Temat: Warstwa wierzchnia.

Technologia metali to nauka o sposobach przetwarzania i wytwarzania metali i stopów w celu otrzymania wyrobów o określonych kształtach i właściwościach, zapewniających im trwałość w warunkach eksploatacji.

W języku technicznym zespół czynności związanych z powstaniem produktu nazywa się procesem technologicznym i stanowi on część procesu wytwarzania.

Rodzaje błędów:

1. błąd kształtu

2. falistość

3. chropowatość

4. submikronierówności.

Podstawowe czynności wpływające na warstwę wierzchnią:

1. Siły wywołujące zgniot i naprężenia.

2. Temperatura wywołująca zmiany strukturalne.

3. Ośrodek wywołujący zmiany fizyko - chemiczne warstwy wierzchniej.

4. W warstwie wierzchniej w zależności od sił oddziaływujących mogą występować naprężenia ściskające jak i rozciągające.

G HV

Model warstwy wierzchniej:

Warstwa tłuszczu, gazu i pary 2 -3 A^o

FeO; Fe₂O_3; FeO₄ - warstwa tlenków o grubości 20 - 80 A^o

Warstwa Bilbyego 2 - 3μm. Występuje zniszczenie struktury krystalogicznej.

Warstwa steksturowana, której grubość zależy od działających sił.

Strefa naprężeń.

Rdzeń.

W pewnym uproszczeniu powierzchnię obrabianą można podzielić na 3 części.

1. Warstwa powierzchniowa składająca się z obcych cząstek (pyły, resztki materiału narzędzia, ciecze) o grubości 0,01 - 0,03 μm.

2. Warstwa powierzchniowa składająca się z rozdrobnionych i odkształconych ziaren. W warstwie tej znajdują się odkształcenia przez zgniot. Grubość od 0,5 - 500 μm.

3. Warstwa podpowierzchniowa jest to graniczny obszar zalegania naprężeń. Pod względem budowy jest zbliżona do materiału rodzimego. Je4j grubość może sięgać do kilku mm.

Metody badania naprężeń:

1. Usuwanie warstw przez trawienie (metoda niszcząca).

2. Rentgenograficzna - stosowana najczęściej w kontroli produkcji (metoda nie niszcząca).

3. Badanie struktury powierzchni metodami mikroskopowymi (metoda niszcząca).

Chropowatość i falistość:

Falistość występuje gdy nierówność powierzchni jest łagodna. Odległość pomiędzy wzniesieniami λ i wysokości wzniesień h:

jeśli
<
- mówimy o falistości

jeśli
>
- mówimy o chropowatości.

Do badania falistości i chropowatości służy przyrząd profilografometr.

Pełna charakterystyka warstwy wierzchniej zawiera:

1. Dane chropowatości.

2. Wartość i rozkład naprężeń.

3. Wartość i rozkład mikrotwardości.

4. Profilogram struktury powierzchni.

5. Fotografia struktury powierzchni.

Stan warstwy wierzchniej zależy od:

1. Rozkładu naprężeń.

2. Rozkładu mikrotwardości.

3. Struktury materiału.

4. Tekstury.

5. Składu chemicznego.

6. Energii powierzchniowej.

7. Wad materiału.

Jakość części maszyn zależy od:

1. jakości materiału,

2. dokładności wymiarowania,

3. dokładności kształtu elementu,

4. jakości powierzchni,

5. stanu warstwy wierzchniej.

Parametry falistości:

1. Średnia odległość S_w pomiędzy wierzchołkami fal

2. Średnia wysokość nierówności

Parametry chropowatości:

Pod pojęciem chropowatość rozumiemy zestawienie szeregu nierówności powierzchni o bardzo małych odstępach pomiędzy wierzchołkami.

1. Średnia linia profilu M jest to linia, która przebiega zgodnie z ogólnym kierunkiem badanego profilu w granicach odcinka elementarnego i która dzieli profil w ten sposób, że suma kwadratów odchyłek od linii średniej stanowi minimum.

2. Odcinek elementarny l_e jest to znormalizowana odległość odcinka linii średniej, który wynosi 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25 mm.

Do określenia chropowatości służą parametry R_a R_z. R_a - jest średnią wartością odległości punktów profilu od linii średniej na odległość odcinka elementarnego.

R_z - średnia odległość pięciu najwyższych wierzchołków od pięciu najniższych wgłębień znajdujących się w zasięgu odcinka elementarnego mierzonej od linii równoległej do linii średniej.

Największą wysokość nierówności R_max nazywamy odległość mierzoną między dwiema liniami równoległymi odo linii odniesienia, z których jedna przechodzi przez największy punkt wzniesienia druga zaś przez najniższy punkt wgłębienia badanego profilu.

Oznaczenie chropowatości:

A - znak chropowatości powierzchni

B - liczba wartości dopuszczalnej chropowatości

C - długość odcinka elementarnego

D - kierunkowość struktury powierzchni

E - określenie sposobu obróbki.

Najczęściej podaje się oznaczenia A i B dla najważniejszych obrabianych powierzchni.

Ogólne oznaczenia chropowatości:

- stosujemy dla zbiorczych oznaczeń chropowatości

- oznacza stan powierzchni uzyskany dowolnym sposobem produkcji.

- oznacza uzyskanie powierzchni przez usunięcie warstwy materiału

- oznacza stan powierzchni bez usuwania zewnętrznej powierzchni materiału.

