1

Pro

iect

are

a D

isp

ozi

tivel

or-

201

2T

udo

r P

ăun

esc

u

Bibliografie

2

BIBLIOGRAFIE

[ANS75] Anserov M.A. Prisposoblenia dlia metalorejuşcih stankov. Maşinostroenie, Leningrad,1975.[CAR95] Carr Lane, Jig and Fixture Handbook, Carr Lane Manufacturing Co, USA,1995[STĂ79] Stănescu I., Tache V. Dispozitive pentru maşini unelte. Proiectare, construcţie. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1979.

[VAS82] Vasii-Roşculeţ S. şa. Proiectarea dispozitivelor. Ed. Didactică şi Pedagogică. Bucureşti,1982. [JOS03] Josh P.H. Jig and Fixtures Design Manual. MCGRAW-HILL,2003

Documentaţie de la firme producătoare de bucşe elastice

[ATS] ATS Workholding. SUA. www.atsworkholding.com[CAR] Carr Lane Roemheld MFG. Co, SUA. www.carrlane.com[EAG] Eagle Rock Technologies, Inc, SUA, www.eaglerockonline.com[HAI] HAINBUCH America Corp. www.hainbuch.com

[HAR] Hardige Inc, SUA, http://www.hardinge.com/ [PRA] Pratt Burnerd America Inc, SUA, www.prattburnerd.com[SPE] Speedgrip Chucks Inc, SUA, www.speedgrip.com[ZAG] Zagar Inc, SUA, www.zagar.com

3

Fig. 1. Principiul constructiv al unei BE cu con invers

Bucşele elastice (BE) împreună cu bucșele rigide în

care sunt montate formează mecanisme cu pene

multiple, care în majoritatea cazurilor nu au autofrânare

şi la care revenirea în stare netensionată se face prin

proprietăţile elastice ale corpului bucşei.

De exemplu BE din fig. 1 este acţionată prin

tragere, la contactul între bacurile conice ale BE şi bucşa

rigidă în care este montată se generează forţe radiale

care deformează simetric cele trei bacuri (pana multiplă).

BE au curse relativ mici şi realizează precizii de

centrare înalte, proprietăţi ce le recomandă pentru

bazarea şi fixarea unor semifabricate care nu sunt

puternic solicitate de forţe exterioare (de exemplu

prelucrări prin aşchiere de natură semifinisare, finisare)

dar pot fi solicitate și la forțe, momente de așchiere

asociate degroșărilor.

BE standard au o durabilitate mare aprox.

3.000.000 cicluri de prindere, şi pot fi folosite la turaţii

înalte 20.000 rot/min

semifabricatbucşa elastică

4

Fig. 1’. Influenţa raportului deintre dimensiunea piesei şi dimensiunea de prindere a BE asupra zonelor de contact

a

b

c

a. Cazul ideal când BE are aceeaşi dimensiunea

de prindere ca şi semifabricatul. În această situaţie se

realizează contacte complete atât între semifabricat şi

bacuri cât şi între conurile BE şi bucşei rigide. Ca

urmare concentricitatea şi strângerea se realizează la

nivel optim.

b. Dacă BE este mai mare fălcile au tendinţa să se

rotească, contactul între semifabricat şi piesă se face

defectuos doar în trei zone mediane ale bacurilor. Ca

urmare semifabricatul poate oscila între fălcile BE cu

influenţe negative asupra concentricităţii şi cilindricităţii

suprafeţei rotunde aşchiate. În plus piesa este trasă

suplimentar spre interior.

c. Dacă bucşa este mai mică contactul între semifabricat şi piesă se face pe şase muchii ale bacurilor. Dacă nu este aplicată o forţă de acţionare suficientă semifabricatul poate oscila între fălcile BE cu influenţe negative asupra concentricităţii şi cilindricităţii suprafeţei rotunde aşchiate. Există riscul deformării plastice locale a semifabricatului.

Ca urmare se recomandă [HAR] ca pentru o bucşă dată care strânge arbori, variaţia diametrului

semifabricatului să fie în intervalul -x mm... +y mm (de exemplu pentru BE Hardinge intervalul de variaţie a

diametrului este -0.025 mm ... + 0.05 mm), unde y>x, deci este considerat mai avantajos cazul c decât b.

5

1. BE CU UN SINGUR CON UTILIZATE LA

PRINDEREA SEMIFABRICATELOR TIP ARBORE

a. BE cu con invers şi coadă filetată, cu acţionare prin

tragere, pentru prinderea pieselor tip arbore.

Sunt cele mai frecvent utilizate, realizează precizii mari la

coaxialitate.

b. BE cu con invers staţionară, cu coadă nelfiletată cu

acţionare prin împingere pe con sau pe faţa frontală.

Este singurul tip de BE care permite controlul lungimii

piesei deoarece bucşa nu se deplasează axial la acţionare

(vezi subcapitolul Precizia realizată).

c. BE cu con direct cu coadă nefiletată acţionată prin

împingere (actualmente rar utilizate)

Fig. 2. Tipuri de BE pentru arbori [HAR]

a

b

c

6

2. BE PENTRU AVANSUL SEMIFABRICATELOR TIP BARĂ

Fig. 3. Tipuri de BE pentru avansul barelor [HAR]

BE utilizate pentru avansul barelor se construiesc în variantă nereglabilă (fig. 3a) sau reglabilă (fig. 3b). Se observă că

acestea nu au conuri prin care să se deformeze bacurile la fiecare ciclu de funcţionare .

