27.4 Calitatea suprafeței

Producerea de bună calitate, finisare adecvată a suprafeței și geometria sunt importante pentru piesa prelucrată. Finisajul suprafeței sau textura suprafeței bazată pe ASME (1985) este definită ca neregularități geometrice ale suprafeței materialelor solide, în timp ce rugozitatea suprafeței este definită ca neregularitățile mai fine ale texturii suprafeței, care rezultă de obicei din acțiunea inerentă a procesului de producție, cum ar fi urmele de avans produse în timpul prelucrării. Rugozitatea suprafeței este de obicei indicată de parametri precum rugozitatea medie (Ra) sau rugozitatea pătratică medie (Rq) și calculată prin ecuațiile 1 și, respectiv, 2.
Producing good quality, appropriate surface finish, and geometry are important for the machined workpiece. The surface finish or surface texture based on ASME (1985) is defined as geometrical irregularities of solid materials surface while surface roughness is defined as the finer irregularities of the surface texture, usually resulting from the inherent action of the production process, such as feed marks produced during machining. The surface roughness is commonly indicated by parameters such as average roughness (Ra) or root mean square roughness (Rq) and calculated by Eqs. 1 and 2, respectively.

(1)

(2)

unde:
L este lungimea de eșantionare
Y(x) este ordonata curbei profilului
where:
L is the sampling length
Y(x) is the ordinate of the profile curve

Finisajul suprafeței și integritatea suprafeței piesei prelucrate afectează uzura, rezistența la oboseală, rezistența la coroziune, inițierea și propagarea fisurilor, durata de viață la fluaj și frecarea în timpul utilizării componentelor. Măsurarea rugozității suprafeței poate fi folosită și pentru a prezice criteriul uzurii sculelor în microfrezare (Hongtao et al. 2008). Viteza de tăiere și volumul de îndepărtare a materialului au un efect semnificativ asupra uzurii sculei, care în cele din urmă va afecta rugozitatea suprafeței. Geometria sculei, parametrii de așchiere (viteza axului, viteza de avans și adâncimea de tăiere), neregularități în operația de tăiere (uzura sculei și lubrifiant) și proprietățile materialului sculei și piesei de prelucrat sunt câțiva factori care influențează calitatea suprafeței, în special în procesul de microfrezare. (Dimov et al. 2004). Uzura sculei afectează în special calitatea suprafeței peretelui fantei (Schmidt și Tritschler 2004).
Surface finish and surface integrity of the machined workpiece affect wear, fatigue resistance, corrosion resistance, crack initiation and propagation, creep life, and friction during the component use. Surface roughness measurement can also be used to predict the criterion of tool wear in micro-milling (Hongtao et al. 2008). Cutting velocity and material removal volume have a significant effect on tool wear, which in the end will affect surface roughness. Geometry of tool, cutting parameters (spindle speed, feed rate, and depth of cut), irregularities in cutting operation (tool wear and lubricant), and material properties of tool and workpiece are several factors influencing the surface quality especially in the micro-milling process (Dimov et al. 2004). The tool wear especially affects the wall surface quality of the slot (Schmidt and Tritschler 2004).

Prin aplicarea unei viteze de avans scăzute, se poate obține un finisaj mai bun al suprafeței, dar oferă o rată mai mică de îndepărtare a materialului (Miao et al. 2007). Se observă că rugozitatea suprafeței a crescut pe măsură ce raza muchiei sculei a crescut la micro-frezarea frontală (Vogler et al. 2004). În micro-frezarea materialelor de cupru, viteza de avans are o influență semnificativă asupra rugozității suprafeței și înălțimii bavurilor, viteza axului are o influență ușoară asupra rugozității suprafeței și formării bavurilor, în timp ce adâncimea axială de tăiere nu are o influență semnificativă asupra rugozității suprafeței ( Huo și Cheng 2010).
By applying low feed rate, better surface finish can be achieved but it gives lower material removal rate (Miao et al. 2007). It is observed that the surface roughness increased as the tool edge radius increased in micro-end milling (Vogler et al. 2004). In the micro-milling of copper materials, feed rate has a significant influence on surface roughness and burr height, spindle speed has a slight influence on the surface roughness and burr formation, whereas axial depth of cut has no significant influence on the surface roughness (Huo and Cheng 2010).

