OBRÓBKA UBYTKOWA I INNE
TECHNOLOGIE KSZTAŁTOWANIA POSTACI
GEOMETRYCZNEJ

2

Obróbka ubytkowa

Przez pojęcie obróbka ubytkowa rozumie się umownie takie metody obróbki materiałów, w których
proces kształtowania części i wyrobów łączy się z koniecznością usunięcia określonej objętości materiału
(rys. 1).

Rys. 1. Klasyfikacja obróbki ubytkowej.

Obróbka skrawaniem (S) polega na usuwaniu, przy wykorzystaniu pracy mechanicznej, określonej
objętości materiału narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrze skrawające, twardsze od obrabianego
materiału. W obszarze obróbki skrawaniem wyróżniamy:

•

obróbkę wiórową (C),

•

obróbkę ścierną (A).

Obróbka wiórowa (C) jest to obróbka za pomocą skrawania dokonywana narzędziami o określonej
liczbie i kształcie ostrzy skrawających, naddatek na obróbkę usuwany jest w postaci wiórów widocznych
gołym okiem.
Obróbka ścierna (A) jest to obróbka za pomocą skrawania dokonywana licznymi drobnymi ostrzami o
nieustalonej ściśle i kształcie a naddatek na obróbkę jest usuwany w postaci drobnych wiórów (na ogół
niedostrzegalnych nieuzbrojonym okiem) oraz w postaci cząsteczek wyrywanych siłą tarcia. Zarówno te
wióry jak i cząsteczki mogą w określonych warunkach podlegać częściowo lub w całości utlenieniu
(spaleniu) lub topnieniu.

Obróbka erozyjna (E) polega n ausuwaniu określonej objętości materiału (naddatku na obróbkę) przy
wykorzystaniu procesu erozji. Przez proces erozji rozumie się usuwanie kolejnych warstw wierzchnich
materiału w postaci bardzo drobnych odprysków i wykruszeń materiału w fazie stałej, rozpuszczania się
lub topienia lub parowania obrabianego materiału.

3

W obszarze obróbki erozyjnej rozróżnia się:

•

obróbkę elektroerozyjną (ED) - w której wykorzystuje się erozję elektrycznych wyłądowań pod
wpływem odpowiednich impulsów elektrycznych;

•

obróbkę elektrochemiczną (ED) - wykorzystującą erozję chemiczną w wyniku procesów
chemicznych zachodzących w elektrolicie przy przepływie prądu pomiędzy elektrodami;

•

obróbkę strumieniowo-erozyjną (EB) - opartą głównie na erozji za pomocą strumieni cząstek w
wysokim stopniu koncentracji energii: na przykład strumienia elektronów, plazmy lub fotonów.

Elementy geometryczne ostrza skrawającego

W narzędziu skrawającym można wyodrębnić dwie części funkcjonalne: część chwytową oraz część
roboczą, zwaną ostrzem. Ostrze skrawające jest nożem trój lub wielościennym charakteryzującym się
ustalonymi elementami geometrycznymi (rys. 2)

Rys. 2. Elementy ostrza narzędzia skrawającego

Ostrze noża skrawającego jest ograniczone:

-

powierzchnią natarcia, na którą naciera i po której przesuwa się wiór,

-

powierzchnią przyłożenia znajdującą się od strony powierzchni obrabianej i powierzchni stycznej
do niej w czasie skrawania.

Linia przecięcia się powierzchni natarcia z powierzchnią przyłożenia nazywa się krawędzią skrawającą
lub krawędzią tnącą.
Główna krawędź skrawająca to ta część krawędzi, która jest przeznaczona do wykonywania większej
części pracy skrawania.

Pomocnicza krawędź skrawająca to ta część krawędzi skrawającej która wykonuje mniejszą część pracy
skrawania.

Łącząca krawędź skrawająca to najczęściej łukowa część krawędzi skrawającej, łącząca główną i
pomocniczą krawędź skrawającą.

