Procesul de aşchiere, ce este prelucrabilitatea? (I)

Prelucrarea materialelor prin așchiere este un proces mecanic prin care semifabricatul este executat prin îndepărtarea materialului. În timpul procesului de așchiere o „muchie de așchiere” este presată atât de tare în semifabricat încât materialul este puternic „deformat” și forțat să „curgă” sub forma unor „așchii”. Rezultatul este „o suprafață prelucrată” care trebuie să corespundă cu „cerințele de calitate” specificate.

Prelucrabilitatea este o expresie larg folosită în cadrul proceselor de așchiere. Este un sistem care exprimă cât de eficient poate fi realizat procesul de așchiere cu un cost redus în cadrul condițiilor tehno­logice existente date.

Cu toate că prelucrabilitatea este influențată de mai multe elemente din cadrul procesului de așchiere (materialul semifabricatului, sculele și condițiile de așchiere, posibilitățile mașinii, strategia de așchiere (CAM), fixarea semifabricatului și a sculelor, sistemul de răcire, experiența utilizatorilor în controlul proce­sului, etc.) este uzual să vorbim despre prelucrabili­tate ca fiind o proprietate a materialului.

Această serie de articole se va ocupa de câteva elemente care vor arăta diferențele dintre prelucrarea semifabricatelor din oțeluri inoxidabile, supera­  liaje sau aliaje de titan față de semifabricatele din oțel, care sunt considerate materiale de referință – datorită istoricului prelucrărilor – în cadrul pro­ceselor actuale de prelucrare prin așchiere. și vom învăța să considerăm prelucrabilitatea acestor mate­riale nu ca fiind scăzută, ci diferită față de prelucrabilitatea oțelurilor. În înțelegerea acestor diferențe stă posibilitatea de mărire a productivității, chiar și la prelucrarea acestor tipuri de materiale.

Există destul de puține mărimi cantitative măsurabile pentru productivitate: indicele de prelu­crabilitate (o medie de rating declarată în comparație cu materialele de referință, dar această mărime poate induce în eroare), durata de viață a sculei (timpul de lucru în minute sau volumul total de mate­rial îndepărtat până la deteriorarea sculei la anumiți parametri de așchiere), calitatea suprafeței rezultată în urma aplicării condițiilor standard de așchiere, alte mărimi bazate pe puterea consumată și forțele de așchiere, temperatura, formarea așchiilor, aspecte legate de mediu, etc.

O bună prelucrabilitate poate însemna unul dintre următoarele aspecte: proces de așchiere cu un necesar minim de energie și putere, uzura minimă a sculei (durată mare de viață a sculei), forțe de așchiere mici, proces ușor de formare și evacuare a așchiilor, finisare superioară a suprafeței după pre­lucrare, etc. Cu alte cuvinte, o bună prelucrabilitate înseamnă să ai cea mai bună productivitate în cadrul procesului de așchiere existent.

Cu toate că cea mai bună definiție generică a pre­lucrabilității este „rata de îndepărtare a materialului per unitate capacitivă (mm³/min/kW)”, abordarea tradițională a prelucrabilității arată strânsa legătură cu materialul semifabricatului și se referă la uzura sculelor, durata de viață a sculelor și vitezele de așchiere.

Deoarece procesul de așchiere este „deformarea puternică a semifabricatului astfel încât acesta să curgă sub forma unor așchii”, este clar că o parte a proprietăților materialului semifabricatului are o mare influență asupra procesului de așchiere.

Dacă ar fi să facem un rezumat al proprietăților care influențează major procesul de așchiere putem  defini 7 familii principale. Pentru fiecare dintre ele, vă voi oferi câteva exemple pentru a ilustra cum influențează aceste proprietăți procesul de așchiere.

1.Proprietățile mecanice. Așchierea materialelor este un proces de deformare a materialului semifabricatului. Deci? Duritate mare a materialului semifabricatului înseamnă forțe mari de așchiere!

2.Compoziția chimică (elementele de aliere). Așchierea este un proces în care materi­alul îndepărtat (așchia) curge pe fața de degajare a sculei. Manganul este un material foarte abraziv. Semifabricatele cu un conținut ridicat de mangan vor produce o uzură de abraziune a sculei foarte mare!

3. Proprietățile termice. Un bun proces de așchiere avem atunci când generarea de căldură și temperaturile înalte din zona de așchiere sunt bine controlate. În practică asta înseamnă evacuarea căldurii prin așchii. Dar dacă semifabricatul este dintr-un material slab conducător de căldură, atunci acest control este foarte dificil de obținut.

4. Incluziuni. Incluziunile formează „puncte tari” care duc la o uzură abrazivă ridicată a sculei și la creșterea riscului de rupere a muchiei de așchiere.

5. Tendința de durificare prin deformare. După „prima trecere/așchiere” suprafața prelu­crată poate prezenta un „strat superficial durificat prin deformare”. „A doua trecere/așchiere” trebuie să lucreze în acest strat!

6. Structura materialului. Unele structuri de material sunt mai ușor de așchiat decât celelalte. De exemplu structurile austenitice vor produce întot­deauna așchii de formă neregulată. Control dificil al așchiilor!

7. Originea materialului (istoricul). Cât de bine sunt respectate normele de material de către producătorul de semifabricate?

Această mentalitate este baza sistemului ISO pe care îl folosim pentru a descrie cât de diferit este comportamentul materialelor semifabricatelor dacă le supunem unui proces de așchiere. Materialele ISO-P sunt materiale care produc așchii lungi, au mai degrabă forțe „medii” de așchiere, generare medie de căldură (la fel și temperaturile de așchiere) și asigură o durată „medie” de viață a sculei.

Materialele ISO-K sunt materiale care produc așchii scurte. Materialele ISO-M (oțel inoxidabil aus­tenitic) se diferențiază de materialele ISO-P în special prin proprietățile termice (și fenomenele conexe). Materialele ISO-N sunt moi (forțe de așchiere mai mici) dar au cea mai mare tendință de a adera pe sculele de așchiere. Materialele ISO-S au diferențe notabile ale proprietăților termice comparativ cu oțelurile. Iar materialele ISO-H au durități foarte mari și produc forțe de așchiere foarte mari, mai ales dacă nu se utilizează metode specifice de așchiere (așa-numitele tehnologii pentru prelucrări grele).

În articolul următor din această serie vom discu­ta mai în amănunt diferitele elemente care determină prelucrabilitatea: forțele de așchiere, temperatura de așchiere și căldura degajată, formarea așchiilor, uzura și durata de viață a sculelor, integritatea și calitatea suprafeței prelucrate. Vom dezbate în particular prelucrarea semifabricatelor din mate­riale precum oțel inoxidabil, superaliaje sau aliaje ale titanului.

Mai multe informații despre acest subiect pot fi găsite în programul educațional SECO STEP. Seco® Technical Education Program (STEP) este un program practic dezvoltat de SECO și destinat să familiarizeze utilizatorii cu ultimele descoperiri \n sisteme de scule și tehnolo­gii. STEP-ul ajută companiile să combată gap-ul tehnologic și să atingă maximul de productivitate.

 ION ȚÂMPU  este Technical Representative  Seco Tools România