GENERAREA PRIN BURGHIERE

GENERAREA PRIN BURGHIERE

1. Generalitati

Burghierea este procedeul de prelucrare prin aschiere, de productivitate relativ mare, care are drept scop obtinerea unui alezaj in material plin. Se realizeaza cu scule aschietoare denumite burghie ce au partea activa constituita din unul sau mai multi dinti aschietori, de tip scula elementara. Taisurile principale ale sculei de burghiat se extind pana la axa acesteia, transformand in aschii intregul adaos de prelucrare, suprafata realizandu-se la o singura trecere.

Prelucrarea se poate realiza pe masini de gaurit sau pe alte tipuri de masini-unelte (strunguri, freze, masini portabile, masini agregat, etc.).

Miscarile necesare generarii suprafetei sunt (figura 1):

miscarea de aschiere este o miscare de rotatie executata de obicei de catre scula;

- miscarea de avans, realizata tot de scula, este o miscare continua, rectilinie, de-a lungul axei sculei, piesa fiind fixa in timpul prelucrarii.

2. Generarea teoretica a suprafetelor prin burghiere

Pentru generarea suprafetelor gaurilor prin burghiere se foloseste varianta de generare din figura 2, conform careia suprafata S_p se obtine cu ajutorul unei directoare D circulara, materializata de forma sculei intr-o sectiune normala pe axa de rotatie, iar generatoarea G, de forma rectilinie sau curbilinie, materializata prin constructia sculei aschietoare, face un unghi de 90 cu planul D₀.

   

	Figura 1 Miscarile necesare generarii suprafetelor prin burghiere		Figura 2 Generarea teoretica a    suprafetelor prin burghiere

Generatoarea G executa miscarea circulara 1 si o miscare de avans de generare 2 paralela cu axa de rotatie si in sensul patrunderii sculei in gaura de prelucrat. Pentru transformarea intregului adaos de prelucrare in aschii procedeul foloseste o scula de gaurire denumita burghiu elicoidal a carui constructie (figura 3) este de forma unui corp de revolutie, prevazut de regula cu doi dinti (prinsi intr-o bara coaxiala cu axa gaurii), avand fiecare perechi de taisuri (principal si secundar) asemenea unui cutit pentru strunjire interioara. Elementele componente ale partii active sunt prezentate in figura 4. Diametrul partii active este egal cu diametrul gaurii de prelucrat.

Taisurile principale sunt formate prin intersectia canalelor de aschii (de regula, suprafete elicoidale) practicate in corpul sculei, cu suprafetele de asezare. Taisurile secundare sunt formate la intersectia canalelor pentru aschii cu suprafata periferica cilindrica a sculei.

   

Figura 4 Elemente componente ale partii active a burghiului

Figura 3 Elemente constructive ale burghiului elicoidal

Taisurile principal trebuie sa aiba extindere pe toata raza gaurii, pentru a indeparta intregul adaos de material (cazul gauririi in plin).

Taisurile secundare au unghiul de atac c'_r , practic egal cu zero, netezind suprafata cilindrica a gaurii. De-a lungul taisului secundar exista o fateta cilindrica cu unghi de asezare zero, avand functia fetei de asezare secundare de la cutitul de strung si rolul de a ghida scula in gaura.

In cazul burghielor elicoidale, taisurile principale nu sunt concurente cu axa burghiului, deoarece intre canalele elicoidale se lasa un miez cilindric, pentru cresterea rezistentei burghiului. Pe portiunea acestui miez, taisurile principale se continua pana la axa burghiului prin taisul transversal.

Miscarea de aschiere prin care taisurile principale detaseaza aschii este efectuata, de regula, prin rotatia sculei si numai in anumite cazuri prin rotatia piesei (ca de exemplu la gaurirea pe strung) sau exceptional prin rotatia simultana a sculei si piesei. Aceasta miscare se executa in plan orizontal sau vertical.

Cota diametrala a gaurii este reprodusa prin diametrul corespunzator al sculei, iar avansul de reglare radial pentru realizarea adancimii de aschiere nu mai este necesar in acest caz.