Znaczenie kątów w procesie skrawania

Na płaszczyźnie przekroju (rys. 3) oznaczenia kątów są następujące:

-

kąt klina (kąt ostrza)

β

0

- zawarty między płaszczyzną natarcia a powierzchnią przyłożenia,

-

kąt natarcia

γ

- zawarty między płaszczyzną podstawową P

r

a powierzchnią natarcia,

4

-

kąt przyłożenia

α

- zawarty między płaszczyzną krawędzi skrawającej P

s

(płaszczyzną rzutującą)

a powierzchnią przyłożenia,

-

kąt skrawania

δ

- zawarty między śladem powierzchni natarcia a śladem płaszczyzny rzutującej.

Zatem kąt skrawania jest równy

δ

=

α

+

β

0

.

Rys. 3. Oznaczanie kątów na płaszczyźnie przekroju. Kąty natarcia:
a) dodatni; b) zerowy; c) ujemny.

Kąt przyłożenia

αααα

ma istotne znaczenie w dążeniu do zmniejszenia tarcia ostrza od strony powierzchni

przyłożenia. W zależności od rodzaju noża i posuwu, jego wartość przyjmuje się w granicach 6÷12°. Na
ogół większe wartości kątów przyłożenia odpowiadają skrawaniu z mniejszymi posuwami (obróbka
dokładna).

Kąt natarcia γ wpływa istotnie na wytrzymałość ostrza, przebieg przekształcenia warstwy skrawanej w
wiór, naprężenia i odkształcenia występujące w strefie skrawania, drgania, dokładność obróbki, przebieg
zużycia, trwałość itp. Wartości kątów natarcia zmieniają się w szerokim zakresie i zależą głównie od
własności materiału ostrza, obrabianego materiału oraz kształtu powierzchni natarcia.

Ostrza ze stali szybkotnącej mają zawsze dodatnie kąty natarcia. Przykładowe wartości tych kątów
podano poniżej:

-

Wartości γ=25÷30° zaleca się przy skrawaniu stopów aluminium oraz stali niskowęglowych
(C<0,2%) i stopowych o Rm<500 MPa (HB<140).

-

Wartości γ=18÷25 przyjmowane są przy skrawaniu stali i staliw węglowych (HB=140÷230) oraz
żeliw szarych i ciągliwych (HB<160).

-

Wartości γ=12÷18 stosuje się przy skrawaniu stali i staliw stopowych, gdy R

m

=800÷1200MPa

(HB=230÷340) oraz żeliwa o HB=180÷220 a także brązu i kruchego mosiądzu. Najmniejsze
wartości γ≈5° przyjmuje się przy skrawaniu żeliwa o twardości HB>220.

Ostrza z węglików spiekanych mogą mieć dodatnie i ujemne kąty natarcia, co zależy głównie od
własności materiału obrabianego i kształtu powierzchni natarcia.

Kąt pochylenia krawędzi skrawającej λ jest dodatni (λ>0), gdy wierzchołek jest najwyższym punktem
krawędzi, zerowy (λ=0), gdy wszystkie punkty krawędzi leżą w tej samej odległości od płaszczyzny
podstawowej, oraz ujemny (λ<0), gdy wierzchołek ostrza jest najniższym punktem krawędzi skrawającej
(rys. 4).

5

Rys. 4. Oznaczenie znaku wartości kąta pochylenia krawędzi skrawającej.

Kąt pochylenia głównej krawędzi ostrza λ wpływa na kierunek spływania wióra (rys. 5), sposób wcinania
ostrza w materiał obrabiany, wytrzymałość ostrza, siły skrawania itp. Ujemny kąt pochylenia powoduje
korzystniejszy sposób wcinania ostrza w materiał, gdyż uderzenie w chwili wcięcia koncentruje się w
punktach oddalonych od najsłabszej części ostrza, jaką jest jej wierzchołek.

Rys. 5. Wpływ kąta pochylenia głównej krawędzi skrawającej λ na sposób spływania wióra w
czasie obróbki toczeniem. Kąt pochylenia krawędzi skrawającej: a) zerowy; b) ujemny; c) dodatni.

Kąt przystawienia χ wpływa na wytrzymałość wierzchołka ostrza, dokładność obróbki, siły skrawania,
chropowatość powierzchni, temperaturę skrawania, intensywność zużycia i trwałość ostrza.

Elementy geometrii są przedstawione na rys. 6 i rys. 7.