Parametr R_A jest uprzywilejowany.

Parametr R_z wolno stosować wówczas gdy brak jest urządzeń do pomiaru R_A.

Im mniejsza jest chropowatość powierzchni tym większa jest odporność na ścieranie.

Imbrozja - większa jest wytrzymałość zmęczeniowa części maszyn. Poza tym pewniejsze są pasowania części maszynowych czyli dłużej zachowuje swój charakter. Przy małej chropowatości powierzchnia przylegania urządzeń jest większa. Właściwości eksploatacyjne zależą od:

1. odporności na zużycie ścierne,

2. odporności zmęczeniowej,

3. odporności korozyjnej,

4. mniejszych oporów tarcia,

5. połysku.

Cel obróbki:

1. Nadanie kształtu, wymiarów i odpowiedniej dokładności.

2. Uzyskanie odpowiednich właściwości w warstwie wierzchniej R_A R_z oraz naprężenia.

3. Odpowiedni zgniot w warstwie wierzchniej.

4. Minimum kosztów.

Czynnikami oddziaływującymi na proces obróbki są: materiał, narzędzie, obrabiarka, parametry obróbki, ośrodek w którym odbywa się obróbka.

Temat: Materiały narzędziowe.

Rodzaje zużycia materiału:

1. Ścieranie - polega na usuwaniu cząstek materiału ostrza przez wiór trący o powierzchnię natarcia. Zużycie to ma istotne znaczenie przy obróbce materiałów twardych i zawierających twarde cząsteczki (spieki). Na to zużycie podatniejsza jest stal szybkotnąca niż węgliki spiekane. Zużycie jest proporcjonalne do prędkości skrawania. Występuje na powierzchni skrawania jak i przyłożenia.

2. Adhezyjne - polega na przyspawaniu cząstek materiału obrabianego do ostrza, przy odrywaniu się tych narostów zostają odrywane w raz z nimi cząstki ostrza. Rysują powierzchnię natarcia i przyłożenia. Adhezja występuje przy małych prędkościach skrawania i małych posuwach.

3. Dyfuzja - polega na przemieszczaniu się cząstek z jednego ośrodka do drugiego w wyniku podwyższonej temperatury - atomy materiału wióra dyfundują do powierzchni ostrza i odwrotnie. Wywołuje to przemianę węglików w bardziej złożone związki. Dyfuzja jest rodzajem zużycia chemicznego i jej intensywność zależy od rozpuszczalności poszczególnych faz. Jej przebieg rośnie ze wzrostem prędkości skrawania i posuwu. Ten rodzaj zużycia ma istotne znaczenie przy narzędziach z węglików spiekanych. Natomiast stal szybkotnąca pod wpływem podwyższonej temperatury mięknie i odkształca się plastycznie. Skutkiem tego zużycia jest powstawanie kraterów na powierzchni natarcia.

4. Utlenianie - powstaje w podobnych warunkach jak dyfuzja. Utlenianiu podlega wiele materiałów jak i stal, kobalt i wolfram. W wyniku utleniania powstają tlenki miękkie, porowate, miękkie, łatwo unoszone przez wiór . Powstaje zużycie wrębowe - charakterystyczne wyżłobienia na powierzchni skrawającej i natarcia, prostopadle do powierzchni skrawającej. Na to zużycie odporne są spieki ceramiczne oparte na aluminium.

5. Deformacja plastyczna - zachodzi w wyniku działania temperatury oraz sił skrawania. Deformacja szczególnie występuje w stalach szybkotnących i w mniejszym stopniu w przypadku narzędzi z węglików spiekanych.

6. Wytrzymałościowe związane z katastroficznym stępieniem ostrza.

1. Pęknięcie ostrza związane ze zmęczeniem mechanicznym oraz ze zmęczeniem cieplnym. W wyniku zmęczenia mechanicznego powstają pęknięcia równoległe do powierzchni ostrza, w wyniku zmęczenia cieplnego powstają pęknięcia prostopadłe do krawędzi ostrza. Wzajemne połączenie mikropęknięć prowadzi do wykruszenia ostrza.

2. Przekroczenie wytrzymałości doraźnej.

Cechy materiału narzędziowego:

1. Skrawność - zdolność materiału do obróbki z możliwie wysoką wydajnością przy zachowaniu wymaganych cech jakościowych przedmiotu obrabianego.

2. Twardość.

3. Wysoka wytrzymałość.

4. Odporność na zużycie ścierne.

5. Wysoka przewodność cieplna oraz duża pojemność.

6. Współczynnik rozszerzalności powinien być zbliżony do rozszerzalności cieplnej materiału z którego są wykonane uchwyty.

Klasyfikacja materiałów narzędziowych:

- Stale narzędziowe,

• Stale węglowe,

• Stale stopowe,

• Stale szybkotnące,

• Węgliki spiekane,

• Spieki ceramiczne.

Stale narzędziowe węglowe są najstarsze, najtańsze. Można je hartować do różnej wartości. Polska norma wyróżnia stale węglowe i stale stopowe.

