MEMORIU TEHNIC

1. Consideratii generale

Brosele sunt scule de mare productivitate pentru prelucrarea gaurilor, canalelor si suprafetelor exterioare. In plus, ele dau o mare precizie si o calitate buna a suprafetei prelucrate. Sunt insa scule complicate, utilizate numai la lucrari de serie sau de masa, sau in cazul cand lucrarile se repeta ( canale de pana etc.).

Brosa poate fi asimilata cu o serie de cutite de rabotat asezate pe o bara, bara trasa sau impinsa in directia de aschiere, astfel incat fiecare cutit sa ridice o aschie de grosime a.

Dupa aplicarea fortei exterioare de aschiere, brosele pot fi:

-brose solicitate la intindere;

-brose solicitate la compresiune;

Dupa felul prelucrarii se deosebesc:

-brose pentru prelucrari interioare;

-brose pentru prelucrari exterioare;

Dupa metoda de lucru pot fi:

-brose de aschiere;

-brose de netezire;

In cazul prelucrarilor interioare, este necesar sa se execute o gaura cu burghiul ( eventual si alezata) , in care sa se introduca brosa pentru a prelucra mai departe profilul si dimensiunile prescrise.

Brosele pentru prelucrari interioare au urmatoarele 4 -5 portiuni distincte:

-coada ( pentru fixarea si actionarea brosei);

-partea de conducere;

-partea de aschiere;

-partea asa numita de calibrare;

-partea de conducere din spate.

2. Materiale folosite la executarea broselor

Aschierea metalelor este insotita de o serie de fenomene fizice, care impun cateva proprietati specifice materialelor din care se confectioneaza partea activa :

-rezistenta mecanica la solicitari de intindere, compresiune si incovoiere suficienta pentru a suporta eforturile de aschiere ;

-duritate ridicata ( cel putin 62.64 HRC) ;

-stabilitate la cald 8 pastrarea proprietatilor fizice si la temperaturi ce apar in aschiere).

Aceste materiale mai trebuie sa aiba si urmatoarele calitati :

-calibilitate buna ;

-prelucrare prin aschiere buna ;

-conductibilitate termica buna pentru a elimina rapid caldura acumulata in timpul aschierii ;

-cost scazut.

In cazul broselor, cu toate ca prelucrarea prin brosare are loc la viteze mici, ceea ce inseamna ca temperatura in zona aschierii este relativ mica, datorita solicitarilor mari la care la care este supus taisul, a fortelor de frecare mari si a apasarilor specifice foarte mari, se recomanda ca partea activa a broselor sa se confectioneze din oteluri de scule, slab si bogat aliate, iar in unele cazuri, cand constructiv este posibil, din amestecuri de carburi metalice.

La alegerea marcii otelului pentru confectionarea partii active a broselor, dintre calitatile generale remarcate mai sus, trebuie sa se tina seama, in special, de caliatatea de calibilitate precum si de proprietatile de prelucrabilitate prin rectificare.

Tinand seama de aceste motive, se recomanda ca partea activa a broselor sa fie execuata din 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% C), contin elemente de aliere ca Wolframul, cromul, cobaltul, vanadiul, nichelul, molibdenul,, manganul s.a., alemente care asigura otelurilor proprietati aschietoare superioare otelurilor carbon de scule.

Elementele de aliere au ca rol principal imbunatatirea calibilitatii 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 la cald superioara OSC. Datorita elementelor de aliere, calirea lor se poate face cu racire in ulei, in cazul broselor simple, sau se poate face cu racire in bai de saruri, pentru brose cu configuratie complexa.

Otelurile bogat aliate, datorita continutului ridicat in elemente de aliere (peste 6%) , au o stabilitate la cald pana la 600⁰ - 650⁰ si au o calibilitate foarte buna. Racirea pentru calire se face in ulei sau bai de saruri, astfel ca nu exista pericolul deformarilor sau fisurarilor. Au dezavantajul ca temperatura de calire este ridicata (950⁰ - 1300⁰C).

Otelul Rp3 , cu un continut mediu de 18% W, are o prelucrabilitate prin aschiere foarte buna si este folosit pentru scule aschietoare cu profil complex si cu variatii mari de sectiune.

