Proiectarea Unei Brose [PDF]

Zitiervorschau

MINISTERUL EDUCAŢIEI ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” din BACĂU FACULTATEA de INGINERIE Calea Mărăşeşti, Nr. 157, Bacău, 600115, Tel./Fax +40 234 580170 http://inginerie.ub.ro, [email protected] Program de studii: Tehnologia Construcţiilor de Maşini

Bazele așchierii și generării suprafețelor și scule așchietoare

Coordonator:

Student:

Grupa: 631

ETAPELE PROIECTĂRII SCULELOR AŞCHIETOARE (broşă) 

Introducere  Noţiuni generale privind prelucrarea prin broşare  Clasificarea broşelor  Stabilirea schemei de aşchiere şi a tipului de sculă  Stabilirea materialului piesei. Compoziţie chimică şi caracteristici fizico-mecanice  Alegerea materialului sculei şi stabilirea tratamentului termic  Stabilirea elementelor constructiv-dimensionale şi a parametrilor geometrici optimi constructivi  Calculul geometric al sculei  Stabilirea sistemului de fixare  Calculul regimului, forţelor şi momentelor de aşchiere  Verificarea la rezistenţă şi rigiditate a părţii aşchietoare şi părţii de fixare a sculei  Stabilirea metodei şi schemei de ascuţire şi reascuţire  Stabilirea condiţiilor tehnice Întocmirea desenului de execuţie

d=21.3 mm D=26 mm L=24 mm

ETAPA 1 + 2 INTRODUCERE 

NOŢIUNI GENERALE PRIVIND PRELUCRAREA PRIN BROŞARE

Broșele sunt scule așchietoare specializate, prevăzute cu mai mulți dinți, și caracterizate prin aceea că realizează suprafața dorită după numai o singură angajare în așchiere a fiecărui tăis. Prezentând o complexitate constructivă relativ ridicată, utilizarea acestor scule devie rațională din punct de vedere economic numai în producția de serie și de masă, sau în cazul în care utilizarea altor procedee nu este posibilă. Operația de brșare se poate realiza prin tragere sau prin presare. În primul caz, broșa este trasă de-a lungul suprafeței interioare sau exterioare a piesei care se lucrează, iar în al diolea caz, ea este împinsă cu ajutorul unei mașini de presat cu acțioanre progresivă, de exemplu presa hidraulică. O metodă modernă de broșare este broșarea circulară exterioară, la care piesa execută o mișcare de rotație, în timp ce scula execută o mișcare rectilinie. Prin borșare se poate realiza drgroșarea suprafețelor după operații preliminare de așchiere (găurire, frezare, rabotare), deformare plastică, precum și netezirea sau calibrarea suprafețelor interioare. Prelucrarea prin broșare permite obținerea unui grad de precizie ridicat, de exemplu 0,012mm pentru găurire și 0,025mm pentru coturi exterioare.

1-broșa 2-canal de ghidare 3-semifabricat 4-dipsozitiv de prindere



CLASIFICAREA BROŞELOR

Broșele pot fi împărțite dupa diferite criterii în următoarele tipuri:  După modul de acționare:  broșe pentru tragere;  broșe pentru presare;  După natura mișcării principale :  broșe cu mișcarea principală rectilinie;  broșe cu mișcarea principală circulară;  După poziția suprafeței prelucrate:  broșe pentru suprafețe interioare;  broșe pentru suprafețe exterioare;  După calitatea suprafeței prelucrate și după metoda de lucru:  broșe de așchiere;  broșe de netezire;  După construcția dinților:  broșe normale (cu dinți tăiați din corpul broșei);  broșe cu dinți demontabili. În funcție de calitatea materialului utilizat la executarea broșelor se deosebesc: broșe executate din oțeluri aliate pentru scule, din oțeluri rapide sau din carburi metalice.

Broșă pentru tragere

Broșă pentru presare

Broșă rectilinie

Broşă circular

STABILIREA SCHEMEI DE AŞCHIERE ŞI A TIPULUI DE SCULĂ

Pentru broşe, schemele de aşchiere presupun exigenţa unei singure mişcări de translaţie, executată în lungul broşei, avansul necesar aşchierii rezultând prin supraînălţarea dinţilor cu cantitatea Sd.

Pentru obţinerea canalelor de pană prin operaţia de broşare este recomandată utilizarea unei scule specifice. Aşadar, pentru obţinerea unor parametrii geometrici cu o precizie cât mai mare a canalului de pană se optează pentru proiectarea unei broşe pentru canale de pană. Atât schema de aşchiere corespunzătoare broşei pentru canale de pană, cât şi mărimile cele mai importante sunt prezentate conform figurii 27, pag. 16 din [10].

-

V – viteza de avans, A – adaosul de prelucrare, Sd – supraînălţarea pe dinte, L – lungimea de prelucrat, b – lăţimea canalului de pană, D – diametrul alezajului piesei de prelucrat

În cazul broşării canalelor de pană, sculele utilizate pot fi atât broşe pentru tragere cât şi broşe –poanson.