1. Stale narzędziowe węglowe

Zawierają od 0,5 do 4%węgla oraz niewielką ilość dodatków stopowych takich jak mangan, chrom, nikiel, miedź. Stale dzielimy na płytko hartujące są mało wrażliwe na przegrzanie i są stosowane do wyrobu małych narzędzi o średnicy około 20 mm. Stale głęboko hartujące się zawierają więcej dodatków stopowych. W stanie zmiękczonym twardość wynosi 20HB w stanie zahartowanym 60HRC po podgrzaniu do temperatury 200^oC tracą swoją twardość. Stale te przeznacza się do wyrobu narzędzi pracujących uderzeniami. Podniesienie temperatury do 180^oC powoduje odpuszczenie i szybki spadek twardości. Obróbkę cieplną tych stali przeprowadza się 700 - 760^oC - hartowanie, które zostaje przeprowadzane w wodzie. Narzędzia pracujące uderzeniami muszą posiadać dobrą udarność dlatego odpuszcza się je w wyższych temperaturach. Ze stali tych wykonuje się narzędzia o mało skomplikowanych kształtach, ze względu na skłonność do pękania. Tendencje do wykazywania pęknięć wykazują stale głęboko hartujące .

2.Stale narzędziowe stopowe

Stale te mają wyższą zawartość dodatków stopowych takich jak chrom, mangan, wolfram, molibden w zależności od gatunków mogą zawierać 0,4 - 2% węgla.

Oznaczenia :

• W - wolfram,

• C - chrom,

• M - mangan,

• L - molibden,

• P - grupa pierwiastków chrom - nikiel - wanad,

• Z - grupa pierwiastków krzem - chrom - wolfram.

Na początku zapisuje się oznaczenie przeznaczenia metalu do pracy na zimno N i na gorąca W.

np. NWC - stal wolframowo chromowa do pracy na zimno,

WNL - stal niklowo molibdenowa do pracy na gorąco.

Stale narzędziowe do pracy na gorąco zawierają większą ilość węgla około 1% lub więcej.

Największą grupę stanowią stale na narzędzia skrawające.

Drugą grupą-do obróbki plastycznej,

Trzecią-na przyrządy pomiarowe.

np. NWC - narzynki, gwintowniki, sprawdziany, narzędzia pomiarowe.

NCV1 - piły, narzędzia do drewna.

NC10 - wykrojniki, nożyce, sprawdziany.

Stale narzędziowe do pracy na gorąco - narzędzia do obróbki plastycznej stali podgrzanych. Stała twardość nie zmieniająca się w większych temperaturach, duża ciągliwość, zawierają 04 -0,5% węgla oraz chrom, wolfram, molibden, wanad.

Na stale pracujące uderzeniami należy stosować materiały o mniejszej hartowności tak aby rdzeń był ciągliwy.

Na narzędzia pracujące naciskami wzrastającymi stopniowo - stosuje się materiały o hartowności na wskroś zawierającymi więcej pierwiastków stopowych a mniejsze ilości węgla. Przykłady materiałów do pracy na gorąco:

WNW2 - stale do wyciskania prętów i rur.

WC4 - matryce kuzienne.

3.Stale szybkotnące

Zostały wynalezione przez TAYLORA. Stal ta umożliwia zwiększanie prędkości skrawania a więc i wydajności. Wyróżniamy tutaj dwie grupy:

1. Stale wolframowe - zawierają 0,7% węgla i 12 - 20% wolframu oraz około 4%chromu.

2. Stale molibdenowe - zawierają 6 - 13% wolframu i 3,5 - 10% molibdenu.

Dodatki takie jak wolfram, molibden, tworzą z węglem bardzo twarde związki, które zawierają 20% objętości i tworzą zbrojenie osnowy. Swoje wartości zachowują do 550^oC. Ze stali tych wykonujemy 56% narzędzi są to wiertła, gwintowniki, rozwiertaki, frezy, przeciągarki, nieco mniejsze zastosowanie węglików spiekanych.

Temat: obróbka cieplna stali szybkotnacych.

W stanie lanym stal ma budowę typu perlitycznego, w skład których wchodzą węgliki takie jak wolfram, chrom, wanad. Stal szybko tnąca w stanie lanym jest bardzo krucha, dlatego też jest poddawana obróbce plastycznej. Po przekuciu węgliki są rozdrabniane i równomiernie rozmieszczane.

W zakresie obróbki cieplej wyróżniamy zabiegi:

1. wyżarzanie zmiękczające 800-840^oC po którym następuje wstępne chłodzenie do temperatury 600^oC z prędkością do 10^o na godzinę. Dalsze chłodzenie może odbywać się na wolnym powietrzu.

2. hartowanie - nagrzewanie stali do hartowania jest trzy lub cztero stopniowe. Zwykle wolno rozgrzewa się stal do temp. 850^oC, a następnie bardzo szybko do temp. 1260-1280^oC. Podgrzewanie przeprowadza się w piecach komorowych lub kąpielowych, natomiast dogrzewanie w piecach elektrodowych w soli z chlorku boru. czas przetrzymywania narzędzi w wysokiej temp. zależy od ich rozmiaru i wynosi od kilkudziesięciu sekund do kilku minut. Chłodzenie stali odbywa się w kąpieli solnej w temp. 550^oC lub w oleju w temp. 80-200^oC, a dalsze chłodzenie w powietrzu. W wyniku tej obróbki otrzymujemy strukturę austenityczną z dużą ilością austenitu szczątkowego.