3. Cinematica burghierii si dimensiunile aschiei.

Pentru detasarea aschiei, taisului burghiului elicoidal, trebuie sa i se imprime o miscare de rotatie (miscarea de aschiere) cu n [rot/min] in jurul axei gaurii de prelucrat, precum si o miscare de translatie (miscarea de avans) in lungul aceleiasi axe (figura 1).

Viteza in miscarea de rotatie (miscarea de aschiere), pentru un punct de raza R al muchiei aschietoare, se calculeaza cu relatia:

[m/min] (1)

Datorita pozitiei muchiei aschietoare in raport cu axa burghiului, vitezele in miscarea de aschiere a punctelor A si B sunt diferite. Ca urmare traiectoriile punctelor A si B sunt linii elicoidale cu inclinari diferite (figura 5). Unghiul directiei de aschiere h este variabil in lungul muchiei aschietoare, lucru ce are influente asupra geometriei functionale.

Translatia in lungul axei gaurii de prelucrat constituie miscarea de avans, avand viteza v_f, data de relatia:

[mm/min] (2)

in care f [mm/rot], este avansul.

Muchia aschietoare AB genereaza suprafata aschiata sub forma unei suprafete elicoidale riglate cu pas egal cu avansul f (figura 6). Suprafata generata de muchia de aschiere secundara este o suprafata cilindrica (suprafata prelucrata).

Figura 5 Cinematica burghierii

Figura 6 Suprafete generate la burghiere

In figura 7, sunt prezentati parametrii tehnologici ai aschiei la burghiere, pentru cateva cazuri tipice.

c)

a) b) d)

Figura7 Parametrii tehnologici ai aschiei la burghiere

Se defineste planul de lucru, intr-un punct de raza r al taisului, ca fiind un plan ce contine punctul considerat si este tangent la cilindrul de raza r coaxial cu burghiul (figura 8).

Adancimea de aschiere a_p, definita ca marimea contactului taisului principal al sculei cu semifabricatul, masurata intr-o directie perpendiculara pe planul de lucru, este egala cu raza alezajului prelucrat, cu exceptia burghiului carotier (figura 7,b). La burghiul ejector (figura 7,c), taisul principal este discontinuu, adancimea de aschiere se obtine prin insumarea latimilor de aschiere corespunzatoare dintilor sculei.

Avansul pe dinte f_d este definit ca distanta intre doua suprafete de aschiere consecutive masurata pe directia de avans. Pentru burghiul elicoidal, valoarea avansului este data de relatia:

[mm/rot] (3)

Pentru burghiele cu un singur tais (figura 7,d), avansul este f = f_d.

Forma aschiei (grosimea aschiei) la burghiere se modifica odata cu schimbarea geometriei sculei, crescand odata cu cresterea unghiului de atac, conform relatiei: (4)

4. Geometria burghiului elicoidal

Datorita faptului ca miscarea de aschiere si miscarea de avans se realizeaza simultan, parametrii geometrici ai burghiului elicoidal sunt unghiuri constructive si unghiuri functionale (active).

1.Unghiurile constructive. Datorita modului cum este conceput burghiul elicoidal, parametrii geometrici constructivi vor fi definiti ca pentru o scula de strunjit interior, in punctul M al taisului principal (figura 8), se definesc:

c_r , unghiul de atac principal, masurat intre proiectia taisului principal in planul de baza si directia de avans;

a_M, unghiul de asezare, masurat in plan paralel cu axa burghiului ce contine directia miscarii de aschiere, format de planul tangent la fata de asezare principala si directia miscarii de aschiere;

g_M , unghiul de degajare, masurat intre planul de baza constructiv si planul tangent la fata de degajare principala, in planul de masurare (plan normal pe muchia aparenta aschietoare);

w_M unghiul de inclinare al elicei suprafetei elicoidale a fetei de degajare (canalelor de evacuarea aschiilor), masurat in planul de lucru;

l_M unghiul de inclinare al muchiei aschietoare, definit ca unghiul dintre planul de baza constructiv, corespunzator punctului M si muchia aschietoare principala;

a_t si g_t, unghiurile de asezare si degajare ale taisului transversal (taisul rezultat din intersectia celor doua suprafete de asezare principale ale celor doi dinti ai burghiului);

y , unghiul de inclinare al taisului transversal, masurat intre proiectiile muchiilor aschietoare ale taisurilor principale si a taisului transversal, intr-un plan perpendicular pe axa burghiului;

c'_r unghiul de atac secundar, masurat intre tangenta la muchia aschietoare secundara si directia de avans;

e_r unghiul la varf.