ETAPA 3

STABILIREA MATERIALULUI PIESEI. COMPOZIŢIA CHIMICĂ ŞI CARACTERISTICI FIZICO-MECANICE Piesele ce urmează a fi prelucrate sunt realizate din oţelul laminat OLC15. Compoziţia chimică şi cele mai importante caracteristici fizico-mecanice sunt prezentate mai jos: Marcă oţel –OLC15 C : 0,12-0,18% Mn : 0.35-0.65% Si : 0.17-0.37% P : 0.04% Cr : 0.3% Caracteristici fizico-mecanice: Rn [N/mm2] : ≥ 350 Rm [N/mm2] : 590 – 780 A5% - ≥ 14 Duritatea[ HB] : 197

ALEGEREA MATERIALULUI SCULEI ŞI STABILIREA TRATAMENTULUI TERMIC

1. ALEGEREA MATERIALULUI PENTRU PARTEA DE FIXARE SI CORPUL SCULEI Ţinând seama de solicitarea la rezistenţă a sculei în timpul procesului de aşchiere, se recomandă ca materialele pentru partea de fixare şi corpul sculei să fie:

-

Oţel carbon obişnuit: OL50, OL60, OL70

-

Oţel carbon de calitate: OLC45

Având în vedere că materialele utilizate pentru construcţia sculei trebuie să aibă o rezistenţa egală sau mai mare decât piesa de prelucrat, se optează pentru utilizarea oţelului OL50 a cărui compoziţie chimică este prezentată mai jos:

C: 0.30% Mn: 0.47-0.85% S: 0.65% P: 0.65%

b. Alegerea materialului pentru partea așchietoare Partea așchietoare a sculelor se execută din materiale care satisfac prin proprietățile lor fizicomecanice și structurale următoarelor cerințe: Duritate

Termostabilitate

-superioară durității materialului așchiat (OL50)

-ridicată

Rezistență la uzura -rezistență ridicată la uzura atât la rece cât și la cald

Calități mecanice Prelucrabilitate -superioare

-bune

Conform cerințelor din pagina alaturata și a tabelului 3.1,pag. 60, ref. [5] , pentru materialul piesei de prelucrat realizate din OL50 . Se va alege oțelul rapid C120. Compoziția chimică a materialului utilizat pentru realizarea părții așchietoare a broșei este prezentat mai jos și este conforma cu tabelul 1.1, pag. 4, ref. [10]. Comp. chimică C120

C (%) 1,80-2,20

Mn (%) 0,15-0,45

Si (%) 0,15-0,35

Cr (%) 11-13

Ni Max 0,35

1. STABILIREA TRATAMENTULUI TERMIC Calitatea unei scule aşchietoare este determinată, în esenţă, de rezistenţa acesteia la uzură şi de proprietatea de a-şi păstra muchiile tăietoare într-o stare bună, un timp îndelungat. Un aspect important este că tăişurile sculei să nu se uzeze repede, să nu se sfărâme şi să nu cedeze repede atunci când se încălzesc în timpul aşchierii. Tratamentul termic specific oţelului utilizat pentru partea aşchietoare a broşei pentru canalul de pană este conform recomandărilor din [10] : Călirea oţelurilor rapide are drept scop esenţial obţinerea structurii martensitice. După călire, oţelul rapid este compus din martensită, austenită reziduală şi carburi nedizolvate. Otelul rapid se încălzeşte la călire la 1230°-1320°. Conductivitatea termică a oţelului rapid fiind mică, în vederea eliminării pericolului de fisurare la încălzire, aceasta se face în trepte ; se execută încălzirea lentă în două trepte, prima pînă la 500°-600°, o a doua pînă la 850°-870°, urmate de o încălzire rapidă pînă la temperatura de călire, în băi de săruri. Încălzirea pe ultima treaptă trebuie executată rapid, atît pentru evitarea creşterii inutile a grăunţelor de austenită, cît şi pentru evitarea decarburării exagerate a straturilor superficiale. Timpul de menţinere la temperatura de călire este necesar pentru uniformizarea temperaturii întregii mase a sculei, pentru realizarea completă a transformărilor de fază şi pentru dizolvarea carburilor elementelor de aliere. O parte din carburi se dizolvă chiar în procesul de încălzire; în acest sens, cromul este dizolvat la 1 000°, wolframul la 1250°- 1300°, iar vanadiul, la 1280°-1300°. Normele practice de menţinere la temperatura de călire depind de forma şi dimensiunile piesei. în medie, se recomandă o menţinere de 6-8 secunde pentru fiecare milimetru de grosime sau de diametru al piesei călite. Acest timp se măreşte uşor pentru sculele mici. Este de asemenea foarte important faptul, că şi în cazul oţelurilor rapide de aceeaşi marcă, pentru un acelaşi tratament termic, mărimea grăunţelor de austenită este variabilă, de la un tip constructiv-dimensional de sculă la altul. De aceea, este bine ca după primul lot de scule fabricate, să se execute o analiză metalografică. Răcirea la călire influenţează mult calitatea oţelului rapid. Metoda cea mai bună de răcire este cea în trepte, folosind băi de azotat de potasiu încălzite la 400°-550°. Răcirea se poate face şi în aer ; în acest caz diametrul critic, adică diametrul maxim al unui cilindru din oţel rapid care ia

