---

 

CONSTRUCTII DE MASINI

PROIECTAREA SCULELOR

ASCHIETORAE

 

Cutit roata de mortezat

Pentru dantura exterioara

 

Cutit roata pentru prelucrarea elementelor angrenajului cu dantura exterioara:

numarul de dinti z₁=25; z₂=50;

unghiul de inclinare al danturii ;

materialul semifabricatului OLC45;

modulul m=4;

cremaliera de referinta ;

latimea rotilor b=15[mm];

A. MEMORIU TEHNIC

1. Consideratii generale

Prin proiectarea unei scule se intelege stabilirea tipului de scula, a formei si elementelor constructiv dimensionale ale partii active de aschiere, a partii de fixare in suportul port-scula precum si determinarea parametrilor geometrici ai partii aschietoare.

Practic la proiectarea unei scule se urmareste solutionarea optima a comportarii acesteia in procesul de aschiere urmarindu-se cresterea productivitatii de aschiere si asigurarea preciziei de prelucrare cerute, reducerea pretului de cost al prelucrarii si asigurarea conditiilor de munca in conformitate cu N.T.S.M.

Munca de proiectare a unei scule aschietoare in general trebuie sa contina urmatoarele etape logice de proiectare:

stabilirea tipului de scula si schemei de aschiere al acesteia

alegerea semifabricatului si caracteristicile fizico-chimice ale materialului acesteia

stabilirea dimensiunilor constructive

alegerea parametrilor geometrici constructivi si parametrilor geometrici tehnologici

calculul regimului de aschiere si a momentelor care solicita sistemul tehnologic elastic MDSP

stabilirea metodei si schemei de ascutire si reascutire si superfinisare a partilor active

stabilirea sistemului de fixare si rigidizare

verificarea la rezistenta si rigiditate a partilor de aschiere si de fixare a asulei

stabilirea conditiilor tehnice de proiectare si exploatare

intocmirea documentatiei tehnice    de executie: desenul de subansamblu (scula port-scula), desenul de executie al sculei

Procesul de aschiere a metalelor consta in detasarea unui strat de material, sub forma de aschii. Detasarea acestora se face cu ajutorul unei scule, a carei parte activa are o duritate cu cel putin 5 - 6 unitati Rockwell superioara duritatii materialului prelucrat.

Cutitul roata este singura scula de danturat, care functionand dupa metoda rostogolirii, nu materializeaza in procesul de prelucrare o cremaliera generatoare, ci o roata dintata generatoare care in timpul danturarii angreneaza cu semifabricatul, prelucrandu-l. Astfel lungimea activa la o danturare, o constituie toata circumferinta cutitului roata, spere deosebire de freza-melc, unde scula prelucreaza cu o anumita portiunea sa toata roata dintata.

Scula cutit roata seamana, dupa cum arata si denumirea, cu o roata dintata pe care s-a prevazut geometria necesara aschierii (unghi de asezare si de degajare). In urma acestei constructii, scula poate fi considerata ca o roata dintata cu o corijare variabila, avand in fiecare sectiune elementara, o alta deplasare de profil.

Marimea acestei deplasari variaza liniar fiind pozitiva in sectiunea I-I trecand prin valoarea 0 in sectiunea II-II, numita sectiunea de referinta, fiind negativa in ultima sectiune utilizabila III-III. Profilele evolventice se afla in sectiuni normale pe axa, fiind generate toate pe acelasi cilindru de baza.

Cinematica masinii unelte da posibilitate sculei de a avea o miscare verticala alternativa prin desprinderea aschiilor, o miscare de indepartare de semifabricat, la cursa inactiva, pentru a nu apare frecari pe suprafata deja aschiata, o miscare de avans de rostogolire, necesara generarii evolventei si parcurgerii circumferintei semifabricatului si un avans de patrundere la adancimea danturii.

Intr-o anumita sectiune A-A a cutitului roata la distanta a (numita distanta sectiunii initiale), data de relatia:

deplasarea profilului initial al cremalierei se ia zero, adica: . In aceasta sectiune dimensiunile dintilor cutitului roata (respectiv grosimea dintelui, masurata pe cercul de divizare, inaltimea capului dintelui si inaltimea piciorului dintelui), vor fi egale cu dimensiunile corespunzatoare ale profilului initial al cremalierei sculei.