BE nereglabilă lucrează în starea normal închisă: înaintea tratamentului termic fălcile se strâng până la contact şi apoi

se tratează, rămânând în acestă stare. Bara semifabricat introdusă în alezajul BE este automat strânsă.

BE reglabilă este dotată cu o bucşă filetată prin intermediul căreia se poate regla tensionarea fălcilor BE.

a b

7

Fig. 3b. BE HAINBUCH pentru avansul barelor [HAI]

Prin intermediul unei chei speciale BE este tensionată în interiorul bucșei care face legătura cu țeava acționată de către

motorul pneumatic liniar. Reglarea forței de strângere a piesei are efecte benefice asupra frecărilor și uzurii premature a

BE, dar și evitarea amprentării piesei.

Fălcile BE pot fi placte cu trei materiale: plastic pentru țevi cu suprafață exterioară care nu trebuie deteriorată; ceramic-care

au o duritate mare și se uzează greau, recomandat pentru bare/țevi cu profil circular din oțeluri speciale rezistente la

rugină, la acizi, carburi metalice-recomandate în aceleași condiții enumerate la material ceramic.

8

Fig. 4. Mandrină cu BE pentru scule cu coadă cilindrică [HAR]

3. BE PENTRU PRINDEREA SCULELOR CU COADĂ CILINDRICĂ

Fig. 5. BE şi mandrină pentru scule cu coadă cilindrică [HAI]

BE pentru prinderea sculelor cu coadă

cilindrică au următoarele particularităţi:

- au două conuri: unul cu autofrânare la

limită α≈7º cu rol de amplificator de forţă şi

unul fără autofrânare de contact cu bucşa

filetată de acţionare manuală;

- au o elasticitate ridicată dearece sunt

dotate cu un număr mare de degajări făcute

în două sensuri. În acest mod se realizează

un contact ferm şi o presiune distribuită pe

toate bacurile BE fără a fi necesară o forţă

de acţionare prea mare.

Pentru reglarea axială a sculei se poate

utiliza [HAR] un sistem format dintr-un inel

cu două O-ring-uri (fig. 4). Se instalează BE

pe capătul cilindric al sculei, se plasează

subansamblul inelar pe coada sculei la

lungimea dorită şi tot ansamblul în alezajul

conic al corpului mandrinului după care se

înşurubează manşonul filetat.

9

4. BE EXPANDABILE (BE PENTRU STRÂNGEREA ALEZAJELOR)

Fig. 6. Dornuri cu BE expandabile [HAR]

a b

cPentru prinderea corectă pe alezaje lungi se

utilizează BE cu două conuri, care asigură o deformare elastică egală la ambele capete ale BE.

În figura 6.a se găsesc mai multe dornuri autocentrante care sunt acţionate prin intermediul pinolei strungului sau maşinii de rectificat rotund.

În figura 6 b sunt câteva exemple de dornuri orientate între vârfuri.

În figura 6 c este schiţat un dorn din figura 6a. Se observă cursa axială limitată care protejează BE.

10

Fig. 7. BE cu două conuri cu orientări opuse, normalizate în Romania

a

b

BE bilaterale cu conuri având orientări opuse nu deplasează axial semifabricatul în timpul procesului de strângere spre

deosebire de BE din fig. 6.

Dornul autocentrant din fig. 7 b este acţionat manual prin piuliţa 4. Bucşa rigidă 3 este glisantă pe corpul 1 şi nu se

poate roti sub influenţa momentului de frecare exercitat de gulerul piuliţei datorită unei pene (nefigurate, însă este vizibil

canalul de pană). Nici BE nu se poate roti datorită ştiftului filetat 5 a cărui cap intră în una din degajările corpului BE.

BE expandabile strâng pe alezaje de maximum 150 mm. Deoarece realizează, în general, o fixare mai puţin rigidă decât

cele care strâng arbori sunt utilizate pentru solicitări medii.

11

BE cu conuri multiple

permit o deformare mai

uniformă a BE şi în

consecinţă realizează o

distribuţie cvasiconstantă

a presiunii asupra

semifabricatului

Fig. 7’ Dorn autocentrant cu BE cu

con multiplu [SPE]

În figura de mai sus este reprezentat un dorn autocentrant cu BE cu conuri multipe, bazat între vârfuri, destinat operaţiilor de strunjire finisare şi rectificare. La acţionarea piuliţei forţa se transmite la BE expandabilă. Semifabricatul este împins pe direcţie axială spre un umăr al dornului pe care se sprijină. Pentru protecţie, cursa piuliţei este limitată.

Fig. 7’’. Forme de BE cu conuri multiple [SPE]

BE cu conuri multiple pot avea diferite forme: cu inserţii elastice (fig. 7” a), fără inserţii (fig. 7” b), cu suprafaţă de contact cu semifabricatul profilată (fig. 7” c).

Aceste BE pot realiza precizii de coaxialitate până la 0.012 mm [SPE]

a b c

5. BE CU CONURI MULTIPLE

12

6. BE CU FĂLCI APLICATE (AMOVIBILE)

Datorită cursei mici a BE monobloc, pentru a acoperi un interval mai mare a diametrelor strânse este necesară achiziţionarea

unui set de BE, situaţie care generează probleme legate de schimbarea acestora, depozitare, plus costul lor iniţial.

Se aplică mai multe metode de diminuare a fenomenului mai sus amintit:

- utilizarea BE cu fălci aplicate (amovibile), detaliate în subcapitolul curent;

- utilizarea BE cu fălci libere (vezi subcapitolul 7);

- ataşarea de bucşe distanţiere (BE fără conuri) la BE monobloc, soluţie care se aplică de obicei în cazul BE expandabile.