în toată masa sa structura specifică oţelului rapid călit, este mult mai mic decît în cazul răcirii în ulei. Daca în cazul folosirii uleiului ca element de răcire, diametrul critic este de 25-30 mm, la răcirea .În curent de aer, acesta se reduce la 15-20 mm, iar în cazul răcirii în aer liber, la numai 5 mm. Revenirea oţelului rapid are drept scop detensionarea martensitei primare, transformarea austenitei reziduale în martensită şi uniformizarea durităţii. Consecinţa imediată a revenirii este ridicarea uşoară a durităţii, mărirea termostabilităţii şi a calităţilor mecanice ale materialului sculei. O importanţă deosebită o reprezintă temperatura de încălzire la revenire. La început, cu creşterea temperaturii de revenire pînă, la cca. 300°, duritatea scade, apoi creşte, atingînd maximul la 556°-570°, după care scade rapid. De aceea, revenirea oţelului rapid trebuie să fie o revenire înaltă, răcirea efectuîndu-se în aer. Pe baza cercetărilor lui S. S. Steinberg, s-a ajuns la 2-3 reveniri înalte, cu menţineri pînă la o oră. După prima revenire, procentajul de austenită reziduală scade aproape de 2 ori, de la 25-30% la 10-15% şi creşte puţin duritatea. După cea de a doua revenire, austenita reziduală se reduce la 4-6%, iar duritatea rămîne practic aceeaşi cu cea obţinută după prima revenire. Faptul că după revenire duritatea creşte pe seama reducerii cantităţii de austenită reziduală în dauna martensitei, se poate explica în felul următor: spre deosebire de revenirile obişnuite, care se produc în timpul încălzirii, la revenirea oţelului rapid, încălzirea este ca şi în cazul călirii, o fază pregătitoare. Prin încălzire, austenita reziduală aliată, deci stabilă, este sărăcită de elementele de aliere, devine mai puţin stabilă, iar la răcire, trece în martensită. Uneori pentru reducerea procentului de austenită reziduală, procesul de trecere a austenitei în martensită este prelungit pînă la temperaturi negative (cca. 80°) dând naştere la aşa numitul „tratament sub 0”. Proprietăţile mecanice ale oţelului rapid prezintă importanţă, atît în ceea ce priveşte asigurarea unei stabilităţi funcţionale ale tăişurilor, cît şi în ceea ce priveşte asigurarea unei rezistenţe şi rigidităţi ridicate a corpului şi părţii de fixare ale sculei. De obicei, se acordă cea mai mare importanţă durităţii, care pentru majoritatea sculelor din oţel rapid, este impusă a fi superioară cifrei 105 HB. Metalurgii depun toate eforturile în vederea elaborării unor oţeluri rapide la care, odată cu creşterea durităţii, termostabilităţii şi rezistenţei la uzură, să se obţină şi caracteristici de plasticitate şi rezistenţă la şocuri ridicate.

ETAPA 5

STABILIREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIV-DIMENSIONALE ŞI A PARAMETRILOR GEOMETRICI OPTIMI CONSTRUCTIVI

1. CALCULUL ADAOSULUI DE PRELUCRARE

În cazul broşării cilindrice avem , conform [10], pag.147, avem următoarea relaţie: 𝑑−𝐷 26−21.3 = =2.35, 2 2

t=

( 3.2)

𝐴𝑓 =0,2

𝐴𝑐𝑎𝑙 =0,03

A-𝐴𝑓 =𝐴𝑑 , în care 𝐴𝑓 este adaosul de finisare, 𝐴𝑐𝑎𝑙 este adaosul de calibrare si 𝐴𝑑 este adaosul de degajare. 𝐴𝑑 =2.35-0.2=2.15 2. CALCULUL PRINCIPALELOR ELEMENTE ALE CINEMATICII AŞCHIERII

a. Stabilirea grosimii de aşchiere pe dinte Sd.

Conform [8], pag. 162, avem următoarea relaţie: 𝑆𝑑 =𝐶𝑠 *𝐷 𝑥𝑠

(6,16)

în care: D este diametrul nominal. Valorile coeficientului 𝐶𝑠 si a exponentului 𝑥𝑠 se iau din tabelul 6.1.[8]

Sd = 0.012*21.30.40=0.040 În urma obţinerii valorii Sd se va adopta valoarea imediat superioară cu două zecimale.

Sd=0.05 b. Stabilirea vitezei optime de broşare V. Conform [6], pag.102, avem următoarea relaţie:

𝐶 ∙𝐾

𝑉 = 𝑇 𝑚𝑣 ∙𝑆𝑚𝑣𝑥𝑣 [m/min] 𝑑

(5.4)

16.8∗1

V=3000.62 ∗0.050.62 = 3.13 [m/min] În care Cv, m, xv sunt coeficienţi corespunzători tipului broşei conform tabelului 3.9, pag.103 din [6], Sd este grosimea de aşchiere, T = 300 min. este durabilitatea broşei în minute de timp de bază, Kmv = 1 este coeficientul de corecţie.