In sectiunile aflate intre fata de degajare si sectiunea initiala deplasarea va fi pozitiva, in sectiunile aflate intre sectiunea initiala si suprafata de sprijin a sculei deplasarea va fi negativa.

Cunoscand dimensiunile dintelui sculei in sectiunea initiala se pot calcula dimensiunile dintelui pentru orice alta sectiune si in special pentru sectiunea I-I, corespunzatoare fetei de degajare in care deplasarea este .

Tinand seama ca scula se uzeaza in timpul lucrului dupa gradul de uzura, adica de reascutire, ea va forma in roata dintata prelucrata corijari diferite de dantura, dupa deplasarea a a sectiunii cu care lucreaza scula.

Cutitele roata se executa in cinci tipuri: I, II, III, IV, V, si trei clase de precizie si anume:

- tip I, cutit roata disc, cu dantura dreapta , clasele de precizie AA, A si B, cu diametrul de divizare D_d aproximativ 75 [mm], 100 [mm], 160 [mm] si 200 [mm];

- tip II, cutit roata disc cu dantura inclinata;

- tip III, cutit roata oala cu dantura dreapta cu diametrul de divizare D_d aproximativ75 [mm], 100 [mm], 125 [mm] si clasele de precizie AA, A si B si cu diametrul de divizare D_d aproximativ 50 [mm], in clasele de precizie A si B;

- tip IV, cutit roata cu coada cu dantura dreapta, clasa de precizie B cu diametrul de divizare, D_d aproximativ 25 [mm], si 38 [mm] ;

- tip V cutit roata cu coada cu dantura inclinata;

2. Materiale pentru confectionarea cutitelor roata

Materialele folosite pentru constructia cutitelor roata trebuie sa satisfaca trei conditii principale:

- sa aiba rezistenta mecanica suficienta (rezistenta la incovoiere si rezilienta constituie factori importanti in legatura cu domeniul de utilizare a diferitelor materiale pentru scule; de asemenea este importanta rezistenta la compresiune). Fata de degajare a sculelor suporta sute si chiar mii de kilograme - forta. In plus, datorita formarii succesive a elementelor de aschie, solicitarea este variabila. La aceasta se adaoga si vibratiile care se pot produce.

- sa aiba o buna rezistenta la uzura (caracterizata prin duritatea materialului)

- sa aiba stabilitate termica

Afara de aceste trei proprietati principale, materialele de scule este bine sa aiba o conductibilitate termica suficienta, ceea ce ajuta la imprastierea caldurii in tais si in corpul sculei, evitandu-se astfel concentrarea caldurii.

Toate aceste proprietati sunt in legatura cu posibilitatea maririi productivitatii in unitatea de timp, deoarece un material de scule, care satisface conditiile enumerate, permite intensificarea regimului de aschiere.

Pe langa acestea, proprietatea de ardere (formare de depuneri pe tais) influenteaza, din punctul de vedere al sculei, in senul maririi fortelor de frecare care au loc pe fetele sculei.

Se recomanda ca si materiale pentru executia cutitelor roata urmatoarele oteluri slab aliate (mai rar): C15; MCW14, sau din urmatoarele oteluri bogat aliate C120; Rp3 si Rp4.

Otelurile aliate, pe langa continutul ridicat de carbon pe care-l au (0,7.2,2%), contin si elemente de aliere ca W, Cr, Co, Va, Ni, Mo, Mn, elemente care asigura otelurilor proprietati aschietoare superioare otelurilor carbon de scule. Compozitia si proprietatile fizice ale otelurilor de scule aliate sunt standardizate in STAS 361-80 si 7382-80.

Elementele de aliere au ca rol principal imbunatatirea calitatii prin marirea adancimii stratului calit, micsorarea pericolului de deformare si fisurare datorita vitezelor reduse de racire si asigurarea duritatii corespunzatoare pentru o parte activa de scula aschietoare.