6

Rys. 6. Przykład głównego układu odniesienia i określenia w nim elementów geometrycznych
ostrza.

Rys. 7. Oznaczenie kątów na płaszczyźnie podstawowej.

Za podstawowy układ odniesienia przyjmuje się trzy płaszczyzny (rys. 6):

1. Płaszczyznę podstawową P

r

- przyjmowaną umownie dla każdego narzędzia np. w przypadku

noży płaszczyzna podstawowa pokrywa się z płaszczyzną podstawy trzonka.

2. Płaszczyznę przekroju P

0

(lub płaszczyznę normalną) - prostopadłą do rzutu krawędzi skrawającej

na płaszczyznę podstawową w wybranym punkcie tego rzutu.

3. Płaszczyznę rzutującą (styczną) P

S

- tj. płaszczyznę prostopadłą do dwóch pierwszych, zarazem

przechodzącą przez wybrany punkt lub odcinek prostoliniowy krawędzi skrawającej.

Na płaszczyźnie podstawowej określa się (rys. 7):

-

kąt naroża (wierzchołkowy)

εεεε

- zawarty między rzutami krawędzi skrawającej głównej i

pomocniczej na płaszczyznę podstawową,

-

promień zaokrąglenia wierzchołka ostrza (łączącej krawędzi skrawającej) r,

-

kąt przystawienia χ - zawarty między rzutem głównej krawędzi skrawającej na płaszczyznę
podstawową a kierunkiem ruchu posuwowego,

-

pomocniczy kąt przystawienia χ - zawarty między rzutem pomocniczej krawędzi skrawającej na
płaszczyznę podstawową a kierunkiem ruchu posuwowego.

7

Klasyfikacja wiórów

Cechy wióra charakteryzują obrabialność materiałów oraz określają stopień trudności z usuwaniem
warstwy materiału.

Odłupywane (odrywane)
- powstają po przekroczeniu
wytrzymałości rozdzielczej
materiału warstwy skrawanej
(np. powstają przy obróbce
żeliwa lub twardych brązów)

Ścinane

- powstają po przekroczeniu
wytrzymałości na ścinanie
materiału warstwy skrawanej
rozróżnia się różne odmiany
wiórów ścinanych:

Klasyfikacja ze względu
na budowę i kształt wióra

Elementowe
(odpryskowe)

- pojedyncze cząstki
wióra lub grupy cząstek
wióra słabo ze sobą
połączone i rozsypujące
się przy zderzeniu
(najczęściej tworzy się
w materiałach o pewnej
niewielkiej
plastyczności)

Schodkowe

- posiadają ostro zarysowane
linie zgniotu (wyciągniętych
włókien). W odróżnieniu od
wióra wstęgowego
występują ostro zarysowane
granice podziału wióra na
elementy nachylone pod
kątem

φ

. Świadczą one o

znacznym odkształceniu
materiału w płaszczyźnie
ścinania. Gdy naruszenie
spójności jest całkowite wiór
staje się wiórem
elementowym.

Skrawalność

-

podatność materiału do kształtowania na drodze obróbki wiórowej

przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi i warunków technologicznych procesu

;

względna umowna właściwość materiału obrabianego zależna od: własności i stanu tego materiału i
własności i stanu narzędzia, sposobu i rodzaju skrawania, stanu i właściwości obrabiarki oraz warunków
skrawania.

Wstęgowe

- najczęściej powstają przy
skrawaniu stali z dużymi
prędkościami skrawania przy
małych przekrojach warstwy
skrawanej. Powierzchnia wióra
od strony ostrza jest gładka, a
powierzchnia zewnętrzna jest
nierówna. Posiadają ostro
zarysowane linie zgniotu.

8

Obróbka erozyjna

W obróbce erozyjnej wykorzystuje się energię wyładowań elektrycznych, przemian chemicznych, energię
niesioną przez jony, fotony lub elektrony. Wspólne cechy tej grupy metod wytwarzania są następujące:

-

kształtowanie przez usuwanie materiału zbędnego tzw. naddatku na obróbkę w postaci bardzo
drobnych cząstek materiału, niemożliwych do rozróżnienia okiem nieuzbrojonym,

-

możliwość kształtowania nawet najtwardszych materiałów dzięki procesom topienia, odparowania
lub procesom chemicznym.

