GENERAREA PRIN RECTIFICARE

GENERAREA PRIN RECTIFICARE

1. Generalitati

Rectificarea este un procedeu de prelucrare ce utilizeaza scule cu taisuri constituite din muchiile unei multimi de granule abrazive (materiale dure cristaline) legate intre ele printr-un liant. Spre deosebire de procedeele prezentate anterior, ce folosesc scule aschietoare cu partea activa bine definita geometric, la rectificare, taisurile sunt nedefinite avand forme si orientari necontrolabile.

Procedeul se utilizeaza atunci cand aschierea cu scule metalice este neeconomica sau imposibila, cum este cazul prelucrarii materialelor foarte dure sau cand se impun calitati de suprafata deosebite (precizie ridicata de dimensiuni, forma si pozitie relativa) si o suprafata optic estetica. Cum aceste cerinte au tot crescut, alaturi de aceea de crestere a productivitatii operatiei, rectificarea s-a dezvoltat si ea continuu.

Metodele de generare prin rectificare sunt asemanatoare cu cele utilizate la frezare, prelucrarile tipice fiind prezentate in figura 1.

Figura 1 Metode de generare prin rectificare

Prelucrarea se realizeaza pe masini de rectificat ce au o structura cinematica asemanatoare cu a masinilor de frezat. Miscarile necesare generarii suprafetei sunt:

- miscarea de aschiere 1, este o miscare de rotatie realizata numai de scula abraziva, la fel ca freza, cu o viteza v = 1540 [m/s];

- una sau doua miscari de avans 2, 3, miscari efectuate fie de catre piesa, fie de catre scula, cu viteze mai mici:

- v_f = 12 [m/min], viteza avansului principal;

- f_l [mm/rot], avansul de trecere (longitudinal);

- f_t = 0,010,07 [mm/cursa],avansul de patrundere (transversal);

- v_p = 20 100 [m/min], viteza piesei.

2. Constructia sculelor abrazive

Sculele (corpurile) abrazive sunt constituite din granule abrazive legate intre ele printr-un liant. Caracteristicile principale ale sculelor sunt: materialele abrazive, granulatia, gradul de duritate, liantul si structura (figura 2).

Materialele abrazive sunt materiale dure cristaline sub forma de granule care prin muchiile si varfurile lor ascutite au proprietati aschietoare (figura 3). Pot fi materiale naturale sau sintetice.,

Electrocorindonul se obtine in cuptoare electrice din bauxita si carbune. Se diferentiaza dupa gradul de puritate in electrocorindon negru (7075)% Al₂O₃, pana la electrocorindon nobil (peste 99% Al₂O₃). Se foloseste pentru prelucrarea materialelor care dau aschii lungi si au rezistente mari (oteluri aliate si nealiate, bronzuri cu tenacitate mare).

Carbura de siliciu se elaboreaza in cuptoare electrice prin reactia dintre cuartul pur (9799,5)% SiO₂ si carbune. Se preteaza pentru prelucrarea materialelor de rezistenta mica si care dau aschii scurte (fonta cenusie, fonta dura, materiale neferoase si nemetalice);

Carbura de bor este mai dura decat carbura de siliciu si se foloseste aproape exclusiv ca granule nelegate (libere) pentru lepuire.

Nitrura de bor cubic cristalina (CBN) cu denumirea comerciala de Borazon, Elbor, Cubonit, are duritatea cea mai mare, dupa diamant. Se obtine din nitrura de bor hexagonal cristalina, prin recristalizare la temperaturi si presiuni ridicate. Diamantul este cel mai dur material abraziv.

Granulatia este o masura pentru marimea granulei abrazive. Ea se exprima fie in mm, fie in numar de ochiuri pe tol a sitei care inca permite trecerea granulei. Dupa acest ultim criteriu, granulatia poate fi groba (624), mijlocie (3060), fina (70180) si foarte fina (220 1200).Granulatia se alege dupa urmatoarele criterii: pentru materiale moi si ductile, granulatie mare; pentru o rugozitate buna, granulatie mai fina; iar pentru o productivitate mare granulatia trebuie sa fie mare.

Gradul de duritate a corpului abraziv este definit ca rezistenta puntilor de liant la smulgerea din structura a unei granule uzate ( a nu se confunda cu duritatea granulei).

Gradul de duritate este simbolizat, cu litere mari ale alfabetului:

- A, B, C, D, scule extrem de moi;

- E, F, G, scule foarte moi;

- H, l, J, K, scule moi;

- L, M, N, O, scule cu duritate mijlocie;

- P, Q, R, S, scule dure;

- T, U, V, W, scule foarte dure;

- X, Y, Z, scule extrem de dure.