Otelurile slab aliate, din categoria carora fac parte otelurile C15 si MCW14 au o stabilitate termica superioara OSC. Datorita elementelor de aliere , calirea lor se face cu racire in ulei (la 20⁰.60⁰C), in cazul broselor simple, sau se poate face cu racire in bai de saruri (la 160⁰.180⁰C), pentru brosele cu configuratie complexa.

Otelurile bogat aliate din categoria carora fac parte otelurile rapide Rp3 si Rp4 si otelul C120, datorita continutului ridicat in elemente de aliere (peste 6%), au o stabilitate termica pana la 600⁰.650⁰C si au o calibilitate foarte buna. Racirea pentru calire se face in ulei sau bai de saruri, astfel ca nu exista pericolul deformarilor sau fisurilor. Au dezavantajul ca temperatura de calire este ridicata (950⁰.1300⁰C).   

B. MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL

1. Proiectarea parametrilor constructivi a cutitului roata cu dinti drepti

Pentru a se putea calcula elementele unui cutit roata trebuie sa se plece de la date initiale ale sculei si anume: diametrul de divizare D_d , latimea H, modulul danturii si clasa de precizie. Aceste date sunt adoptate initial de proiectantul de scule. Diametrul cercului de divizare este de dorit sa aiba o valoare cat mai mica pentru a da o buna rigiditate sculei. Acest lucru este in detrimentul preciziei formei profilului la roata care se prelucreaza. La alegerea valorii diametrului de divizare se va tine cont deci de considerentele mentionate. Latimea H a sculei se alege in functie de cerinta practica de a asigura o viata cat mai lunga a scurei, in conditiile de precizie cerute. Cunoscand modulul danturii identic cu modulul rotii de prelucrat se poate calcula numarul de dinti al cutitului roata.

Se adopta conform recomandarilor [4] pentru modulul m=4 un diametru de divizare D_d=100[mm], clasa de precizia A, deci clasa de precizie a rotii prelucrate este 7, conform [1] tab. 15.3;

Conform [1] tabelul 15.1 caracteristicile acestei sunt:

numarul de dinti dinti;

diametrul de varf    D_e=108,46[mm];

diametrul alezajului d=44,443[mm];

diametrul degajarii d₁=70[mm];

distanta la sectiunea de referinta a=10,5[mm];

latimea butucului b=10[mm];

inaltimea danturii H=20[mm];

Conform recomandarilor [4], tinand seama de ingrosarea piciorului dintelui rotii prelucrate, numarul de dinti optim este z=50 dinti, deci varianta adoptata se incadreaza in conditiile tehnologice rezultate din practica uzinala.

In sectiunea de referinta a cutitului roata se vor determina parametri care sunt necesari de obicei pentru definirea unei roti dintate obisnuite, necorijate.

Grosimea dintelui pe cercul de divizare:

[mm],[1].

unde: - cresterea arului de divizare, pentru a realiza un joc functional minim la flancul rotii dintate prelucrate. Valoarea lui este in functie de modul si este data in [1] in tabelul 15.5 astfel [mm].

[mm];

Inaltimea capului de divizare al dintelui:

[mm],[1];

unde: coeficientul inaltimii capului dintelui STAS 665-67;

[mm];

Diametrul teoretic al cecului de baza:

[mm],[1];

Inaltimea piciorului dintelui:

[mm];

Grosimea minima a varfului dintelui sculei se determina in functie de modul din [1] tabelul 15.6 astfel:

[mm];

se adopta valoarea [mm];

Determinarea coeficientului maxim de deplasare a profilului , pentru cutit nereascutit se face cu ajutorul diagramelor din [1] figura 15.6, si astfel se obtine , care se verifica cu ajutorul conturului de blocare din [1] figura 15.10.   

Coeficientul maxim de deplasare al profilului dintelui si grosimea minima a dintelui, pe diametrul exterior, se afla in dependenta aratata de relatia urmatoare folosita ca si verificare:

[mm][1];

unde :

;

deci:

[mm];

Distanta de la fata de degajare a cutitului nou la sectiunea initiala se calculeaza cu relatia:

[mm],[1];

unde: - unghiul de asezare la varful sculei;

In conformitate cu prevederile STAS 5566-67 valoarea unghiului de asezare la varful cutitului roata este de 6⁰ , iar unghiul de degajare este de 5⁰. valoarea acestor unghiuri este variabila de-a lungul profilului sculei.

