Operaţii de compensare la frezare, utilizarea factorilor de viteză

Producerea unei piese finite corecte se rezumă la transformarea unui semifabricat brut într-un semifabricat finit în cea mai eficientă și eficace metodă posibilă. Pentru a atinge acest țel avem de rezolvat unele provocări geometrice (exemplu: traseul frezei în timpul așchierii) și unele tehnologice (exemplu: selectarea frezei și a parametrilor de așchiere).

În articolul precedent am discutat despre importanța utilizării corecte (în limita posibilităților) a poziționării frezei în timpul operațiilor de frezare și cum se pot utiliza factorii de avans pentru a optimiza productivitatea și costurile de producție. Aplicând ambele principii în direcția corectă avem posibilitatea de a mări avansul la frezare (= productivitate mare) și să menținem o durată de viață mare a sculei (=eficiența costurilor). În acest articol vom discuta despre posibilitatea utilizării factorilor de viteză astfel încât să mărim productivitatea și să micșorăm costurile de producție.

Procesul de așchiere a metalelor este un process care deformează materialul semifabricatului până la curgere. Acest proces de deformare generează o cantitate foarte mare de căldură, cea mai mare cantitate fiind generată în zona de forfecare, restul fiind generată de frecarea  dintre așchii, muchia de așchiere și semifabricat. Această cantitate mare de căldură se reflectă în temperatura foarte ridicată din zona de așchiere (sculă, semifabricat și așchii).

Căldura generată depinde foarte mult de viteza de așchiere din timpul prelucrării și de tipul semifabricatului. Temperatura (căldura concentrată) din muchia de așchiere depinde printre altele de conductivitatea termică a plăcuței de așchiere și a semifabricatului (așchiilor), de condițiile de așchiere și de geometria muchiei de așchiere. Această temperatură (temperatura compozită) determină în mare măsură uzura sculei și durata ei de viață.

La operațiile de frezare muchia de așchiere este o parte din timpul de lucru în contact cu materialul semifabricatului, iar în cealaltă parte din timp nu este în contact. Cât timp este în contact se generează căldură și temperatura crește.

Atunci când nu este în contact nu se generează căldură iar temperatura din muchia de așchiere scade. În cazul unei operații cu un unghi mare de angajare a sculei (de exemplu: canelare), timpul în care se generează căldură și temperatura în muchia de așchiere este mare comparativ cu timpul în care nu se produce căldură, iar muchia de așchiere își scade temperatura. În operațiile în care avem un unghiu mic de angajare a sculei (de exemplu: frezare laterală), timpul în care se gene­rează căldură este mic în comparație cu timpul în care avem o reducere a temperaturii.

Dacă încercăm să vizualizăm ce se întâmplă în timpul unei operații de frezare se poate observa foarte ușor că în situația în care avem un unghi mare de angajare a frezei, tempera­tura din muchia de așchiere crește rapid și apare riscul ca temperatura de așchiere să devină foarte repede prea mare. Dacă temperatura de așchiere depășește nivelul critic atunci materialul de așchiere își pierde capabilitățile de așchiere, iar durata de viață se va scurta semnificativ. Compensarea se va face prin reducerea vitezei de așchiere (reducem „alimentarea” generării de căldură din timpul procesului de așchiere).

Temperatura din muchia de așchiere trebuie să rămână sub o valoare maximă critică, dar de asemenea trebuie să se mențină deasupra unei valori critice minime. Atunci când temperatura din muchia de așchiere este prea mică, materialul de așchiere este fragil și susceptibil la spargere. Peste o anumită temperatură, liantul din materi­alul de așchiere devine plastic și asigură tenaci­tatea muchiei de așchiere. În cazul unei prelucrări cu un unghi de angajare mic pot apărea probleme exact opuse situației în care avem un unghi de angajare mare: temperatura de așchiere este prea mică, iar durata de viață a sculei va fi limitată din cauza tenacității reduse (apar ciupituri și fisuri pe muchia de așchiere). În acest caz trebuie să asigurăm creșterea temperaturii – acest lucru se poate face prin creșterea vitezei de așchiere.

Unghiul de angajare a sculei este determinat de poziționarea frezei (frezarea laterală are un unghi de angajare mai mare decât frezarea pe centru) și de raportul dintre adâncimea radială de așchiere și diametrul frezei (adâncimile de așchiere mici în raport cu diametrul frezei dau un raport ae/Dc mic și unghiuri mici de angajare a sculei).

Mai practic, putem spune că frezările laterale cu un raport mic ae/Dc permit creșterea vitezelor de așchiere. La frezările pe centru sau acolo unde raportul ae/Dc este mare se impune redu­cerea vitezelor de așchiere. Lucrul cu factorii de viteză (= utilizarea strategiei de frezare cu unghi de angajare mic) permite selectarea vitezei de așchiere nu doar în funcție de materialul muchiei de așchiere și materialul semifabricatului, ci și în funcție de poziționarea frezei și raportul ae/Dc în timpul operației de frezare.

Aceleași considerente se pot face și la alte elemente din cadrul pro­cesului de așchiere:

• Atunci când adâncimea de așchiere axială este mică, se generează mai puțină căldură și atunci putem (sau trebuie) să mărim viteza de așchiere.
• Atunci când avansul este mic, se generează puțină căldură și astfel putem sau trebuie să mărim viteza de așchiere. Trebuie totuși avut în vedere că avansul nu trebuie să fie prea mic, altfel va crește generarea de căldură (vezi articolul anterior despre avansuri).
• Atunci când unghiul de degajare efectiv este mare (muchii de așchiere foarte ascuțite, poziționate pozitiv în freză), se produce mai puțină căldură și astfel putem mări viteza de așchiere.

Un exemplu tipic unde aceste principii sunt puse în practică este frezarea cu viteze mari de așchiere. Atunci când adâncimea radială și axială de așchiere este mică, avansul este mic iar muchia de așchiere este ascuțită, viteza de așchiere poate fi foarte mare.

Un alt exemplu, unde aceste principii sunt puse în practică, este frezarea dură - frezarea materialelor dure. În timpul frezării materialelor dure se generează o cantitate mare de căldură. Dacă micșorăm unghiul de angajare a sculei vom genera mai puțină căldură și astfel putem menține viteza de așchiere la un nivel ridicat.

Acest articol descrie cel de-al treilea element al principiilor de compensare la operațiile de frezare, utilizarea factorilor de viteză (bazat pe considerații asupra temperaturilor de așchiere și vitezelor de așchiere). Toate acestea formează împreună capitolul „Principiile de compensare la frezare” din tehnologia de frezare. Aplicând aceste principii vom putea să găsim foarte ușor un echilibru convenabil între productivitate, efi­ciența costurilor și securitatea aplicației.

Mai multe informații despre acest subiect se pot obține în cadrul programului educațional SECO STEP.