Fig.8. BE cu bacuri amovibile

Principiul BE cu bacuri amovibile (BEBA) este următorul: se utilizează o bucşă elastică de bază căreia i se ataşează după

necesităţi bacuri (fălci) uşor schimbabile (amovibile).

Efectele sunt următoarele:

- deoarece un set de bacuri este cu ≈ 60% mai ieftin decât o BE monobloc iar o BE de bază este mai scumpă cu ≈ 30%

efectul economic este evident pozitiv;

- bacurile sunt disponibile într-o mare varietate de forme, materiale, durităţi care acoperă o paletă foarte largă de necesităţi;

- bacurile necesită un spaţiu de depozitare mult mai redus decât BE monobloc;

- BEBA trebuie concepute astfel încât schimbarea bacurilor să se facă cât mai rapid;

- BEBA sunt în general mai puţin precise la realizarea concentricităţii decât BE monobloc datorită bacurilor care au inerent

abateri de la concentricitate între suprafaţa de contact cu piesa şi cea de centrare în BE.

13

TIPURI DE BEBA [HAR]

a. BEBA CU FIXAREA BACURILOR PRIN ŞURUBURI RADIALE (sistemul clasic)

Fig. 9. BE cu fălci fixate cu şurub radial

- Bacurile cu şurub radial sunt

cele mai ieftine bacuri aplicate.

- Fixarea este rigidă şi sigură.

- Schimbarea bacurilor se

poate face doar demontând

BE.

- Găurile din zona conică a BE

pot cauza o uzură neuniformă

a suprafeţei conice de contact

a bucşei rigide, reducţiei sau

axului MU în care este

montată, astfel funcţionarea

altor tipuri de BEBA care s-ar

monta în locul acesteia poate fi

compromisă.

Câteva dintre tipurile de BEBA cele mai răspândite sunt:

14

b. BEBA CU FIXAREA BACURILOR PE COADĂ DE RÂNDUNICĂ

ŞI ŞTIFT FILETATE CU CON DE CONTACT INTERIOR

Fig. 10. BEBA tip CB [HAR]

Avantajele şi dezavantajele sistemelor din

figurile 10 şi 11 sunt următoarele:

-Schimbarea bacurilor se face fără demontarea

bucşei elastice.

- Ştifturile cu suprafeţe conice de contact sunt

montate în BE de bază, fapt ce simplifică

instalarea bacurilor şi le ieftineşte.

- Şocurile la introducerea de noi semifabricate

tip bară se închid prin ştifturile filetate.

- Sunt relativ scumpe faţă de cele clasice

datorită profilului de blocare a bacului şi a

alezajelor care trebuie să fie precis poziţionate.Fig. 11. BEBA tip CT [HAR]

c. BEBA CU FIXAREA BACURILOR PE COADĂ DE RÂNDUNICĂ

ŞI ŞTIFT FILETATE CU CON DE CONTACT EXTERIOR

15

a

b c

d e

f g

Fig. 12. BEBA tip S [HAR]

d. BEBA CU FIXAREA BACURILOR PE

COADĂ DE RÂNDUNICĂ ŞI SISTEM DE

GHIDARE AMOVIBIL

Bacul are un umăr cu două profile (fig. 12d): unul dreptunghiular destinat ghidării şi închiderii de forţe de aşchiere (fig. 12b) sau forţe de izbire la încărcarea unei noi bare (fig. 12c) şi un profil coadă de rândunică central cu care ia contact sist. de ghidare (fig.12 f, g).

Instalarea unui bac presupune următoarea succesiune de operaţii: plasarea sistemului de ghidare pe bac (fig. 12e) şi strângerea lui uşoară (şurubul stânga dreapta apropie cele două piese de contact), inserarea întregului ansamblu în canalul din BE, strângerea finală.

Avantajele sistemului sunt:-Nu există găuri pe suprafaţa de contact cu conul bucşei rigide, în consecinţă acesta se va uza uniform.- Nu există găuri filetate în BE sau în bacuri, deci la o deteriorare a filetului sistemului de ghidare, doar acesta trebuie înlocuit, neafectând celelalte componente.- Bacurile se pot schimba fără a demonta BE.

16

7. BE CU FĂLCI LIBERE

BE cu fălci libere (BEFL), după cum sugerează şi denumirea, sunt BE simplificate din care s-a reţinut doar zona activă:

bacurile. La modelele actuale revenirea la starea netensionată se face prin inserţii elastice (uzual cauciuc vulcanizat care are

propietăţi amortizoare, cu dezavatajul riscului dezlipirii) plasate între bacuri. Astfel este realizată şi distribuţia unghiulară

uniformă a bacurilor, condiţie esenţială pentru realizarea unei precizii la concentricitate ridicate. BEFL intră în dotarea

strungurilor automate mono şi multiax.

Fig. 13. BEFL cu con invers [HAI]

a b c

Ca şi BE monobloc sau

BEBA, BEFL sunt construite

într-o mare varietate de

forme: cu 3 sau mai multe

bacuri (fig. 13 a, c), cu

suprafeţe de strângere cu

secţiune circulară, pătrată,

hexagonală (fig. 13c).

17

Avantaje asociale BEFL sunt comparativ cu BE monobloc sau cu bacuri aplicate:

- au curse puțin mai mari;

- distribuția mai bună a presiunilor pe piesa strânsă (fig. 13b), strângerea este mai rigidă, în consecință regimurile

de așchiere ale piesei pot fi mai intense;

- înlocuirea rapidă (în mai puțin de 20 de secunde) (fig. 15);

- forțe de acționare mai reduse (deformarea elastică a inserțiilor elastice dintre bacuri necesită forțe mult mai mici

decât cele care deformează BE monobloc);

- BEFL au un gabarit axial mai mic decât celelte BE,

- BEFL sunt în general mai ieftine decât BE monobloc.

