale

6.1.1. Concluzii generale privind stadiul actual al cercetărilor privind procesul de deformo-

așchiere

Din analiza stadiului actual al cercetărilor privind procesul de deformo-așchiere au rezultat


1. Procesul de deformo-așchiere este un proces complex a cărui desfășurare este influențată de

fenomene specifice, factori de influență și diferiți parametri de proces.

2. Fenomenul principal ce însoțește procesul de deformo-așchiere este cel de deformare și ecruisare

a stratului superficial.

3. Factorii principali ce influențează calitatea pieselor prelucrate prin deformo-așchiere sunt:

gradul de prelucrare al suprafeţelor de contact;

compoziţia chimicǎ a corpului deformat şi a sculelor de deformare;

parametrii regimului de prelucrare;

viteza relativǎ de alunecare pe suprafeţele de contact;

existenţa şi caracteristicile lubrifiantului utilizat.

4. Parametrii de proces ce influențează calitatea suprafeței prelucrate prin procesul de deformo-

așchiere sunt: forța de apăsare, avansul de prelucrare, viteza de prelucrare, adâncimea de prelucrare,

numărul de treceri, tipul de lubrifiant utilizat.

5. Principalul scop al procesului de deformo-așchiere este acela de a îmbunătăți calitatea

suprafețelor prelucrate și creșterea productivității. Utilizând acest proces combinat se scurtează

timpul de prelucrare, eliminând două operații adiționale (tratamentul termic și rectificarea sau

prelucrarea cu alice metalice) și se reduc semnificativ costurile de fabricație.

6. Din analiza stadiului actual al cercetărilor au rezultat următoarele avantaje și dezavantaje pentru

utilizarea acestui proces combinat:

Avantaje:

Îmbunătăţirea calităţii suprafeţei prelucrate;

Creşterea preciziei de prelucrare ;

creșterea productivităţii;

Îmbunătăţirea comportării la uzură;

Creşterea durabilităţii sculei folosite;

Creșterea rezistenței la oboseală;

Înlocuirea unor operații adiționale (tratament termic, rectificare, prelucrare cu alice

metalice, etc)

Reducerea operaţiilor de finisare-calibrare finale, etc.

Dezavantaje: se lucrează cu viteze şi avansuri mici, costuri ridicate ale sculelor; necesitatea

lubrifierii în timpul prelucrării.

7. Analiza factorilor de influență asupra calității suprafeței prelucrare prin deformo-așchiere relevă

faptul că parametrii regimului de lucru au cea mai mare pondere pentru îmbunățătirea acesteia.

Parametrul cu cea mai mare influență asupra calității suprafeței prelucrate este forța de apăsare,

urmată de avans, viteza și adâncimea de așchiere. O influență majoră asupra calității suprafeței

prelucrate o are și tipul lubrifiantului folosit în procesul de prelucrare.

8. Abordarea în literatura de specialitatea a problemelor referitoare la influența parametrilor de

proces asupra calității suprafeței prelucrate prin deformo-așchiere prezintă următoarele aspecte:

necesitatea dezvoltării unor scule combinate adaptate pentru mașinile unelte convenționale

analiza influenței parametrilor regimului de prelucrare asupra calității suprafeței

prelucrare este insuficient studiată;


Mustea Gheorghe 53

determinarea influenței parametrilor de proces asupra calității suprafeței prelucrate în

cazul aliajelor de magneziu nu a fost studiată în literatura de specialitate.

influența parametrilor regimului de prelucrare asupra microstructurii, durității și a

tensiunilor reziduale dezvoltate în stratul superficial al semifabricatului prelucrat este

insuficient studiată în literatura de specialitate.

modelarea rugozității și durității suprafeței prelucrate, în funcție de toți parametrii

regimului de prelucrare, este insuficient abordată;

influența parametrilor regimului de prelucrare asupra preciziei dimensionale nu a fost

studiată în literatura de specialitate;

simularea procesului nu a fost abordată.

