Tehnologii de Finisare Prin Deformarea Plastica a Stratului Superficial

7/24/2019 Tehnologii de Finisare Prin Deformarea Plastica a Stratului Superficial

1/33

Universitatea Tehnica Gh. Asachi Iasi

Facultatea CMMI

Finisare prin deformarea plastica

Profesor: Conf. univ. dr. ing. Vasile MERTICARU

Disciplina: Tehnologii Avansate de FabricatieStudent: Ghinia Alexandru

Grupa : 4501 B


2/33

Tehnologii de finisare prin deformarea plastica a stratului superficial

1 Introducere

O varietate de procedee sunt disponibile pentru imbunatatirearezistenteilaoboseala.

Aceste procedee sunt partialtermicesi partial mecanice (Fig.1). Prelucrarea de finisareprin

deformare plasticala rece este in mod special potrivita pentru tratamentul suprafetelor de

revolutie cum ar fi piese strunjite, gaurite etc. De asemenea, sculele de roluitsunt disponibile si

pentru piese de forme neregulate. In trecut, roluirea adanca a fost in principal aplicata pe masini

speciale. Acum, procedeul este folosit si in productia de masa pe masini universale.

Procedeu Metoda

Termic Nitrurare

Calire prin cementare

Calire prin inductie

Mecanic Rulare la rece

Lovire cu ciocanul

Sablare

Fig.1 Tratamente de suprafata pentru imbunataitrea rezistentei la oboseala.

Rularea larece este procesul cel mai portivit pentru a imbunatati rezistenta la obosealaa

pieselor solicitate dinamic. Se eliminasau se reduce efortul de oboseala a materialului, in

special pe crestaturicum ar fi filete si umeri care poate duce la fisuri.

Rularea la rece plasticizeazastratul superficial al materialului si formeaza

microstructurila suprafata piesei. Una sau mai multerolesunt presatepe suprafata piesei de

prelucrat. In general, suprafata este prelucrata anteriorrularii printr-un proces de aschiere

adecvat (strunjire, gaurire, alezare, etc.). Forta de rulare genereaza eforturi compresive

hertziene inalte la contactul cu suprafata piesei. Dupa procesul de rulare, eforturi compresive

reziduale raman pe suprafata pesei.


3/33

Fortade rulare se bazeaza pe3efecte fizice:

- Implementarea eforturilor reziduale compresive;

- Cresterea rezistentei materialului piesei in stratul superficial;

- Netezirea suprafetei ce duce la eliminarea microneregularitatilor;

In plus, rulareala rece asigura urmatoarele avantajesemnificative in comparatie cu alte

procedee:

- Efectul roluirii pe o adancime mai mare a stratului superficial;

- Eficienta ridicata prin aplicarea procedeului de rulare in aceeasiprindere cu procedeulanterior

rularii;

- Usor de reprodus.

Efortul de compresiune se regaseste la oadancimede aprox. 800 m.

2 Comparatie cu alte procedee

Rularea la rece versus sablarea cu alice metalice: In functie de diametrul rolelor sau bilelor,

efortul de compresiune patrunde mai adanc si efortul rezidual ramane intr-un strat mai mare in

cazul rularii.

Mai mult, fortele necesare sunt generate intr-un mod foarte diferit. Granulele de otel sau sticla

lovescsuprafata piesei in timpul procesului de sablare (Fig.2). Cantitatea de energiesi, prin

urmare, forta disponibila pentru a forma duritatea piesei depind de masa, vitezasi directia

unghiulara a loviturii.


4/33

a) b)

Acesti trei parametri sunt influentati de multi alti

parametri ca de presiunea aerului, forma duzei,

distanta de la duza la piesa de prelucrat, elasticitata

materialului de prelucrat, etc. Obtinerea aceleiasi

calitati a suprafetei prin sablare cu alice metalice este

foarte dificila.

Fig.2 Rularea adanca (a) versus

sablarea cu alice metalice (b).

In mod contrar,controlulfortei de rulare este usor de realizat la metoda prin rulare. In functie

de sistemul sculei de rulat, forta de rulat este generata hidraulic, mecanic sau cu arcuri. Procedeul

se efectueaza pe masini uneltestandard, unde este posibil sa se efectueze rularea in aceeasi

prindere cu operatia anterioara.

3 Miscari

3.1 Procesul de rulare

Unasau treirole profilate sunt directionate exact pe raza de racordare. Ele sunt pozitionate in

diagonala,in conformitate cu Fig.3, astfel incat forta de rulare F este orientata pentru zonain

care cel mai mare efortla obosealaal materialului este de asteptat. Aceasta in mod normal, este

zona cea mai mare concentrare de tensiunein sarcina de lucru. Rola poate oscila,astfel incat

inclinarea ei sa fia automat reglatapentru a fi perpendiculara pe intreaga portiune a razei de

racordare.


