Procesul de aşchiere, sculele de aşchiere se uzează, indiferent dacă ne place sau nu! (I)

În articolele anterioare au fost descrise diferite tipuri de atacuri la care sunt supuse sculele de așchiere. Atacuri tribologice (alunecarea și deplasarea așchiilor pe fața de degajare a sculei), atacuri mecanice (forțele de așchiere) și atacurile chimice/termice (datorate temperaturilor ridicate din zona de așchiere). Toate acestea duc la limitarea duratei de viață a sculei (timpul efectiv de utilizare a sculei înainte de a fi necesară înlocuirea acesteia).

Având în vedere toate aspectele menționate mai sus, uzura unei scule este un fenomen fizic „normal”. Uzura muchiei de așchiere este normală, așa că nu irosiți timp și bani pentru evitarea ei pentru că este imposibil. Tot ceea ce putem face este obținerea unui proces de uzură corect – uzura muchiei de așchiere trebuie să fie sigură, controlabilă și previzibilă.

Există mai multe tipuri de uzură acceptabile (foto deschidere). Conform cu cerințele de mai sus (sigură, controlabilă și previzibilă) pot apărea diferite tipuri de uzură – uzura flancului, apariția craterelor, ciupituri sau deformații plastice. Toate celelalte tipuri de uzură trebuie evitate deoarece aduc un nivel ridicat de nesiguranță și un comportament imprevizibil al muchiei de așchiere.

• FOTO 2

În cele ce urmează, vom descrie diferite forme de uzură a muchiei de așchiere și posibile remedii pentru a evita sau controla fenomenele care produc aceste uzuri.

Uzura flancului

Uzura flancului, fiind previzibilă și controlabilă, este tipul de uzură cel mai dorit în timpul așchierii. Uzura rapidă a flancului va arăta la fel dar va apărea mult mai rapid (și posibil să nu fie acceptabilă din acest motiv).

• FOTO 3

Principalul motiv al apariției uzurii flancului este abraziunea. Incluziunile dure microscopice din carbura de wolfram sau particule dure din materialul semifabricatului se vor freca de muchia de așchiere. Cobaltul din liant se va uza, granulele de carbură nu vor mai avea suficientă aderență la matrice și vor fi îndepărtate.

Uzura flancului arată ca o abraziune relativ uniformă de-a lungul muchiei de așchiere.

Ocazional, particule de metal din semifabricat vor fi întinse peste muchia de așchiere și pot induce iluzia unei uzuri cu o dimensiune mult mai mare. Uzura de flanc la plăcuțele Duratomic va avea o culoare neagră și un aspect fin, iar la plăcuțele non-Duratomic va apărea o abraziune strălucitoare. Culoarea neagră reprezintă carbura existentă sub stratul de acoperire.

Uzura flancului apare în toate tipurile de materiale, de aceea este de așteptat ca o plăcuță să cedeze în primul rând datorită uzurii flancului, înainte de apariția altor tipuri de uzură.

Măsuri de corectare a uzurii (atunci când uzura flancului apare foarte rapid):

• Reducerea vitezei de așchiere
• Mărirea avansului
• Alegerea unei calități de carbură mai rezistentă la abraziune sau mai dură
• Aplicarea corectă a fluidului de răcire

Apariția craterelor

Craterele apar datorită unei combinații de fenomene, precum difuzia, descompunerea și abraziunea. Căldura acumulată în timpul așchierii descompune grăunții de carbură din substrat, iar carbonul migrează către așchii (difuzie), permițând apariția unui „crater” deasupra muchiei de așchiere. Craterul poate crește suficient de mult pentru a produce o crestătură a muchiei de așchiere sau poate duce la o uzură rapidă a flancului.

• FOTO 4

Uzura de crater apare sub forma unui crater sau a unei gropi deasupra muchiei de așchiere. După apariția craterului se poate observa o îmbunătățire a fragmentării așchiilor. Craterul apare doar la prelucrarea oțelului, a materialelor abrazive sau a aliajelor pe bază de titan.

Măsuri de corectare a uzurii:

• Alegerea unei carburi Duratomic. Sunt de preferat acoperirile care au straturi groase de acoperire pe bază de oxid de aluminiu.
• Acoperirea PVD pe bază de TiAIN este cea mai rezistentă la apariția craterelor
• Aplicarea corectă a fluidului de răcire
• Utilizarea unei geometrii mai ascuțite pentru a reduce producerea de căldură
• Reducerea vitezei de așchiere și a avansului
• Reducerea unghiului de atac al muchiei de așchiere are un efect mic dar pozitiv

Aderențe pe muchia de aşchiere (Build up edge - BUE)

Principala cauză de apariție a acestui fenomen este aderența materialului. BUE este rezultatul sudării prin presiune a materialului semifabricatului de muchia de așchiere. Acest fenomen apare atunci cînd există afinitate chimică, presiune mare și temperatură suficientă în zona de așchiere. Dacă se acumulează suficient material pe muchia de așchiere, BUE se poate rupe și poate dizloca bucăți din plăcuța de așchiere, ducând la apariția ciupiturilor sau la uzura rapidă a flancului.

Ce trebuie să observăm? Material din semifabricat lipit pe fața de degajare a plăcuței sau pe flancul muchiei de așchiere. Pot apărea modificări ale dimensiunilor plăcuței de așchiere sau ale finisării suprafeței prelucrate.

• FOTO 5

BUE se poate observa la prelucrarea materialelor aderente, materialelor neferoase, aliajelor rezistente la căldură și a oțelului inoxidabil. BUE apare mai ales atunci când viteza de așchiere este foarte mică, la filetare prin strunjire, dar și la frezare sau operații de găurire.

Măsuri de corecție:

• Aplicarea oricărui tip de fluid de răcire va reduce apariția aderențelor pe muchia de așchiere
• Mărirea vitezei de așchiere și a avansului
• Alegerea unei muchii de așchiere mai ascuțită și cu o față de degajare mai fină (rectificată)
• Aplicarea corectă a fluidului de răcire; eventual mărirea concentrației emulsiei.

Ciupiturile

Sunt cauzate de instabilitatea mecanică a sistemului. Ciupiturile de pe muchia de așchiere sunt de obicei rezultatul vibrațiilor din semifabricat, ansamblul de scule și arborele mașinii. De asemenea, prelucrarea suprafețelor cu incluziuni sau cu întreruperi în așchiere, produc concentrări locale de efort care duc la formarea acestor ciupituri.

• FOTO 6

Ciupiturile pot fi observate ca mici rupturi ale muchiei de așchiere. Apar frecvent atunci când sistemul de prelucrare este instabil (rulmenții și/sau arborele mașinii uzați) și la prelucrarea materialelor cu incluziuni sau la prelucrarea materialelor din pulberi metalice (PM).

Măsuri de corecție:

• Asigurarea unui sistem de prelucrare adecvat (rigid) și reducerea încovoierii sculei
• Alegerea unei clase de carbură mai rezilientă
• Alegerea unei muchii de așchiere cu o geometrie mai protejată
• Reducerea avansului – în special la intrarea și ieșirea în/din așchiere
• Mărirea vitezei de așchiere

Ion Țâmpu este MScEng Technical Representative Seco Tools România