Prelucrări mecanice la viteze mari HSM

Introducere

Dezvoltarea şi evoluţia firească a proceselor de prelucrare plecând de la viteze de aşchiere de zeci de metri pe minut în anul 1800, până la 100 m/min în anul 1900, o mie de metri pe minut în 1980 sau câteva mii în 1994 au impus implicit şi o tendinţă de studiere continuă a acestor procese sub aspectul elementelor ce concură nemijlocit la realizarea lor, a condiţiilor lor de desfăşurare, a nivelului regimurilor de lucru.

Necesitatea de a ameliora condiţiile economice şi tehnice ale procesului de aşchiere în general, cumulată cu cererile tot mai stringente pe plan mondial în ultimii ani în domeniul aeronauticii, care utilizează materiale cu proprietăţi superioare din punct de vedere mecanic (în special aliaje metalice), a impus şi o metodă nouă de prelucrare, cunoscută sub numele de "aşchiere cu viteză mare" ( HSM ).

La viteze mai mari de lucru însă toate fenomenele fizice ale procesului de aşchiere sunt esenţial modificate şi mai puţin studiate. A apărut astfel necesitatea continuării cercetărilor teoretice şi experimentale efectuate în decursul anilor pentru viteze mici de aşchiere şi pentru viteze mai mari.

Eforturile de raţionalizare întreprinse în ultimii 10 - 20 de ani, constante şi totdeauna de actualitate, au fost concentrate spre reducerea timpilor neproductivi şi creşterea productivităţii prin intensificarea parametrilor regimului de lucru. Între aceştia pot fi menţionaţi adâncimea de aşchiere (t), avansul de aşchiere (s) şi viteza principală de aşchiere (v), care determină şi volumul " V " de material îndepărtat în unitatea de timp, conform relaţiei (1) .

V = t*s*v [mm3/min ] (1)

Posibilităţile de mărire a volumului de material îndepărtat rezultă din extremizarea relaţiei (1) în raport cu calitatea suprafeţei, precizia impusă, durabilitatea sculelor, forţa de strângere exersată de dispozitivele de fixare de pe maşinile unelte, etc . Sunt utilizate două soluţii [6] :

• creşterea secţiunii aşchiei când viteza este destul de ridicată;

• creşterea vitezei de aşchiere .

Creşterea secţiunii aşchiei conduce la o creştere proporţională a forţei de aşchiere, ceea ce nu este convenabil mai ales atunci când viteza are valori foarte ridicate.

A doua soluţie, respectiv de creştere a vitezei de aşchiere, pentru mărirea rentabilităţii

procesului, a fost totdeauna o preocupare constantă a specialiştilor din domeniul prlucrărilor prin aşchiere. Creşterea vitezei are o influenţă inversă, întrucât se reduce nivelul forţelor de aşchiere, se ameliorează calitatea suprafeţelor prelucrate şi se îmbunătăţeşte fragmentarea naturală a aşchiilor, etc.

În această direcţie, astăzi mai mult decât ieri şi mai puţin decât mâine, tehnica aşchierii cu mare viteză este recunoscută ca una din tehnologiile de prelucrare cheie pentru obţinerea unei productivităţi mărite şi a unei precizii performante de fabricaţie. Apariţia ei, alături de alte metode neconvenţionale de prelucrare ca: prelucrarea ultrasonică, prelucrarea cu scânteie electrică, prelucrarea electrochimică sau cu laser, este legată de necesitatea ce a apărut vizavi de cererile tot mai stringente de prelucrare a materialelor cu coeficientul rezistenţă / greutate foarte ridicat. Dacă pentru celelalte metode de prelucrare neconvenţionale s-au stabilit deja câteva condiţii de aplicare, pentru aşchierea cu viteze mari concluziile sunt mai puţin concludente. Din acest motiv această tehnologie, sau mai exact aşchierea cu viteze mari este în atenţia inginerilor şi cercetătorilor în ultimii ani. În scopul accelerării cercetărilor în acest domeniu în ţările cu mare tradiţie industrială ca SUA, fosta URSS, Franţa, Germania, Japonia, Italia, Cehia s-au creat asociaţii de studiu formate din universităţi grupate cu parteneri industriali [64, 87], sau chiar s-au elaborat programe naţionale pentru a stabili un limbaj comun la acest subiect [40,87].

Au fost vizate aspectele constructive legate de maşinile unelte pentru prelucrarea cu mare viteză, durabilitatea sculelor şi condiţiile de desfăşurare a acestor procese [ 64, 70, 87, 90].

La noi în ţară asfel de cercetări se află în stadii incipiente, ca urmare studiile şi lucrările publicate relativ la această nouă tehnologie sunt reduse ca număr şi de dată destul de recentă.

Stadiul atins în ultimii 15 ani pe plan mondial, referitor la o parte dintre aceste aspecte precum şi relativ la fizica procesului de aşchiere cu viteză mare, constituie baza şi motivaţia acestei lucrări.

1.1.Scurt istoric al prelucrărilor prin aşchiere.

Prelucrare cu viteze mari (HSM) este una din tehnologiile moderne, care, în comparație cu tăierea convenționala permite să crească eficiența, acuratețea și calitatea pieselor și de la ceva timp pentru a reduce costurile și timpul de prelucrare.

Chiar dacă de prelucrarea de mare viteză este cunoscuta pentru o lungă perioadă de timp (primele încercări de s-au făcut la începutul anului douăzeci ai secolului trecut), există încă o mulțime de întrebări și mai puțin sau mai complicate definiții ale HSM.

Prima definiție a HSM a fost propus de Carl Salomon în 1931. El a presupus că, la o anumită viteză de tăiere, care este de 5 -10 ori mai mare, apoi în prelucrarea convențională, temperatura instrumentul de interfață va începe să scadă (fig. 1).

Fig.1.1.Temperatura in functie de viteza de aschiere.