Aşchierea uscată Măsurile de introducere a aşchierii uscate in sistemele de fabricaţie include optimizarea comportării sculei şi a parametrilor de proces sau corectarea erorilor de prelucrare. Exemplele din practica industrială a firmelor avansate au demonstrat eficienţa folosirii aşchierii uscate pentru multe procedee de prelucrare (Tabelul 1).

Aşchierea uscată a fost folosită iniţial la prelucrarea materialelor ceramice. Duritatea mare şi conductibilitatea termică scăzută a acestor materiale au făcut posibile folosirea unor viteze de aşchiere de 10 000 m/min. La aceste viteze aşchierea uscată era singura alternativă. Operaţiile de strunjire uscată au fost iniţial aplicate pentru componente auto, cum ar fi: discuri de frână, volanţi, tamburi de frână. De asemenea, au fost realizate operaţii de găurire uscată pe discuri de frână din fontă. În cazul strunjirii aşchierea uscată conduce la uzură ridicată, scade durabilitatea sculelor şi îngreunează procesul de formare a aşchiilor. Cu toate aceste dezavantaje, în prezent sunt în derulare proiecte europene privind introducerea aşchierii uscate, iar în Germania au fost obţinute deja rezultate bune.

Astfel, soluţiile rapide pentru introducerea aşchierii uscate sunt: echiparea centrelor de prelucrare cu scule performante, măsuri severe de eliminare a prafului, precum şi a vaporilor şi aerosolilor în cazul folosirii unor cantităţi minime de lubrifiant. Un avantaj al aşchierii uscate la procedeele de prelucrare discontinuă cum ar fi frezarea constă în durabilitatea mai mare a sculei fată de aşchierea uscată continuă. Cu toate că în timpul prelucrării temperatura creşte brusc, aceasta rămâne aproape constantă pe toată durata procesului şi se pot adopta măsuri de optimizare a comportării termice a sculei şi a elementelor de structură ale sistemului de fabricaţie sau măsuri de compensare a deformaţiilor termice prin echipamentul de comandă numerică. Problemele care apar la aşchierea uscată sunt specifice fiecărui procedeu de generare şi fiecărei combinaţii de materiale sculă-piesă semifabricat. Astăzi s-a ajuns la viteze de aşchiere de 100 000 m/min. Factorii care influenţează procesul de aşchiere în condiţiile prelucrării fără medii de răcire-ungere uscate, precum şi principalele obiective s-au sintetizat în figura 2. Pentru introducerea aşchierii uscate, cele mai importante modificări în concepţia sistemelor de fabricaţie sunt legate de mediile de răcire, echipamentele adiţionale necesare şi adaptarea procedeelor de generare la restricţii noi (fig.2). În cazul renunţării complete la ungere, problemele care apar sunt legate de şocul termic din zona de aşchiere şi de staţionarea aşchiilor în spaţiul de lucru. Evacuarea aşchiilor prezintă importanţă deoarece acestea afectează atât procesul de prelucrare, cât şi calitatea suprafeţei prelucrate.

Pentru introducerea aşchierii uscate, cele mai importante modificări în concepţia sistemelor de fabricaţie sunt legate de mediile de răcire, echipamentele adiţionale necesare şi adaptarea procedeelor de generare la restricţii noi

În afară de tensiunile ridicate din sculele aşchietoare, cantitatea mare de căldură generată în procesul de aşchiere afectează precizia dimensională a piesei prelucrate, care este încălzită intens. De asemenea, trebuie luate în considerare deformaţiile termoelastice ale elementelor de structură ale maşinii, precum şi apariţia prafului, care este ţinută sub control în cazul prelucrărilor cu lichide de răcire-ungere. În concepţia maşinilor-unelte trebuie evitate suprafeţele orizontale sau colţurile în care se pot acumula aşchii. Evacuarea liberă a aşchiilor se poate asigura prin dispunerea unor plăci de metal în spaţiul de lucru, care sunt fie balansate, fie curăţate cu jet de aer. În prezent există mai multe soluţii pentru reducerea deformaţiilor termice ale maşinii-unele. Astfel, dispunerea plăcilor pentru îmbunătăţirea evacuării aşchiilor (fig. 4) poate fi combinată cu folosirea unor materiale izolatoare. Acestea au rolul de a preîntâmpina disiparea fluxului de căldură generat de aşchii în structura maşinii. În proiectare trebuie să se acorde o atenţie specială termosimetriei structurii maşinii şi examinată posibilitatea folosirii materialelor cu inerţie termică mare, cum ar fi betonul pe bază de răşini sinterizate la rece. Optimizarea evacuării aşchiilor se poate realiza şi prin prelucrarea cu semifabricatul situat deasupra sculei aşchietoare sau prin prinderea piesei în poziţie înclinată.