6.1.2. Concluzii privind influenta parametrilor regimului de lucru asupra calității suprafeței

prelucrate prin strunjire sau deformare prin rulare în cazul aliajului de magneziu AZ61 A

Din analiza rezultatelor obținute în cadrul încercărilor experimentale privind influența

parametrilor regimului de strunjireau rezultat următoarele concluzii:

1. Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor prelucrate prin strunjire a

aliajului de magneziu AZ61 A este avansul. Odată cu micșorarea acestuia de la valoarea de 0,2 la

0,05 mm/rot, rugozitatea suprafeței se îmbunătățește cu aproximativ 55% (scăzând de la 2,653 µm la

1,19 µm ).

2. Viteza de așchiere este al doilea parametru ca importanță ce influențează rugozitatea suprafețelor

prelucrate prin strunjire a aliajului de magneziu AZ61 A. Creșterea vitezei de așchiere a condus la

scăderea rugozității suprafeței prelucrate.

3. Al treilea factor ce influențează rugozitatea suprafețelor prelucrate prin strunjire a aliajului de

magneziu AZ61 A este adâncimea de așchiere. Creșterea adâncimii de așchiere a condus la creșterea

rugozități.

4. Factorul cel mai important ce influențează creșterea durității suprafețelor prelucrate prin strunjirea

aliajului de magneziu AZ61 A este avansul, urmat de viteza de așchiere și de adâncimea de așchiere.

În urma analizei experimentale privind influența regimului de rulare asupra calității suprafeței

prelucrate au rezultat următoarele aspecte:

1. Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor generate prin rulare în cazul

aliajului de magneziu AZ61 A este avansul de lucru. Scăderea rugozității are loc progresiv cu

micșorarea avansului de lucru și se îmbunătățește cu aproximativ 236% și cu 810% față de suprafața

inițială, prelucrată prin strunjire.

2. Al doilea parametru, ca importanță ce influențează rugozitatea suprafeței este viteza de rotație a

piesei. Odată cu creșterea acesteia rugozitatea suprafeței prelucrate prin rulare scade, cu aproximativ

12%.

4. Al treilea factor ce influențează rugozitatea suprafețelor prelucrate prin rulare este presiunea de

apăsare P. Creșterea presiunii de apăsare a condus la scăderea rugozități cu aproximativ 10%.

5. Presiunea de apăsare este cel mai important factor ce influențează duritatea suprafețelor prelucrate

prin rularea. Odată cu creșterea acesteia valoarea durității suprafeței crește cu aproximativ 44% fața

de cea inițială.

6.1.3. Concluzii generale privind factorii de influență ai calității suprafeței la prelucrarea prin

deformo-strunjire

Din analiza cercetărilor experimentale privind influența parametrilor regimului de prelucrare

asupra calității suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ61 A

au rezultat următoarele concluzii:

1. Parametrul cu cea mai mare influență asupra rugozității suprafețelor generate prin deformo-

strunjire a aliajului de magneziu AZ61 A este avansul de lucru urmat de presiunea de apăsare,

adâncimea de așchiere și viteza mișcării de rotație a semifabricatului. Astfel, odată cu micșorarea


Mustea Gheorghe 54

avansului de lucru rugozitatea suprafeței se îmbunătățește cu aproximativ 192% și cu 473% față de

suprafața inițială, prelucrată prin strunjire.

2. În ceea ce privește duritatea suprafețelor prelucrate prin deformo- strunjire factorul cu cea mai

mare influență este presiunea de apăsare urmată de avansul de lucru, viteza mișcării de rotație a

semifabricatului și adâncimea de așchiere. Odată cu creșterea presiunii de apăsare (de la 50 la 150

bar) valoarea durității suprafeței crește cu aproximativ 11,2% și cu 40% față de cea inițială obținută

prin strunjire.

3. Rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire depinde, printre altele și de

rugozitatea suprafeței inițiale prelucrate prin strunjire. Cu cât valoare rugozității inițiale este mai

mică cu atât calitatea suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire se îmbunătățește.