Klasyfikacja metod obróbki erozyjnej jest następująca (Rys. 8):

Rys. 8. Klasyfikacja obróbki erozyjnej.

Obróbka elektoerozyjna (EDM - Electrical Discharge Machining) polega na usuwaniu warstwy materiału
obrabianego w wyniku działania serii wyładowań elektrycznych w szczelinie pomiędzy elektrodą roboczą
(erodą) a przedmiotem obrabianym. Wyładowania są inicjowane przez napięcie rzędu kilkudziesięciu
wolt i zawsze zachodzą w cieczy dielektrycznej.

Do najczęściej spotykanych sposobów odmian obróbki erozyjnej należą:

-

obróbka elektroiskrowa (EDS) - polegająca na usuwaniu cząstek warstw zewnętrznych
materiałów elektrod w wyniku erozji elektrycznej wywołanej niestacjonarnymi wyładowaniami
elektrycznymi (napięcie i natężenie prądu mają wartości zmienne),

-

obróbka elektroimpulsowa (EDI) - wykorzystuje w obróbce stacjonarne wyładowania elektryczne
(napięcie i natężenie prądu mają wartości stałe).

9

Wyładowania i erozja elektryczna

W wyniku przyłożenia napięcia do katody (-) następuje tzw. zimna emisja elektronów. Powoduje to w
określonej przestrzeni stan jonizacji.

Jonizacja kończy się przy danym napięciu w pewnej odległości od katody, ponieważ dielektryki
wykazują znaczne zdolności tłumiące proces jonizacji. Zwiększenie napięcia powoduje zwiększenie
obszaru oraz natężenia jonizacji. W pewnym momencie stan jonizacji jest wystarczający, aby nastąpiło
wyładowanie, tzn. przepływ ładunku od katody do anody.

Napięcie, przy którym nastąpił początek wyładowania, nazywa się napięciem granicznym. Podobne
zjawisko wyłądowania można uzyskać, gdy przy stałym napięciu zaczniemy zbliżać elektrody.

Odległość, przy której zaczęło się wyładowanie, nazywa się graniczną odległością elektrod.

W wyniku wyładowania następuje na anodzie krótkotrwała koncentracja energii elektrycznej i
mechanicznej elektronów.

Chwilowa gęstość prądu w przestrzeni między elektrodami w tzw. kanale wyładowania osiąga
800÷1000A/mm

2

. Wyładowaniu towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła, powodujące wzrost

temperatury w strefie wyładowania do kilkudziesięciu tysięcy °C. Przy takich temperaturach topią się i
parują wszystkie znane metale i pod wpływem sił elektrodynamicznych , i elektrostatycznych , a także
działania fali naprężeń cieplnych tworzy się krater (Rys. 9) o kształcie czaszy kulistej, którego średnicę d
i głębokość h można określić na podstawie wzorów:

[ ]

m

e

K

d

i

µ

3

1

=

[ ]

m

e

K

h

i

µ

3

2

=

gdzie

i

e

- energia pojedynczego impulsu [J],

K

1

=4, K

2

=0,45.

Rys. 9. Charakterystyczne wymiary krateru.

Wartości współczynników K

1

, K

2

odnoszą się do elektrody roboczej wykonanej z miedzi przy użyciu

nafty jako dielektryka. Metal usuwany z krateru zastyga w cieczy dielektrycznej w postaci kulistych
granulek o średnicy 0,005÷0,01 mm. Czas trwania pojedynczych wyładowań wynosi: t

w

=10

-9

÷10

-2

s.

Produkty erozji, wśród których przeważają cząstki stopionego metalu potwierdzają, że główną rolę w
procesie erozji wyładowania elektrycznego odgrywają procesy cieplne i powodowane przez nie topienie
metalu anody.

Obróbka elektroiskrowa charakteryzuje się tym, że czasy wyładowań t

w

w stosunku do całego cyklu

jednego impulsu t

c

są bardzo krótkie (rys. 10). Dla krótkich wyładowań dominująca jest erozja anody (+),

dlatego część obrabiana jest anodą (+) a narzędzie katodą (-).