Otelul Rp4 , cu un continut mediu de 9% W, este mai ieftin decat Rp3 (este numit de inlocuire a otelului Rp3) si are proprietati asemanatoare cu el. Are o prelucrabilitate prin aschiere, in special prin abrziune, redusa, in comparatie cu precedentul. Pentru caliri sunt necesare una sau doua preincalziri ce tin seama de dimensiunile si configuratia brosei. Durata mentinerii este proportionala cu diametrul sau.

MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL

1. Partea de aschiere

Adaosul de prelucrare

Adaosul de prelucrare reprezinta distanta dintre suprafata initiala si cea prelucrata. Pentru cazul unui alezaj canelat (caneluri dreptunghiulare, evolventice, triunghiulare), adaosul de prelucrare (radial) A_p este:

[mm] [3]

unde:

D_max este diametrul maxim prelucrat;

d_min este diametrul minim initial;

[mm]

Suprainaltarea pe dinte a_z

Marimea ei este determinata in functie de materialul piesei, de tipul si dimensiunile suprafetei ce se prelucreaza.

Marimea suprainaltarii a_z este aleasa pe criterii de rezistenta si pe criterii de calitate a suprafetei de prelucrat. Criteriul de rezistenta se refera la limitarea fortelor de aschiere la o valoare admisibila de rezistenta la rupere a brosei. Criteriul de calitate se refera la dependenta ce exista intre marimea suprainaltarii a_z si marimea rugozitatii suprafetei brosate.

Se adopta [mm] conform tab. 2.12 [3]

Numarul de dinti aschietori

Numarul de dinti aschietori ai brosei depinde de marimea adaosului de prelucrare si de marimea suprainaltarii pe dinte. Cu cat brosa are mai multi dinti , cu atat ea va rezulta mai lunga, ceea ce inseamna dezavantaje de executie, de exploatare si de intretinere.

Din considerente constructive si de calitate a suprafetei prelucrate adaosul de prelucrare este impartit in adaos de degrosare A_pd si adaos de finisare A_pf rezultand doua feluri de dinti: dinti de degrosare z_d si dinti de finisare z_f.

a) Dintii de degrosare z_d

[3]

se adaoga 1 dinte cu conditia ca primul dinte nu are suprainaltare.

Se adopta tehnologic A_pd=1,38 [mm]

dinti

b) dinti de finisare z_f.

Adaosul de finisare este:

A_pf=A_p-A_pd=1,51-1,38=0,13 [mm]

Suprainaltarea dintilor de finisare z_f este variabila si se determina astfel:

-primul dinte z_f1=0,8 a_z=0,8 0,06=0,04 [mm] [3]

-al doilea dinte z_f2=0,5 a_z=0,5 0,06=0,03 [mm] [3]

-al treilea dinte si al patrulea z_f3,4,5=0,3 a_z=0,3 0,06=0,02 [mm] [3]

z_f1+z_f2+z_f3+z_f4+z_f5=0,04+0,03+0,02+0,02+0,02=0,13=A_pf T z_f=5 dinti.

Pe baza calculelor de mai sus rezulta:

dinti

Elementele geometrice

1.Pasul dintilor p

Pasul dintilor este un element principal si de referinta al danturii brosei.

La alegerea valorii sale se pune conditia ca numarul de dinti aflati simultan in aschiere z_sim sa aiba valori in limitele:

Pe baza faptului ca in contact cu materialul, trebuie sa fie concomitent minimum doi dinti, pasul danturii va fi:

[mm] [1]

unde l_p este lungimea de brosat;

[mm]

Tehnologic se ia valoarea pasului ca fiind egala cu: p=8 [mm].

Recomandare:

Pasul p sa fie variabil, pe grupe de dinti, chiar daca intervin dificultati la executia si la ascutirea brosei.

Acest lucru este necesar pentru eliminarea posibilitatilor de aparitie a vibratiilor fortate si pentru realizarea unor suprafete de calitate superioara (fara ondulatii).

Variatia pasului se face pe grupe de cate 4 dinti, aceasta fiind egala cu 0,1 [mm], astfel conform [2]:

2.Inaltimea dintelui h

Inaltimea dintelui se determina pe baza unui criteriu functional.

[mm] [3]

unde k este coeficient de umplere si are rolul unui coeficient de siguranta;

Alegand corespunzator coeficientul k , se calculeaza inaltimea h a dintelui, valoarea calculata rotunjindu-se la o marime acceptabila tehnologic.

Conform tab. 2.13 [3] coeficientul de umplere k=4.