3. Odpuszczanie - celem tej obróbki jest pozbycie się austenitu szczątkowego, usunięcie kruchości stali, uzyskanie efektu wtórnego utwardzenia, w wyniku tworzenia się w martenzycie drobnych cząstek wolframu, wanadu, które są rozpuszczane w żelazie. Odpuszczanie przeprowadza się kilkakrotnie w temp. 550-590^oC w piecach kąpielowych lub komorowych. W czasie odpuszczania austenit zmienia się na martenzyt oraz wydzielają się węgliki.

Po całkowitej obróbce twardość stali wynosi 60-63 HRC są to stale drogie z tego względu iż mają dużą ilość dodatków. Dlatego też narzędzia często są zgrzewane z dwóch różnych gatunków stali - część robocza ze stali szybkotnących

Uszlachetnienie powierzchni stali szybkotnącej.

Zabiegi te poprawiają zabiegi skrawania oraz odporność korozyjną. Najlepsze właściwości otrzymujemy kryjąc azotkiem tytanu.

Wyróżniamy dwie metody:

• CVD - chemiczne naprowadzanie próżniowe w temp. 1000^oC metoda ta jest kłopotliwa gdyż wymaga po pokryciu dodatkowo hartowania.

• PVD - fizyczne naprowadzanie próżniowe. Metoda ta polega na umieszczeniu narzędzi w komorze w temp. 500^oC która jest wypełniona argonem. W pierwszym etapie jony argonu przy napięciu 1-5 kV bombardują powierzchnię i oczyszczają ją. Następnie odbywa się podgrzewanie tytanu łukiem elektrycznym do stanu zjonizowanej plazmy, oraz równocześnie doprowadzany jest do komory azot. W tych warunkach jony tytanu, które są przyśpieszone wysokim napięciem bombardują powierzchnię stali szybkotnącej i łączą się z azotem w wyniku czego powstaje warstwa 10μm azotku tytanu o twardości 2500 HV.

Narzędzia pokryte azotkiem tytanu mają złoty kolor. Najlepsze korzyści tego typu obróbki można uzyskać dzięki zastosowaniom tej technologii do drogich narzędzi - obróbki kół zębatych frezów ślimakowych, które mają złożoną powierzchnie przyłożenia. narzędzia te ostrzone są na powierzchni natarcia. Szerokie zastosowanie ta technologia znalazła w pokrywaniu takich narzędzi jak wiertła kręte, które zużywają się na powierzchni natarcia i przyłożenia natomiast ostrzone są tylko na powierzchni przyłożenia.

Temat: Węgliki spiekane.

Węgliki spiekane składają się z drobnych ziarenek węglików metali trudno topliwych takich jak wolfram, tytan, tantalu, niobu, połączonych spoiwem którym najczęściej jest kobalt.

Do użytku wprowadzono je w latach 30 XX wieku. Węgliki te mają twardość od 1500-1700HV SA drugim materiałem narzędziowym po stali szybkotnącej. Są twardsze od nich i bardziej odporne na zużycie, jednak mają mniejsza wytrzymałość. Ziarenka węglików mają wielkość od 0,5-10μm i zawierają od 60-95% objętości materiału.

Wyróżniamy dwie podstawowe grupy węglików spiekanych.

1. Węgliki wolframowe składają się z węglika wolframu oraz z kobaltu dodaje się do nich niewielką ilość węglika tantalu i niobu około 5%.

2. Węgliki wolframowo - tytanowo - tantalowe - zawierają one mniej węglika wolframu zastąpionego w dużej mierze węglikiem tytanu, tantalu, i niob, ich struktura jest znacznie bardziej założona niż węglików wolframowych, wynika to z tego że węgliki tantalu rozpuszczą się w całości w węgliku tytanu, a wolframu w 50%. Węgliki niobu również rozpuszczą się węgliku tytanu. Węgliki tej grupy mają mniejszą wytrzymałość na zgniot i udarność oraz mniejszą przewodność cieplną niż węgliki wolframowe, są jednak od nich bardziej odporne na zużycie dyfuzyjne co umożliwia stosowanie większych szybkości skrawania.

Spotyka się również węgliki oparte na węglikach tytanu oraz a węglików - azotkowymi. Wówczas spoiwem nie jest kobalt lecz nikiel. Węgliki należą do C-matali. Ogólnie węgliki można stosować do skrawania z dużymi prędkościami. Wykorzystywane są do obróbki metali.

Według normy ISD wyróżniamy trzy grupy węglików:

• grupa P : w tym (P01; P10; do P50) kolor niebieski według Polskiej normy S10 -S40 jest to tworzywo węglowe stosowane do obróbki materiałów z dużymi wiórami - stal, staliwo, żeliwo.

• grupa M: kolor żółty (M10-M40) według Polskiej normy V10S, zastosowanie - stal nierdzewna austenityczna, materiały żarowytrzymałe i trudnoobrabialne .

• grupa K: kolor czerwony (K01; K10-K40) złożone głównie z węglików wolframu i kobaltu , polskie oznaczenia H10S; H20S; H50S. zastosowanie - materiały o krótkich wiórach jak żeliwo, stal utwardzana, aluminium, brąz, tytan, oraz materiały niemetalowe jak plastik, porcelana i twarda guma.