5/33

a)

b)

Fig.3 a) Rularea razei de racordare; b) Forta de rulare in functie de numarul de rotatii ale piesei.

Preciziade executie a razei de racordare este realizata simultan cu distributia eforturilor

reziduale de compresiune, fiind importanta pentru fiabilitateapiesei in exploatare. Procesul are

loc in aprox. 10rotatii ale piesei. In fig.3 b este redata variatiafortei de rulare in functie de

numarulde rotaii ale piesei, unde se poate observa ca cresterea fortei este lenta pe parcursul a 3

rotatii, apoi in timpul a 4 rotatii se mentine constanta, iar in timpul ultimelor 3 rotatii scade la

zero. In acest mod sunt evitate solicitarile in salturi si aparitia crestaturilor sau fisurilor.

Procedeul se poate aplica si pentru prelucrarea suprafetelor cilindriceunde pe langa miscarea de

rotatiea rolei se aplica si o miscare de avanslongitudinal (Fig.4). Rola (sau rolele) pot fiactionate mecanic sau hidraulic (preferabil).

a)

F

timp

b)

Fig.4 Roluirea longitudinala.


6/33

Rularea la rece a fost utilizata in special la piese de revolutie, aproape exclusiv. Folosind o scula

ballpoint actionata hidraulic se pot rula si suprafete curbe, de diferite formesi dimensiuni

(Fig.5).

Fig.5 Roluirea cu scula ballpoint.

Forma sfericaa sculei si

miscarea in diferite directii a ei

permite schimbarea directiei de avans

cu angajarea totala a sculei. Forta de

apasare este constanta si reglata de

sistemul hidraulic al masinii unelte.

3.2 Deformarea materialului

Rularea se bazeaza pe microformarea stratului superficial al piesei. O deformatie locala a

piesei este imperativa. Fig.6 arata acest proces in cazul rularii uneirazede racordare. In primafaza a avansului radial, rola oscileaza pentru a se pozitiona perpendicular pe suprafata piesei.

Profilulrazei roleieste maimicdecat raza de racordare a piesei. Forta de rulare se concentreaza

in zona cea mai critica a razei de racordare. Materialul din fatarolei se deplaseaza in faza de

crestere a fortei de apasare cat si in faza de lucru efectiv.Deplasareavolumului de material

formeaza o umflatura, o bombare in ambele fete ale rolei. Mai departe eforturile reziduale de

compresiune produc o elongatie a piesei care este neglijabila in multe cazuri.

Miscare in

diferitedirectii.


7/33

Fig.6 Deformarea locala a materialului la rularea razelor de racordare.

Rularea cu avanslongitudinalare loc similar. (Fig.7). Materialul din stratul superficial curge

predominant incrucein directia de deplasare a rolei. De asemenea se formeaza bombarialematerialului in timpul rularii. Datorita cresterii lente a fortei de rulare la inceputul prelucrarii,

bombarea materialului se aplatizeazain mare masura si astfel nu are nici o influenta asupra

preciziei de prelucrare. Avansul sculei este ales mai mic decat latimea traiectoriei rolei ceea ce

duce la o foarte buna acoperirea suprafetei piesei.

Fig.7 Deformatia locala la rularea cu avans longitudinal.


8/33

Selectiametodei potrivite depinde de marimeasi forma conturului piesei. Pentru raze de

racordare mai mici de 2,5mm, se utilizeaza metoda cu avans radial, iar pentru raze cuprinse

intre 2,5si 5mm se pot utiliza ambelemetode de rulare. Pentru raze mai mari de 5mm se alege

metoda cu avans longitudinal.

Avantajeleutilizarii sculei ballpoint sunt:sigurantaa procesului prin controlulcontinuu al

fortei de rulare, tranzitie usoara a fortei de rulare la cresterea si descresterea presiunii, aplicarea

locala a fortei de rulare in puncte critice, patrundere adanca a eforturilor de compresiune,

acoperiremai mare de 100% a suprafetei de prelucrat, larg camp de aplicatii.

4 Prelucrarea de finisare prin procedeul de rulare la rece

Finisareaprinrulareeste un proces de prelucrare la rece, care produce o buna calitate a

suprafetei prin miscarea planetara a unor rolecalite pe suprafete strunjite sau gaurite (Fig.8). In

procesul de rulare, presiuneagenerata de role depasestepunctul decurgereal materialuliui

piesei, la punctul de contact,avand ca rezultat o deformare plastica mica la suprafatapiesei de

prelucrat.

Intrucat toate suprafeteleprelucrate constau dintr-o serie de varfuri si vai de inaltimesi

distanteneregulate, deformare plastica creata de roleeste o deplasarede material din varfuricatre vai. Rezultatuleste o suprafata ca oglinda cu o mare rezistenta la uzurasi coroziune.