4. Procesul de deformo-strunjire generează în stratul prelucrat numai tensiuni reziduale de

compresiune, stare de tensiuni ce conduce la concluzia că suprafața piesei prelucrate dobândește o

rezistență la oboseală, uzură și coroziune ridicată.

5. Valorile abaterilor de la circularitate se încadrează în limitele toleranțelor admise pentru

prelucrarea pieselor de tip arbore, conform STAS ISO 2768 mk.. Având în vedere faptul că mărirea

presiunii de apăsare a stratului de material conduce la creșterea abaterilor de la circularitate poate

conduce la concluzia că materialul din stratul de suprafață suferă o revenire elastică de acumulare a

unor tensiuni reziduale mari de compresiune după încetarea acțiunii presiunii de apăsare a bilei. O

altă cauză a apariție abaterilor de la circularitate, chiar în limitele admise, poate fi bătaia radială a

arborelui principal al strungului care se situează însă între limitele prescrise

6. Utilizănd metoda lichidelor penetrante nu au fost evidențiate defecte de suprafață ale pieselor

prelucrate prin procesul de deformo-strunjire.

7. Prin analiza SEM s-au detectat defecte de suprafață (microfisuri), generate la presiuni de apăsare

de peste 150 bar.

8. Utilizând analiza SEM și EDX s-a determinat existența în stratul deformat a porilor și

segregațiilor.

9. Prin analiza microstructurii suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire rezultă că adâncimea

stratului deformat depinde de presiunea de apăsare, la creșterea acesteia adâncimea stratului

deformat crește.

6.1.4. Concluzii generale privind determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului

de lucru ai suprafețelor prelucrate prin deformo-strunjire pentru obținerea unei calități

superioare a suprafeței.

Pe baza analizei rezultatelor obținute prin aplicarea metodelor de optimizare Taguchi și

Suprafețelor de Răspuns, pentru determinarea valorilor optimale ale parametrilor regimului de

prelucrare în vederea obținerii unei calității superioare a suprafeței prelucrate rezultă următoarele

concluzii:

1. Metoda Taguchi se bazează pe determinarea unor planuri de experimente reducând substanțial

numărul acestora prin selectarea celor mai reprezentative. Acesta constitue un avantaj din punct de

vedere al timpului de obținere a rezultatelor.

2. Comparativ cu metodele de optimizare clasice metoda Taguchi nu necesită determinarea unei

funcții obiectiv și calculul gradientului acesteia, care în cele mai multe cazuri este dificil de realizat.

3. Rezultatele optimale obținute prin aplicarea metodei Taguchi în cadrul procesului de deformo-

strunjire au fost verificate prin încercarile experimentale și nu au fost evidențiate erori absolute mai

mari de 9% pentru rugozitate și 1.6% pentru duritate.

4. Metoda Suprafețelor de Răspuns se poate aplica cu succes pentru obținerea parametrilor optimali

ai regimului de lucru pentru obținerea unei calități ridicatea a suprafetei prelucrate prin deformo-

strunjire. Nu au fost evidențiate erori mai mari de 5.98% pentru rugozitate și 0.94% pentru duritate,

comparativ cu naliza experimentală.


Mustea Gheorghe 55

5. Modelele matematice ce descriu rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate obținute prin

aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns, sunt robuste și importante.

6. Utilizarea metodei Taguchi este cea mai indicată pentru determinarea valorilor optimale în timpi

foarte scurți, datorită numărului mic de încercări experimentale.

7. Metoda Suprafețelor de Răspuns este indicată a fi utilizată atunci când este nevoie de

determinarea precisă a parametrilor optimali, deoarece metoda conduce la rezultate ce se apropie de

cele determinate experimental.

6.2. Contribuții originale

În urma cercetărilor teoretice și experimentale, realizate pe parcursul acestei teze de doctorat,

au fost aduse următoarele contribuții originale:

1. Stabilirea echipamentelor, aparatelor și dispozitivelor ce urmează a fi utilizate pentru studiul

sau/și aplicarea proceselor de așchiere, deformare plastică superficială și deformo-strunjire;

stabilirea caracteristicilor materialelor utilizate pentru încercările experimentale.