Węgliki spiekane pokrywane są węglikiem tytanu metodą CVD. W tej metodzie węgliki umieszczone są w komorze w temp. 1000^oC w atmosferze wodoru z dodatkiem odpowiednich gazów zależnie od rodzaju pokrycia. Najczęściej się stosuje azotek tytanu oraz węgloazotek tytanu. Najczęściej stosowane jest pokrywanie węglików kilkoma warstwami o różnych właściwościach np. węglik tytanu - odporność na ścieranie, węgloazotek tytanu - odporność na zużycie dyfuzyjne.

Płytki z węglików spiekanych są lutowane do narzędzia lub stosowane jako płytki wymienne mocowane mechanicznie. Płytki należy ostrzyć przy użyciu ściernic diamentowych co jest bardzo kosztowne , więc lepsze jest stosowanie wymiennych płytek.

Spieki ceramiczne.

Współczesne materiały można podzielić na:

• materiały tlenkowe oparte na AlO₃

• materiały azotkowe oparte na azotku krzemu.

Ceramika tlenkowa.

Wykonywana jest podobnie jak węgliki spiekane przez prasowanie i spiekanie. Spieki te mają biały kolor, wielkość ziarna wynosi 5μm, nie większą porowatość niż około 2%.

Do tlenku aluminium dodawana jest również niewielka ilość tlenku cyrkonu co poprawia wytrzymałość i udarność . Stosuje się również dodatek tlenku magnezu oraz tlenku tytanu co wpływa na zagęszczenie materiału. Spieki te charakteryzują się twardością 1500-1700 HV twardość ta we wszystkich temp. to główna zaleta spieków ceramicznych wadą jest mniejsza wytrzymałość na uderzenia i mniejsza przewodność cieplna. Narzędzia z węglików tych mogą pracować z trzykrotnie większą prędkością skrawania niż węgliki spiekane. Materiał ten wykorzystuje się do obróbki żeliwa szarego, gdy wymagana jest wysoka gładkość powierzchni, hamulce, sprzęgła a wówczas prędkości wynoszą 600^m/_min, a powierzchnia nie wymaga szlifowania. Wady spieków ceramicznych usunięto częściowo przez dodanie 20-30% węgla i azotu tytanu. Wprowadzenie takiej fazy metalicznej poprawiło przewodność cieplną, odporność na szok termiczny. Następną grupę ceramiki tlenkowej stanowi ceramika zbrojona, w której to oprócz AlO₃ przed prasowaniem dodaje się 25% włókien węglika krzemu o średnicy 2μm i długości 20μm. Płytki ceramiki zbrojonej nadają się do obróbki stopów żaroodpornych i żeliwa stopowego.

Ceramika azotowa.

Ceramika azotowa to materiały oparte na azotku krzemu. Oprócz azotku krzemu zawiera niewielka ilość tlenku aluminium. W trakcie spiekania niektóre atomy w siatce Si₃N₄ zastępowane są przez atomy aluminium lub tlenu. Dzięki temu tworzy się nowy związek o nieokreślonym składzie tzw. Szalom. Ceramika azotowa wykazuje większa twardość przy wysokiej temperaturze niż węgliki spiekane i jest bardzo odporna na szok termiczny bardziej niż ceramika tlenowa, co wynika z wyższej przewodności cieplnej oraz niższej rozszerzalności. nadaje się do obróbki żeliwa szarego z prędkością przekraczającą 450^m/_min.

Temat: Obróbka skrawania.

1. Metoda obróbki - metoda ta wynika ze zjawisk fizycznych np. obróbka plastyczna odlewnictwo, metoda obróbki skrawaniem. Sposób obróbki charakteryzowany jest przez kinematykę obrabiarki, narzędzia i przedmiotu.

2. Sposobami obróbki są zatem wiercenie, frezowanie, przeciąganie, itp. Najważniejszymi są toczenie, wiercenie i frezowanie.

3. Odmiana obróbki wyróżniana jest według sposobu np. toczenie nożem wzdłużne, poprzeczne, wytaczanie, przecinanie, toczenie zewnętrzne i wewnętrzne. Frezowanie walcowe, czołowe, walcowo - czołowe.

4. Rodzaj obróbki - dotyczy osiąganej fazy procesu lub jego dokładności wymiarowo kształtowej. wyróżniamy obróbkę wstępną, której celem jest usunięcie warstwy poprzecznych z odlewu odkuwki, następnie kształtująca, nadająca przedmiotowi kształt i wymiary oraz obróbka wykańczająca nadająca ostateczne wymiary i właściwości warstwy zewnętrznej . Istnieje jeszcze podział zbliżony na obróbkę zgrubną, średnio dokładną i bardzo dokładną.

Z punktu widzenia zmechanizowania wyróżniamy obróbkę:

• ręczną - cięcie brzeszczotem, gwintowanie,.

• mechaniczną - ręczno mechaniczna przy pomocy narzędzi elektromechanicznych.

• maszynowa - w pełni zautomatyzowana.

Obróbka może być jedno lub wielo przejściowa w zależności od liczby przejść, przelotowa i nie przelotowa. W zależności od tego czy kończy się w materiale czy poza nim, co jest ważne z punktu widzenia wiercenia i gwintowania oraz obróbkę jedno i wielo narzędziowa w zależności od liczby jednocześnie pracujących narzędzi.

Warunki skrawania.