Presiune rolelor pesuprafatapiesei depinde de mai multifactorica: ductilitate materialului,

rezistenta la intindere, rugozitatea suprafetei piesei inainte de rulare, diametrul si forma rolelor.


9/33

Fig.8. Procesul de finisare prin rulare la rece.

Scula de rulatincorporeaza un sistem planetar cu roledurificate si conicecare sunt egal

asezate intr-o colivie.Cand scula este angajatain prelucrare un madrindur cu conicitate

inversa ca a rolelor le forteaza pe acestea sa se deplaseze spre suprafata piesei stabilind un auto

avans caracteristic sculei.

Interactiunea dintre unghiulaxei rolelorsi al conicitatii inverse a mandrinuluicreaza

presiunea necesara pentru prelucrare. Presiuneaeste generata din cauza ca mandrinul tinde sadepaseascarolele pa masura ce scula avanseazain lungul piesei. Aceasta tendinta este

restrictionata de un inel al mandrinului care stabileste interactiunea axiala dintre role si

mandrin. Atata timp cat cuplulrole mandrin este constantscula mentine un diametru constant

pe intraga lungime a piesei.

Candavansulsculei in piesa esteopritse realizeaza autorelaxareasculei. Cand avansul sculei

in interiorul piesei este oprit, rolele continua sa avanseze pe o traiectirie elicoidala inspre

mandrinpana la un punct unde diametrul este mai micsi presiunea de apasare dispare. Numai o

mica miscare este necesara pentru scula pentru a iesi din contactul cu piesa si poate fi usor

retrasa din piesa.


10/33

Axele rolelor sunt stabilite la un mic unghifata de axa mandrinului si a piesei. Acest unghi face

ca rolele sa se deplasezepe o traiectirie inclinata pe suprafata piesei stabilind astfel un

autoavanscaracteristic sculei.

In cazurilein care nuse cere avansul sculei ca de ex. in zona umerilor sau a fundului

alezajelor, scula este condusa cu axele rolelor paralele cu axa mandrinului. In acest caz scula

depinde de avansulmasiniipentru a prelucra lungimea piesei.

Fig.9 Profilul suprafetei piesei dupa operatia anterioara si dupa rulare.

4.1 Avantajele procedeului de finisare prin rulare la rece

Exista patru avantaje ale rularii la rece::

1. Imbunatatirea calitatii suprafetei Ra = 0,1-0,2 m;

2. Imbunatatirea controlului dimensiuniitolerante de 0,1mm sau mai mici;

3. Cresterea duritatii piesei pana la 5-10%;

4. Cresterea rezistentei la oboseala pana la 300% ;

Alte avantajesunt:

reducerea frecarii;

reducerea nivelului de zgomot;

cresterea rezistentei la coroziune;

de marci de scule si imperfectiunilor minore ale acesteia;


11/33

eliminarea urmelor sculelor aschietoare;

mai curata decat honuirea sia alte operatii abrazive;

mai rapida si la un pret mai mic comparativ cu alte operatii de finiosare referitor la

dimensiune, ecruisare in secunde!

inlocuieste alte operatii ca: rectificarea, honuirea, lepuirea;

Operatia de finisare prin rulare la rece are o larga aplicatie la o mare varietate de piese incluzand:

diametre interioare;

diametre exterioare;

suprafete plane;

suprafete conice;

suprafete sferice;

racordari interioare si umeri(Fig.10);


12/33

Fig.10 Exemple de piese prelucrate prin rulare la rece.

Orice suprafataprelucrata prin aschiere are o structura caracteristica datorata

geometrieitaisului sculei si avansuluide lucru. In Fig. 11a, b, sunt redate structura unei

suprafete a unei piese dupa prelucrarea prin rectificaresi strunjire.

Avans


13/33

Piesa

Disc de rectificat

Scula

a)b)

Fig.11 a) Suprafata obtinuta prin scula cu geometrie nedefinita; b) Suprafata obtinuta prin strunjire.

Dupa rularese obtine o anumita rugozitate a suprafetei piesei ce trebuie sa asigure etansarea si

functionarea in bune conditii a ansamblului. Rolele pot fi din carbura metalica sau din otel

inalt aliat (Fig.12).

a) b)

Fig.12 a) Distributia presiuneii de contact intre rola si suprafata piesei; b) Masurarea rugozitatii obtinute.

Indicatoriide calitatea suprafetei obtinute dupa rularea la rece sunt inaltimea maxima a

profilului Rzsi suprafatade contact Mr(Fig.13). In timpul prelucrarii prin rulare la rece rolele


14/33

sunt ghidate spre suprafata piesei si deplaseazamaterialul de pe varfurile microasperitatilor spre

golurile dintre ele realizand o aplatizarea suprafetei marind suprafata decontactrealizand si o

buna calitate a suprafetei piesei prelucrtate.