2. Stabilirea metodologiei și a lanțului experimental în vederea determinării și evidențierii influenței

parametrilor regimului de așchiere asupra calității suprafeței prelucrate prin strunjire, a aliajului de

magneziu, respectiv: selectarea parametrilor regimului de așchiere,, realizare aranjamentului

experimental prin pregătirea semifabricatului, prelevarea, înregistrarea și procesarea rezultatelor

experimentale.

3. Realizarea unui studiu experimental privind determinarea influenței parametrilor regimului de

așchiere asupra calității suprafeței prelucrate prin strunjire a aliajului de magneziu.

4. Cercetarea experimentală privind influența parametrilor regimului de așchiere (viteza de așchiere,

avansul de lucru, adâncimea de așchiere) asupra calității suprafeței (rugozitate, duritate,

microstructură) prelucrate prin procesul de strunjire a aliajelor de magneziu.

5. Analiza experimentală a relației dintre rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin strunjire.

6. Stabilirea metodologiei și a lanțului experimental în vederea determinării și evidențierii influenței

parametrilor regimului de rulare asupra calității suprafeței prelucrate prin deformare plastică

superficială la rece a aliajului de magneziu, respectiv: selectarea parametrilor regimului de rulare,

realizare aranjamentului experimental prin pregătirea semifabricatului, , calibrarea și reglarea

echipamentelor de lucru, prelevarea, înregistrarea și procesarea rezultatelor experimentale.


rulare asupra calității suprafeței prelucrate prin deformare plastică superficială a aliajului de

magneziu.

8. Cercetarea experimentală privind influența parametrilor regimului de lucru (viteza de rotație a

piesei, avansul de lucru, presiunea de apăsare) asupra calității suprafețelor prelucrate prin deformare

plastică superficială la rece a aliajelor de magneziu.

9. Analiza experimentală a relației dintre rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin

deformare plastică superficială la rece.

10. Stabilirea metodologiei și a lanțului experimental în vederea determinării și evidențierii

influenței parametrilor regimului de prelucrare asupra calității suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire în cazul aliajului de magneziu, respectiv: selectarea parametrilor regimului de lucru,

realizare aranjamentului experimental prin pregătirea semifabricatului, calibrarea și reglarea

echipamentelor de lucru, prelevarea, înregistrarea și procesarea rezultatelor experimentale.

11. Conceperea, proiectarea și fabricarea sculelor și dispozitivelor care să permită realizarea

prelucrării simultane (strunjire, deformare plastică la rece a stratului superficial).


prelucrare asupra calității suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire.

13. Analiza experimentală a relației dintre rugozitatea și duritatea suprafeței prelucrate prin

deformo-strunjire în cazul aliajului de magneziu AZ 61 A.


Mustea Gheorghe 56

14. Analiza experimentală a calității suprafețelor (rugozitatea, duritatea, abaterea de la circularitate,

defecte de suprafață, tensiuni reziduale și microstructura suprafeței) prelucrate prin procesul de

deformo-strunjire a aliajului de magneziu în funcție de parametrii regimului de prelucrare (viteza

mișcării de rotație a semifabricatului, avansul de lucru, adâncimea de așchire, presiunea de apăsare).

15. Cercetarea microstructurii stratului superficial al semifabricatului prelucrat, prin utilizarea

analizei metalografice, în funcție de parametrii regimului de lucru.

16. Cercetarea defectelor de suprafața prin metoda lichidelor penetrante și a analizei SEM și EDX.

17. Cercetarea distribuției tensiunilor reziduale din stratul superficial al semifabricatului prelucrat,

prin metoda găuriri, în funcție de parametrii regimului de lucru.

18. Determinarea abaterii de la circularitate în funcție de parametrilor regimului de lucru.

19. Aplicarea metodei Taguchi pentru determinarea valorilor optimale ale rugozității și durității

suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire în funcție de parametrii regimului de lucru.

