ASPECTE PRIVIND PRELUCRAREA ŞI MĂSURAREA/RELEVAREA PIESELOR DE MICI DIMENSIUNI Ionescu Tone, Prof. dr. ing.,universitatea Tehnicã de Construcţii Bucureşti Rece Laurenţiu, Prof.dr.ing.,Universitatea Tehnicã de Construcţii Bucureşti Abstract : In the paper there are presented certain aspects regarding identification of geometrical elements and machining of small part. 1. INTRODUCERE Piesele componente ale multor echipamente mecatronice au dimensiuni mici sau foarte mici în comparaţie cu dimensiunile pieselor componente ale maşinilor de construcţii. Astfel de piese cu dimensuni mici se gãsesc în componenţa diferitelor tipuri de echipamente: hidraulice, pneumatice, electronice, echipamente de mecanicã finã etc. Prelucrãrile prin aşchiere ale acestor piese se pot realiza în condiţii economice pe maşiniunelte speciale pentru mecanicã finã, folosind scule şi dispozitive specializate. De asemenea, existã mai multe firme mari care produc întreaga gamã de scule şi dispozitive necesare pentru prelucrarea pieselor de mici dimensiuni [3,4]. De asemenea pentru toate operaţiile de mãsurare ale pieselor de mici dimensiuni trebuie sã se ţinã cont de toate condiţiile impuse de rigiditatea scazutã a pieselor, de suprafeţele de contact foarte mici între piesele mãsurate şi palpatoarele aparatelor de mãsurã etc. 2. ASPECTE PRIVIND MĂSURAREA/RELEVAREA PIESELOR DE MICI DIMENSIUNI Din cauza dimensiunilor foarte mici şi din cauza dificultãţilor de mãsurare prin metodele clasice cu contact, în cazul acestor piese se preferã folosirea metodelor de mãsurare fãrã contact, folosind microscoape sau proiectoare de profile. O aplicaţie pentru aceastã lucrare a fost realizatã prin operaţii de mãsurare şi identificare a dimensiunilor unor elemente geometrice cu ajutorul unui proiector de profile electronic de tip Orion MICROTECNICA (Italia). Piesa utilizatã pentru aceastã lucrare este un limitator al unui hard-disk (Fig. 1) pentru care s-a realizat un releveu. Deoarece majoritatea elementelor geometrice ale acestei piese au diametre foarte mici, mãsurarea prin metode cu contact este foarte dificilã şi s-a preferat metoda de mãsurare fãrã contact, mãsurare realizata cu ajutorul unui proiector de profile. 1
Considerând ca alezajul acestui limitator este o bazã de referinţã sigurã relevarea acestei piese s-a fãcut începând cu aceastã suprafaţã (Fig. 2). Pentru identificarea caracteristicilor acestei suprafaţe s-au folosit 8 puncte de palpare obţinându-se caracteristicile : R = 1.698 Xo = 2.537 şi Yo = 4.728. Fig.1 2 Fig. 2 Pentru simplificarea operaţiilor de mãsurare şi de identificare a dimensiunilor s-a realizat o translaţie de axe ΔX = -2.537 şi ΔY = -4.728 pentru ca sã se mute originea sistemului de coordonate XOY în centrul alezajului principal. Continuarea procesului de relevare a acestei piese s-a fãcut prin determinarea coordonatelor tuturor punctelor caracteristice (punctele de extrem) pentru segmentele de dreaptã, arcele de cerc, razele de racordare etc.