1. W celu określenia warunków skrawania należy podać:

1. Pełną charakterystykę obróbki.

2. Materiał obrabiany i jego właściwości.

3. Narzędzie i jego geometria.

4. Warunki chłodzenia.

5. Parametry skrawania.

2. Definicja powierzchni obrabianej o obrobionej.

Pod nazwą powierzchni obrabianej - powierzchnia ograniczająca przedmiot w miejscu obróbki.

Pod nazwą powierzchni obrobionej - powierzchnia ograniczająca przedmiot obrabiany w miejscu przeprowadzonej obróbki.

Pomiędzy powierzchnią obrabianą i obrobioną powstaje powierzchnia skrawania czyli chwilowa powierzchnia kształtowana przez krawędź. jest to powierzchnia przejściowa.

Jednym z ważnych parametrów warstwy skrawanej jest jej przekrój poprzeczny. Warstwy skrawanej nie można utożsamiać z wiórem.

Przekrój warstwy skrawanej określają wymiary grubość i szerokość. Tak obliczona wielkość jest wielkością geometryczną w rzeczywistości powierzchnia ta jest mniejsza i zależy od wielkości pomocniczego kąta przystania i wielkości posuwu.

PRZKRÓJ POWIERZCHNI SKRWAWNEJ I POSÓWÓW O PRZEKROJU TRÓJKĄTNYM.

Parametry skrawania są to wielkości charakteryzujące narzędzia i przedmioty, są to tak zwane kinematyczne parametry skrawania.

• wielkość naddatków

• wymiary warstwy skrawania

są to geometryczne parametry skrawania.

Parametry skrawania wchodzą w zakres znacznie szerszych pojęć - warunki skrawania, które obejmują wszystkie czynności wpływające na proces skrawania jak materiał, geometria ostrza, parametry skrawania, stan obrabiarki, warunki chłodzenia.

Kinematyczne parametry skrawania.

Ruch główny charakteryzowany jest przez prędkość skrawania oznaczone jako V. W przypadku ruchu obrotowego prędkość skrawania wynika z prędkości obrotowej wyrażanej w obraotach/min. Oraz zależy od średnicy obracającego się przedmiotu.

Dla szlifowania:

Ruch posówny jest najczęściej ciągły i charakteryzuje go prędkość posuwu Vf.

Wyróżniamy następujące rodzaje posuwu:

• posów na obrót Po[mm/obr] przy struganiu Po[mm/2*skok]

• posów na ząb Pz[mm] frezowanie i przeciąganie

• posów czasowy Pt[mm/min]

Po=Pz*Z

Pt=Po*n

Pt=Pz*z*n gdzie z - liczba zębów naredzia

Ruch główny może być wykonywany przez przedmiot obrabiany lub przez narzędzie. Podobnie występuje z ruchem posównym, przy frezowaniu wykonywany jest przez przedmiot , przy toczeniu wykonywany jest przez narzędzie.

Geometryczne parametry skrawania.

Przemieszczanie narzędzia względem przedmiotu obrabianego w kierunku posównego przypadającego na jeden obrót nazywamy posówem. W przypadku narzędzi wieloostrzowych określa się posów na jedno narzędzie.

Definicja głębokości skrawania.

Głębokość skrawania jest to odległość powierzchni obrobionej od powierzchni obrabianej a.

Definicja szerokości warstwy skrawanej.

Szerokość warstwy skrawanej jest to odległość pomiędzy skrajnymi punktami krawedzi skrawajacej oz. b.

Zależność:

Powierzchnia resztkowa ma zazwyczaj 1% powierzchni całkowitej dlatego w praktyce z wysoką dokładnością możemy przyjmować powierzchnię teoretyczną F jako powierzchnię warstwy skrawania.

Przekrój warstwy skrawanej przy przecinaniu na tokarce.

Wiercenie Frezowanie

Wiercenie wtórne

Przy wierceniu wtórnym zmienia się głębokość warstwy skrawanej

Przy wierceniu podaje się posuw na jeden obrót wiertła p lub posuw jedno ostrze pz, który dla wierteł dwuostrzowych wynosi p/2.

Grubość warstwy skrawanej jedną krawędzią wynosi

gdzieλ- kąt przestawienia (połowa konta wierzchołkowego wiertła).

Szerokość warstwy skrawanej

a w przypadku wiercenia wtórnego

Geometryczne parametry przy frezowaniu.

Szerokością warstwy skrawanej b nazywamy długość zetknięcia powierzchni skrawającej z częścią obrabianą. Przy obróbce frezami walcowymi o ostrzach prostych szerokość warstwy skrawanej jest równa szerokości frezu. Różnica występuje przy frezach o ostrzach śrubowych. Dla tych frezów różnica wynika ze względu na linie krzywe. Długość zetknięcia krawędzi skrawających będzie większa niż dla frezów o ostrzach prostych.

Grubość a jest to odległość między powierzchniami obrabianymi między dwa sąsiednie ostrza frezu . Grubość warstwy mierzymy w kierunku prostopadłym do obrabianej powierzchni.

Kąt styku ψ - jest to kąt odpowiadający kątowi skrawania to znaczy odpowiadający tej części obwodu frezu, która pozostaje w zetknięciu z częścią obrabianą.

Chwilowym kątem ϕ - nazywamy kąt odpowiadający chwilowemu położeniu wierzchołka na łuku skrawania.

liczba ostrzy skrawających.