20. Aplicarea metodei Suprafețelor de Răspuns pentru determinarea domeniilor cu valori optimale

ale parametrilor regimului de prelucrare în vederea obținerii unei calități ridicate a suprafeței

prelucrate prin deformo-strunjire.

21. Utilizarea metodei de analiză statistică ANOVA pentru compararea și verificarea rezultatelor

modelelor matematice obținute prin aplicarea metodelor Taguchi și a Suprafețelor de Răspuns.

Rezultatele obținute în cadrul programului de elaborare a tezei de doctorat

Realizarea a doua stagii de cercetare

o 12.05-30.05.2012- University of Technology, Wroclaw, Polonia

o 18.10-31.10.2012- University of Savoie, Annecy, Franta

Prezentarea a două articole în cadrul conferinței OPROTECH 2013:

o Mustea G., Brabie G., Raveica C.,- The influence of working parameters on the surface

quality machined by turning combined with burnishing of AZ61 A magnesium alloy.

o Mustea G., Brabie G., Chirita B. - Determination of optimal working parameters of the

combined turning- burnishing process in the case of AZ 61 A magnesium using Taguchi

method.

Publicarea unei părți din rezultatele obținute în următoarele publicații indexate ISI/BDI:

o Mustea G, Brabie G., Influence of cutting parameters on the surface quality of round

parts made from AZ61 magnesium alloy and machined by turning, Advanced Materials

Research Vol. 837 pp 128-134, 2014.

o Mustea G, Brabie G., The influence of burnishing parameters on the surface quality of

bars made from AZ61 magnesium alloy, Advanced Materials Research Vol. 837 pp 135-140,

2014.

articole trimise spre recenzie: o 1 articol trimis spre recenzie la revistă cotată ISI (coautor):

o Chirita B., Mustea G., Brabie G.- Statistical analysis applied to select the optimal

cooling system and obtain an optimum quality of the machined surfaces of parts made

from magnesium alloy, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B:

Journal of Engineering Manufacture, 2014.

o 2 articole trimise spre recenzie la revistă indexată în baze de date internaționale (prim

autor):

o Mustea G., Brabie G., Raveica I.C. - Working parameters influence on surface quality

of the AZ61 A magnesium alloy through combined turning with burnishing machining,

Modtech 2014.

o Mustea G., Brabie G., Chiriță B. - Application of Taguchi method in establishing the

optimal working parameters of the combined turning-burnishing process for AZ 61 A

magnesium parts, Modtech 2014.


Mustea Gheorghe 57

participare în colectivul de cercetare din cadrul următorului proiect din cadrul Universității

Vasile Alecsandri din Bacău:

o proiect PNII IDEI 198/2011

6.3. Direcții viitoare de studiu

În urma cercetărilor realizate pe parcursul prezentei teze de doctorat se consideră ca fiind

utilă dezvoltarea studiilor pe următoarele direcții:

1. Determinare influenței altor factorilor ce înfluențează calitatea suprafeței prelucrate prin deformo-

strunjire a aliajelor de magneziu: numar de treceri, geometria sculei aschietoare, diametrul bilei etc..

2. Determinarea influenței parametrilor de prelucrare asupra calitatii suprafetelor prelucrate pe alte

tipuri de materiale cum sunt: aliajele de aluminiu, titan, CaMg.

3. Cercetarea comparativă între procesul de deformo-așchiere și alte prelucrari de finisare și

durificare (rectificare, prelucrare cu alice).

4. Determinarea influenței parametrilor de lucru asupra adâncimii, structurii si defectelor stratului

deformat al suprafeței prelucrate prin deformo-strunjire.

5. Determinarea influenței parametrilor regimului de lucru asupra rezistenței la oboseală, uzură și

coroziune a pieselor prelucrate prin procesul de deformo-strunjire.

6. Aplicarea altor metode pentru determinarea parametrilor optimali cum sunt: metoda Rețelelor

Neuronale, metoda Fuzzy Logic, etc.