Lm= Distanta totala a masurarii = 5xl c;

Lc= Portiune a distantei masurate;

c = Adancimea de taiere;

Fig.13 Profilul rugozitatii suprafetei si curba suprafetei de contact.

Fig.14 Rugozitatea suprafetei inainte si dupa rulare.

Suprafata obtinuta este de mica

rugozitate

(Rz < 1m), ceea ce duce la o reducere a

coeficientului de frecare. Se

imbunatatesc astfel rezistenta la uzura,

la coroziunesi rezistenta la oboseala.

Deoarece nu are loc o reducere a volumului de material, aproximativjumatate din rugozitatea

suprafetei anterioare rularii este aplatizatasi jumatate este ridicata. Rugozitate finala a

suprafetei este directproportionala cu rugozitate anterioararularii.


15/33

Obiectivul rularii compresive este sa imbunatateasca rezistenta materialului. Forta de rulare

produce in stratul superficial eforturi compresive care ridica rezistenta dinamica a materialului pe

o adancime de 0,5 -0,7 mm.

Cresterea rezistentei materialului este dependenta de:

forta de rulare;

geometria rolei si a piesei;

proprietatile materialului;

numarul de rulari ale materialului.

4.2 Cinematica procesului de finisare prin rulare la rece

Fig.15 Cinematica procesuluii de finisare prin rulare.

Piesade prelucrat si scula de

roluit au miscari de rotatie;

In timpul rularii cu mai multe

role, cinematica miscarii este similara

cu a rotilor dintate planetare;

In timpul prelucrarii,

mandrinul conic (1) este conectat cu

sistemul de prindere(4) si colivia(3)

care sustine rolele (2) ce se rotesc

liber (Fig.15);

Fortade contact ce

deformeaza materialul este generata

de conicitateamandrinului si a

rolelor.


16/33

Diametrul ce trebuie obtinut la rulare este obtinut prin deplasareaaxiala a mandrinuluiinterior

(1), procedeul fiind unul de microfinisare faraproducerea de aschiica la alte procedee de

finisare.

Piesele ce au o rugozitatedupa alezaresau strunjire de pana la Ra = 5 m -50 m pot fi

finisate la Ra= 0,050,2 m,dintr-o singura trecere a sculei, cu o viteza de avans de 150-3000

mm/min.Diametrul ce poate fi prelucrat se poatereglain incremente de 0,002 mmin cateva

secunde. Datorita cresteriiduritatii suprafetei piesei se poate eliminatratamentul termiculterior

ca mijloc de imbunatatire a rezistentei la uzura. Deformatiaplastica conduce la aparitia

eforturilorde compresiune rezidualecare au ca efect cresterea rezistentei la oboseala.

4.3 Pregatirea piesei si parametrii specifici operatiei de finisare prin rulare la rece

Toate materialele ce se pot deforma plasticse por prelucra prinrulareala rece. Daca se

utilizeaza roledin otel aliat trebiue ca materialul piesei sa nu depaseasca duritatea de 45 HRC,

iar daca rolele sunt din diamantsintetic atunci duritatea materialului poate sa fie de max. 60

HRC. Deoarece prin rularea la rece nu se indeparteazamaterial, atunci numai rugozitatea

suprafeteirolelorinfluenteaza rugozitatea obtinuta. De aceea rugozitatea rolelorva fi egala cu

rugozitatea piesei.

Metoda de finisare prin rulare la rece nu necesita utilizarea unor masini speciale,se pot utiliza

masinile existentein sectiile de productie ca: masini de frezat, strunguri, masini de gaurit,

strunguri cu cimanda numerica, centre de prelucrare, etc. Se utilizeaza metodaprelucrarii dintr-o

singuraprindere a piesei, crescand astfel productivitatea si precizia de executie.

Fig.16 Curatirea piesei inainte de rulare.

Inainte de prelucrarea prin rulare se

utilizeaza o mica cantitate de lichidde

racire-ungere de mica vascozitate

(Fig.16). Acest lichid va fi folosit si in

timpul rularii pentru a indeparta diverse

particule de material si pentru a

prelungidurabilitatea rolelor.


17/33

Durabilitatea rolelor folosite la prelucrare este foarte mare. Se pot utiliza rolele la un numar de

piese cuprins intre 15-25000 operatii. Se pot face apoi mici ajustari de dimensiune si se poste

contiunua lucrul cu aceleasi role.

Reglarea rolelor la dimensiunea necesara se face intr-un timp scurt, de cateva minutesi nu

necesita pregatire speciala din partea operatorilor la masina. Deoarece necesarul de putere in

timpul operatiei de rulare la rece nu este mare, se simplificasi constructia dispozitivelor

necesare fixariisi pozitionariipiesei in vederea prelucrarii.