BEFL se montează într-un corp intermediar care la rândul lui este asamblat direct sau indirect pe flanşa

axului strungului. În figura 14 b sunt reprezentate mai multe scheme de montaj pe diferite tipuri de axe.

Acţionarea este de obicei pneumatică prin intermediul unui antrenor care are un alezaj prin care trece

semifabricatul bară, sau mai rar manuală din spatele axului strungului.

Fig. 14 [HAR].

ba c

18

Fig. 15. Dispozitive de montare/demontare rapidă a BEFL [HAR]

a

a1 a2

b1

Avându-se în vedere că aceste BE sunt instalate frecvent pe strunguri automate multiax sunt necesari timpi scurţi de

schimbare a BEFL. Acestă operaţie se face cu ajutorul unor dispozitive specializate care exploatează alezajele axiale

existente câte unul sau două în fiecare bac. În fig. 15.a este schematizat un astfel de dispozitiv acţionat de către un motor

hidraulic liniar cu simplu efect, iar în fig. 15.b un dispozitiv manual (vezi HAINBUCH_MANOK_large.wmv).

b2

19

8. BE CU FĂLCI PRELUCRABILE

BE se utilizează economic în producţia de serie. Pot apare situaţii în care dacă s-a defectat o BE şi nu există una

identică în stoc, ca urmare a întreruperii producţiei s-ar produce prejudicii importante. În acest scop se recomandă folosirea

BE cu fălci prelucrabile (emergency collets). Acestea au un alezaj de diametru mic deci o grosime relativ mare a fălcilor şi pot

fi prelucrate rapid şi aduse la dimensiunea necesară de strângere. Operaţia se face de obicei chiar de cel care lucrează pe

MU prin strunjire şi/sau rectificare. La prelucrarea bacurilor, pentru realizarea rigidităţii ansamblului se inserează ştifturi

rectificate între fălcile BE (fig. 16). BE cu fălci prelucrabile necălite pot fi exploatate pentru prinderea 300 ... 500 de

semifabricate.

Fig. 16. BE cu bacuri profilabile

20

9. BE CU CAPACITATE DE DEFORMARE ELASTICĂ MĂRITĂ

a b

În acest sens se utilizează BE speciale cu mai multe bacuri care se pot deforma mai uşor, care în general necesită un

tratament termic pretenţios. Starea netensionată a BE este cu fălcile deschise.

Relaţia de calcul a cursei este [HAR]: (1)

În fig. 17 c şi d se utilizează o aceeaşi BE pentru două operaţii, deoarece diferenţele de diametre sunt mari se utilizează

şi o BE intermediară fără conuri.

ictg )2/(2

Fig. 17. BE cu capacitate de deformare elastică mărită

În cazul semifabricatelor în trepte

care au suprafaţe de dimensiuni mai mari

decât cea prinsă în BE, suprafeţe care

sunt plasate în interiorul BE (fig. 17), este

necesar ca BE să se poată deforma relativ

mult pentru a permite introducerea,

scoaterea semifabricatului din dispozitiv

c d

21

Dispozitive de prindere tip mandrină cu bacuri (universal)

- Semifabricatele care pot fi prinse în mandrinele cu bacuri pot avea şi dimensiuni mari şi foarte mari.

- Variaţia diametrelor strânse mare, deci se elimină necesitatea deţinerii unui stoc apreciabil de mandrine.

- Mandrinele pot fi aplicate în producţia de serie mică unicate.

- Universalele pot strânge piese de diametre relativ mari şi cu forme complicate, chiar asimetrice.

- Universalele pot strânge piese rugoase şi cu abateri relativ mari de formă (de ex. piese turnate).

- Mandrinele cu bacuri acţionează asupra piesei pe suprafeţe limitate deci nu sunt recomandate pentru prinderea pieselor cu pereţi subţiri.

- Fălcile pot fi prelucrate în stare montată pe mandrină prin strunjire sau rectificare

Dispozitive de prindere cu bucşă elastică

- Dimensiunile suprafeţelor fixate în BE sunt limitate: de exemplu: BE standard în Romania 4mm ... 52mm; însă se utilizează curent şi BE cu diametre de strângere de la 0.4 mm până la 150 mm.

- BE dau rezultate mai bune la prinderea profilurilor necirc.

- BE sunt dispozitive ieftine comparativ cu mandrinele, BE cu fălci aplicate sunt şi mai ieftine.

- Durabilitatea unei BE călite şi durificate (≈ 3.000.000 cicluri) este mult mai mare decât a fălcilor unei mandrine.

- Forţele centrifuge nu crează probleme (nmax ≈ 20.000 rot/min).

- BE realizează o foarte bună coaxialitate deoarece zona de strângere nu este în consolă.

- Necesitatea deţinerii unui set de bucşe elastice care să acopere un interval mai mare de diametre, probleme legate de depozitare şi gestionare.

- În anumite condiţii stricte presiunea de strângere este relativ uniformă deci se pot strânge piese cu pereţi subţiri.

- BE cu fălci prelucrabile (emergency collets) pot fi aduse la dimensiune de fixare dorită, sunt utilizate în cazuri de urgenţă.