In planul de lucru, unghiul de degajare g_M este egal cu unghiul de inclinare al suprafetei elicoidale a fetei de degajare.

(

Pasul canalului elicoidal fiind acelasi, oricare alt punct 8 de pe taisul principal va avea alt unghi w mai mic, corespunzator diametrului pe care este infasurata elicea.

sau (6)

Intre unghiul de degajare g_M si w_M exista o legatura de forma:

(7)

Unghiul de degajare real g_M definit in planul ce contine directia reala de degajare a aschiilor este diferit de marimea data de relatia (7), pentru punctele dinspre axa burghiului, unde are valori usor negative.

2. Unghiuri functionale. La burghiele elicoidale, datorita pozitiei particulare a muchiilor aschietoare, parametrii geometrici functionali difera substantial, in anumite puncte de pe tais, fata de valorile constructive. Unghiurile de asezare a_Me si de degajare g_Me, definite in planul de lucru, se definesc in raport cu planul de baza functional, plan ce contine punctul considerat pe tais si este perpendicular pe directia miscarii rezultante de aschiere (v_e).

Unghiul directiei miscarii de aschiere in punctul M, se determina cu relatia:

(8)

Valorile unghiurilor functionale a_Me si g_Me sunt:

(9)

Figura 8 Geometria burghiului elicoidal

Pentru o anumita marime a avansului, unghiul de asezare functional scade spre axa burghiului, ceea ce impune realizarea unui unghi de asezare constructiv crescator spre axa burghiului (pana la 2530).

Unghiul de degajare functional este intotdeauna mai mare decat cel constructiv. Unghiul de degajare g_t al taisului transversal are valori negative (-15 -45), iar unghiul de asezare a_t are valori mici. Ca urmare, are loc o deformare intensa a aschiei, cresc fortele de frecare, se mareste lucrul mecanic de aschiere si creste cantitatea de caldura dezvoltata. Micsorarea unghiului de inclinare al taisului transversal y conduce la cresterea unghiului g_t, deci la imbunatatirea conditiilor de formare a aschiei, dar si la cresterea lungimii acestui tais.

La burghiere, mai mult decat la alte procedee de aschiere, conditiile de lucru variaza mult in lungul muchiilor aschietoare, pe de o parte datorita variatiei vitezei miscarii de aschiere, iar pe de alta parte, datorita modificarii substantiale a valorilor parametrilor geometrici functionali.

5. Uzura burghiului elicoidal.

Taisurile secundare ale celor doi dinti, sunt puternic solicitate termic, datorita frecarilor cauzate de unghiurile mici de atac si de asezare (a_t = 0) si datorita faptului ca ele, avand raza maxima, lucreaza cu cea mai mare viteza de aschiere dintre toate punctele taisurilor active.

Conditiile de evacuare a caldurii din zona de aschiere prin scula sunt dificile, deoarece toti dintii sculei se afla permanent in contact cu aschia si suprafata prelucrata. Faptul ca aschia ramane mult timp in zona de aschiere, patrunderea mediului de aschiere este dificila. Cantitatea de caldura ce revine sculei de burghiat, din totalul caldurii degajate in proces, este mai mare cu circa 15%.

Temperaturile maxime se gasesc pe fata de degajare, in zona varfului dintelui sculei si in lungul taisului transversal. Uzura burghiului este mai accentuata in aceste zone, uzura maxima manifestandu-se in zona varfurilor sculei (figura 9).

Figura 9 Uzura burghiului elicoidal

La burghiul elicoidal se deosebesc urmatoarele forme de uzura:

- uzura fetei de asezare principale (criteriul VB);

- uzura fetei de degajare (criteriul KB);

uzura coltului burghiului (criteriul VB_max);

uzura fatetelor (criteriul VA);

uzura taisului transversal (criteriul VB_T).

Uzura de colt conduce la scurtarea lungimii partii active a burghiului prin reascutire. Uzura fatetelor duce la formarea unei conicitati, putandu-se produce intepeniri ale sculei urmate de ruperi ale acesteia. Uzura taisului transversal produce marirea exagerata a fortei de avans.