W zależności od głębokości skrawania zależy ilość ostrzy skrawających.

Kąt ϕ max zmienia się w zależności od głębokości skrawania. Znając głębokość i średnicę możemy określić geometrię czyli kąt ϕ max. Znając liczbę ostrzy możemy obliczyć podziałkę.P₂ - wielkość posuwu na jedno ostrze.

Jeżeli kąty styku będą ϕ_1, ϕ₂, ϕ₃ to powierzchnia poprzecznego przekroju warstwy skrawanej ostrzem:

• F₁=b*a₁=b*p₂*sin ϕ₁

• F₂=b*a₂= b*p₂*sin ϕ₂

• F₃=b*a₃= b*p₂*sin ϕ₃

Sumaryczna powierzchnia warstwy skrawanej jednocześnie przez n ostrzy w danym momencie będzie równa:

F=b*p₂(sin ϕ₁+ sin ϕ₂+ sin ϕ₃+ sin ϕ_n)

ϕ_{1 -} ϕ₂ - kąty określające położenie kolejnych skrajnych punktów ostrza z materiałem obrabianym.

Przekrój poprzeczny warstwy usuwanej jednocześnie skrawającymi ostrzami oblicza się według wzoru.

Temat : Wpływ czynników na jakość powierzchni obrabianej.

Jakość powierzchni obrabianej zależy od wielu czynników do których zaliczamy:

1. Ślady narzędzi którymi dokonano obróbki.

2. Zjawiska fizykalne w warstwie skrawanego materiału.

3. Odkształcenia sprężyste na powierzchni obrabianej.

4. Drgania narzędzia.

5. Drgania obrabiarki i obrabianego materiału.

6. Uszkodzenia powierzchni na skutek pokaleczenia jej przez wióry.

7. Od rodzaju materiału obrabianego np. materiały drobno ziarniste i kruche wykazują mniejszą chropowatość.

8. Zmiana geometrii ostrza narzędzia spowodowana jego ścieraniem się.

9. Narost, który powstaje na powierzchni ostrza.

10. Szybkość skrawania (nie jest zależnością liniową gdyż zwiększa się do pewnej granicy).

11. Rodzaju wióra (ciągły sprzyja uzyskaniu małej nierówności powierzchni).

12. Chłodziwa (na małe nierówności ma wpływ chłodziwo o dobrych właściwościach smarujących, które powodują zmniejszenie tarcia jak i przeciwdziałają ścieraniu się narzędzia i powstawanie narostu).

13. Wielkość posuwu (większy posuw powoduje zwiększenie nierówności powierzchni).

14. Geometria narzędzia (mniejsze kąty przystawienia oraz większe kąty natarcia sprzyjają uzyskaniu mniejszej chropowatości powierzchni obrabianej).

15. Duży udział nośny powierzchniowy. Udziałem nośnym powierzchniowym nazywamy stosunek powierzchni nośnej do całkowitej powierzchni tego obszaru.

Im mniejsza jest chropowatość tym większa trwałość eksploatacyjna części maszyn, większa wytrzymałość zmęczeniowa i odporność koordynacyjna. Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na wielkość nierówności powierzchni obrabianej jest zaokrąglenie wierzchołka ostrza. Im promień większy tym mniejsze są nierówności powierzchni obrabianej. Wpływ kształtu noża na wysokość chropowatości możemy określić przy pomocy wzoru:

r - promień zaokrąglenia

p- -posuw jeden obrót mm/obr

wzór stosowany tylko w przypadku gdy p>1,5 mm/obr

Wpływ zaokrąglenia noża tokarskiego

na wysokość chropowatości

Temat: Zjawiska występujące podczas obróbki skrawaniem.

Obróbka skrawaniem polega na warstwowym oddzielaniu materiału. Skrawana warstwa w skutek działania narzędzia w kształcie klina ulega odkształceniom plastycznym i sprężystym. Obróbka skrawaniem umożliwia uzyskanie dokładnych wymiarów oraz odpowiedniej klasy chropowatości. Do obróbki skrawaniem nie zaliczamy rozcinania polegającego na bezwiórowym rozdzieleniu materiału narzędziem w kształcie klina oraz przecinania za pomocą dwóch narzędzi klinowych działających na materiał z przeciwnych stron.

Rozcinanie

Przecinanie

Skrawanie

Podczas obróbki skrawaniem wykorzystywane są różnego rodzaju narzędzia oraz różne obrabiarki. Otrzymywanie żądanych kształtów uzyskuje się dzięki celowo dobranym uchwytom narzędzia i przedmiotu obrabianego.

W zależności od zadań produkcyjnych wyróżniamy takie sposoby obróbki jak: jak toczenie, frezowanie, wiercenie, struganie, przeciąganie, szlifowanie itp. Ot tych sposobów obróbki pochodzą nazwy obrabiarek tokarki, frezarki, wiertarki, przeciągarki, szlifierki. Wstępne usuwanie zewnętrznych warstw materiału z pozostawieniem naddatku nazywamy obróbką zgrubną. W obróbce zgrubnej nie interesuje nas chropowatość. Obróbka kształtująca ma za zadanie uzyskanie żądanych kształtów przy nieznacznych naddatkach i uwzględnienie małej chropowatości. Obróbka wykańczająca ma na celu uzyskanie żądanych wymiarów i gładkości.