1. PARAMETRII GEOMETRICI OPTIMI AI SCULEI Ca şi alte scule aşchietoare, parametrii geometrici optimi ai broşelor se stabilesc luânduse în consideraţie influenţa acestora asupra criteriilor de optimizare, ţinându-se seama de particularităţile procesului de broşare.

a. Unghiul de degajare optim γ Unghiul de degajare influenţează modul de formare al aşchiei in momentele iniţiate, asupra razei sale de spiralare şi asupra coeficientului de comprimare plastică. Odată cu creşterea unghiului γ, cele trei fenomene sunt influenţate pozitiv, crescând durabilitatea, micşorând forţele de aşchiere şi îmbunătăţind precizia şi calitatea suprafeţelor broşate.

Conform tabelului 6.2, pag. 136 din [9] se adoptă: γ = 16°. pentru dinţii de degroşare şi γ = 5° pentru dinţii de finisare.

b. Unghiul de aşezare optim α Întrucât broşa este o sculă de precizie ridicată, pentru asigurarea unei bune stabilităţi dimensionale, unghiul de aşezare optim α trebuie să fie mult mai mic decât in cazul majorităţii celorlalte scule aşchietoare.

Odată cu creşterea unghiului α, conform figurii 14.13, pag. 264 din [11], prin eliminarea uzurii în momentul reascuţirii pe faţa de degajare, variaţia dimensională a înălţimii dintelui va creşte. Acest fapt are un efect negativ asupra duratei totale de exploatare a broşei.

Conform tabelului 14.3, pag.265 din [11] se adoptă: α = 3 pentru dinţii de degroşare, α = 2 pentru dinţii de finisare şi α = 1 pentru dinţii de calibrare.

4. FORMA ŞI DIMENSIUNILE CANALELOR PENTRU AŞCHII a. Stabilirea pasului danturii sculei - Pasul dinţilor de calibrare este acelaşi cu pasul dinţilor de degroşare - Pasul dinţilor de degroşare se determină conform relaţiei din [10], pag.148 𝑝=𝑚√𝐿 în care m = 1.25 …. 1.5, iar L este lungimea suprafeţei de broşat in mm.

(5.5)

𝑝=1.25√24

𝑝=6.12≌6. mm

b. Stabilirea soluţiei constructive pentru forma canalului pentru aşchii Înălţimea dinţilor broşei se determină conform relaţiei din [11], pag. 275 ℎ=1.13√𝐾∙𝐿∙𝑆𝑑

(5.6)

h=1.13√3 ∗ 24 ∗ 0.05=1.897 mm≌ 1.9 mm

în care K este coeficientul de umplere în funcţie de grosimea aşchierii pe dinte conform tabelului 6.1, pag.134 din [9], L este lungimea suprafeţei de broşat şi Sd este grosimea aşchierii pe dinte.

În funcţie de pasul danturii broşei, mărimile dimensionale caracteristice sunt adoptate din tabelul 14.8, pag.277 din [11]: -

Lăţimea feţei de aşezare f = 2 mm Raza de racordare a fundului canalului r = 1 mm Raza de racordare a spatelui dintelui R = 4 mm

Geometria dinţilor broşei este prezentată conform figurii 6.4, pag. 134 din [9]. Lăţimea faţetei corespunzătoare dinţilor de calibrare f = 0.2 mm, crescând treptat până la 1.2 mm la ultimul dinte, conform [9], pag .135.

Conform relaţiei 3.11, pag. 104 din [6], numărul de dinţi 𝑧0 aflaţi simultan în aşchiere se determină astfel: 𝐿 𝑧0 =𝑝+1 (5.7) în care L este lungimea suprafeţei de broşat exprimată în mm şi p este pasul dinţilor broşei. 24

𝑧0 = 6 +1 𝑧0 =5 Dinţii de degroşare şi cei de finisare, vor fi prevăzuţi cu canale de fragmentare a aşchiilor, conform figurii 9.8, pag.52 din [2] sau figurii 6.5, pag. 136 din [9]. Canalele de fragmentare a aşchiilor se execută pe lăţimea dinţilor aşchietori, având o rază la fund de 0.3 ... 0.5 mm şi o lăţime de 0.6 … 1.0 mm. Aceste canale se vor poziţiona alternativ de o parte şi de alta, pe lăţimea dinţilor aşchietori l, la o distanţă de 0.25l

ETAPA 6

CALCULUL GEOMETRIC AL SCULEI

În cazul broşelor, se disting trei zone distincte ale părţii active: zona de degroşare, zona de finisare şi zona de calibrare. Fiecare dintre aceste zone intervine în procesul de aşchiere în mod diferit, datorită valorilor diferite supraînălţării pe dinte.

Astfel, în funcţie de fiecare zonă activă a sculei avem:

a. Lungimea părţii de degroşare Numărul dinţilor de degroşare Zd se determină conform relaţiei 14.14, pag. 279 din [11], astfel:

𝑍𝑑 =

𝐴−𝐴𝑓 𝑆𝑑

+1=

2,17−0.2 0.05

+1=41 dinți

(6,1)

în care A este adaosul de prelucrare, Sd este aşchierea pe dinte şi Af este adaosul total care urmează să fie preluat de dinţii de finisare care în mod obişnuit este 0,1 …. 0.3 mm.