10

Rys. 10. Przebieg zmian napięcia w układzie RC w czasie ładowania (t

e

) i wyładowania (t

w

).

Każde wyładowanie przebiega w innym miejscu elektrod: tam gdzie anoda (+) i katoda (-) są najmniej
oddalone od siebie. Aby proces erozji był prowadzony, konieczne jest ciągłe zbliżanie elektrod.

Zwiększenie energii i czasu pojedynczego wyładowania powoduje zwiększenie wymiarów krateru
erozyjnego a w konsekwencji objętości usuwanego materiału. Jest ono jednak związane ze wzrostem
grubości warstwy zmienionej o niepożądanych własnościach (rys. 11).

Rys. 11. Grubość warstwy zmienionej W

1

i chropowatość powierzchni obrabianej elektroerozyjnie

impulsami o stałej charakterystyce: F

1

- powierzchnia przekroju występów, F

2

- powierzchnia

przekrojów wgłębień, F

4

- powierzchnia przekroju warstwy zmienionej.

Impulsy elektryczne (o napięciu 100V÷200V) niezbędne do zasilania elektrod, są wytwarzane przez
generatory.

Generatory stosowane w obrabiarkach elektroerozyjnych dzielą się na dwie grupy:

1. Generatory zależne, w których amplituda napięcia i natężenia oraz częstotliwość impulsów

elektrycznych są zależne od stanu fizycznego dielektryka w szczelinie (stosowane w obróbce
elektroiskrowej).

2. Generatory niezależne, w których wyżej wymienione parametry impulsu elektrycznego nie są

zależne od stanu dielektryka w szczelinie (stosowane w obróbce elektroimpulsowej).

Obróbka elektroiskrowa może być realizowana na urządzeniach, w których generatory mają różne układy
elektryczne (rys.12):

-

układ relaksacyjny niesterowany (zależny) RC (rys. 12a) lub RLC (rys. 12b),

-

układ relaksacyjny sterowany RC z wyłącznikiem W (lamowym, tyratronowym lub
ignitronowym) (rys. 13).

11

Rys. 12. Schematy obróbki elektroiskrowej układów relaksacyjnych niesterowanych: a) RC
(zależny); b) RLC; E - eroda, M - materiał obrabiany.

Rys. 13. Schemat elektryczny urządzenia do obróbki elektroiskrowej sterowanego układem RC; W
- wyłącznik sterujący.

Charakterystyczną cechą układu RC są dwa obwody:

1. Ładowania, na który składa się źródło prądu stałego o napięciu U

0

oraz rezystancja R i pojemność

C (kondensator);

2. Wyładowania, do którego zalicza się pojemność C, elektroda robocza (eroda), przedmiot

obrabiany M (anoda) i dielektryk.

Przebieg zmian napięcia na elektrodach w układzie relaksacyjnym RC przedstawiony został na (rys. 10).
Jak widać z układu napięć (rys. 10), czas ładowania t

e

jest ponad 10-krotnie dłuższy od czasu

rozładowania (t

w

), z czego wynika, że w całym cyklu jednego impulsu (t

c

) istnieje długi okres

wyczekiwania - stąd nazwa „układ relaksacyjny”), który wpływa na stosunkowo niską wydajność
obróbki.

Przykładowe parametry generatorów RC:

-

napięcie źródła prądu U

0

=60÷250V,

-

szerokość szczeliny iskrowej s=0,01÷0,8 mm,

-

wartość natężenia prądu ładowania w amplitudzie i=300÷2000A,

-

czas ładowania t

e

=10

-2

÷10

-5

s,

-

czas wyładowania t

w

=10

-6

÷2,5·10

-4

s,

-

częstość wyładowań f do 100 kHz.

Układy typu RLC (rys. 12b) mają większą sprawność i wydajność. Ładowanie kondensatora odbywa się
w sposób drgający i otrzymuje się napięcie na kondensatorze ponad dwukrotnie większe od napięcia
źródła prądu U

0

, a czas ładowania staje się znacznie krótszy. Uzyskuje się w ten sposób większą częstość

wyładowań, czyli większą wydajność.