22Efectuaţi clic pe titluri (link-ul este activ când cursorul se transformă din săgeată în mână)

23

1. BE care nu au autofrânare au un semiunghi α al conului de 10º ... 15º.

Aceste BE se utilizează pentru prinderea semifabricalelor. Dacă acţionarea este manuală la detensionarea

mecanismului fălcile BE eliberează semifabricatul din strângere datorită energiei elastice acumulate în corpul BE. La

acţionarea mecanizată, de obicei pneumatică, este necesar doar un motor liniar cu simplă acţiune, cu avantaje privind

simplitatea acestuia şi consumul de fluid la un ciclu de lucru.

2. BE cu autofrânare sau autofrânare la limită au un semiunghi α al conului < 7º şi se utilizează la prinderea sculelor

cu coadă cilindrică datorită necesităţii unui raport de transmitere a forţei mare.

3. BE fără con se plasează pe o BE cu conuri în scopul atingerii diametrului de strângere (vezi fig. 19)

Fig. 19. Bucşă elastică staţionară cu con invers, α=15º, normalizată în RomaniaFig. 18. BE cu rol de bucşe intermediare

1. AUTOFRÂNAREA BE

BE pot avea un con sau două orientate în acelaşi sens (fig. 6c) sau în sensuri opuse (fig. 7b).

24

Din experienţa practică se recomandă

[VAS82] o diferenţă de ≈1º între conul BE şi

conul bucşei rigide asociate.

În cazul BE cu con direct bucşa rigidă

are un unghi de 29º iar în cazul BE cu con

invers 31º. În ambele cazuri contactul iniţial

se face pe o suprafaţă îngustă în zona

extremală a bucşelor, deci deformarea fălcilor

care sunt grinzi în consolă se face mai uşor

datorită braţului maxim al forţelor

deformatoare, în plus sistemul lucrează mai

lin şi fără înţepeniri.Fig. 20a. Unghiuri ale conurilor BE, bucşei rigide

a

b

2. CONTACTUL ÎNTRE CONURILE BE ŞI BUCŞA RIGIDĂ

Zona de contact

25

Fig. 20 b. Profilarea conurilor

În vederea atenuarii fenomenului de înţepenire a BE se recomandă profilarea conului BE (fig. 18b)

astfel încât contactul cu bucşa rigidă să se facă central. Astfel deformarea fălcilor este uniformă cu

repercusiuni pozitive asupra preciziei de prindere.

26

NUMĂRUL DE BACURI ŞI PROFILUL LOR

- 2 bacuri, se utilizează pentru aplicaţii speciale;

- 3 bacuri, sunt cele mai des utilizate, realizează maximum de precizie la concentricitate;

- 4 bacuri, se utilizează la strângerea pe suprafeţe de dimensiuni mai mari, în scopul micşorării efortului de deformare în special pentru profile poligonale.

Fig. 21. Exemple de bacuri ale BE

- Mai mult de 4 bacuri: 6, 8 se utilizează pentru BE speciale de dimensiuni mari.

Se recomandă [VAS82] utilizarea:

3 bacuri pentru <30 mm;

4 bacuri pentru intervalul 30 mm ... 80 mm;

6 bacuri pentru > 80 mm.

27

Zona de strângere a bacurilor se profilează dacă suprafaţa semifabricatului are abateri de formă, este prelucrată prin

degroşare sau este bară calibrată care se va aşchia ulterior. În aceste circumstanţe prin profilarea suprafeţelor de fixare ale

bacurilor, se repartizează mai bine presiunea aplicată creşte forţa şi momentul de frecare pe suprafaţa de strângere a

semifabricatului.

Fig. 22. Profile ale suprafeţelor de strângere

a

b

c

d

e

f

a. Profilul cu canale perpendiculare

discretizează strângerea şi nu produce

deformări plastice dacă forţa de acţionare

este corect aleasă.

b. Bacurile profilate tip filet sunt utilizate

pentru strângerea suprafeţelor cu mici găuri.

c. Asemănător cu a dar cu o presiune

mai mică asupra suprafeţei strânse.

d. Profilarea sub forma dinţilor de

fierăstrău realizează coeficienţi de frecare

mari atât pe direcţie radială cât şi la rotire.

e. Profilul diamant este destinat unor

lucrări grele, când fălcile se imprimă uşor în

semifabricat.

f. Profilarea circulară este des utilizată la

strângerea profilelor poligonale.

28Fig. 23. BE cu bacuri în trepte [HAR]

Majoritatea BE au zona activă de

strângere a bacurilor profilată pentru o

singură dimensiune, pentru semifabricate

scurte se utilizează BE în trepte care

permit strângerea pe două suprafeţe

diferite.

b

a

29

PROFILĂRI SPECIALE ALE BACURILOR

Fig. 24. BE cu profilare specială a bacurilor [HAR]

a

b

c Fig. 24a. Prinderea unei

piese care are două plane de

simetrie într-o BE specială cu

patru bacuri

Fig. 24b. Prinderea unei

piese pe o suprafaţă filetată

şi aşezare pe suprafaţa

frontală a BE.

Fig. 24c. Prinderea unei

piese asimetrice într-o BE

specială. Nu este figurată

contragreutatea necesară

echilibrării dispozitivului.