Reducerea suplimentară a deplasărilor termoelastice se poate face şi prin măsuri de compensare directe sau indirecte. Compensarea indirectă a deformaţiilor termoelastice a fost deja pusă în practică (fig. 4). Deformaţiile între sculă şi piesă datorate tensiunilor termice sunt “învăţate” într-o fază preliminară. Pe baza temperaturilor măsurate simultan în mai multe puncte ale sistemului de fabricaţie se stabilesc relaţii matematice între temperaturi şi deplasări. Numărul punctelor de măsurare trebuie menţinut cât mai mic. Rezultatul fazei de “învăţare” este corelarea valorilor temperaturilor cu valorile deplasărilor. La funcţionarea reală a sistemelor este necesară numai măsurarea temperaturilor, valorile de corecţie pentru echipamentele de comandă numerică fiind stabilite reciproc.

Prin cantităţi minime de lubrifiant (CML) se înţelege folosirea lichidului de răcire-ungere cu un debit Q mai mic de 50 ml / oră-proces. În comparaţie cu consumul obişnuit într-o linie flexibilă de fabricaţie, reducerea este substanţială. Prin urmare, aşchierea în condiţiile folosirii CML poate fi inclusă practic tot în categoria aşchierii uscate, prezenţa acesteia în procesul de prelucrare fiind esenţială. Astfel, la burghiere datorită CML se produce fragmentarea aşchiilor şi este posibilă evacuarea acestora din zona de aşchiere. Pentru aducerea uleiului de răcire-ungere în zona de aşchiere există trei soluţii: · prin interiorul sculei; · prin arborele principal, · prin duze amplasate în zona de lucru.

Pentru exemplificare,firma CyTec a realizat un sistem de răcire-ungere prin arborele principal (fig. 5) la care duza este amplasată la interfaţa sculă-arbore principal de tip HSK asigurând un jet de formă conică, omogen, injectat axial în sculă. Mediul de transport, aerul şi mediul de răcire sunt furnizate separat. Fig. 5. Sistem de răcire-ungere CyTecAmestecul extern se injectează continuu sau intermitent, la intervale de timp foarte scurte, permiţând dozarea precisă. Curgerea fluidului de răcire se stabilizează printr-un adaos suplimentar de aer care permite transportul mediului de răcire-ungere în siguranţă prin sculă. Ca rezultat al adaosului suplimentar separat de mediu la cele două componente ale jetului supapele de comutare pot fi plasate la diferite distanţe. Pentru acest sistem a fost proiectat un rezervor de presiune şi supape de control. Injecţia depinde de compoziţia şi de vîscozitatea fluidului de răcire. Duza trebuie curăţată periodic atunci când se folosesc răşini concentrate sau medii adezive. La proiectare s-a acordat o atenţie specială accesului rapid şi uşor la interfaţa sculă-piesă. Aerul comprimat nu trebuie să conţină impurităţi. Cercetările recente au demonstrat faptul că sistemele de fabricaţie actuale pot fi adaptate celor mai performante noutăţi tehnologice, cum ar fi prelucrările cu viteze de aşchiere mari sau aşchierea uscată, cerinţelor ecologice, iar introducerea lor poate aduce firmelor economii importante. De asemenea, spaţiul secţiilor de fabricaţie poate fi folosit mult mai eficient.

În Germania s-au realizat centre de prelucrare pentru producţia de serie mare în condiţii de aşchiere uscată pentru prelucrarea prin frezare şi strunjire a inelelor de rulmenţi şi respectiv, a discurilor de frână. În figura 8 s-a reprezentat un centru de prelucrare Hüller & Hill, GmbH, Ludwigsburg destinat prelucrării cu viteze de proces înalte în condiţii de aşchiere uscată. Centrul este echipat cu un sistem de aer comprimat uscat.