Lungimea părţii de degroşare Ld se determină conform relaţiei: 𝐿𝑑 = 𝑝 ∙ 𝑍𝑑 = 6*41=240mm b.

(6,2)

Lungimea părţii de finisare

Numărul dinţilor de finisare Zf se stabileşte conform [11] pag. 281. În această zonă, este recomandat ca pasul dinţilor pf să fie redus cu 20% …. 35%. Astfel, lungimea părţii de finisare Lf va fi determinată pe baza relaţiei:

𝐿𝑓 = 𝑝𝑓 ∙ 𝑍𝑓

(6,3)

0,2

𝑍𝑓 =0,05+1=5 dinti 𝑝𝑓 =6-6*30%=4,2 𝐿𝑓 =4,2*5=21 mm c. Lungimea părţii de calibrare Conform [10], pag. 147, numărul dinţilor de calibrare Zc se stabileşte în funcţie de tipul broşei şi clasa de precizie impusă suprafeţei prelucrate. Astfel, Zc = 4 dinți

Conform [11], pag.282, pasul pc se execută în limitele ± 0.5…. 1.5 mm. Astfel, lungimea părţii de calibrare Lc va fi determinată pe baza relaţiei:

𝐿𝑐 = 𝑝𝑐 ∙ 𝑍𝑐 = 7 ∗ 4 = 28 𝑚𝑚

(6.4)

Cunoscând valoarea dimensională a celor trei zone active ale broşei, lungimea părţii utile Lu se determină cu ajutorul expresiei 6.5, iar numărul total de dinţi ai broşei se determină prin aplicarea relaţiei 6.6:

Lu = Ld + Lf + Lc= 240 + 21 + 28 = 289 mm

(6.5)

Zt = Zd + Zf + Zc = 41 + 5 + 4 = 50 dinti

(6.6)

De asemenea, înălţimea dinţilor broşei pentru canale de pană se determină pe baza următoarelor relaţii de calcul:

a. Înălţimea zonei de ghidare: Hg = H + (0.5 … 1.5) = 20 + 0.5 = 20.5 mm în care H este înălţimea de bază a cozii broşei pentru canale de pană.

(6.7)

1.

Înălţimea dinţilor de degroşare:

Hd1 = Hg + Sd + (0.03 … 0.05) = 20,5 + 0,05 + 0,03 = 20,58. Hd2 = Hd1 + Sd = 20,63 Hd3 = 20,68 Hd4 = 20,73 Hd5 = 20,78 Hd6 = 20,83 Hd7 = 20,88 în care Sd este aşchierea pe dinte. Hd8 = 20,93 Hd9 = 20,98 Hd10 = 21,03 Hd11 = 21,08 Hd12 = 21,13 Hd13 = 21,18 Hd14 = 21,23 Hd15 = 21,28 Hd16 = 21,33 Hd17 = 21,38 Hd18 = 21,43 Hd19 = 21,48 Hd20 = 21,53 Hd21 = 21,58 Hd22 = 21,63 Hd23 = 21,68 Hd24 = 21,73 Hd25 = 21,78 Hd26 = 21,83 Hd27 = 21,88 Hd28 = 21,93 Hd29 = 21,98 Hd30 = 22,03 Hd31 = 22,08 Hd32 = 22,13 Hd33 = 22,18 Hd34 = 22,23 Hd35 = 22,28 Hd36 = 22,33 Hd37 = 22,38 Hd38 = 22,43 Hd39 = 22,48 Hd40 = 22,53 Hd41 = 22,58

(6.9)

Înălţimea dinţilor de finisare:

2. A

Hf1 = Hd final + Z f = 22,58 + f

0,2 5

= 22,62

A

Hf2 = Hf1 + Z f = 22,66

(6.10) (6.11)

f

Hf3 = 22,70 Hf4 = 22,74 Hf5 = 22,78 În care Af este adaosul total de prelucrat la finisare şi Zf este numărul dinţilor de finisare.

a. Înălţimea dinţilor de calibrare: Hc1 = Hc2 = Hc3 = Hc4 = 22,78 + A = 22,78 + 0.03 = 22,81

(6.12)

În care A este adaosul de prelucrare.

ETAPA 7

STABILIREA SISTEMULUI DE FIXARE

Fixarea broşelor se face în funcţie de forma acestora şi de dispozitivele standardizate ale maşinilor de broşat. Pentru broșa cilindrică se folosește forma A . Determinarea lungimii totale a broșei 𝐿𝑡 .Din fig.14.26 rezultă că lungimea totală a brosei se poate determina cu ajutorul relației imediate,

𝐿𝑡 =𝐿𝑢 +L+𝐿𝑝

𝐿𝑡 =289+66+86=441 mm

ETAPA 8

CALCULUL REGIMULUI, FORŢELOR ŞI MOMENTELOR DE AŞCHIERE

În cazul general, asupra dinţilor broşei, acţionează cele trei componente rectangulare ale forţei de aşchiere, Px, Py, Pz. în condiţiile broşării canalelor de pană este necesar să se determine valoarea forţei Pz, care coincide cu forţa de tracţiune a broşei P. Reprezentarea grafică a forţelor specifice este prezentată mai jos, conform [11] pag.256