Sculele de roluit sunt interschimbabilesi sunt grupate pe seturi de dimensiuni ale pieselor ce

trebuie prelucrate. Numai carcasa, mandrinulsi rolelese schimba restul elementelor raman

aceleasi reducand astfel costurile cu peste 50%.

Adaosul de prelucrare. Inaintea prelucraii de finisare prin rulare la rece trebuie lasat un adaos

de prelucrare care variaza in functie deproprietatile materialuluii piesei,grosimeaperetelui

piesei, natura suprafetei de prelucrat, calitatea suprafetei ce trebuie obtinuta.

In tabelul 1 este redat adaosul de prelucrare pentru prelucrari exterioare si interioare, care poate

fi considerat informativ, valoarea exacta stabilindu-se experimentalpentru fiecare caz in parte.

Daca se alege un adaos de prelucrare mai marese pot uzaprematur rolele si suprafata piesei se

poate exfolia.

Tabelul 1. Adaosul de prelucrare la finisarea prin rulare la rece.

Domeniul de

dimensiuni ale

piesei de prelucrat

[mm]

Suprafete interioare Suprafete exterioare

Adaos de

prelucrare

[mm]

Rugozitatea suprafetei

Ra [m]

Adaos de

prelucrare

[mm]

Rugozitatea suprafetei

Ra [m]

Anterior

rularii

Dupa

rulare

Anterior

rularii

Dupa

rulare

Ductilitate

inalta a

materialului

3,5

12,5

25,5

0,010-0,017

0,017-0,040

0,025-0,050

2,0-3,1

1,5-3,1

1,5-3,1

0,2

0,2

0,2

0,010-0,015

0,012-0,025

0,017-0,025

2,0-2,5

2,0-4,5

2,5-4,5

0,2

0,2

0,2


18/33

50,5 0,040-0,075 1,5-5,0 0,2 0,025-0,050 3,1-10,1 0,2

Ductilitate

redusa a

materialului

3,5

12,5

25.5

50,5

0,010- 0,017

0,017-0,025

0,025-0,040

0,040-0,050

2,0-2,5

2,2-3,1

3,1-4,5

3,0-5,0

0,4

0,4

0,4

0,4-0,6

0,008-0,012

0,012-0,018

0,012-0,025

0,020-0,035

1,5-2,3

2,5-3,5

2,5-4,5

3,1-5,0

0,4

0,4

0,4

0,4

Rola

Materiale ductile se considera acele materiale ce au elongatia mai mare de 18%siduritatea

mai micade 32 HRC. Printre acestea se numara: otel normalizat, otel inoxidabil, aluminiu,alama, bronz. Printre materialeleslabductile se numara: fonta cenusie, fonta modulara, otel

tratat termic, aliaje de magneziu, aliaje de cupru.Piesa (n)

Avansul (s)

Fig.17 Parametrii rularii la rece.

Avansul. Daca se utilizeaza scule de

roluit cu asezarea inclinataa rolelor,

atunci avansul se executa automatdin

constructia sculei iar avansul masinii

trebuie sa fie mai mic cu 10-20% decat

avansul ce rezulta din inclinatia rolei.

In cazul prelucrarilor gaurilor infundate, atunci rolele au axa paralela cu corpul sculei si este

nevoie de avansul masinii unelte utilizate. In acest caz este necesar un minimjoc intre capatul

rolei si fundul gaurii (min.3mm), pentru a putea prelucra cat mai aproape de fundul alezajului.


19/33

Viteza de rotatie. Atat sculacat si piesapot avea miscare de rotatie. Viteza de rotatie nu este

critica, dar o viteza preamarepoate cauza reducerea durabilitatii sculei. Tabelul 2 reda valori

ale avansului si vitezei pentru cateva cazuri mai frecvent utilizate.

Tabelul 2. Avansul si viteza la rularea suprafetelor interioere si

exterioare.

Diametrul piesei Suprafete interioare Suprafete exterioare

Viteza de rotatie

[rot/ min]

Avansul [mm/rot] Viteza de rotatie

[rot/min]

Avansul

[mm/rot]

5

12

40

65

95

165

1500

1000

600

300

250

200

0,12

0,32

1,3

1,5

1,8

3,4

1000

700

400

250

200

200

0,15

0,3

1,0

1,8

2,7

2,7

4.4 Scule de rulat suprafete interioare

La inceput se introduce capul de rulat in alezaj apoi se avanseaza mandrinul conic pana ce rolele

ating suprafata piesei. In timpul rularii se exercita o miscare de avanspentru realizarea

dimensiunii si a rugozitatii cerute (Fig.18).