12

Dalszym usprawnieniem są układy generatorów sterowanych typu RC (rys. 13), gdzie okres dejonizacji
jest wykorzystywany do ładowania układu, a w tym czasie wyłącznik układu (W) wyłącza z układu
obwód wyładowania. Funkcję wyłączników sterujących spełniają lampy elektronowe.

Obróbka impulsowa prowadzona jest przy użyciu generatorów impulsowych nazywanych też
niezależnymi (Rys. 14). Czas pojedynczego wyładowania w tym rodzaju obróbki wynosi 5·10

-4

÷10

-2

s.

Przy długich czasach wyładowań, typowych dla obróbki elektroimpulsowej zwiększona jest erozja
katody. Temperatura w kanale wyładowań jest od 5000÷6000°C niższa od temperatury w kanale
wyładowań w obróbce elektroiskrowej. Dlatego w obróbce elektoimpulsowej część obrabianą podłącza
się tak, aby była katodą (-); anodą (+) jest elektroda robocza narzędzie (odwrotnie jak przy obróbce
elektroiskrowej.

Generatory impulsowe nie zawierają kondensatora i w związku s tym nie ma podziału na obwody
ładowania i wyładowania. Generatory wytwarzają impulsy (wyładowania iskrowe) z ustaloną częstością
niezależną od stanu szczeliny iskrowej.
Generatory iskrowe budowane są w dwóch odmianach, jako:

1. Maszynowe (rys. 14a).
2. Elektroniczne (rys. 14b).

W generatorze maszynowym (rys. 14a) częstość impulsów zależy od konstrukcji generatora i prędkości
obrotowej (zazwyczaj nie przekracza 1000 Hz). Generatory maszynowe charakteryzują się dużą
wydajnością przy małej częstości i dużej energii pojedynczych wyładowań. W związku z tym są
stosowane do obróbki zgrubnej.

Generator elektroniczny (rys. 14b) ma znacznie lepsze parametry. Ma możliwość niezależnej i dowolnej
zmiany napięcia, czasu trwania impulsów i przerw między nimi. Pozwala to najkorzystniej dobrać
warunki dla danych zadań technologicznych. Elementem sterującym jest tu układ tranzystorowy T, który
periodycznie przyłącza źródło stałego napięcia do elektrod. Generatory tego typu charakteryzują się
wysoką sprawnością energetyczną, a uzyskana wydajność objętościowa V

w

=12000÷25000 mm

3

/min.

Rys. 14. Schematy: a) impulsowego generatora maszynowego; b) elektronicznego generatora
impulsowego.

Porównanie sprawności η

e

generatorów:

-

elektroniczne η

e

=50÷70%,

-

maszynowe η

e

=30÷35%,

-

relaksacyjne RLC η

e

=25÷40%,

-

relaksacyjne RC η

e

=15÷30%,

Ważnym czynnikiem, od którego zależą technologiczne wskaźniki obróbki, jest dielektryk. Ma on wpływ
na przebieg wyładowania i pośredniczy w rozdziale energii pomiędzy elektrodami. Wpływa też na

13

wydajność drążenia, zużycie elektrody i gładkość powierzchni. Dobór odpowiedniego dielektryka
uzależniony jest od charakterystyki impulsów elektrycznych. Jako dielektryki stosuje się:

-

naftę,

-

olej transformatorowy,

-

olej wrzecionowy,

-

olej napędowy,

-

wodę destylowaną,

-

benzol,

-

benzynę lakową,

-

glicerynę.

Własności powierzchni obrabianej elektroerozyjnie
W mikrostrukturze warstwy obrabianej elektroerozyjnie występują najczęściej trzy typowe warstwy:

1. Biała warstwa (nie trawiąca się), stanowiąca nadtopioną część materiału obrabianego z

wtrąceniami materiału erody. Jej grubość wynosi od kilku mikrometrów do kilku setnych
mikrometra. Przy obróbce elektroimpulsowej warstwa ta jest grubsza. W przypadku zastosowania,
na przykład elektrody z węglików spiekanych można wprowadzić do warstwy wierzchniej
materiał erody. W efekcie tego wzrasta jej odporność na ścieranie. Na tym polega metoda tzw.
elektroiskrowego utwardzania powierzchni.