Desfăşurarea proceselor de prelucrare prin aşchiere în absenţa lichidelor de răcire-ungere.

Fig. 8. Centru de prelucrare prin aşchiere uscată Hüller & Hill

Un avantaj al aşchierii uscate constă în comportarea sculei, la care durabilitatea creşte pentru procedeele de prelucrare cu aşchiere întreruptă. Cu toate că în timpul prelucrării temperatura creşte brusc, ea rămâne aproape constantă pe toată durata procesului şi se pot lua adopta măsuri de optimizare a comportării termice a sculei, a elementelor de structură ale sistemului de fabricaţie sau măsuri de compensare a deformaţiilor termice prin echipamentul de comandă numerică. Problemele care apar la aşchierea uscată sunt specifice fiecărui procedeu de generare şi fiecărei combinaţii de materiale sculă-piesă. Cu toate dezavantajele menţionate, în Germania s-au realizat complet prin aşchiere uscată pe centre de prelucrare prin frezare inele de rulmenţi şi discuri de frână prin strunjire. Rezultatele pozitive de până acum nu pot fi generalizate, cu toate că ele au fost obţinute pe sisteme de fabricaţie clasice. O soluţie o constituie echiparea sistemelor cu scule speciale, folosirea unor instalaţii de lubrifiere redusă, închiderea completă a spaţiului de lucru şi adoptarea unor soluţii de evacuare a prafului, vaporilor şi aerosolilor din zona de prelucrare. Numărul maşinilor electrice rotative echipate cu lagăre magnetice active (AMB) a crescut în ultimii ani considerabil datorită avantajelor semnificative pe care le oferă: rezemarea fără contact, ceea ce înseamnă absenţa frecării şi uzurii, renunţarea la folosirea lubrifianţilor şi posibilitatea obţinerii de turaţii înalte. Mai mult, a devenit posibilă reglarea simultană a amortizării, monitorizarea sistemului şi diagnosticarea lui. Maşina de frezat cu comandă numerică pe 5 axe de coordonate (tip SMB 40), având arborele principal de tip arbore-motor cu magneţi permanenţi şi lăgăruit prin AMB. Puterea maximă este 40 kW la turaţia de 40 000 rot/min. Datorită controlului numeric computerizat al AMB, pot fi implementaţi algoritmi performanţi cu bucle închise şi deschise controlate.

Centru de prelucrare prin frezare EX-CELLO

Influenţa materialului semifabricatului asupra temperaturii aşchiei şi deci asupra solicitării termice este nesemnificativă. Temperaturile prezintă o creştere pronunţată în zona vitezelor de aşchiere convenţionale. La prelucrarea prin aşchiere uscată, deci cu viteze de proces înalte, temperatura maximă a aşchiei pentru aliajele de Al este limitată de temperatura de topire a aliajului. Pentru oţel, temperatura maximă este în zona de trecere de la aliaj feritic la cel austenitic. Chiar la viteze de aşchiere moderate, temperatura aşchiilor pentru aliajele de Ti depăşeşte 800°C. Deoarece uzura sculei este foarte rapidă, nu se poate afirma dacă temperatura în timpul aşchierii converge către un maxim, ca la oţel sau la aliajele de Al. Tendinţele actuale în domeniul proceselor de prelucrare de precizie ridicată sunt reprezentate de aşchierea uscată , aşchierea de performanţă şi micro – aşchierea. Alte inovaţii recente în acest domeniu îl reprezintă prelucrarea suprafeţelor de tip reţea, folosirea unor materiale noi în construcţia sculelor aşchietoare. Simulările reprezintă, de asemenea, o soluţie pentru scurtarea duratei proceselor, pentru scăderea costurilor şi pentru asigurarea un condiţii ecologice în sistemele de producţie. Echipamentele incluse în sistemele de prelucrare uscata cuprind: maşini de frezat cu cinematică paralelă, tip hexapod, care lucrează pe 5 axe, centre de prelucrare orizontale şi verticale cu 4 sau 5 axe comandate numeric, centre de prelucrare prin strunjire, maşini de găurit adânc şi maşini de rectificat.

Pentru a viziona filmulete cu aschiere uscata dati click aici.