30Fig. 25. Tipuri de degajări

a

b

c

d

e

Forma şi precizia unghiulară a execuţiei degajărilor din corpul BE

influenţează direct elasticitatea BE şi precizia de concentricitate/coaxialitate.

a. Degajările drepte sunt ieftine, rigiditatea grinzilor în consolă este maximă şi în

consecinţă se utilizează în aplicaţii unde cursele bacurilor sunt mici.

b. Pentru mărirea elasticităţii se utilizează degajări drepte terminate cu câte o

gaură străpunsă.

c. BE din figura 21 c au degajări în formă de lacrimă (tear-drop slot) care

profilează grinda aproximativ într-una de egală rezistenţă.

d. Degajările înclinate se utilizează pentru BE cu profil poligonal (pătrat,

dreptunghi, hexagon) unde există pericolul de înţepenire a muchiei unui

semifabricat într-o degajare radială.

e. Degajările cu două grosimi se aplică la BE care prind diametre foarte mici,

mai mici decât lăţimea normală a unei degajări.

31

1. ACŢIONAREA MECANIZATĂ A BE

1.1 ACŢIONAREA PNEUMATICĂ PRIN TRAGERE A BE CU

CON INVERS ŞI COADĂ FILETATĂ

BE cu con invers şi coadă filetată este instalată frecvent pe

strunguri sau maşini de rectificat rotund.

BE este centrată pe con şi pe zona rectificată a cozii, deci

pe două elemente diferite ale sistemului, dar care sunt într-o

relaţie de coaxialitate strânsă. Realizează o precizie relativ mare

la concentricitate. Acesta depinde în principal de abaterile

radiale ale axului principal, de precizia de execuţie a BE şi a

bucşei rigide.

Grinzile în consolă sunt solicitate la tracţiune şi încovoiere.

BE este acţionată de un motor pneumatic liniar montat în

partea terminală a axului principal (vezi cursul Acţionări fluidice

ale dispozitivelor) prin intermediul unei ţevi înşurubate în coada

BE. Cursa activă constă în tragerea BE. Prin interiorul ţevii se

poate face alimentarea cu semifabricate tip bară.

Sistemul nu permite un control riguros al lungimii aşchiate

deoarece piesa se retrage odată cu BE.Fig. 26. Acţionarea BE cu con invers şi coadă filetată

Suprafețe de centrare

32

1.2. ACŢIONAREA PNEUMATICĂ PRIN ÎMPINGERE A BE CU CON DIRECT

Fig. 27. BE cu con direct acţionată prin împingere

BE cu con direct se utilizează din ce în ce mai

rar. Se instalează în axul principal al strungurilor

manuale.

BE este centrată pe con şi pe zona rectificată a

cozii. Realizează o precizie mare la concentricitate.

Acesta depinde în principal de abaterile radiale ale

axului principal, de precizia de execuţie a BE şi a

bucşei rigide.

Grinzile în consolă sunt solicitate la compresiune

şi încovoiere.

BE este acţionată de un motor pneumatic liniar

montat în partea terminală a axului principal (vezi

cursul Acţionări fluidice a dispoz.) prin intermediul unei

ţevi. Cursa activă constă în împingerea BE. Prin

interiorul ţevii se poate face alimentarea cu

semifabricate tip bară.

Sistemul nu permite un control riguros al lungimii

aşchiate deoarece piesa se deplasează odată cu BE.

33

1.3. ACŢIONAREA PNEUMATICĂ PRIN ÎMPINGERE PE CON A BE CU CON INVERS

Fig. 28. BE cu con direct staţionară acţionată prin împingere

Sistemul permite un control riguros al

lungimii piesei deoarece BE este sprijinită

frontal de un capac şi nu se deplasează

axial (vezi subcap. Precizia realizată).

Sistemul nu este foarte precis la

coaxialitate din cauza numărului mai mare

de piese implicate în centrarea

semifabricatului.

Grinzile în consolă sunt solicitate

doar la încovoiere.

BE este acţionată de un motor

pneumatic liniar montat în partea terminală

a axului principal (vezi cursul Acţionări

fluidice) prin intermediul unei ţevi. Cursa

activă constă în împingerea BE. Prin

interiorul ţevii se poate face alimentarea cu

semifabricate tip bară.

34

2. ACŢIONAREA MANUALĂ A BE

Fig. 29.

Fig. 30. Fig. 31.(S)

Deoarece forţele

necesare deformării unei BE nu

sunt mari, un mecanism

amplificator de forţă cu filet

este de cele mai multe ori

suficient (fig. 29, 30).

Dispozitivul din fig. 31

utilizează forţa arcurilor disc 3

pentru acţionarea BE şi axul

excentric 4 pentru desfacere.

35

BE de dimensiuni mai mici se execută din ARC 8, 9 şi OSC 8, 10 iar cele mai mari din OLC10,

OLC15.

Pentru a rezista la uzură bacurile trebuie să aibă 55 ... 60 HRC, iar corpul care trebuie să fie elastic

30 ... 35 HRC

36

Semnificative pentru dispozitivele autocentrante cu BE sunt concentricitatea /

coaxialitatea, poziţia axială şI abaterile de formă ale semifabricatului prins în BE:

1. CONCENTRICITATEA

Concentricitatea se măsoară prinzând în BE un ax prelucrat foarte precis (etalon) şi

măsurând bătaia radială la o lungime dată de suprafaţa frontală a BE.

BE uzuale realizează precizii de concentricitate de 0.02 mm ... 0.05 mm, însă pentru

construcţii speciale se pot atinge şi 0.005 mm [HAR, PRA, SPE].