Px Pz

P Py

Conform relaţiei 3.7, pag.102 din [6], forţa totală de broşare Ft este dată de expresia:

𝐹𝑡 = 𝐹𝑧 ∙ 𝐾𝐹 ∙ 𝑧0 = 2620.8 ∗ 1,60 ∗ 5 = 20966.4 [daN]

(8.1)

în care Fz este forţa de aşchiere pe un dinte, KF este coeficientul global de corecţie şi z0 este numărul dinţilor broşei aflaţi simultan în contact cu materialul prelucrat. Conform relaţiei 3.9, pag. 102 din [6], forţa de aşchiere Fz pe un dinte este:

𝐹𝑧 = 𝐶𝐹 ∙ 𝐷 ∙ 𝑆𝑑 𝑥𝐹 = 842 ∗ 24.1 ∗ 0,090,85 = 2620.8 [daN]

(8.3)

în care CF este un coeficient ce depinde de natura materialului prelucrat şi se adoptă conform tabelului 3.10, pag. 105 din [6], b este lăţimea canalului de pana de prelucrat, Sd este grosimea de aşchiere pe dinte, XF este exponentul mărimii de avans şi se adoptă conform tabelului 3.10, pag.105 din [6]. Conform relaţiei 3.12, pag. 104 din [6], coeficientul global de corecţie KF este dat de expresia: 𝐾𝐹 = 𝐾ℎ ∙ 𝐾𝑙 ∙ 𝐾𝛼 ∙ 𝐾𝛾 = 1 ∗ 1.34 ∗ 1.20 ∗ 1 = 1,60

(8.3)

în care, conform tabelului 3.11, pag. 105 din [6], Kh este coeficient de corecţie care ţine seama de starea muchiilor aşchietoare ale dinţilor broşei, Kl este coeficientul care ţine seama de condiţiile de răcire, Kα este coeficientul ce ţine seama de valoarea unghiului de aşezare al dinţilor broşei, Kγ este coeficientul care ţine seama de valoarea unghiului de degajare al dinţilor broşei.

1. 2.

Conform relaţiei 5.4 din Etapa 5, viteza de aşchiere specifică este: V = 3.13 m/min Conform [10], pag. 339, puterea de aşchiere N se calculează potrivit relaţiei: 𝐹 ∙𝑉

𝑡 𝑁 = 6120 =

2620.8∗3.13 6120

= 1.34 [kW]

(8.4)

ETAPA 9

VERIFICAREA LA REZISTENŢĂ ŞI RIGIDITATE A SCULEI

Broşele de tracţiune (circulare sau plane) sunt supuse, în cea mai mare măsură, la eforturi de întindere. Aceste eforturi de întindere σi sunt exprimate prin intermediul relaţiei 14.5, pag. 273 din [11], astfel:

F

σi = S t = d

2620.8 0.09

= 29120

(9.1)

în care Ft este forţa totală de broşare şi Sd este secţiunea slăbită a broşei în dreptul canalului transversal pentru prinderea cozii.

Condiţia de rezistenţă ce trebuie îndeplinită, conform relaţiei 14.6, pag. 273, din [11], este:

𝜎𝑖 < 𝜎𝑎

(9.2)

în care σa este rezistenţa admisibilă la tracţiune şi se adoptă conform [11], pag. 273.

Odată cu îndeplinirea condiţiei 9.2, se poate determina timpul de bază Tb, în care scula este supusă lucrului direct. Astfel, conform relaţiei 3.16, pag. 110 din [6], avem: t∙L∙k ∙ki d ∙z0

c Tb = 1000∙V∙S

21.3∗24∗1.42∗1,2

= 1000∗3.13∗0.05∗5 = 1.11

(9.3)

în care t este înălţimea de broşat, în mm, L este lungimea piesei de broşat, kc este un coeficient care ţine seama de lungimea părţii de calibrare a broşei, ki = 1.14 …. 1.50 este un coeficient care

ţine seama de cursa de întoarcere a maşinii de broşat, V este viteza optimă de broşare, Sd este aşchierea pe dinte, în mm şi zc este numărul dinţilor aflaţi simultan în aşchiere.

Conform relaţiei 3.17, pag. 110 din [6], coeficientul kc este:

kc =

La +Lc La

=

66+28 66

= 1.42

(9.4)

în care La este lungimea părţii aşchietoare a broşei, în mm şi Lc este lungimea părţii de calibrare, în mm. ETAPA 10 STABILIREA METODEI ŞI SCHEMEI DE ASCUŢIRE ŞI REASCUŢIRE A SCULEI

Ascuţirea broşelor, reprezintă operaţia finală de rectificare a feţelor de aşezare şi a celor de degajare. Operaţia de reascuţire se realizează, în general, pe faţa de degajare, cu ajutorul suprafeţei active, conice, a unui disc abraziv. Schema operaţiei de ascuţire şi reascuţire este conform figurii 14.27, pag. 285 din [11].

