19.8 Suprafața nou formată

După cum se subliniază în Fig. 2, suprafața nou formată este un produs secundar important al prelucrării mecanice și este critică pentru funcționalitatea multor componente fabricate (Griffiths 2001) și, prin urmare, merită un studiu mai atent. Prelucrarea produce suprafețe de diferite forme. Două mișcări cheie ale sculei de tăiere față de suprafața de lucru au ca rezultat generarea acestei suprafețe: viteza de tăiere și viteza de avans. Mișcarea vitezei de tăiere este mișcarea cheie care furnizează energia mecanică necesară pentru a provoca separarea materialului de formare a așchiilor. După cum s-a explicat la începutul acestui capitol, considerațiile privind energia și rezistența sculei ne cer să îndepărtăm materialul în bucăți mai mici și, prin urmare, forma sculei de tăiere este astfel încât o anumită mișcare de tăiere poate îndepărta doar o cantitate mică de material din piesa de prelucrat. Acest lucru necesită mutarea sculei de tăiere, pe lângă această mișcare de tăiere, la diferite regiuni ale suprafeței de lucru – aceasta se numește mișcare de avans. Cele două căi de mișcare astfel necesare sunt denumite generatoare și directoare (Ghosh și Mallik 1985). Aceste două mișcări pot fi furnizate fie sculei, fie lucrării, fie relativ între ambele. Când aceste două mișcări sunt pe o cale dreaptă, se generează o suprafață plană. Când generatoarea este o cale de mișcare circulară și directoarea este o linie dreaptă într-un plan perpendicular, se generează o suprafață cilindrică (Fig. 23). Dacă directoarea este o linie dreaptă, dar în același plan, atunci se creează un set de cercuri care vor forma o suprafață plană. Cititorul rămâne cu următorul puzzle: dacă generatoarea și directoarea sunt ambele circulare, dar în planuri perpendiculare, ce formă de suprafață generează procesul de prelucrare?


Fig. 23 Suprafețele în prelucrare sunt generate de o combinație a două mișcări.

Pe lângă forma suprafeței generate, calitatea suprafeței este o preocupare esențială. Calitatea suprafeței este determinată atât de caracteristicile externe la suprafață, cât și de caracteristicile interioare ale subsuprafeței (sub suprafață și în interiorul materialului). Aspectele externe la suprafață includ finisarea suprafeței, prezența fisurilor etc., în timp ce aspectele interioare ale suprafeței includ tensiuni, modificări microstructurale (de exemplu, strat alb), etc. În Fig. 24 este prezentată o vedere de aproape a unei suprafețe tipice prelucrate nou formate. Urmele de zgârieturi tipice care sunt caracteristice rugozității muchiei de tăiere pot fi văzute replicate pe suprafața prelucrată. De asemenea, în acest caz particular sunt văzute multe gropi în care materialul pare să fi fost rupt. Aceasta este o consecință a procesului de formare a așchiilor, deoarece materialul este puternic deformat și fracturat înaintea muchiei de tăiere.

Fig. 24 Suprafață nou prelucrată observată la un microscop electronic cu scanare

După cum s-a explicat mai devreme, procesul de formare a așchiilor implică o deformare puternică sub formă de deformări mari la rate mari de deformare. Efectul acestor deformări se simte sub forma creșterii temperaturii și modificărilor microstructurale pe suprafața de lucru care este de natura termomecanică. Modificările microstructurale pot include recristalizarea, distorsiunea granulelor și schimbările de fază care pot apărea. Desigur, natura unei astfel de deformări depinde de proprietățile materialului de lucru (Trent 1991). Un exemplu de modificare microstructurală este prezentat în Fig. 25. Când oțelul călit (mai mult de 45 HRc) este prelucrat cu o unealtă de tăiere pe bază de carbură, se generează căldură intensă și o combinație a acestei călduri cu efecte mecanice are ca rezultat formarea a unui strat de martensită nanocristalină. Acest strat este fragil și este predispus la efecte de oboseală, mai ales dacă suprafața face parte dintr-un rulment, de exemplu. Se vede că această schimbare a microstructurii are loc cu o intensitate mai mare atunci când vitezele de tăiere sunt mari sau când scula de tăiere se uzează chiar și puțin. Prin urmare, considerentele economice necesită, de asemenea, eforturi pentru a reduce formarea unor astfel de modificări subsuprafețe.

Fig. 25 Exemplu de modificare microstructurală a suprafeței în oțel durificat prelucrat cu o sculă de tăiere cu carbură