14 3. Przedmiot obrabiany
3. PRZEDMIOT OBRABIANY
Dokumentacja konstrukcyjna, a przede wszystkim rysunek wykonawczy
jest  teoretycznym obrazem przedmiotu wykonywanego. Rzeczywisty przedmiot
stanowi pewne przybliżenie kształtu i wymiarów określonych na rysunku zwa-
nych wymiarami nominalnymi. Miarą tego przybliżenia jest odchyłka i pole tole-
rancji (rys.3.1).
Linia zerowa odpowiadajÄ…ca wy-
T
miarowi nominalnemu
Wymiar no-
Wymiar zaobser-
minalny N
wowany
Bw
Aw
Rys.3.1. Ilustracja pojęcia odchyłka i tolerancja
Odchyłka jest to różnica algebraiczna wymiaru zaobserwowanego i wymiaru no-
minalnego.
Odchyłka = Wymiar zaobserwowany - Wymiar nominalny
Tolerancja (pole tolerancji) jest to różnica dopuszczalnego wymiaru górnego i dol-
nego.
T = Bw - Aw
Wymiar zaobserwowany prawidłowo wykonanego przedmiotu winien się mieścić
w polu tolerancji, a więc między wymiarami Bw i Aw. Przykładowo: wymiar nomi-
nalny na rysunku konstrukcyjnym wynosi a = 40 mm, po analizie stwierdzamy, że
może on wynosić a = 40-0,2+0,1 a więc Bw =40,1 mm, Aw = 39,8 mm. Stąd tolerancja
T = 40,1 - 39,8 = 0,3 mm. Jeżeli zaobserwowany (zmierzony) wymiar przedmiotu
po obróbce wynosił 39,9 mm, to odchyłka wynosiła 39,9 - 40 = - 0,1 mm lecz
przedmiot wykonany został dobrze, gdyż wymiar zaobserwowany mieści się w
polu tolerancji.
Zasady obowiązujące w rysunku technicznym (nie zamykanie łańcucha wy-
miarowego) powodują niekiedy konieczność wyznaczenia odchyłek i tolerancji ja-
kiegoÅ› wymiaru tzw. wymiaru wynikowego.
Sumę wymiarów tolerowanych oblicza się następująco:
x2 a2 b2
X = Aa + Bb
x1 1 1
gdzie: wymiar nominalny X = A + B, natomiast odchyłki górną i dolną tego wy-
miaru oblicza się ze wzorów: x2 = a2 + b2 , x1 = a1 + b1.
Tolerancja wymiary wynikowego Tx = TA + TB
Różnicę wymiarów tolerowanych oblicza się następująco:
3. Przedmiot obrabiany 15
x2 a2 b2
X = Aa - Bb
x1 1 1
gdzie: wymiar nominalny X = A  B, natomiast odchyłki tego wymiaru oblicza się
ze wzorów: x2 = a2 - b1 , x1 = a1 - b2.
Tolerancja wymiary wynikowego Tx = TA + TB
Celem zilustrowania przedstawionego sposobu obliczania wymiaru nominalnego
oraz jego odchyłek dokonajmy analizy przykładu obliczenia tolerancji wymiaru X
będącego wynikiem różnicy wymiarów przedstawionych na rys.3.2.
+0,3
Wymiar A=70-0,3
+0,1
Wymiar B=
40-0,2
x2
Szukamy wymiaru
X
x1
X = 70 - 40 = 30 mm - wymiar nominalny
x2 = +0,3-(-0,2)=0,5
x1 = -0,3-(+0,1)=-0,4
StÄ…d szukany wymiar wynosi
x2
+0,1 x2
X X = 30+0,5
x1
40-0,2
x1 -0,4
Tolerancja wymiaru T = 0,6+0,3 =0,9 mm
+0,3
70-0,3
Rys.3.2. Przykład arytmetyki wymiarów tolerowanych
Dokładność wymiarowa (czyli zgodność wykonanego przedmiotu z zało-
żeniami zawartymi w dokumentacji konstrukcyjnej) opisywana jest przez układ pa-
sowań. W tablicy 1 przedstawiono przedziały klas dokładności3 IT (International
Tolerance) dla podstawowych sposobów obróbki mechanicznej. Należy zaznaczyć,
że im niższa klasa dokładności IT, tym dokładniejsze wykonanie przedmiotu.