La microfrezarea unei fante, peretele lateral în care muchia sculei a terminat tăierea (frezarea în jos) are o calitate mai bună a suprafeței și o acuratețe dimensională mai bună decât celălalt perete în care muchia de tăiere intră în tăiere (frezare în sus) (Min et al. 2008). Procesul de frezare în sus produce suprafețe neuniforme și rugoase în special în perete datorită deformării și recuperării elastice. Min și colab. (2008) au observat acest fenomen la micro-frezarea oțelului inoxidabil austenitic recoapt 304 și a aluminiului 6061-T6511, cu dimensiunea granulației variată între 5 și 25 μm, utilizând microfreze WC-Co-Carbide (8 % cobalt) cu două caneluri. cu diametrul de 254 μm.
In micro-milling a slot, the side wall where the tool edge finished the cut (down milling) has better surface quality and dimensional accuracy than the other wall where the cutting edge enters into the cut (up-milling) (Min et al. 2008). The up-milling process produces uneven and rough surfaces especially in the wall due to the elastic deformation and recovery. Min et al. (2008) observed this phenomena when micro-milling annealed austenitic stainless steel 304 and aluminum 6061-T6511 with the grain size varied in between 5 and 25 μm using two-fluted WC-Co-Carbide (8 % cobalt) micro-end-mills with 254 μm diameter.

Pentru a produce o rugozitate scăzută a suprafeței în micro-tăierea oțelului folosind scule din carbură de tungsten, Schmidt și colab. (2002) și Weule și colab. (2001) au recomandat utilizarea unor viteze mari de tăiere și a unui material dur, omogen (Fig. 6). După cum se poate observa în Fig. 6, în stările de material moale (T450), rugozitatea suprafeței crește semnificativ la viteze de tăiere mai mici. În cazul microfrezării AISI H11 mai dur, cu duritate 52 HRC, frezarea în sus are cea mai mare rugozitate atunci când scula este nouă și prelucrată pentru a avea o finisare mai bună a suprafeței când se ating condițiile muchiei de tăiere stabilizate. În schimb, în ​​micro-frezarea AISI H11 moale cu duritate 42 HRC, cea mai mică rugozitate a suprafeței a fost găsită la mijlocul urmei de frezare (Schmidt și Tritschler 2004).
In order to produce low surface roughness in micro-cutting of steel using tungsten carbide tool, Schmidt et al. (2002) and Weule et al. (2001) recommended using high cutting velocities and hard, homogeneous material (Fig. 6). As can be seen in Fig. 6, in the soft material states (T450), surface roughness increases significantly at lower cutting velocities. In the case of micro-milling harder AISI H11 hardness 52 HRC, the up-milling has the largest roughness when the tool is new and turned to have better surface finish when reaching the stabilized cutting edge conditions. In contrast, in the micro-milling of soft AISI H11 of 42 HRC hardness, the lowest surface roughness was found in the middle of the milling trace (Schmidt and Tritschler 2004).

Fig. 6 Influența vitezei de tăiere și a stării materialului asupra rugozității suprafeței în microfrezarea oțelului (Weule et al. 2001)

Calitatea suprafeței micro-frezate este afectată și de microstructura pieselor de prelucrat (Wang et al. 2008). La frezarea cu dimensiuni macro, materialul piesei de prelucrat este considerat izotrop, prin urmare rugozitatea suprafeței este afectată în principal de parametrii de frezare (Wang et al. 2008), în timp ce în micro-frezare, dimensiunile granulelor piesei de prelucrat sunt în mod normal între 1 și 100 μm, iar razele marginii vârfului sculelor sunt mai mici de 5 μm. Când scula trece prin piesa de prelucrat pe lungimea muchiei sculei, sunt tăiate doar un număr numărabil de granule.
The quality of the micro-milled surface is also affected by the microstructure of the workpieces (Wang et al. 2008). In macro-size milling, the workpiece material is regarded as isotropic hence the surface roughness is affected mainly by the milling parameters (Wang et al. 2008) whereas in micro-milling, the grain sizes of the workpiece are normally between 1 and 100 μm, and the tools’ tip edge radii are less than 5 μm. When the tool passes through the workpiece along the length of the tool edge, there are only a countable number of grains being cut.