Fig. 32. Schema măsurării concentricităţii

2. POZIŢIA AXIALĂ A SEMIFABRICATULUI

Dacă semifabricatul fie bară, fie individual este strâns într-o BE iar dispozitivul nu este dotat cu un reazem axial

care să nu se deplaseze odată cu BE, precizia de poziţionare axială este mică depinzând de unghiul conului BE şi de

toleranţa suprafaţei de strâns:

2tg2

T D

(2)

37

Fig. 33. Variaţia poziţiei axiale a semifabricatului strâns într-o BE

În figura de mai sus, un semifabricat arbore în două trepte este bazat după schema: dublă centrare pe treapta de

diametrul mic (sunt preluate 4 grade de libertate) şi sprijin pe faţa frontală a BE (este preluat un grad de libertate). Se

presupune că se aşchiază suprafaţa frontală a piesei cu un cuţit reglat la cotă (căruciorul se opreşte la cotă fixă în sistemul

asociat MU).

În fig. 33 sunt reprezentate trei cazuri de prindere a semifabricatului pe trei diametre diferite într-o BE cu con invers care

lucrează prin tragere:

- diametrul semifabricatului este egal cu cel de strângere (cazul ideal), situaţie în care se face reglajul poziţiei cuţitului;

- diametrul semifabricatului este mai mic decât diametrul de strângere a BE, caz în care rezultă o cotă axială mai mare

deoarece semifabricatul este poziţionat axial mai retras;

- diametrul semifabricatului este mai mare decât diametrul de strângere a BE, caz în care rezultă o cotă axială mai mică

deoarece semifabricatul este poziţionat mai în faţă.

38

Fig. 34. Soluţia pentru sistemul rezemării pe un capac plasat pe axul principal

În figura 34 este schiţată soluţia pentru anularea erorii de poziţionare axială

aplicabilă unei BE cu con invers care lucrează prin tragere: semifabricatul trebuie

sprijinit pe un element care nu se deplasează axial odată cu BE.

Semifabricatul este introdus prin capacul de rezemare (atenţie nu se realizează

centrarea pe alezajul capacului) între bacurile BE până la contactul umărului său cu

suprafaţa de rezemare a capacului. La acţionarea BE semifabricatul este împins spre

capac realizându-se o sprijinire fermă.

Sistemul este simplu şi precis însă relativ scump din cauza caracterului de unicat al

capacului.

Fig. 35. Soluţii de rezemare care anulează eroarea de poziţionare axială pentru BE

39

Fig. 36. Discul de rezemare mobil pentru anularea erorilor de poziţionare axială

O soluţie mai ieftină decât cele schiţate în fig. 36 este utilizarea unui disc de

rezemare mobil pentru anularea erorilor de poziţionare axială.

Ciclul de lucru este:

- curăţirea feţelor discului şi a părţii frontale a axului principal;

- plasare piesă în alezajul discului;

- poziţionare ansamblu piesă-disc între bacurile BE, respectiv pe faţa axului:

- acţionare BE.

Sistemul are în principal două dezavantaje:

- productivitate mai mică decât cel anterior;

- vulnerabilitate la aşchii care se lipesc pe suprafeţele active şi nu sunt

îndepărtate.

3. ABATERI DE FORMĂ ALE PIESELOR CU PEREŢI SUBŢIRI STRÂNSE ÎNTR-O BE

Fig. 37. Abaterile de formă a piesei cu pereţi subţiri prinse într-o BE [HAR]

Abaterile de formă ale suprafeţelor semifabricatelor prinse în BE se

reflectă şi în forma semifabricatului prelucrat. De exemplu un

semifabricat tubular (fig. 37.1), bazat şi fixat într-o BE (fig. 37.2) se va

deforma elastic datorită exercitării unei presiuni aproximativ constante pe

suprafaţa de prindere. După prelucrarea pe exterior (fig. 37.3) şi

eliberarea din dispozitiv îşi va reveni erorile de formă fiind prezente şi pe

suprafaţa exterioară prelucrată (fig. 37.4) .

40

1. CURSA BE

Raportul de transmitere a cursei bacurillor unei BE cu un con se calculează cu relaţia:

2

tg

c

ci

i

ec

Unde ce este deplasarea radială a unui bac, ci este deplasarea axială a BE, iar α este unghiul conului BE.

ci trebuie să compenseze jocul iniţial între BE netensionată şi suprafaţa de strâns ( j0 ) şi toleranţa

suprafeţei de strâns (TD)

22

0

tg

Tjc Di

BE cu două conuri orientate în opoziţie au o capacitate aproximativ dublă de acoperire a variaţiei

dimensionale a suprafeţei de strâns comparativ cu BE cu un con.

Se recomandă curse ale bacurilor limitate la: unde d este diametrul de strîngere

măsurat în mm.

(3)

(4)

dce 05.02

41

dce 05.02

În general nu se recomandă ca barele bazate și fixate în BE să aibă o variație a diametrului mai mare decât 0,15mm [JOS03]

d[mm]

2ce

[mm

]

42

2. FORŢA DE STRÂNGERE DEZVOLTATĂ DE BE

2.1. FORŢA DE STRÂNGERE DEZVOLTATĂ DE O BE CU CON INVERS CARE LUCREAZĂ PRIN TRAGERE

Fig. 38. Tabloul forţelor care acţionează pe un bac al BE cu con invers care lucrează prin tragere

Notaţii:

1

1

1

1

1

1

2

1

P

F

N

F

F

F

e

s

a

coef. frecare între conul BE şi conul bucşei rigide

coef. frecare între bac şi semifabricat

forţa de tragere a unui bac

forţa de strângere dezvoltată de un bac

forţa de deformare elastică a unui bac

forţa normală pe conul unui bac

proiecţia rezultantei R1 , perpendiculară pe axa piesei

proiecţia rezultantei R1 , paralelă pe axa piesei

111

111

121

1

2

tgFP

FFF

FPF

es

saConsiderând

că forţele

repartizate pe

bacuri sunt

egale rezultă:

21

1

2

2

tg

tgFFF

ea

s

Dacă piesa nu este sprijinită

02

1

1

2

2

tg

tgFFF

ea

s(5) (6) (7)

43

2.2. FORŢA DE STRÂNGERE DEZVOLTATĂ DE O BE CU CON INVERS ACŢIONATĂ FRONTAL

Fig. 39. Tabloul forţelor care acţionează pe un bac al BE

În prima etapă asupra piesei nu acţionează forţe de

aşchiere. Deoarece BE este staţionară (nu se deplasează

axial) nu are importanţă dacă semifabricatul este sau nu

sprijinit axial.