[mm] T h=3,5 [mm]

Se pune conditia ca suprafata sectiunii golului S_g dintre doi dinti vecini, in care se inmagazineaza aschia, sa fie mai mare decat aria sectiunii longitudinale a aschiei S_la.

Se poate considera ca satisfacatoare relatia:

> [1]

unde:

[mm²] [3]

[mm²] [3]

[mm²]

[mm²]

> adica 9,61>4 9,61>7,2

Conditia este satisfacuta.

3.Numarul de dinti care aschiaza concomitent z_sim

[3]

Prima conditie este ca z_sim 2 , in caz contrar, brosa nefiind prinsa rigid in dispozitivul de antrenare, exista riscul ca piesa sa "cada" intre dintii brosei. Aceasta conditie trebuie indeplinita si pentru realizarea unei uniformizari relative a fortelor de aschiere.

Cea de a doua conditie este z_sim 6 , pe baza de rezistenta mecanica a brosei si a masinii de brosat. Cu cat creste numarul de dinti simultan aflati in aschiere, proportional creste si forta de brosare.

dinti

4.Grosimea dintelui s

Se determina (valoare rotunjita) in functie de marimea pasului, folosindu-se urmatoarea relatie:

[mm] [3]

[mm]

5.Grosimea golului g

Se determina (valoare rotunjita) in functie de marimea pasului, folosindu-se urmatoarea relatie:

[mm] [3]

[mm]

6.Raza de racordare R

Se determina (valoare rotunjita) in functie de marimea pasului, folosindu-se urmatoarea relatie:

[mm] [3]

[mm]

7.Raza de racordare de la fundul dintelui r

Se determina (valoare rotunjita) in functie de marimea pasului, folosindu-se urmatoarea relatie:

[mm] [3]

[mm]

8.Unghiul spatelui dintelui

[3]

Constructiv se alege

Forta de aschiere F_z

Determinarea valorii lui F_z este necesara pentru:

-verificarea brosei in sectiunile periculoase (pe partea de prindere, gatul ei, in fata primului dinte);

-verificarea elementelor dispozitivului de prindere;

-compararea ei cu forta capabila a masinii de brosat.

Astfel pentru calculul fortei F_z se foloseste formula:

[daN] [3]

unde:

C_p=212 -constanta ce depinde de materialul piesei si de tipul brosei, tab. 2.18 [3]

a_z=0,06 [mm] -suprainaltarea pe dinte;

B=6 [mm] -latimea canalului de pana;

n=6 -numarul de caneluri;

z_sim=4,2 -numarul maxim de dinti simultan aflati in aschiere;

=0,95 -factor de influenta a unghiului de degajare ().

[daN]

F_z=24,215 [kN]

Forta principala de aschiere F_z trebuie sa fie mai mica decat forta capabila asigurata de masina de brosat:

-se recomanda

unde:

F_mas=170 [kN]

Conditia este satisfacuta.

Geometria constructiva

Geometria constructiva a taisului dintilor aschietori ai brosei se refera la marimile unghiurilor de degajare, de asezare si de inclinare. La stabilirea valorilor acestor unghiuri, se tine seama de urmatoarele caracteristici:

-natura materialului de prelucrat;

-calitatea suprafetei prelucrate;

-materialul partii active a brosei,

-uniformizarea fortelor de aschiere;

1.Unghiul de degajare

Unghiul de degajare se alege in functie de natura materialului prelucrat. Fata de degajare se executa fara fateta.

Conform tab. 2.15 [3] rezulta . Se ia .

2.Unghiul de asezare

Unghiul de asezare se alege in functie de felul si calitatea suprafetelor ce se broseaza.

La prelucrarea suprafetelor interioare pentru ca in urma reascutirilor repetate aceasta sa nu se decalibreze, unghiul de asezare pentru dintii aschietori are valori mici:

spre limita inferioara a domeniului in cazul unor brosari de calitate, spre limita superioara in cazul unor prelucrari mai putin pretentioase.

Se alege pentru brosari de calitate;

Verificarea brosei

Brosa de tragere se verifica la intindere. Verificarea se face in sectiunea periculoasa (dintre conducerea din fata si primul dinte de aschiere).

[1]

unde:

q -este aria sectiunii periculoase

[daN/mm²] -este unitar admisibil pentru brose din otel rapid [3]

[mm²]

unde:

r₁ -este raza brosei in sectiunea periculoasa

[mm²]

Verificarea:

Conditia este indeplinita.

