În ceea ce privește tăierea metalelor, există în esență trei factori cheie care determină modul de funcționare: viteza de tăiere, care reprezintă în esență cât de repede se mișcă suprafața la contactul dintre sculă și piesă; avansul, adică cantitatea cu care progresează scula la fiecare rotație; și adâncimea de tăiere, care indică până la ce adâncime în material intră scula. Acești factori nu sunt independenți însă. Modificarea unui parametru afectează imediat ceilalți. Luați, de exemplu, avansul. Dacă cineva încearcă să mărească avansul fără să ajusteze nimic altceva, probabil va trebui să reducă adâncimea de tăiere. Altfel, scula este suprasolicitată și începe să vibreze sau să chițăie, lucru pe care nimeni nu îl dorește în atelier.
Când vitezele de așchiere cresc, se generează mai multă căldură, ceea ce duce la o uzare mai rapidă a sculelor, dacă nu se fac ajustări la avans sau la adâncimea de tăiere. De exemplu, atunci când se lucrează cu materiale din oțel durificat, creșterea avansului cu aproximativ 20% înseamnă adesea reducerea adâncimii de tăiere cu circa 15%, dacă dorim să prevenim defectarea prematură a sculelor de așchiere. O adâncime prea mare în material crește problemele de vibrații, iar creșterea excesivă a vitezelor pe aliaje dificile, cum ar fi Inconel 718, poate provoca chiar apariția de crăpături datorită acumulării excesive de căldură. Găsirea echilibrului potrivit între toți acești factori este ceea ce face ca prelucrarea prin așchiere să fie reușită, deoarece o combinație greșită duce la rezultate slabe, irosirea timpului și înlocuiri costisitoare ale sculelor în viitor.
Producătorii aplică modele empirice, cum ar fi ecuația lui Taylor privind durata de viață a sculei ( VT n = C ) pentru a ghida deciziile—unde V este viteza de așchiere, T este durata de viață a sculei, iar C și n sunt constante specifice materialului și sculei. De exemplu, reducerea vitezei cu 30% poate dubla durata de viață a sculei în cazul frezării titanului. Principalele compromisuri includ:
| Obiectiv | Reglarea parametrilor | Risc de compromis |
|---|---|---|
| Productivitate mai mare | ↑ Avans / ↓ Adâncime | Ruperea sculei, calitate slabă a finisării |
| Cost mai mic | ↓ Viteză de așchiere | Timp sporit de prelucrare |
| Finisaj superficial mai fin | ↓ Avans / ↑ Viteză | Rată redusă de îndepărtare a materialului |
Selectarea parametrilor bazată pe date prioritizează constrângerile aplicației: componentele aeronautice necesită toleranțe strânse (favorizând avansuri moderate), în timp ce trecerile de degroșare maximizează adâncimea de așchiere. Această abordare sistematică elimină încercările inutile prin metodă empirică, îmbunătățind atât eficiența operațională, cât și calitatea pieselor.
Caracteristicile materialelor stabilesc limite importante atunci când este vorba de tăierea eficientă și sigură a metalelor. Luați în considerare oțelul carbon, cum ar fi AISI 1045, care se încadrează în mod tipic între 15 și 25 pe scara de duritate Rockwell. Cu scule din carbide, operatorii pot obține în general viteze de așchiere cuprinse între 120 și 250 de metri pe minut. Lucrurile stau însă foarte diferit atunci când se lucrează cu superalioase pe bază de nichel, cum ar fi Inconel 718, care au duritatea în jurul valorilor 35-45 pe scara de duritate. Aceste materiale necesită viteze mult mai mici, adesea sub 30 de metri pe minut, deoarece tind să se întărească rapid prin deformare și exercită eforturi enorme asupra sculelor de așchiere. Ceea ce face posibil tot acest proces sunt diferențele fundamentale privind comportamentul acestor materiale la nivel molecular în timpul proceselor de prelucrare mecanică.