Uzura caracteristica a burghielor, datorita careia se considera ca burghiul isi pierde capacitatea de aschiere si necesita sa fie reascutit, este uzura fetei de asezare (criteriul VB) la burghierea otelurilor. La prelucrarea fontelor uzura caracteristica este uzura de colt (criteriul VB_max).

In vederea cresterii durabilitatii burghielor elicoidale, se pot aduce o serie de modificari constructive privind modificarea geometriei partii active

In figura 10 sunt prezentate cateva dintre geometriile utilizate in scopul cresterii durabilitatii sculei: ascutirea dubla (figura 5.10,a); ascutirea Elbitor (figura 10,b) si ascutirea cu taisuri curbe (figura 10,c).

Figura 10 Tipuri de geometrii utulizate pentru cresterea durabilitatii burghielor

6. Regimul de aschiere la burghiere

Adancimea de aschiere a_p , conform schemelor din figura 7, este data de relatia: [mm] (10)

Avansul f, se calculeaza cu o relatie de forma:

[mm/rot] (11)

in care: K_f este coeficientul de corectie in functie de lungimea gaurii burghiate: C_f, constanta ce depinde de natura si duritatea materialului aschiat; D [mm] diametrul burghiului.

Viteza de aschiere v se stabileste cu relatia:

[m/min] (12)

in care: D este diametrul burghiului; T [min] durabilitatea economica a burghiului; f [mm/rot] avansul; C_v si exponentii, se aleg din tabele, in functie de calitatea materialului de prelucrat si a materialului sculei; K_v, coeficient de corectie.

Turatia burghiului sau a piesei (dupa caz), se determina cu relata:

[rot/min] (13)

Parametrii regimului de aschiere calculati trebuie adaptati la posibilitatile de realizare ale masinii-unelte pe care se face operatia de burghiere.

7. Fortele, momentul si puterea de aschiere

Datorita faptului ca burghiul poate fi considerat ca un ansamblu de scule de strunjit interior, componentele fortei de aschiere sunt de aceeasi natura cu cele ce apar la strunjirea interioara, in afara acestor componente trebuie sa se tina seama ca la gaurire, in zona taisului transversal, detasarea aschiei este mult ingreunata de unghiurile negative ale acestui tais, precum si de fortele mari de frecare de pe cele doua fete de asezare principale.

Pentru calculul fortei de aschiere (figura 11) se considera un element de aschie de latime d_b si grosime a.

Figura 11 Elemente necesare calculului fortei la burghiere

Forta tangentiala (de aschiere) elementara se poate exprima prin:

(14)

sau, tinand seama de dependenta dintre forta specifica K_c si grosimea aschiei:

(15)

cunoscand ca si forta de aschiere totala, pentru un tais, se obtine insumand toate fortele elementare ce actioneaza pe sectiunea aschiei, adica prin integrarea relatiei (15).

(16)

Momentul total de aschiere se obtine inmultind momentul ce actioneaza pe un tais cu numarul taisurilor sculei:

(17)

Forta elementara normala pe tais dF_n, prin descompunere, conduce la fortele dF_A in directia axei sculei si dF_r in directia razei punctului considerat. Se observa ca, pentru un burghiu cu taisuri simetrice, suma fortelor dF_r este nula si ca forta axiala este egala cu suma fortelor elementare dF_A corespunzatoare taisurilor sculei, la care se adauga forta axiala datorata taisului transversal F_T.

In practica, se utilizeaza, atat pentru calculul fortei axiale cat si a momentului si relatii de tip exponential de forma:

[N] (18)

[Nm] (19)

in care constantele, exponentii si coeficientii de corectie se determina experimental, pentru cazuri concrete de aschiere.

Alte relatii de calcul pentru eforturile de aschiere sunt:

- forta de aschiere

[N] (20)

- forta specifica de aschiere

[N/mm²] (21)

Puterea efectiva la burghiere se poate calcula cu relatia:

[W] (22)

Energia specifica de aschiere:

[ j/mm³] (23)

in care: M [Nm], momentul de torsiune; D [mm], diametrul burghiului;

n [rot/min], turatia burghiului; f [mm/rot], avansul.