2. Strefa wpływu ciepła w stalach ma strukturę martenzytyczną o stosunkowo wysokiej twardości

zależnej od zawartości węgla w stali.

3. Strefa odpuszczania o zmniejszonej twardości w stosunku do materiału rodzimego występująca w

stalach hartowanych.

Zastosowania obróbki elektroerozyjnej

Przykładowe zastosowania obróbki elektroerozyjnej przedstawia rys. 15.

Rys. 15. Przykłady operacji obróbki elektroiskrowej i elektroimpulsowej: a) drążenie kształtowe; b)
wycinanie elektrodą wykonaną z drutu; c) obróbka gwintów; d) obróbka otworów; e) obróbka
rowków; f) obróbka płaszczyzn; E - eroda, M - materiał obrabiany.

14

Zalety obróbki elektroerozyjnej:

-

możliwość wykonania jej w materiale już zahartowanym (eliminuje się w ten sposób wpływ
odkształceń hartowniczych na ostateczny kształt obrabianej części);

-

możliwość uzyskania korzystniejszej struktury warstwy powierzchniowej pod względem
własności mechanicznych w porównaniu z metodami tradycyjnymi (jak szlifowanie, toczenie itp.)
- nie wprowadza naprężeń rozciągających w warstwie wierzchniej.

Materiały stosowane na elektrody robocze do drążarek wgłębnych to:
-

miedź elektrolityczna wysokiej czystości (najszersze zastosowanie),

-

grafit - elektrody do obróbki kształtującej,

-

żeliwo szare - elektrody do obróbki zgrubnej,

-

miedziowolfram - elektrody do wgłębień prostych i stożkowych o ostrych krawędziach,

-

stopy aluminium - elektrody do produkcji jednostkowej i małoseryjnej.

Przykładowy sposób wykonania elektrody kształtowej przedstawia rys. 16.

Rys. 16. Elektroda-narzędzie w;ykonana metodą galwanoplastyki: 1 - model z grafitu i tworzywa
sztucznego, 2 - warstwa miedzi naniesiona elektrolitycznie, 3 - warstwa miedzi napawana, 4 - płyta
wzmacniająca, 5 - powierzchnia robocza elektrody.

Inne zastosowania erozji elektrycznej:

-

ostrzenie narzędzi skrawających i części pracujących na ścieranie,

-

grawerowanie, znakowanie,

-

szlifowanie,

-

odwrócenie biegunowości umożliwia tzw. platerowanie elektroiskrowe, regenerowanie
narzędzi,

-

nanoszenie warstwy z węglików spiekanych na ostrza rozwiertaków i frezów.

15

Technologie niekonwencjonalne

Technologie niekonwencjonalne to takie, które zawierają rozwiązania niespotykane w powszechni

stosowanych procesach obróbki.

Frezotoczenie polega na frezowaniu obrotowych powierzchni wałów. Przedmiot obrabiany

(wałek) wykonuje ruch obrotowy wokół swojej osi, natomiast narzędzie (frez) ma ustaloną pozycję.
Wyróżnia się dwie odmiany frezotoczenia:

-

osiowo-równoległe – podczas obróbki oś wrzeciona frezu jest równoległa do osi wałka
(stosowane do powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych,

-

ortogonalne – w trakcie obróbki oś wrzeciona frezu jest prostopadła do osi wałka
(stosowane tylko do obróbki zewnętrznej powierzchni wałków).

Obróbka na twardo umożliwia skrawanie materiałów o dużej twardości w zakresie 45

≤

HRC

≤

70,

a nawet 72 HRC- za pomocą narzędzi wykonanych z ceramiki mieszanej i polikrystalicznego regularnego
azotku boru PKB, wkładek ostrzowych z naniesionymi warstwami twardymi (metodą PVD - z ang.
Physical Vapour Deposition).

Ceramika mieszana składa się z submikrometrycznych (<0,7

µ

m) ziaren Al

2

O

3

oraz węglików i

tlenków tytanu Ti(C,O) o zawartości powyżej 25% objętości. Wytrzymuje obciążenia udarowe i cieplne.