Canalele pentru fragmentarea aschiilor

Dintii de aschiere se prevad cu canale pentru fragmentarea aschiilor, care au ca efect micsorarea latimii aschiilor, si deci a apasarii specifice de aschiere.

Se justifica prezenta acestor canale prin urmatoarele:

-micsorarea eforturilor de aschiere prin reducerea lucrului mecanic de deformare suplimentara a aschiei la infasurarea ei in golul dintre dinti;

-micsorarea latimii aschiei duce la reducerea amplitudinilor autovibratiilor si deci la eliminarea pericolului de instabilitate dinamica.

Numarul de canale pentru fragmentarea aschiilor la brose de canelat, se adopta conform tab. 22.b [2]

Pentru latimea taisului B=6 [mm] rezulta: pe primul dinte se pune un canal iar pe al doilea se pune tot un canal asimetric fata de primul dinte.

Adancimea canalului de fragmentare h_f este mai mare decat suprainaltarea pe dinte.

Dimensiunile constructive ale canalului de fragmentare se iau conform fig. 5.8 [1].

Lungimea partii de aschiere l_as

Lungimea partii de aschiere se determina in functie de pasul dintilor si de numarul de dinti.

z_a=z_d+z_f

unde:

z_d=24 dinti de degrosare;

z_f=5 dinti de finisare;

p=8 [mm]

[3]

[mm]

Partea de calibrare l_c

Partea de calibrare este formata din dinti, se iau z_c=4 dinti.

Dintii de calibrare servesc pentru calibrarea suprafetelor prelucrate, dar ei reprezinta si dinti de rezerva; dupa reascutirile repetate pe care le sufera, brosa se decalibreaza iar acesti dinti devin dinti aschietori.

Unghiul de degajare se alege ca si pentru partea aschietoare. Tinand seama de calitatea lor si din acest motiv al decalibrarii dupa reascutiri unghiul de asezare are valori foarte mici ().

Dintii de calibrare au o fateta f_c pe fata de asezare, orientata sub un unghi de asezare nul. Fateta f_c are valori 0,2.0,8 [mm] crescatoare de la dinte la dinte catre partea finala a brosei.

Din motive de economie de otel de scule pasul dintilor de calibrare p_c se alege mai mic decat pasul dintilor aschietori p, p_c<p. Pasul p_c se poate alege conform [3] :

[mm] [3]

[mm]

Acesti dinti nu sunt aschietori avand un unghi de degajare puternic negativ, ei vor tasa suprafata deja finisata.

Lungimea partii de calibrare l_c

Lungimea partii de calibrare depinde de pasul p_c al dintilor de calibrare si de numarul de dinti da calibrare.

[mm] [3]

[mm]

2.Coada brosei

Partea de prindere l₁

Serveste la realizarea legaturii cu dispozitivul de actionare al masinii de brosat.

Dimensiunile si forma ei depind de suprafata initial prelucrata in piesa si de dimensiunile si forma corespunzatoare dispozitivului de prindere al masinii de brosat.

Dispozitivul de prindere al masinii de brosat este de prindere prin zavorare cu falci. Coada brosei este de forma cilindrica fara asigurare la rotire.

Dimensiunile corespunzatoare sunt date in tab. 22 [3].

l₁=140 [mm] ; d₁=22 [mm].

Partea gatuita l₂

Partea gatuita este caracterizata prin sectiunea cu valoarea cea mai mica de pe intreaga lungime a brosei, avand rol de siguranta in cazul ruperii brosei sub actiunea accidentala a fortelor de aschiere ruperea facandu-se in aceasta zona, singura in care brosa se mai poate recupera (sudare cap la cap).

Diametrul d₂ al partii gatuite este cu 0,5.4 [mm] mai mic decat diametrul d₁ al partii de prindere.

l₂=25 [mm] ; d₂=17 [mm].

Conul de ghidare l₃

Conul de ghidare face legatura intre gatul brosei si partea de ghidare din fata brosei si are rolul unui cautator de gaura. Diametrul minim la conului de ghidare este egal cu diametrul d₂ al gatului brosei iar lungimea l₃=10.20 [mm].

l₃=10 [mm].

Partea de ghidare fata l₄

Partea de ghidare fata are rol de a orienta si ghida brosa in alezajul initial executat in piesa.

Daca prelucrarea se face cu un set de brose partea de ghidare a fiecarei brose din set corespunde ca forma si dimensiuni ultimului dinte al brosei precedente.