Bibliografie selectivă

1. Alexander Schuh, Christian Zeller, Ulrich Holzwarth, Werner Kachler, Gerhard Wilcke, Deep

Rolling of Titanium Rods for Application in Modular Total Hip Arthroplasty, Journal of Biomedical

Materials Research Part B, 2006.

4. Avram Vasile, Cercetări teoretice și experimentale privind influența câmpului termic preluat de

semifabricat la prelucrarea prin frezare asupra calității suprafeței prelucrate, Teză de doctorat,

Bacău, 2011.

5. Axinte D.A., Cao Y.Y. - Innovative design of a hybrid tool for turning assisted with superficial

cold forming, Journal of materials processing technology 2 0 4, 357–364, 2008.

6. Axinte, D.A., Gindy, N., Turning assisted with deep cold rolling—a cost efficient hybrid process

for workpiece surface quality enhancement. J. Eng. Manuf. 218, 807–811, 2004.

8. Blinov V. M., I. V. Doronin, A. E. Antoschenkov , and Yu. A. Lukina, Deformability of ShKh15

Steel during Cold Plastic Deformation, Metally, No. 2, pp. 59–62., 2007

9. Bozdana, A.T., Gindy, N., Li, H., Deep cold rolling with ultrasonic vibrations—a new mechanical

surface enhancement technique. Int. J. Mach. Tools Manuf. 45, 713–718, 2005.

10. Bozdana, A.T., Surface enhancement of Ti-6-4 using conventional and ultrasonic deep cold

rolling processes. Ph.D. Thesis, University of Nottingham, UK, 2006

12. Brabie G., Alegerea optimă a materialelor și semifabricatelor metalice, Editura Junimea, Iasi,

2007.

15. Brabie G., Optimizarea proceselor si echipamentelor tehnologice de prelucrare mecanică,

Editura Agir, Bucuresti, 2006

16. Brinksmeier E. (1), M. Garbrecht, D. Meyer, Cold surface hardening, CIRP Annals -

Manufacturing Technology 57 541–544, 2008

18. Cadran O., Al-Tal, M. and “The effect of shot peening and polishing on the pitting corrosion

resistance of stainless steel”, Proceedings of the First Jordanian International Conference of

Materials Science and Engineering, Al-Balqa Applied University, Al-Salt, pp. 138-50, 2005.

22. Denkana B., F.Witte, C.Podolsky and A.Lucas: Degradable Implants made of Magnesium

Alloys, Proc.5Th. Euspen International Conferance-Montpiller, France, May 2005.


Mustea Gheorghe 58

25. Ebeid S.J., El-Taweel T.A., Surface improvement through hybridization of electrochemical

turning and roller burnishing based on Taguchi tehnique, Proceedings of the institution of

machanical engineers, 219, 2005.

26. Ecoroll-Products and Applications, http://www.ecoroll.de. 2007.

33. El-Taweel T.A., M.H. El-Axir, Analysis and optimization of the ball burnishing process through

the Taguchi technique, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 41/3-4

301-310, 2009.

36. Fouad Y., Fatigue behavior of a rolled AZ31 magnesium alloy after surface treatment by EP and

BB conditions, Alexandria Engineering Journal 50, 23–27, 2011..

38. Friedrich H.E. and B.L.Mordike: Magnesium Technology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg,

Germany, 2006.

42. Golden, P.J., Hutson, A., Sundaram, V., Arps, J.H., Effect of surface treatments on fretting

fatigue of Ti–6Al–4V, Int. J.Fatigue 29/7, 1302–1310, 2007.

45. Guo Y.B. and M. Salahshoor: Process mechanics and surface integrity by high-speed dry milling

of biodegradable magnesium–calcium implant alloys, CIRP Annals - Manufacturing Technology

59, 151–154, 2010.

46. Guo Y.B., Barkey Mark E., Modeling of rolling contact fatigue for hard machined components

with process-induced residual stress , International Journal of Fatigue 26, 605–613, 2004.