Charakterystykę geometryczną przedmiotu obrabianego obok dokładności
wymiarowej określa również dokładność kształtu (linii lub powierzchni) jak i do-
kładność położenia powierzchni (linii) względem siebie.
Tablica 1 [23]
3
Klasa dokładności rozumiana jest jako oznaczenie pola tolerancji zależnego od wartości
wymiaru nominalnego.
16 3. Przedmiot obrabiany
Rz 100 50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 <
Klasa dok-
50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,05
Sposób
Ra 20 10 5 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,02 < ładności IT
ekon. osiÄ…g.
obróbki
10 5 2,5 1,25 0,63 0,32 0,16 0,08 0,04 0,02 0,01 0,01
8-14 7
Struganie
8-14 7
Frezowanie walcow.
8-14 7
Frezowanie czołow.
11-14 8
Wiercenie
6-7 5
Rozwiercanie
6-7 5
Toczenie
6-9 5
PrzeciÄ…ganie
6-9 5
Szlifowanie
5 5
Polerowanie
5 4
Docieranie
5 5
GÅ‚adzenie
4 4
Dogładzanie
W tablicy 2 przedstawiono oznaczenia graficzne obrazujÄ…ce na dokumentacji kon-
strukcyjnej tolerancje kształtu i położenia.
Tablica 2
Nazwa Znak Szkic
1. Tolerancja prostoliniowości __
"l
0,1
2. Tolerancja płaskości x
3. Tolerancja okrągłości
"k
0,1
4. Tolerancja walcowości
"w
0,01
5. Tolerancja równoległości x
6. Tolerancja prostopadłości x
7. Tolerancja współosiowości x
Na właściwości eksploatacyjne wykonanej części, a szczególnie na jej nie-
zawodność znaczny wpływ mają właściwości stereometryczne powierzchni obro-
3. Przedmiot obrabiany 17
bionej4, zwane w skrócie stereometrią powierzchni i właściwości fizyczne warstwy
wierzchniej przedmiotu. Proces wykonania przedmiotu należy tak prowadzić, aby
właściwości warstwy wierzchniej przedmiotu i jego stereometria były zgodne z
założeniami konstrukcyjnymi.
Jednym z parametrów charakteryzujących stereometrię powierzchni jest
chropowatość powierzchni określana parametrami Rz , Ra , Rmax ( definicje doty-
czące tych parametrów znalez
ć można np. w pracy [23]), natomiast przed omówie-
niem właściwości fizycznych warstwy wierzchniej, celowe jest jej zdefiniowanie.
Warstwa wierzchnia przedmiotu jest to warstwa materiału ograniczona rzeczywi-
stą powierzchnią geometryczną obrabianego przedmiotu i obejmująca tę część
materiału w głąb od powierzchni geometrycznej, która wykazuje zmienione wła-
ściwości fizyczne i niekiedy chemiczne w stosunku do głębiej położonych warstw
materiału zwanych rdzeniem.
Spełnia ona kluczową rolę w eksploatacji przedmiotu, gdyż tą właśnie warstwą
stykają się ze sobą współpracujące części. Prawidłowa charakterystyka tej warstwy
umożliwia zwiększenie niezawodności wyrobu. Podstawowe właściwości fizyczne
warstwy wierzchniej to:
" mikrostruktura,
" twardość i jej rozkład charakteryzujący skutki odkształceń plastycznych i od-
działywań termicznych,
" naprężenia wynikowe będące tak jak zmiany twardości wynikiem oddziaływa-
nia sił i ciepła w procesie obróbki.