20/33

1. Mandrin conic, 2. Rola, 3. Carcasa, 4. Piulita, 5. Inel, 6. Arc, 7. Inel, 8. Rulment axial, 9. Corp, 10, Inel reglare,

11. Ac de rulment, 12. Inel de blocare, Coada, 14. Prezon, 15. Bucsa manson.

Fig.18 Cap de rulat suprafete interioare.

a)

1. Rola; 2. Mandrin; 3. Carcasa ; 4. Manson ; 5. Support.

b)

Fig.19 Cap de rulat pentru gauri strapunse; b ) pentru gauri infundate.


21/33

4.5 Scule de rulat suprafete exterioare

a) b)

Fig.19 Cap de rulat suprafete exterioare.

Prelucrare: pana la marginea umarului: X= 0,7 mm;

Domeniul de lucru: = 15-30 mm;

Domeniul de reglare: -0,2 - +0,1 mm;

Fig.20 Cap de rulat suprafete exterioare.


22/33

14.6 Scule de rulat suprafete conice exterioare

a) b)

Fig.20 Cap de rulat suprafete conice exterioare.

Prelucrare: conicitati exterioare;

Domeniul de lucru: de la 1mm ;

Numarul de role : in functie de diametru.

14.7 Scule de rulat suprafete plane

Acest tip de scule sunt formate dintr-un corpsi un capcu role (Fig.21). Corpulsculei este

format dintr-o carcasa echipata cu un sistem dearcurisi o coadacilindrica sau conica de fixare

in masina unealta folosita. Capulde rulat consta in carcasa,consi rolealese in functie de

dimensiunile de prelucrat.

Fig.21 Cap de rulat suprafete plane.


23/33

15 Prelucraea cu o singura rola

Aceste tipuri de scule se utilizeaza pentru prelucrarea pieselor de oricemarime si configuratie pe

strunguri universale, cu comanda numerica, centre de prelucrare (Fig.22, 23). Sunt formate dintr-

un capport rola si un suport, unde rola este fixata intr-un mecanism cu un arcde compresiune.

Pentru prelucrari interioare,capul port rola se fixeaza intr-o bara similara cu cea de alezat.

Rolele sunt executate din carburi metalice sau otel inalt aliat. Calitatea suprafetei obtinuta este

de Ra= 0,13-0,20 m.

a) b)

Fig.22 Cap de rulat cu o singura rola: a) pentru suprafete interioare; b) pentru suprafete exterioare.

Fig.23 Cap de rulat pentru prelucrari exterioare si frontale.

16 Scule de rulat cu diamante

Capetele de rulat din diamant sintetic sunt utilizate pentru a realiza o inalta calitate a suprafetei

pieselor la suprafete exterioare, interioare sau profilate. Se pot utiliza la materiale ca: otel carbon,

aliaje de fonta, la materiale feroase si neferoase. Se pot atasa la strunguri univerasale, cu


24/33

comanda numerica sau centre de prelucrare, atat la suprafete continue cat si discontinue (arbori

cu locas de pana, cu gauri de bolturi, etc.).

a) b)

Fig.24 Capete de rulat cu diamant:a, b) pentru suprafete interioare; b) pentru suprafete exterioare.

17 Moletarea si rularea succesiva

Moletareaurmata derulareeste un procedeu inovativ care a fost dezvoltat in industria de

autovehicule pentru piese noi sau uzate. Prin acest procedeu, in primafaza, alezajele devin mai

mici,iar arboriimai mari. Acest procedeu estesuperioraltor procedee de recuperare a pieselor

uzate sau executate gresit, ca de ex.metalizarea. Prin metalizarese intampla ca materialul sa nu

se depuna uniform pe circumferinta alezajelor sau arborilor si este necesara apoi o prelucrare

ulterioara cu noi costuri.

Procedeul de moletare si rulare succesiva elimina aceste inconveniente ale metalizarii in doua

faze si douascule. In primafaza, scula de moletat (randalinat) ridicamaterialul de la alezajele

prea mari sau arborii prea mici ca diametru (Fig.25).


25/33

Fig.25 Scula de moletat (randalinat).

In a douafaza, scula de rulat aduce

piesele la diametrul si calitatea

dorita. Cele doua faze se realizeaza in

cateva secunde. In plus, prin acest

procedeu creste suprafata de contact

cu aprox. 35%, eliminandu-se alte

procedee de finisare, si crescand

rezistenta la uzura.

Modul de lucru. Un alezajcu un diametru mai maredecat se cere in documentatia tehnica

poate fi rezultatul unei prelucrari gresite sau a unei uzuriexcesive. Procesul de recuperare a

piesei contine doipasi asa cu se reda in Fig. 26.

a) b) c)

Fig.26 Procedeul de moletare si rulare succesiva. a) piesa cu alezaj in afara tolerantei; b) moletarea ; c) rularea.