| Proprietatea materialului | Oțel AISI 1045 | Inconel 718 |
|---|---|---|
| Conductivitate termică | Ridicată (51 W/m·K) | Scăzută (11.4 W/m·K) |
| Tendința de întărire prin deformare | Moderat | Sever |
| Intervalul Optim de Viteză | 150±30 m/min | 20±5 m/min |
Depășirea intervalului de viteze recomandat accelerează uzura flancului — cu până la 300% în cazul aliajelor dure — conform ASM International. Alegerea unor viteze conservative rămâne esențială pentru gestionarea generării căldurii și menținerea integrității sculei.
Geometria semifabricatului limitează adâncimile de așchiere realizabile (DOC). O foaie din oțel inoxidabil de 0,5 mm poate necesita o adâncime de așchiere ≤ 0,1 mm pentru a preveni deformarea, în timp ce o placă din aluminiu de 50 mm poate suporta până la 5 mm adâncime de așchiere. Trei factori mecanici domină stabilitatea:
De exemplu, obținerea unei toleranțe IT7 pe o piesă din titan de 10 mm necesită în mod tipic DOC < 1,5 mm. Studiile de teren indică faptul că alegerea incorectă a DOC contribuie la 72% dintre defectările prematur ale plăcuțelor în prelucrarea pereților subțiri (Journal of Materials Processing Technology, 2023).
Ecuația clasică a duratei de viață a sculei Taylor (VTn = C) își păstrează importanța, chiar dacă modul în care o aplicăm s-a schimbat destul de mult datorită disponibilității unor scule mai performante astăzi. Acoperirile noi, cum ar fi nitrura de titan-aluminiu (TiAlN), permit prelucrătorilor să lucreze la viteze mult mai mari atunci când lucrează oțeluri călite, undeva între 45 și 65 de metri pe minut, menținând în același timp uzura sculei sub control. Atunci când producătorii combină aceste acoperiri moderne cu modelele tradiționale, pot reduce cheltuielile cu sculele cu aproximativ 30% în cazul producției de serii mari. Ceea ce face ca acest lucru să funcționeze cu adevărat este stabilitatea termică a acestor acoperiri, care ajută la prevenirea problemelor de aderență în timpul prelucrării materialelor aeronautice. Astfel, în ciuda tuturor progreselor, principiile de bază ale lui Taylor continuă să orienteze practicile reale de prelucrare în diverse industrii.
Gestionarea eficientă a căldurii se bazează pe livrarea dirijată a lichidului de răcire:
Alegerea optimă a lichidului de răcire echilibrează vâscozitatea și conductivitatea termică — nu doar pentru a suprima creșterile brute de temperatură, ci și pentru a preveni întărirea suprafeței și a menține o rugozitate Ra ≤ 0,8 µm
Parametrii de bază în așchierea metalelor sunt viteza de așchiere, avansul și adâncimea de așchiere. Fiecare dintre aceștia influențează ceilalți, astfel că modificarea unuia poate afecta celelalte.
Echilibrarea acestor factori este esențială deoarece ajustările incorecte pot duce la probleme precum uzura sculei, vibrații sau o calitate slabă a suprafeței, ceea ce poate afecta calitatea generală și eficiența procesului de prelucrare.
Materiale diferite, cum ar fi oțelul AISI 1045 față de Inconel 718, se comportă diferit în condiții de prelucrare. Compoziția, duritatea și proprietățile termice ale acestora dictează setările corespunzătoare de viteză, avans și adâncime pentru o tăiere sigură și eficientă.
Durata sculei poate fi prelungită prin optimizarea parametrilor de așchiere și utilizarea plăcuțelor avansate cu acoperire. Aplicarea unor versiuni moderne ale modelelor empirice, cum ar fi Ecuația Taylor pentru durata sculei, poate ghida practici de prelucrare mai bune.
EN