Właściwości warstwy wierzchniej kształtowane są w procesie obróbki, stąd doko-
nując wyboru metod obróbki przedmiotu należy oprócz dokładności wymiaru,
kształtu i parametrów charakteryzujących stereometrię powierzchni, należy
uwzględnić również rodzaj oddziaływania narzędzia na przedmiot obrabiany. Wy-
nika to z faktu, iż obróbka wprowadza do warstwy wierzchniej dodatkowe naprę-
żenia, które jak już wspomniano rzutują na właściwości eksploatacyjne wyrobu.
Rozkład naprężeń w warstwie wierzchniej przedmiotu obrabianego charakteryzo-
wać można następującymi modelami:
" modelem zimnym - w którym czynnikiem decydującym o rozkładzie naprężeń są
siły występujące w trakcie obróbki, związane głównie z  klinowym działaniem
narzędzia (rys.3.3)
4
Do właściwości stereometrycznych powierzchni obrobionej zalicza się nierówność po-
wierzchni (chropowatość, falistość) i układ śladów po obróbce z ewentualnymi uszkodze-
niami powierzchni takimi jak rysy, pęknięcia itp. [7].
18 3. Przedmiot obrabiany
+Ã
-Ã
-Ã
+Ã
II - faza ( po przejściu narzędzia) -
I faza - materiał położony w po-
włókna odkształcone sprężyście powra-
bliżu ostrza narzędzia jest roz-
cajÄ… do swojej postaci,  ciagnÄ…c za so-
ciÄ…gany ; przekroczona zostaje
bą włókna odkształcone plastycznie, w
granica sprężystości włókien
których powstają naprężenia ściskające.
położonych w pobliżu ostrza;
włókna dalsze są rozciągane w
granicach sprężystych.
Rys.3.3. Model zimny powstawania naprężeń w warstwie wierzchniej
" model cieplny - w którym czynnikiem decydującym o rozkładzie naprężeń jest
ciepło wydzielane w trakcie procesu oddzielania wióra ( skrawania) - rys.3.4.
+Ã
-Ã
-Ã
+Ã
II - faza ( po przejściu narzędzia) -
I faza - warstwa materiału poło-
włókna które rozszerzając się cieplnie
żona w pobliżu ostrza narzędzia
nie przekroczyły granicy sprężystości
nagrzewa siÄ™ bardziej od warstw
wracają do poprzedniego położenia ( są
położonych dalej; rozszerzanie
to warstwy położone głębiej w mate-
cieplne warstw bardziej nagrza-
riale), wprowadzając w włóknach mate-
nych jest większe, natomiast
riału położonych przy powierzchni na-
warstwy głębsze rozszerzają się
prężenia rozciągające
mniej ; ściągając warstwy ze-
wnętrzne i wprowadzając w nich
naprężenia ściskające.
Rys.3.4. Model cieplny powstawania naprężeń w warstwie wierzchniej
W rzeczywistych warunkach przedmiot obrabiany poddawany jest w procesie ob-
róbki zarówno oddziaływaniu sił jak i ciepła. Z tego względu rzeczywisty stan na-
prężeń jest zazwyczaj wypadkową obu modeli z przewagą tego czynnika, którego
działanie jest dominujące przy danych warunkach skrawania. Ewentualna zmiana
3. Przedmiot obrabiany 19
rozkładu naprężeń wiąże się ze zmianą albo sposobu obróbki lub też warunków ob-
róbki.
Obok obrabiarki i przedmiotu w procesie obróbki materiału bierze udział
również narzędzie skrawające tworząc łącznie układ zwany od pierwszych liter je-
go elementów, układem o p n (obrabiarka, przedmiot, narzędzie). Ostatni ele-
ment tego układu omawiany jest w kolejnym rozdziale skryptu.