47. H Ruzi M.., M.Norhamidi, S.Abu Bakar, R.J.Khairur, M.N.Nor Hafiez, A.Sufizar and I.I.Mohd

Halim Murtadhahadi: A Review Of Workability Of Wrought Magnesium Alloys, Advanced

Manufacturing Research Group’09 Seminar 3, Advanced Manufacturing Research Group, 2009.

53. Ibrahim A.A., An investigation into ball burnishing process of carbon Steel on a lathe,

Mechanical Engineering Department, Shoubra faculty of Engineering, Benha University, Egypt,

2005

55. Jönsson M. and D. Persson: “The influence of the microstructure on the atmospheric corrosion

behavior of magnesium alloys AZ91D and AM50, Swerea KIMAB, Drottning Kristinas väg 48, SE-

104 05 Stockholm, Sweden, 2010.

59. Lin P., H. Zhou, N.Sun, W. Li, C. Wang, M. Wang, Q. Guo and W. Li: Influence of cerium

addition on the resistance to oxidation of AM50 alloy prepared by rapid solidification, Corrosion

Science 52, 416–421, 2010.

65. Metalworking Products,. Toolholding systems. Sandvik Coromant (available online January

2007). http://www.coromant.sandvik.com , 2007.

67. Nagîț G., Bazele prelucrării prin deformare plastică, Editura Tehnica-Info, Chișinău, 2002

73. Ozsváth P., A. Szmejkál and J. Takács: Dry milling of magnesium based hybrid Materials,

Transportation Engineering. Vol. 36, p. 73, 2008

80. Raveica Ionel Crinel, Cercetări teoretice și experimentale privind prelucrarea prin deformo-

frezare, Teză de doctorat, București, 2007.

81. Ravindra B., T. Siva Prasad, A.V.S. Raju, A. Jawahar Babu, Effect of internal roller burnishing

on surface roughness and surface hardness of mild steel, Journal of Scientific & Industrial Research

68 29-31, 2009.

87. Schnakovszky C., Tehnologia fabricării și reparării utilajului tehnologic, Editura Alma Mater,

Bacău, 2001

88. Segawa, T., Sasahara, H., Tsutsumi, M., 2004. Development of a new tool to generate

compressive residual stress within a machined surface. Int. J. Mach. Tools Manuf. 44, 1215–1221.

94. Stoić A. , Lacković I., Kopač J. , Samardžić I., Kozak D., An investigation of machining

efficiency of internal roller burnishing, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing

Engineering, volume 40, pg.189-194, 2010

http://www.ecoroll.de/

http://www.coromant.sandvik.com/


Mustea Gheorghe 59

96. Tareq A. Abu Shreehah, Developing and investigating of elastic ball burnishing tool, Int J Adv

Manuf Technol 36:270–279, 2008.

100. Tomac N., K. Tønnesen and T. Mikac: Study of Influence of Aluminium Content on

Machinability of Magnesium Alloys, Strojarstvo 50 (6) 363 – 367, 2008

103. Toshiaki Segawa, Hiroyuki Sasahara, Masaomi Tsutsumi, Development of a new tool to

generate compressive residual stress within a machined surface, International Journal of Machine

Tools & Manufacture 44, 1215–1221, 2004.

106. Văcăruș Viorel, Studiul proceselor de așchiere cu viteze foarte mari , Teză de doctorat, Galați,

2008

107. Withers P.J., Residual Stress, part 1 – Measurement tehnique; Material Science and

Techonology, vol 17, p. 355 – 365

108. Withers P.J., Residual Stress, part 2 – Nature and origin; Material Science and Techonology,

vol 17, p. 366 – 375

110. Yanga S., D. A. Puleo, O. W. Dillon, Jr., I. S. Jawahir, Surface Layer Modifications in Co-Cr-

Mo Biomedical Alloy from Cryogenic Burnishing, Procedia Engineering 19 383 – 388, 2011.

114. *** Surface hardening, Gear solution, 2007.

rezumat teza de doctorat. mustea gheorghe. mic

Documents