Pentru asigurarea condiţiilor de calitate dimensională a dinţilor broşei, trebuie îndeplinită inegalitatea conform relaţiei 14.23, pag. 286 din [11].

R≤

r sin θ 15∗sin30° sin γ

=

0.27

= 27.7

(10.1)

în care R este raza discului abraziv, r este raza minimă de contact a suprafeţei conice, 𝜃 este unghiul pietrei şi γ este unghiul de degajare al dintelui broşei. Conform [11], pag. 286, raza minimă de contact a suprafeţei conice r, poate fi calculat prin aplicarea relaţiei:

r≈

D 2

→r≈

30 2

= 15

(10.11)

ETAPA 11 + 12

STABILIREA CONDIŢIILOR TEHNICE

Conform [6], pag. 112-116, condiţiile tehnice generale de calitate la broşe, fac referire la următoarele aspecte:

11.1. Abateri limită 1.

Abaterile limită la lungimea totală,L, a broșei : pentru 𝐿 ≤ 1000mm . . . . . . . . . . . . ±3 𝑚𝑚 . pentru 𝐿 > 1000 mm. . . . . . . . . . . . ±5 𝑚𝑚 . 2. Abaterile limită ale adâncimii golului dintre dinți, h: după H12. 3. Abaterile limită la dimensiunile cozilor, conform STAS 7992-67 . 4. Abaterile limită ale diametrelor calculate ale dinţilor aşchietori, in microni:

1.

la broşe rotunde, pentru porţiunea de degroşare, conform tabelului 3.19/pag. 112/[6] .

Diametrul nominal al broşei,[mm] sub 80 peste 80

2.

Clasă de precizie 2 -7 -8 -10 -12 -14 -16

1 -5 -5 -7 -8 -10 -12

3 -8 -10 -12 -15 -18 -20

la broşe pentru caneluri dreptunghiulare (STAS 8040-67) cu excepţia ultimilor doi dinţi, conform tabelului 3.21/pag. 113/[6] . Diametrul nominal exterior al broşei,D,[mm] sub 50 50-120 121-150

4.

(2 𝑆𝑑 ) peste 0,08 -15 -20

la broşe rotunde,pentru porţiunea de finisare-rezervă,conform tabelului 3.20/pag. 113/[6]. Diametrul nominal al broşei [mm] Sub 18 18-30 31-50 51-80 81-120 121-150

3.

Avansul pedinte sub 0,05 0,05…0,08 -8 -10 -12 -15

Supraînălţirea (2𝑆𝑑 ) 0,08-0,16

Pâna la 0,08 -10 -15 -20

-15 -20 -20

peste 0,16 -20 -20 -20

la broşe destinate prelucrării arborilor canelaţi cu centrare pe diametrul exterior, pentru ultimii doi dinţi de finisare şi pentru dinţii de rezervă, conform tabelului 3.22/pag. 113/[6].

Diametrul nominal exterior al Pentru arborele cu abateri limită la diametrul de centrare broşei D, [mm] H7 H9 sub 30 31-50 51-80 peste 80

-5 -8 -8 -10

-10 -10 -16 -20

5.

la broşe destinate prelucrării arborilor canelaţi cu centrare pe diametrul interior, pentru ultimii doi dinţi aşchietori şi pentru dinţii de rezervă (calibrare), conform tabelului 3.23/pag. 114/[6] . Diametrul nominal interior al Pentru arborele cu abateri limită la diametrul de centrare broşei, d, [mm] H7 H8 Sub 30 30-80 Peste 80

6.

-5 -8 -10

Abaterile limită la înălțimea calculată a dinților de așchiere, la broșele pentru canale de pană, conform tabelului 3.24/pag. 114/[6] . Înălțimea calculată a dinților [mm]

Până la 100 7.

Avansul pedinte Până la 0,05 0,06-0,08 Abateri limită, in 𝜇𝑚 -10 -15

peste 0,08 -20

Eroarea cumulată la pasul circular la broşe pentru caneluri, conform tabelului 3.25/pag. 114/[6] . Diametrul nominal interior Pentru arborele cu abateri limită la lăţimea golurilor al broşei,d [mm] C1 C2 C3 Eroare cumulate la pasul circular, [𝜇m] sub 18 10 16 10 18-30 12 18 12 31-50 16 20 16 51-80 18 22 18 81-112 20 25 20

8.

-8 -10 -16

C4 16 18 20 22 25

Abaterea limită la grosimea dinţilor, la broşe pentru caneluri, conform tabelului 3.26/pag. 115/[6].

Diametrul interior al [mm]

sub 18 18-30

nominal Pentru arborele cu abaterea limită la lăţimea golurilor broşei,d C1 C2 C3

C4 la centrare interioară la centrare exterioară sau centrare laterală Abaterea limită la grosimea dinţilor, [𝜇𝑚] -5 -8 -5 -8 -5 -10 -5 -10

31-50 50-80 81-112

-8 -8 -10

-10 -10 -16

-8 -8 -10

-10 -10 -10

9.