Duritatea corpului abraziv se alege dupa urmatoarele criterii: cu cat materialul piesei este mai dur, cu atat mai moale trebuie sa fie discul (granulele uzate trebuie sa se desprinda mai repede); cu cat suprafata de contact este mai mica (rectificarea exterioara), duritatea se alege mai mare; cu cat viteza discului este mai mare si adancimea de aschiere mai mica, cu atat mai moale trebuie sa fie discul abraziv; utilizarea discurilor dure presupune o dinamica mai buna a masinii.

Autoascutirea discului abraziv. Pe masura ce taisurile granulei abrazive se tocesc (se uzeaza), fortele de aschiere cresc si apare fenomenul de smulgere a granulei din liant, fapt ce asigura o prezenta continua de granule neuzate la periferia discului.

Daca discul abraziv are o duritate redusa, granulele uzate sunt smulse cu usurinta din liant, procesul de aschiere continuand normal. Aceasta are ca efect modificarea formei suprafetei active a discului, necesitand o operatie de corectare ce se realizeaza prin strunjire fina cu diamant.

Daca discul abraziv are o duritate mare, granulele uzate sunt retinute un timp mai indelungat, fapt ce duce la pierderea treptata a capacitatii de aschiere. Refacerea capacitatii de aschiere a discului abraziv se realizeaza prin strunjire cu diamant sau cu un corp abraziv cu duritate mai mare.

Structura sculei abrazive se defineste ca distanta dintre granule. Fiecarei clase de structura ii corespunde un anumit procent volumic (V_g) de granule. Diferenta pana la volumul discului V (= 100%) este ocupata de lianti (V_l) si pori (V_p), conform relatiei: V_g + V_l + V_p = V= 100%    (1)

Structura este normata in 15 clase (de la 0 la 14). Structura 0, numita si inchisa, are V_g = 62%, iar pentru fiecare clasa in descrestere va corespunde o scadere de 2% a lui V_g .

Liantul are rolul de a tine legate granulele abrazive si este puternic solicitat mecanic si termic.

Liantii ceramici se utilizeaza in 80% din cazuri. Au posibilitati de gradare a duritatii, porozitate mare, rezistenta la influenta lichidului de aschiere, sunt putin sensibili cu temperatura, dar foarte sensibili la socuri.

Rasinile sintetice (epoxidice) nu sunt sensibile la socuri si de aceea se folosesc la discuri abrazive cu latime mica (< 3 mm) destinate debitarii, debavurarii sau la sculele cu granulatie foarte fina.

Liantii minerali (silicati, magneziti) se folosesc la constructia sculelor utilizate la rectificarea uscata a pieselor subtiri sensibile la temperatura si la ascutirea sculelor aschietoare.

Liantii organici (cauciucul, rasinile naturale) se folosesc pentru discuri de debitat.

Liantii metalici (pulberi de otel sau de bronz) se folosesc pentru discurile cu granule de diamant sau CBN. Au tenacitate mare, sensibilitate scazuta la temperatura, ulei, apa si cuprind bine granulele.

3. Procesul formarii aschiei la rectificare

Taisurile granulelor (figura 3) au un pronuntat unghi de degajare negativ, producand la aschiere deformari plastice mari si temperaturi ridicate. Pentru cazul rectificarii plane, traiectoriile taisurilor, ca si la frezare, vor fi ortocicloide buclate (figura 4).Spre deosebire de frezare, numarul taisurilor este foarte mare, distributia lor este stochastica, dispunerea lor nu este uniforma (pe acelasi diametru), iar viteza discului este cu cel putin un ordin de marime hexazecimal mai mare decat la aschierea cu muchii definite. In aceste conditii grosimea maxima a_max si unghiul b vor fi foarte mici, ceea ce face ca fenomenele sa devina mai complexe.

a) b) c)

d)

Figura 4 Traiectoriile taisurilor in cazul rectificarii plane

Taisul granulei ajunge dupa un timp foarte scurt (din cauza uzarii) la o valoare de ordinul r mm. Din cauza grosimii foarte mici a aschiei, granula incepe sa alunece pe suprafata de aschiere cu o presiune radiala si cu forte de frecare treptat crescatoare, producand o strivire (ecruisare) a stratului superficial. Pe masura ce stratul de aschiere se ingroasa, granula patrunde in el, producand la inceput numai o zgarietura cu o usoara refulare de material in fata si lateral (figura 4,b) si abia ceva mai tarziu detaseaza aschia (figura 4,c).