Procedeul se poate aplica atat cupiesain miscare de rotatiecat si cu sculain miscare de rotatie.

Orice materialductilse poate prelucra prin aceasta metoda: aluminiu, alama, bronz, fonta

maleabila, otel (cu duritatea mai mica de 40 HRC). Valorile avansului si miscarii de rotatie(aprox. aceleasi valori de la operatia de gaurire), sunt redate in Tabelul 3.


26/33

Tabelul 3. Avansul si viteza de rotatie la moletare-rulare succesiva.

Material Miscarea de rotatie [rot/min] Avansul [mm/rot]

Aluminiu si alama 60-90 0,75

Otel cu plumb 38-45 0,75

Otel carbon 24-37 0,45

Fonta cenusie 18-27 0,30

Otel aliat 8-11 0,20

Avansul se poate executa si manual. Dar se recomanda sa se utilizeze avansul masinii pe care

se execuata operatia. Se poate folosi un lichid de racire iar daca se renuntala el, atunci valorile

avansului si miscarii de rotatie se vorreducecu doua treimi. Scula nu necesita o pozitionare

precisa, in cele mai multe cazuri atat piesa cat si sculapot avea un grad de libertate pentru

autocentraresimilar cu honuirea.

Valorile curente de modificarea diametrului pieselor dupamoletaresunt: 0,15 mm pentru fonta

maleabila, 0,2 mm pentru otel, 0,25 mm pentru bronz, si 0,30 mm pentru aluminiu.

18 Prelucrarea de finisare prin ecruisare

Sculele utilizate la prelucrarea prin ecruisare combina miscarea de rulare cu actiunea de lovire

a suprafetei piesei cu un numar de role ce se rotesc cu o viteza mare intr-o carcasa(Fig.27).

Fig.27 Principul de lucru la finsarea prin

ecruisare.

Pe masura ce corpul sculei se roteste cu viteza

mare, rolelese rotesc in jurul axei lor, seridicasi

revinin pozitie initiala pe un arboreprevazut cu

proeminente.In acest modrolelelovesc suprafata

pieseide pana la 200000ori intr-un minut,

microneregularitatile suprafetei piesei fiind

aplatisate,ecruisatesi rezultand o buna caliatate a

rugozitatii.


27/33

Utilizarea acestei metode de finisare se face in urmatoarele cazuri:

- pentru piese cu peretisubtiri, eliminandu-se efectul de formabutoi de la alte procedee;

- pentru piese cu pereti cu grosimeneregulata;

- in aplicatii unde se cere ca sa ramana pe suprafata piesei mici amprente , pori pentru

retinerea uleiului (lagare);

- pentru piese ce tolerante foarte stranse (0,002mm), crescand si duritatea cu 10-30%;

Sculeleutilizate la finisarea prin ecruisare sunt prevazute cu treipozitii de utilizare a rolelor pe

arborele cu came. Cand pozitia 1 a camelor se uzeaza, carcasa cu role se muta in pozitia 2 si

apoi 3 prin reasezarea bucselordistantiere. Rolele sunt in seturi de diametre cu diferente de

vaori de 0,0025 mmsi scula se regleaza in domenii de diametre de pana la 0,05 mm.

a) b)

Fig.28 a) scula de finisare prin ecruisare; b) cele trei pozitii de utilizare a sculei.


28/33

Diametrul efectiv al sculei pentru obtinerea unui diametru al alezajului se masoara diametral

peste came (Fig.29).

Defectiv

Diametrul arboreluipeste came

Fig.29 Calcularea diametrului efectiv al sculei.

Valoareadiametrului efectiv al sculei

este egala cu diametrulmaxim al

alezajuluiplus revenireaelastica a

materialuluii piesei (Tabelul 4). Se alege

diametrul maxim pentru compensarea

uzurii sculei si a o mentinein limitele

tolerantei piesei.

Tabelul 4. Revenirea elastica a materialului.

Material Diametre intre 4-12 mm Diametre mai mari de 12

mm

Otel inoxidabil 0,0203 0,0254

Otel carbon 0,0203 0,0254

Fonta 0,0127 0,0203

Alama 0,0127 0,0203

Aluminiu 0,0050 0,0102

Sculeleutilizate sunt stocate indomeniul de diametre cuprins intre 4,550 mm, cu o cresterea

diametrului de la o scula la alta de 0,1 mm.

Oricemasini unealta ce poate asigura miscarea de rotatie a sculei (masini de gaurit, strunguri,

etc) poate fi utilizata. Oricematerial ductilpoate fi prelucratsinterizat, laminat, turnat, forjat,

extrudatcu max 38 HRC.

Pregatirea initiala a materialului este esentiala, deoarece trebuie sa se asigure o variatiea

diametrului de max. 0,025 mmla materiale duresi 0,07 mmla materiale sinterizate.