Abaterea limită la grosimea dinţilor, la broşe pentru canale de pană, se ia 1/3 din toleranţa la lăţimea canalului de pană, totdeauna negativă şi mai mică de 0,020 mm.

10.

Bătaia radială, 𝑏𝑟 , a dinţilor de finisare şi a părţii de ghidare din spate trebuie sa fie mai mică decât valoarea absolută a toleranţei la diametru in porţiunea considerată (maxim 0,05 mm).

Pentru dinţii de calibrare nu se admite bătaie radială. Pentru restul dinţilor broşei, bătaia radială admisă este funcţie de lungimea broşei, astfel: 11. 12.

pentru L ≤ 40. . . . . . .𝑏𝑟 = 5 ∙ 10−5 𝐿, 𝑚𝑚 ; pentru L> 40. . . . . . .𝑏𝑟 = 6 ∙ 10−5 𝐿, 𝑚𝑚 .

Lăţimea faţetei cilindrice trebuie să fie: 13. 14.

pentru dinţii de aşchiere. . . . . max. 0,05 mm ; pentru dinții de calibrare. . . . . 0,1 – 0,4 mm.

Abaterile limită ale pasului: după clasa a 7-a de precizie. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Abaterile limită pentru dimensiunile h,𝑓1și r:±0,2 𝑚𝑚 ; Abaterile limită la valorile unghiurilor: pentru unghiul de degajare 𝛾. . . . . . . . ±2° ; pentru unghiul de aşezare al dinţilor de degroşare. . . . . . ±30′ ; pentru unghiul de așezare al dinților de finisare și calibrare………..30′ ; pentru unghiul de așezare lateral al dinților …..……30′ .

11.2. Rugozitatea suprafeţelor broşelor Rugozitatea suprafețelor broșelor, după STAS 5730-66, nu va depăși: 21. 22. 23. 24. 25.

pe suprafeţele faţetei cilindrice de degajare, de aşezare şi a feţelor laterale…...Ra 0,1; pe spatele dintelui, pe suprafeţele de fund si canalelor pentru fragmentarea aşchiei….Ra 1,6; pe suprafaţa cilindrică a cozii, pe suprafeţele conice de schimbare rapidă şi pe partea de ghidare din spate…..Ra 1,6 ; pe suprafaţa găurilor de centrare ….. Ra 0,8; pe celălalte suprafeţe ……Ra 6,3.

11.3. Aspectul general 26.

Suprafețele nu trebuie să prezinte crăpături, fisuri, urme de lovituri, pete negre, știrbituri, bavuri; suprafeţele rectificate nu vor prezenta culori de revernire;

27. 28.

Golurile dintre dinţi se vor şlefui minuţios, racordarea suprafeţei de degajare cu cea a golului să fie lină, fără trepte; Muchiile ascuţite neactive ale broşei se vor teşi.

11.4. Execuţia broşelor 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35.

Găurile de centrare, conform STAS 1361-63, fară urme de lovituri sau de uzură; Broşele cu diametrul peste 14 mm se execută sudate cap la cap sau cu prindere mecanică a cozii; Material: otel Rp3, STAS 73282-80 sau VmoC120, STAS 3611-80. Coada se poate executa din OLC45 STAS 880-80 sau 40Cr10 STAS 791-80; După tratamentul termic, duritatea va fi: partea aşchietoare si de ghidare din spate. . . . . . . . . . . . .62-65 HRC ; partea de ghidare din faţă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60-65 HRC ; coada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35-45 HRC.

BIBLIOGRAFIE

36.

SANDVIK Coromant – Metal Cutting Technology, Technical Guide, Sandviken, Suedia, 2010

37.

I. Cristea – STUDIUL CONSTRUCŢIEI AŞCHIETOARE, Ed. Teh. Chişinău, 2003

38.

M. Gherghel – BAZELE PROIECTĂRII SCULELOR AŞCHIETOARE, Ed. TehnicaInfo, Chişinău, 2002

39.

Ş. Enache, I. Tănase, E. Străjescu – TEHNOLOGIA SCULELOR AŞCHIETOARE, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1988

40.

V. Catană – AŞCHIERE ŞI SCULE AŞCHIETOARE. ÎNDRUMAR DE LABORATOR, Bacău, 1988

41.

E. Ţâru – PROIECTAREA SCULELOR AŞCHIETOARE. ÎNDRUMAR, Galaţi, 1982

42.

V. Belous – SINTEZA SCULELOR AşCHIETOARE, Ed. Junimea, Iaşi, 1980

43.

Ghe. Secară – PROIECTAREA SCULELOR AŞCHIETOARE, Ed. Did. & Ped., Bucureşti, 1979

44.

Ş. Enache – PROIECTAREA ŞI TEHNOLOGIA SCULELOR AŞCHIETOARE, Ed. Did. & Ped., Bucureşti, 1973

45.

M. Cozmîncă – SCULE AŞCHIETOARE. ÎNDRUMAR DE PROIECTARE, Iaşi, 1972

46.

V. Belous – PROIECTAREA SCULELOR, Vol II, Iaşi, 1971

ŞI

GEOMETRIEI

SCULELOR