Fenomenele de strivire si de zgariere din primele faze sunt cu atat mai intense, cu cat grosimea aschiei este mai mica si cu cat raza de rotunjire r este mai mare.

Aschia in timpul deformarii, va avea trei zone distincte (figura 4,d):

zona I, granula aluneca pe suprafata. Lungimea acestei zone depinde de valoarea unghiului β. Cu cat acesta este mai mic, lungimea zonei va fi mai mare;

- zona II, se produce deformarea plastica;

- zona III, se produce aschierea propriu zisa.

4. Rugozitatea suprafetei rectificate

Din punct de vedere geometric, rugozitatea se formeaza ca rezultat ai copierii urmelor lasate de granulele abrazive. Datorita faptului ca o granula abraziva ridica microaschii cu forte specifice mari, au loc deformatii plastice intense care deformeaza microrelieful obtinut ca rezultat al actiunii parametrilor geometrici ce caracterizeaza granulele abrazive.

Netezimea suprafetei prelucrate este determinata de densitatea zgarieturilor pe unitatea de suprafata si de forma acestora, respectiv de forma granulelor abrazive care le-au produs (figura 5,a). Daca pe una si aceeasi latime l₁ a suprafetei se produc mai multe detasari de microaschii, inaltimea microneregularitatilor lasate pe piesa se micsoreaza de la H₁ la H₂ si H₃.

f₁>f₂>f₃

a) b

Figura 5 Rugozitatea suprafetelor rectificate

Aceasta presupune fie ca un numar cat mai mare de granule sa treaca simultan prin sectiunea de latime l₁ , adica discul abraziv sa aiba o structura cat mai deasa si o granulatie cat mai fina, fie un numar mic de granule dispuse mai rar, sa treaca de mai multe ori prin una si aceeasi sectiune, in acest caz este necesara trecerea discului de mai multe ori prin aceeasi sectiunea de latime l₁ . Practic aceasta se obtine asigurand discului o miscare de avans 3, paralela cu generatoarea suprafetei si cu valori mai mici decat latimea B a discului (figura 5,b).

In concluzie, imbunatatirea netezimii suprafetei la rectificare se obtine prin marirea numarului de treceri si prin micsorarea granulatiei sculei abrazive.

5. Generarea suprafetelor plane

Metodele de generare sunt asemanatoare cu cele utilizate la prelucrarea prin frezare a suprafetelor plane, in figura 6 se prezinta variante de generare a suprafetelor plane, utilizand generatoare materializate prin muchia aschietoare a sculei abrazive si generatoare cinematice obtinute prin miscarile de avans.

In toate cazurile, curba directoare este obtinuta cinematic ca infasuratoare a unor traiectorii cicloidale C (descrise de puncte de pe G).

Figura 6 Variante teoretice de generare a suprafetelor plene prin rectificare

Prima varianta (figura 6,a), utilizeaza generatoarea G rectilinie materializata prin muchia aschietoare a sculei cilindrice (generatoarea geometrica a discului abraziv), cuprinsa in suprafata S, de forma cilindrica. Miscarea de rotatie 1 a sculei, in jurul axei sale, asigura viteza de aschiere v. Miscarea rectilinie (de avans) 2 de viteza v_f aduce noi straturi de material in vederea indepartarii de catre granulele abrazive ale sculei abrazive, in urma acestor miscari, fiecare punct al generatoarei G descrie o curba cicloidala C, a carei infasuratoare este directoarea rectilinie D. Miscarea 3 serveste la reglarea adancimii de aschiere dupa fiecare trecere, iar miscarea 4 pentru pozitionarea sculei fata de piesa semifabricat inainte de inceperea prelucrarii.

In figura 6,b se prezinta generarea unei suprafete compuse S_p (din S_p1 si S_p2) cu ajutorul a doua generatoare G, materializate prin cele doua parti active ale sculei (G₁ pe partea plana si G₂ pe partea cilindrica).

Variantele de prelucrare se pot clasifica in functie de pozitia relativa scula-piesa si relatiile dintre miscari (figura 7).

Dupa forma suprafetei active a discului, rectificarea poate fi cilindrica (figura 7,a) si frontala (figura 7,b), iar dupa directia de avans se disting prelucrari longitudinale, transversale si combinate (figura 7,cf).

a)                                      b)

b)                                      d)

e) f)

Figura 7 Variante de rectificare a suprafetelor plane

6. Generarea suprafetelor exterioare de revolutie

Generarea suprafetelor exterioare de revolutie cilindrice, conice sau profilate se realizeaza in doua variante (figura 8):

cu generatoare G total materializata (varianta de prelucrare cu avans de patrundere);

cu generatoare G partial materializata (varianta de prelucrare cu avans longitudinal).