Determinarea coordonatelor punctelor de extrem ale segmentelor de dreaptã s-a realizat prin operaţia de mãsurare propriu-zisã. Determinarea caracteristicilor suprafeţelor profilate (razele de racordare şi coordonatele centrelor de racordare, razele suprafetelor cilindrice şi coordonatele centrelor acestor suprafeţe, razele alezajelor şi coordonatele centrelor alezajelor etc.) s-a realizat prin operaţia de identificare. Obs. 1 Aceastã soluţie de poziţionare a originii sistemului de coordonate ataşat piesei în alezajul principal al piesei este justificatã şi din punct de vedere al tehnologiei de prelucrare pe o maşinã de frezat cu comandã numericã. Astfel, scriind programul de comandã numericã pentru prelucrarea acestui tip de piese folosindu-se sistemul de referinţã ataşat piesei (codul G54) se vor putea prelucra piesele pe mai multe tipuri de maşini cu comandã numericã, fãcând modificãri minimale. 3. ASPECTE PRIVIND PRELUCRĂRILE PRIN AŞCHIERE Pentru generarea unor forţe de aşchiere cât mai mici majoritatea sculelor trebuie sã aibã unghiul principal de atac = 90 o iar pentru asigurarea unei bune calitãţi a sprafeţelor prelucrate unghiul secundar de atac trebuie sã fie cât mai apropiat de zero, S = 0 o (Fig. 3). Nr. Materialul piesei Fig. 3 Efortul specific de taiere [N/mm] HB Tabelul 1 Avansul 0.06 0.1 mm/rot Viteza principalã [m/min] 1 Oţel cu 0.10 0.25 % C 2000 125 730 490 2 Oţel cu 0.25 0.55 % C 2100 150 650 420 3 Oţel slab aliat netratat 2150 180 480 320 4 Oţel slab aliat tratat 2550 275 285 190 5 Oţel turnat nealiat 2000 180 260 175 6 Oţel turnat slab aliat 2100 200 240 150 7 Oţel turnat înalt aliat 2650 225 200 125 Valorile vitezelor de aşchiere recomandate pentru strunjire şi frezare pentru cãteva tipuri de oţeluri sunt prezentate în Tabelul 1 [3], fiind de remarcat urmãtoarele aspecte generale: 3
- Turaţiile necesare pentru obţinerea acestor viteze principale de aşchiere sunt foarte mari. De exemplu, pentru v p = 125 m/min şi pentru d = 5 mm rezultã: n 1000 v π d p 1000125 π 5 7960 rot/min - Pentru obţinerea acestor turaţii majoritatea maşinilor unelte folosesc motoare comandate în frecvenţã şi au inclus în lanţul cinematic al mişcãrii principale un mecanism multiplicator de turaţie (de regulã o transmisie prin curele multiplicatoare de turaţie). Referitor la efortul specific de aşchiere trebuie arãtat cã acesta este determinat, prin definiţie pentru o aşchie cu secţiunea A = 1 mm 2 şi valorile sale sunt utilizabile pentru prelucrarea majoritãţi organelor de maşini specifice maşinilor de construcţii. Pentru piesele de mici dimensiuni se lucreazã adesea cu aşchii mult mai fine şi efectul constã în creşterea semnificativã a efortul specific de aşchiere (Fig. 4) [4]. Fig. 4 Valorile avansurilor şi ale vitezelor de aşchiere recomandate pentru burghiere alezajelor cu diametre d = (0.3 3) mm, pentru cãteva tipuri de oţeluri sunt prezentate în Tabelul 2 [3], fiind de remarcat urmãtoarele aspecte generale: Tabelul 2 Nr. Materialul piesei HB Avansul, [mm/rot] Viteza principalã, [m/min] 1 Oţel cu 0.10 0.25 % C 125 0.04 0.08 80 100 2 Oţel cu 0.25 0.55 % C 150 0.03 0.07 70 85 3 Oţel slab aliat netratat 180 0.03 0.06 60 75 4 Oţel slab aliat tratat 275 0.03 0.06 45 60 5 Oţel turnat nealiat 180 0.03 0.06 60 75 6 Oţel turnat slab aliat 200 0.03 0.06 50 65 7 Oţel turnat înalt aliat 225 0.01 0.02 20 30 4