Obróbka na twardo jest stosowana jako wykańczająca, zgrubna (wstępna) i przerywana, a

prędkość skrawania dochodzi do 300 m/min.

Obróbka kompletna w centach obróbkowych polega na kształtowaniu części możliwie bez

zmiany zamocowania w różnych operacjach, np. frezowania, toczenia, szlifowania, gwintowania,
nacinania uzębień oraz obróbki cieplnej laserowej.

Selektywne spiekanie laserowe polega na stopieniu lub spieczeniu cienkiej warstwy proszku z

materiałów topliwych (umieszczonych na płaskiej powierzchni) za pomocą wiązki światła laserowego z
zakresu podczerwieni. Optyczne właściwości proszku powodują absorpcję lub odbijanie światła
laserowego. Wiązka światła jest sterowana za pomocą układu CNC. Część kształtuje się w sposób
warstwowy, nakładając i spiekając lub stapiając kolejne warstwy w atmosferze obojętnej.

Obróbka wysokociśnieniowym (rys. 17) strumieniem wody polega na skierowaniu z dyszy o

średnicy 0,02

÷

0,2 mm cienkiego strumienia wody (lub wody z ziarnami ściernymi, w zależności od

przeznaczenia obróbki) pod ciśnieniem 360

÷

700 MPa na powierzchnię obrabianą oraz odpowiednim

przemieszczaniu tego strumienia wzdłuż tej powierzchni. Strumień cieczy wynosi (2

÷

8)

⋅

10

-3

m

3

/min,

strumień ścierniwa 0,4

÷

0,6 kg/min. Obróbkę strumieniem wody z ziarnami ściernymi stosuje się do

cięcia materiałów metalowych, kompozytowych, ceramicznych, tworzyw sztucznych itp. Nie powoduje
ona zmian w strukturze warstwy powierzchniowej.

16

Rys. 17. Urządzenie do cięcia wodnego „WATERJET” firmy STM; budowa dyszy, elementy przekładni
zębatych otrzymane metodą cięcia wodnego.

Obróbka przetłoczno-ścierna AFM (z ang. Abrasive Flow Machining) polega na przetłaczaniu

pasty ściernej (pasta zawierająca ziarna ścierne) względem obrabianego przedmiotu (rys. 18). Ten sposób
obróbki wykańczającej jest stosowany do wygładzania powierzchni stosunkowo długich, trudno
dostępnych kanałów o złożonym kształcie, otworów nieokrągłych, zewnętrznych powierzchni matryc
oraz kół zębatych. Przykładem mogą być kanały w wirnikach (pakietowanych blach) silników
elektrycznych lub w twornikach prądnic.

Wyróżnia się dwa główne rozwiązania konstrukcyjne stanowisk obróbkowych.

1. W pierwszym obrabiany przedmiot jest mocowany na stałe między dwoma cylindrami

wypełnionymi pastą ścierną. Tłoki w obu cylindrach przetłaczają pastę przez elementy przedmiotu
wymagające wygładzenia. Zsynchronizowany ruch tłoków odbywa się w jedną i drugą stronę.

2. W drugim rozwiązaniu cylinder wypełniony szczelnie pastą ścierną jest nieruchomy, natomiast

przedmiot przemieszcza się względem pasty w cylindrze w jedną i w drugą stronę. Do obróbki
stosuje się pasty handlowe, m.in. Extrude Hone HV150. Po obróbce uzyskuje się refleksyjność
powierzchni, zaokrąglenie ostrych krawędzi oraz chropowatość Ra=0,3

µ

m.

17

Rys. 18. Schemat przedstawiający przebieg obróbki przetłoczno-ściernej.

Są prowadzone badania obróbki AFM ze wspomaganiem elektrochemicznym ECAFM (EC z ang.
Electrochemichal), które polegają na tym, że w obrabianych elementach (będących anodą) umieszcza
się katody w określonej odległości od powierzchni obrabianej. Pasty używane do obróbki muszą
przewodzić prąd elektryczny, ponieważ pełnią funkcję elektrolitu, a stanowisko robocze należy
wyposażyć w źródło prądu stałego.