Temat: Zjawiska występujące podczas obróbki.

Podczas obróbki skrawaniem ostrze wnika w materiał obrabiany wywołując odkształcenia plastyczne, których charakter zależy od zasięgu działania narzędzia. Możemy wyróżnić strefy zasięgu:

1. położona najdalej od skrawającego narzędzia nie doznaje odkształceń plastycznych (A)

2. obszar znajdujący się w zasięgu działania narzędzia, stopień odkształcenia plastycznego wzrasta aż do chwili gdy nastąpi zerwanie spójności materiału i oddzielenia wióra (B)

3. obszary odkształcone plastycznie w największym stopniu i nie doznające działania narzędzia (C- wiór) (D- warstwa zgnieciona na obrabianym materiale)

Granicą pomiędzy strefą B i C oznaczone linią kreskowaną jest płaszczyzną ścinania lub łupania. W tej płaszczyźnie następuje rozdzielenie cząsteczek materiału. Z powyższych analiz wynika, że zakres odkształceń plastycznych obejmuje oddzielony wiór jak i powierzchnię.

W wyniku odkształceń plastycznych zmieniają się właściwości materiału. Metal staje się mniej plastyczny i bardziej twardy. Jest to utwardzenie obróbkowe.

Największe odkształcenia plastyczne i występują w obszarze OP, OK.

Rozkład ciepła przy obróbce skrawaniem Twardość materiału po obróbce

Siły działające przy obróbce skrawaniem

N - siła normalna aw>a

T - siła tarcia lw<l

W - siła wypadkowa

Wiór składa się z segmentów, które są obrócone pod pewnym kątem.

Obliczanie kąta maksymalnego naprężeń stycznych.

φ - kąt ścinania w płaszczyźnie AB

γ₀ - kąt natarcia

Fs - siła ścinania

τ
_s- naprężenie ścinające

Kąt ścinania zależy od geometrii noża λ₀ i kata natarcia φ, kąt tarcia zależy od działających sił.

SPĘCZANIAE WIÓRA

Odkształcenie plastyczne warstwy skrawanej wywołuje zmiany wymiarowe. Grubość wióra jest większa od grubości warstwy skrawanej, a długość wióra jest mniejsza od długości warstwy skrawanej. Odkształcenie plastyczne w warstwie wierzchniej charakteryzowany jest przez współczynnik spęczania.

Przekrój wióra różni się od przekroju warstwy skrawanej. Warstwa zostaje spęczona w wyniku czego przekrój wióra jest większy. Ponieważ objętość warstwy i wióra jest taka sama, dlatego wraz ze zwiększeniem się przekroju wióra zmniejsza się długość.

Współczynnikiem spęczania nazywamy stosunek przekroju wióra do przekroju warstwy skrawanej, który równy jest stosunkowi długości warstwy skrawanej do długości wióra.

Fw - przekrój wióra

F - przekrój warstwy skrawanej

L - długość warstwy skrawanej

Lw - dłogość wióra

Tadeusz Czechowski II Rok Wychowania Technicznego 2000-2001r

2

23

Techniki Wytwarzania - Metale

rozciągające

zciskające

H (μm)

H (μm)

Naprężenia

Twardość

1

2

3

4

5

6

R max

A

B

Odcinek elementarny

Odcinek elementarny

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

R_max

l średnie

C

E

B

A

D

szlifować

0,63

0,63

20

wytrzymałość na zginanie (udarność)

odporność na zużycie

diament azotek boru

spieki ceramiczne

węgliki spiekane

stale narzędziowe

stale szybkotnące

temperatura

twardość

^oC

HV

5000

3000

2000

1000

700

500

300

800

diament polikrystaliczny

azotek boru

ceramika Al₂O₃

węgliki spiekane

stale węglowe

stale stopowe

stale szybkotnące

czas

^oC

1250

850

630

550

I

II

III

X

OŚ OBROTU

P P

B

A

Y

POMOCNICZY KĄT PRZYSTAWIENIA

NÓŻ TOKARSKI

PRZEDMIOT TOCZONY

PRZEKRÓJ WARSTWY SKRAWANEJ

g

P

b

a

γ

1. grubość skrawania

2. szerokość mierzona wzdłuż krawędzi skrawania

a

P

γ

b

g

γ

b

a

przedmiot

przekrój powierzchni skrawanej

nóż, przecinak

d

P/2

b

a

d

g

a

Pz

d

q

D

D

B

D

V

y

q

P

H

r

r

A

B

C

D

K

P

O

sprężyste rozprężenie materiału warstwy wierzchniej

powierzchnia tarcia na powierzchnię przyłożenia

strumień materiału wciskanego pod ostrze

grubość warstwy skrawanej

strumień materiału tworzącego wiór

100%

20%

4% 4%

Wiór

Nóż

Toczenie

materiał

100

280

Wiór

Materiał

λa

aw

λa - grubość wióra

a - grubość warstwy wierzchniej

N

T

W

φ

η

φ - kąt maksymalny naprężeń stycznych

η - kąt obrotu osi krystalograficznej, kąt zgniotu

e

e - 01÷0,2 mm - grubość segmentu wióra

4

3

φ

a

b

N

W

T

φ F_s

φ-γ0

W

φ-γ₀

φ γ0 T

B

A

γ₀

a

b

l

l_w

b_w

a_w

---