29/33

Rolele utilizate sunt executate in incrementi de 0,0025 mmsi dimensiunea dorita a diametrului

sculei se stabileste numai prin schimbarerolelor. Un set de role are un domeniu de lucru de

aprox. 0,1 mm.

In timpul lucrului se utilizeaza un lichid de ungere pe baza de ulei cu vascozitate redusa, iar

pentru fonta se utilizeaza o solutie minerala cu apa solubila.

19 Aplicatii ale procedeului de finisare prin rulare la rece

Aceasta metoda de prelucrare se utilizeaza in special la urmatoarele tipuri de piese:

- piese supuse la oboseala, la solicitari ciclice;

- piese cu modificari de sectiuni, urme de la prelucrarile anterioare, muchii ascutite, etc.;

- oboseala cauzata de eforturi reziduale de la operatiile precedente ca sudura, prelucrari prin

aschiere, tratamente termice;

- piese care pot crapa la eforturi de coroziune;

Printre avantajele acestui procedeu de finisare se numara:

- timp scurt de prelucrare;

- nu necesita reglaje suplimentare;

- durabilitate mare a sculelor;

- investitii mici deoarece se pot folosi masinile unelte existente;

Componente ale motoarelor si cutiilor de viteze. La piese din constructia motoarelor unde

sunt solicitari dinamice si termicemari procedeul se utilizeaza mai ales la finisarea razelor de

racordare pentru a creste rezistenta la oboseala de 2,5 ori(Fig.30).


30/33

Fig. 30 Roluirea supapelor de motor.

Bucsa cilindrilor este montata in blocul motor prin intermediul unui inel la marginea flansei. In

acest loc apar tensiuni mari si este necesara o rulare a razei de racoradare asa cu se vede in

Fig.31.

a)

Scula pentru roluirea razei

de racordare.

b)

Fig.31 Finisarea razelor de racordare la bucsa cilinrilor.


31/33

Fig.32 Roluirea razelor de racordare la arbori cotiti.

Razele de racordare ale arborilor

cotiti sunt de asemenea amorse de

ruptura daca nu sunt bine prelucrate.

Roluirea rezolva aceasta problema in

cele mai multe cazuri (Fig.32).

Fuzetele sunt elemente ale autovehiculelor intens solicitate la oboseala. In Fig.33 sunt redate

utilizarea rularii de finisare la razelede racordare si la zona unde se monteaza rulmentul.

a)

b)

Fig.33 Finisarea prin rulare a razei de racordare si palierului de montare a rulmentului.

Daca masafuzetei este distribuita

excentricatunci pentru a evita

aparitia vibratiilor se mentinepiesa

fixa si se rotestescula, asa cum se

arata in Fig.34.


32/33

Fig.34 Finisarea cu piesa fixa si scula rotitoare.

Piesele sunt solicitate laoboseala si in zona degajarilor filetelor, unde incarcarea dinamica este

mare si pot aparea fisuri si rupereapieaei (Fig.35).

Fig.35 Finisarea degajarilor la filete.

Utilizand finisarea prin rulare cu

avans longitudinalsau transversal

(pentru raze mai mici de 4 mm) se

evita aparitia amorselor de ruptura.

Timpulse pucru este foarte mic,

operatia avand loc pe parcursul a

10-15 rotatii ale piesei.

Finisarea prin rulare se poate utiliza si la rularea filetelor unde sunt surse de tensiuni ce produc

fisuri (Fig.36).

Fig.35 Finisarea prin rulare a filetelor.

Procesul de rulare se concentraza mai

ales la radacinafiletului, iar profilul secopiaza dupa scula folosita. Rolelepot

avea un grad de libertate axialpentru a

compensaabaterile dintre avansul

masinii si numarul de inceputuri ale

filetului.


33/33

Procedeul de finisareprin rulare se utilizeaza si la prelucrareagaurilorin carcase, arbori si

flanse unde sunt concentratori de tensiuni. Prin rulare se poate eliminaefectul de crestare

datorita gaurii sau poate fi redusin mare masura.

In Fig.36 este redata utilizarea finisarii prin rulare la gauriinfundatela un disc de turbina.

Fig.36 Rulare de finisare a gaurilor infundate.

Concentratoride tensiune sunt si la alezajein trepte datorita rugozitatii diferite a suprafetei.

In Fig.37a este aratat un exemplu de finisare prin rulare la un alezaj in trepte, iar in Fig.37b la

alezaje de mici dimensiuni ( 6mm) la o flansa de lagatura la turbinele de avion.

a) b)

Fig.37 Finisarea prin rulare la alezaje in trepte si la diametre mici.

Documents

Tehnologii de Finisare Prin Deformarea Plastica a Stratului Superficial