- Turaţiile necesare pentru obţinerea acestor viteze principale de aşchiere sunt foarte mari. De exemplu, pentru v p = 20 m/min şi pentru d = 0.3 mm rezultã: n 1000 v π d p 1000 20 π 0.3 21200 rot/min - Pentru obtinerea acestor turaţii necesare pentru burghierea alezajelor cu diametru foarte mic anumite maşini de gãurit combina mişcarile de rotaţie ale piesei şi burghiului, mişcari cu turaţii egale şi sensuri de rotaţie opuse. Din cauza turaţiilor foarte mari trebuie ca port-sculele şi sculele sã fie foarte bine echilibrate. Nomograma din Fig. 5 [4] prezintã corelaţia dintre turaţia n[rot/min], calitatea echilibrãrii G şi excentricitatea de masã [μm sau gmm/kg], conform normei DIN ISO 1940. Fig. 5 4. CONCLUZII FINALE Regimurile de aşchiere necesare pentru prelucrarea pieselor de mici dimensiuni prezintã o serie de particularitãţi foarte importante generate de urmãtoarele aspecte: - din cauza rigiditãţii scazute a pieselor trebuie ca forţele de aşchiere sã aibã valori foarte mici deci adâncimea de aşchiere şi avansul trebuie sã fie cât mai mici; - adâncimea de aşhiere este însã determinatã şi de douã restricţii foarte importante: - adâncimea de aşchiere nu poate fi mai micã decât adâncimea limitã pentru formarea corectã a aşchiilor; - adâncimea de aşchiere poate fi determinata şi de cãtre dimensiunea sculelor sau a semifabricatelor etc. 5
- pentru ca forţele de aşchiere sã fie cât mai mici trebuie ca vitezele principale de aşchiere sã fie cãt mai mari. În privinţa relevãrii unor piese existente sau mãsurarea unor piese prelucrate se foloseşte foarte mult procedeul de identificare a elementelor geometrice în locul mãsurãrii clasice. Între operaţia de mãsurare şi operaţia de identificare existã însã douã deosebiri fundamentale: A) La mãsurarea repetatã a unui element geometric se recomandã sã se foloseascã puncte de contact diferite dar este posibil ca masurarea sã se repete folosind aceleaşi puncte. În acest caz creşte pericolul ca rezultatul operaţiilor repetate de mãsurare sã fie influenţat de abaterile de formã ale suprafeţelor. La identificarea elementelor geometrice se folosesc însã obligatoriu puncte distincte şi astfel scade influenţa abaterilor de formã ale suprafeţelor asupra rezultatului final. B) La mãsurarea repetatã şi la identificarea elementelor geometrice se folosesc metode matematice diferite: - La mãsurarea repetatã rezultatul final se obţine prin prelucrarea statisticã a tuturor rezultatelor operaţiilor de mãsurare individuala. - La identificarea elementelor geometrice ale pieselor, rezultatele se determinã prin rezolvarea unor sisteme cu n necunoscute (constantele din ecuaţiile elementelor geometrice) dar având n + m ecuaţii corespunzãtoare fiecãrui punct de identificare. Cu cât numãrul de ecuaţii este mai mare decât numãrul de necunoscute creşte şi acurateţea procedeului de identificare a elementelor geometrice. Majoritatea aparatelor de mãsurã moderne permit determinarea celor mai importante tipuri de elemente geometrice care se pot întâlni la piesele care trebuie mãsurate. De exemplu, aparatul care a fost utilizat pentru realizarea expermentãrilor pentru aceastã lucrare, adicã proiectorul de profile tip Orion MICROTECNICA permite identificarea mai multor tipuri de elemente geometrice: linii, distanţe, unghiuri, cercuri, plane etc. BIBLIOGRAFIE [1] Aparate de mãsurat în coordonate Traian Demian, Adrian Pascu, Ghiorghe Stoica Editura Tehnicã, Bucureşti - 1991 [2] Ingineria controlului dimensional şi geometric în fabricarea maşinilor C. Dumitraşcu, I. Popescu, V. Bendic Editura Tehnicã, Bucureşti - 1997 [3] KoroKey 2010 manual SANDVIK Coromat [4] Manuel d usinage GARANT WWW.GARANT-TOOLS.com 6