Deci :

[mm];

Pe diametrul de divizare, unghiul de presiune este dependent de marimea unghiului de degajare si de asezare , astfel:

unde : - este unghiul de angrenare al danturii.

Deci:

Cunoscand unghiul de angrenare al sculei    in sectiunea de referinta, se poate calcula diametrul cilindrului de baza, care se va utiliza la constructia cutitului roata, astfel:

[mm],[1];

Avand in vedere ca unghiul de asezare lateral variaza dupa legea [1], unde unghi de asezare la varful sculei, iar este unghiul de presiune al profilului sculei intr-un punct curent al acestuia, se poate calcula unghiul de asezare lateral pentru un punct aflat pe diametrul de divizare inlocuindu-se valoarea unghiuluicu valoarea unghiului , obtinandu-se:

Determinarea subtierii admisibile in urma reascutirilor. Deplasarea de profil corespunzatoare acestei sectiuni este:

Se verifica cu ajutorul conturului de blocare din [1] figura 15.10 si se constata ca este in interiorul acestuia, deci interferenta este evitata, chiar la reascutirea la maxim posibil.

Grosimea dintelui pe cercul de divizare, pe fata de degajare aflata la distanta a de sectiunea de referinta se calculeaza cu formula:

[mm], [1];

Inaltimea    capului dintelui masurata pe fata de degajare se calculeaza cu formula:

[mm],[1];

unde: [mm] - inaltimea dintelui sculei in sectiunea initiala;

[mm];

Inaltimea totala a dintelui sculei:

[mm],[1];

unde: [mm] - inaltimea dintelui rotii dintate;

[mm];

Diametrul exterior maxim al unui cutit nereascutit:

[mm],[1];

Diametrul interior maxim al unui cutit nereascutit:

[mm],[1];

Cota peste n dinti pentru control:

dinti,[1]; n=3 dinti;

Cota peste 6 dinti este:

[mm],[1];

deci: [mm];

2. Alegerea materialului sculei

Se adopta pentru confectionarea cutitului roata un otel Rp3 cu continut mediu de 18% W, care are o prelucrabilitate prin aschiere foarte buna si este folosit pentru scule aschietoare cu profil complex si cu variatii mari de sectiune.

Pentru calire este necesara doua preincalziri una la 550⁰-600⁰C si a doua 800⁰-850⁰C, urmand temperatura finala de calire 1260⁰-1290⁰C , mentinerea se considera 8-9 s la incalzirea in bai de saruri pe 1 mm diametru, iar la incalzirea in cuptoare 10-12 s pe mm diametru. Racirea se face pentru calirea clasica in ulei sau aer, pentru calirea in trepte se face racire in baie de saruri pana la 500⁰-550⁰C, 3-5 min si apoi in aer, iar pentru calire izoterma racire in baie de saruri 20-30 min si apoi in aer.

Se utilizeaza 2-4 reveniri, timp de 45-60 min, si racire in aer, temperatura de revenire este 550⁰-580⁰C . de obicei se face si o revenire dupa rectificare care se face la 450⁰-480⁰C.   

Duritatea obtinuta 63-65 HRC, iar la tractiune este [daN/mm²], dar poate ajunge la     [daN/mm²], pentru brosele poligonale, datorita concentratorilor de tensiuni;

3. Regimul de aschiere la danturarea cu cutit roata

Conform recomandarilor [1] tabelul 15.9 la danturarea de finisare in metal compact (plin) in functie de modul avansul de rostogolire este 0,2 [mm/c.d], iar viteza de aschiere este de 22 [m/min].

Date initiale de proiectare

Calculul de proiectare a cutitului roata

Regimul de aschiere la danturarea cu cutit roata

Bibliografie

1. ABRUDAN, Gh. , s.a. Proiectarea sculelor aschietoare. Cluj-Napoca, I.P.C.N, 1982
2. LAZARESCU , I. Teoria aschierii metalelor si proiectarea sculelor. Bucuresti, Editura Didactica si Pedagogica, 1964
3. PICOS, C. , s.a. Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanica prin aschiere. Vol. I, II. Chisinau, Editura Universitas, 1992
4. STAS 6655-67