În figura alăturată s-au utilizat aceleaşi notaţii ca în

subcap 2.1, în plus apar forţele de pe capac (indice 3). Se

consideră acţiuni exercitate de către bucşa rigidă asupra BE

forţele N1 şi 1N1.

111

133

111

11

3

2

tgFP

FFFF

PF

es Considerând că forţele repartizate pe

bacuri sunt egale rezultă:eas FFF

1

31

2sin

2cos

(8) (9)

În relaţiile 7 şi 8 Fe se calculează pentru BE cu degajări drepte cu relaţia:

3

3

l

jtdkFe

(10)

Unde d este diametrul corpului BE, t este grosimea grinzii în consolă, j este jocul

iniţial între bacuri şi piesă, l este lungimea grinzii în consolă, toate măsurate în mm; k

este un coeficient dependent de numărul bacurilor: k=600 pt. Z=3; k=200 pt. Z=4.

Rezultatul este măsurat în daN.

44

1. BE CU OPRITORI AXIALI ŞI EJECTOARE

Fig. 40. Soluţii pentru ansambluri BE+opritor/ejector [HAR]

Vezi collet_stop.wmv

45

Fig. 41. Opritor- ejector universal pentru BE [HAR] (facultativ)(S)

46

Fig. 42. Diferite tipuri de

dornuri autocentrante cu BE

cu conuri multiple

47

Fig. 43. Dornuri expandabile cu BE cu conuri multiple [SPE]

Dornurile din figura de mai sus sunt montate pe flanşa strungului sau a maşinii de rectificat rotund şi sunt acţionate

prin intermediul conului din pinolă sau prin tragere. Dacă se doreşte împiedicarea deplasării axiale a semifabricatului se

utilizează două BE cu conuri orientate în sens invers (fig. 43a) sau se aplică soluția sprijinirii axiale semifabricatului fașă de

corpul dornurilor (vezi fig 34, 35). BE sunt protejate la supradeformări prin limitarea cursei elementului de împingere.

a

b

48

MANDRINE STAŢIONARE CU BE ACŢIONATE MANUAL

Fig. 44 [HAI] Fig. 45[EAG]

Mandrinele staţionare cu BE acţionate manual din figurile 44

şi 45 se plasează pe mesele MU cu canale T.

Mandrina din fig. 39 poate fi montată cu ax H sau V

Vezi HAINBUCH_MANOK_large.wmv

49

MANDRINE STAŢIONARE CU BE ACŢIONATE PNEUMATIC

Fig. 46. Mandrină staţionară cu BE libere acţionate hidraulicic [HAI]

Mandrina reprezentată în figura de mai sus este staţionară (nerotitoare, nu este instalată pe axul strungului sau a maşinii de rectificat rotund) şi

este acţionată pneumatic printr-un motor liniar cu dublu efect, integrat în corpul mandrinei. Antrenarea BE cu fălci libere este realizată direct de la

piston. BE cu fălci libere vulcanizate (vezi fig. 13 ) pot fi schimbate în mai puţin de 30 sec şi în plus au şi capacitate de amortizare.

50

MODUL AUTOCENTRANT, STAŢIONAR CU BE ACŢIONATĂ HIDRAULIC

Fig. 47. Modul cu BE acţionată hidraulic [CAR]

Modulul poate fi instalat pe talpa inferioară sau pe o suprafaţă laterală, este construit ca modul cu o BE sau cu trei BE (fig. 43 a, respectiv d).

a

b

c

d

Piston

Bucşă rigidă

51

Fig. 47. Modul cu 3 BE acţionat hidraulic 350 at [HAR]

Fig. 48. 16 module instalate pe un corp tombstone [HAR]

Prindere rigidă a pieselor prelucrate cu forțe relativ mari, soluție modulară ieftină.

Fig. 49. Modul cu 1 BE acţionat hidraulic/pneumatic 350/10 at [HAR]

Fig. 50. Module cu 1 BE montate pe disp. rotativ [HAR]

52

MANDRINE ROTITOARE CU BE ACŢIONATE PNEUMATIC

Fig. 51. Mandrină rotitoare cu BE cu fălci libere acţionată

pneumatic [HAI]

1. BE cu fălci libere2. Bucşă rigidă3. Bucşă de tragere4. Bucşă de cuplare5. Ştift filetat antirotaţie bucşă de cuplare6. Ştift filetat antirotaţie bucşă cu fălci libere7. Şurub fixare

53

DORNURI ROTITOARE CU BE ACŢIONATE PNEUMATIC

Fig. 52. Dorn rotitor cu BE cu fălci libere acţionate pneumatic [HAI]

54Fig. 53. Dispozitiv de prindere multiplă pentru 4 piese

ALTE TIPURI DE DISPOZITIVE CU BE

55

Fig. 54 Set de BE utilizat la prinderea ţevilor între vârfuri

Fig. 55. Dispozitiv de prindere cu BE acționat pneumatic cu un motor liniar cu simplă acțiune.