Diametrul d₄ al partii de ghidare se recomanda sa fie cu 0,05 [mm] mai mic decat diametrul d₀ minim al alezajului tolerat.

Lungimea l₄ a partii de ghidare fata se alege in functie de lungimea piesei de brosat l_p si are valoarea:

[mm] [3]

l₄=30 [mm].

Coada brosei

Lungimea cozii brosei depinde de lungimea partii de prindere l₁ , lungimea conului de ghidare l₃ si de lungimea partii de ghidare l₄.

l_cd=l₁+l₃+l₄ [mm]

l_cd=140+10+30=180 [mm]

3.Partea de ghidare posterioara l₆

Partea de ghidare posterioara are rol de ghidare pentru ultimii dinti ai brosei.

Forma si dimensiunile sectiunii transversale ale partii de ghidare din spate corespund formei si dimensiunilor transversale ale suprafetei brosate.

Diametrul partii de ghidare spate se calculeaza cu formula:

d₆=D₀-0,01 [mm] [3]

D₀ este diametrul alezajului calculat la abaterea minima.

d₆=23-0,01=22,99 [mm]

Lungimea partii de ghidare spate se alege constructiv:

[mm] [3]

[mm]

4.Lungimea brosei L

Corespunzator partilor componente ale brosei, lungimea totala a ei va fi:

L=l_cd+l_as+l_c+l₆ [mm] [3]

unde:

l_cd este lungimea cozii brosei;

l_as este lungimea partii aschietoare;

l_c este lungimea partii calibrate;

l₆ este lungimea partii de ghidare posterioara;

L=180+237,8+20,8+24=462,6 [mm]

Raportul dintre lungime si diametru fiind relativ mare conditia de zveltete nu este indeplinita, constructiv se opteaza pentru un set de doua brose.

In acest caz numarul de dinti aschietori se imparte pe cele doua brose.

Pe prima brosa se executa un numar de 16 dinti de degrosare. Lungimea primei brose va fi L₁=335,2 [mm].

Pe a doua brosa se executa un numar de 8 dinti de degrosare, 5 dinti de finisare si un numar de 4 dinti de calibrare. Lungimea brosei va fi L₂=331,4 [mm].

In cazul seturilor de brose , partea de ghidare din fata trebuie sa aiba aceiasi forma cu cea a ultimului dinte al brosei precedente.

unde:

D_e=D_ud-(0,1.0,3) [mm]

D_ud reprezinta diametrul ultimului dinte al brosei precedente;

d_i=d_ic

d_ic este diametrul interior al butucului;

b=b_0min

b_0min este latimea canelurii calculate la abaterea minima;

[mm] [3]

unde:

d_i=23 [mm] -diametrul alezajului;

a_z=0,06 [mm] -adaosul de prelucrare;

z_d1=16 dintii de degrosare de pe prima brosa.

[mm]

[mm]

5. Viteza de brosare

Viteza de aschiere se calculeaza cu relatia:

[m/min], [1].

unde:

- coeficient ce tine cont de material si de conditiile de aschiere [1] tab 5.2;

, - exponenti ce tin cont de material si de conditiile de aschiere [1] tab.5.2;

T=60[min] - durabilitate economica;

s - adancimea de aschiere;

; [1].

- coeficient care depinde de durabilitatea cutitului (T=60 min);

- coeficient de prelucrabilitate;

- coeficient cere depinde de starea materialului de prelucrat (OLC 45);

- coeficient care depinde de starea suprafetei materialului;(prelucrarea anterioara a fost burghierea);

- coeficient care depinde de materialul partii aschietoare a cutitului (Rp3);

- coeficient care depinde de unghiul de degajare al sculei ();

- coeficient care depinde de unghiul de atac principal al sculei;

- coeficient care depinde de unghiul de atac secundar al sculei;

- coeficient care depinde de raza de rotunjire a muchiei taisului sculei;

- coeficient care depinde de unghiul de asezare al sculei ();

- coeficient care depinde de aria sectiunii corpului cutitului;

- coeficient care depinde de uzura cutitului;

- coeficient care depinde de forma fetei de degajare a cutitului;

- coeficient care depinde de lichidul de aschiere utilizat;

deci:

Prin urmare viteza economica de aschiere este:

[m/min].

1.Date initiale de proiectare

2.Calculul de proiectare al brosei

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. MINCIU, C. , Brosarea. Vol.I siII. Ed. Bucuresti, Editura Tehnica, 1989