Figura 8 Generarea prin rectificare a suprafetelor exterioare de revolutie

Deosebirile dintre cele doua variante sunt de natura cinematica. La prima varianta miscarea 2' se realizeaza continuu, simultan cu 1 si 2, iar miscarea 3 este continua. La cea de a doua varianta miscarea 2' este intermitenta, dupa fiecare cursa a miscarii 3.

Variantele de generare cu avans de patrundere corespund situatiei cand lungimea suprafetei S_p este mai mica decat lungimea generatoarei G materializata de partea activa a discului abraziv.

Directoarea circulara D, se obtine cinematic ca infasuratoare a unei curbe cicloidale C descrisa de un punct M al generatoarei. Pentru descrierea curbei C sunt necesare doua miscari: o miscare de rotatie 1, de viteza v ( in jurul axei OO') executata de scula, si o miscare de rotatie 2, avand rol de avans circular (in jurul axei O₁O₁'), realizata de piesa. Axa OO' face un unghi j = 90 cu urma celor doua plane, la prelucrarea suprafetelor cilindrice, iar la prelucrarea suprafetelor conice poate fi perpendiculara pe planul D₀, generatoarea G fiind inclinata cu un unghi e = 90 fata de urma celor doua plane.

Pentru generarea suprafetelor exterioare sunt necesare urmatoarele miscari: miscarea de rotatie 1 a planului G₀ in jurul unei axe OO'; miscarea de rotatie 2, executata de planul D₀ sau G₀ in jurul axei O₁O₁'; miscarea de translatie 2' (avans continuu in cazul prelucrarii dupa varianta de generare cu avans de patrundere, sau intermitent in cazul prelucrarii cu avans longitudinal, executat pe directia axei y de catre planul D₀); miscarea de translatie 3, executata numai in cazul prelucrarii dupa varianta cu avans longitudinal si realizata de planul D₀/G₀ in scopul obtinerii dimensiunilor generatoarei.

In figura 9 sunt prezentate metode de rectificare a suprafetelor cilindrice si profilate: prelucrare cu avans longitudinal (figura 9,a,c); prelucrare cu avans de patrundere (figura 9,b,d,e,g,h); prelucrarea fara varfuri pentru piese de rigiditate mica (figura 9,f). Pentru uniformizarea uzurii discului abraziv se utilizeaza o miscare ce nu contribuie la generarea suprafetei (miscarea 3 pentru variantele din figura 9,b,c,g).

Figura 9 Metode de rectificare a suprafetelor cilindrice si profilate

Pentru piesele cilindrice cu rigiditate mare intregul adaos de prelucrare (£0,4 mm) poate fi indepartat la o singura trecere. Discul abraziv este prevazut cu o parte conica la un unghi a 14 (figura9,b,c). Variantele pentru prelucrarea suprafetelor conice exterioare sunt prezentate in figura 10.

Figura 10 Variante de prelucrare a suprafetelor conice exterioare

7. Generarea suprafetelor interioare de revolutie

Generarea suprafetelor interioare se bazeaza pe variante de generare asemanatoare cu cele din figura 8, cu deosebirea ca rulanta se afla in interiorul curbei directoare.In functie de raportul l / B (lungimea piesei/latimea discului abraziv) se deosebesc doua metode de generare: generarea cu generatoare total materializata (l / B < 1 si l < 80mm); generarea cu generatoare partial materializata (l / B > 1). Pentru obtinerea suprafetei S_p de forma cilindrica, conica sau profilata se utilizeaza generatoare materializate prin suprafata de forma cilindrica, conica sau profilata a sculei abrazive. Directoarea D se obtine cinematic ca infasuratoare a curbelor cicloidale. Variantele de prelucrare folosite sunt prezentate in figura 11.

Rectificarea cu avans de patrundere radial (miscarea 3 din figura 11,a) sau axial (miscarea 3' din figura 11,b), este folosita la prelucrarea alezajelor cu l < 80 mm. Avansul poate fi realizat de scula sau de piesa.

Rectificarea cu avans longitudinal (figura 11,c) este folosita la prelucrarea suprafetelor la care raportul l / B >1.

Rectificarea fara varfuri (figura 11,d) este folosita la prelucrarea gaurilor in bucse sau piese inelare care au o suprafata frontala rectificata.Variantele de prelucrare cu piesa fixa (figura 11,d) sunt folosite la prelucrarea pieselor de dimensiuni mari ce nu pot fi rotite.

Figura 11 Generarea prin rectificare a suprafetelor de revolutie interioare