Podstawy obróbki skrawaniem

http://rytlewski.w.interia.pl/Podstawy_obrobki_skrawaniem.htm[14-10-2013 10:33:11]

Podstawy obróbki skrawaniem

1. Wstęp

Przez techniki wytwarzania rozumie się wszystkie rodzaje obróbek stosowanych do kształtowania

elementów maszyn, metody nadawania im określonych właściwości użytkowych, pomiarów i kontroli jakości

wyrobów, a także sposoby łączenia i spajania elementów oraz ich montaż.

Do najważniejszych technik wytwarzania zalicza się: obróbkę skrawaniem, obróbkę erozyjną, odlewnictwo,

obróbkę plastyczną, obróbkę cieplną, spawanie i zgrzewanie, przetwórstwo tworzyw sztucznych oraz metody

pomiarów i kontroli wyrobów. Kształtowanie części maszyn metodami obróbki skrawaniem (tj. przez toczenie,

frezowanie, wiercenie, struganie, przeciąganie itp.) obejmuje ok. 70 % wszystkich technik wytwarzania. Udział

obróbki skrawaniem w przemyśle maszynowym wynosi obecnie ok. 50 %.

2. Zasada obróbki skrawaniem

Obróbka skrawaniem (skrawanie) polega na oddzieleniu od przedmiotu obrabianego warstwy materiału o

określonej grubości zwanej naddatkiem w celu nadania mu żądanego kształtu i wymiarów, często również w

połączeniu z nadaniem warstwie wierzchniej określonych właściwości. Oddzielenie warstwy skrawanej od

materiału jest powodowane przez klinowe ostrze narzędzia, przesuwające się z określoną prędkością V

względem

przedmiotu obrabianego. Nacisk wywierany przez ostrze narzędzia wywołuje miejscowe odkształcenie sprężyste i

plastyczne materiału, prowadzące do pokonania sił wiązania cząsteczkowego i oddzielenie materiału w postaci

wióra. Mechanizm niszczenia materiału polega głównie na ścinaniu.

Rys. 1. Zasada procesu skrawania: 1-przedmiot obrabiany (materiał), 2-ostrze narzędzia, 3 warstwa skrawana, 4-

wiór, V

- prędkość skrawania, a

– głębokość skrawania, a,g - kąty ostrza noża: przyłożenia i natarcia

W zależności od osiąganej dokładności wymiarowo-kształtowej i chropowatości powierzchni rozróżnia się:

obróbkę zgrubną, kształtującą, wykańczającą i bardzo dokładną.

3. Geometryczne i technologiczne parametry skrawania

Przebieg i wyniki skrawania zależą od:

warunków skrawania, tj. czynników związanych z obrabiarką, narzędziem, przedmiotem obrabianym i

otoczeniem;

parametrów skrawania: geometrycznych, związanych z geometrią ostrzy narzędzi i przekrojem warstwy

skrawanej oraz technologicznych, do których zalicza się prędkość skrawania V

, prędkość posuwu V

(

posuw f) oraz głębokość skrawania a

Podstawy obróbki skrawaniem

http://rytlewski.w.interia.pl/Podstawy_obrobki_skrawaniem.htm[14-10-2013 10:33:11]

Rys. 2. Schemat procesu toczenia: V

– prędkość toczenia, V

– prędkość posuwu, a

– głębokość skrawania, b,f,h –

przekrój warstwy skrawanej, 1,2,3- powierzchnia obrabiana, obrobiona i przejściowa

W praktyce zamiast prędkości posuwu używane są posuwy:

obrotowy f

w mm/obr – jest to droga o jaką przesunie się narzędzie równolegle do osi obrotu w czasie

jednego obrotu (np. podczas toczenia i wiercenia);

minutowy f

w mmm/min – jest to prędkość ruchu posuwowego (np. frezowanie);

na ostrze f

- stosowany w przypadku narzędzi wieloostrzowych i odpowiada on przesunięciu przedmiotu

obrabianego

przypadającemu na jedno ostrze narzędzia. Posuw f

można przeliczyć na posuw minutowy f

wg wzoru:

n i

gdzie: n – prędkość obrotowa narzędzia w obr/min, i – liczba ostrzy skrawających narzędzia.

4. Rodzaje wiórów

W zależności od własności materiału obrabianego i warunków skrawania mogą powstawać wióry

przedstawione na rys. 3.

Podstawy obróbki skrawaniem

http://rytlewski.w.interia.pl/Podstawy_obrobki_skrawaniem.htm[14-10-2013 10:33:11]

Rys. 3. Klasyfikacja kształtów wiórów wg PN-ISO 3685

Za najbardziej korzystne postacie wiórów uważa się wióry odpryskowe (otrzymywane przy obróbce

materiałów kruchych, np. żeliwa) oraz segmentowe (obróbka materiałów o średniej twardości ze średnimi

prędkościami skrawania). Wióry te (rys. 4) jest łatwo usunąć z przestrzeni skrawania i łatwo magazynować. Wióry

wstęgowe często oplatają się wokół narzędzi i elementów obrabiarki. Grozi to wtedy okaleczeniem operatora lub

awarią obrabiarki. Szczególnie jest to niedopuszczalne przy obróbce automatycznej bez stałego dozoru. W zasadzie

stosując odpowiednie parametry skrawania i odpowiednią geometrię ostrzy noży można uzyskać wióry odpryskowe

lub segmentowe. W przypadku trudności w uzyskaniu tych wiórów można stosować łamacze wiórów w postaci

specjalnych nakładek na ostrza skrawające lub rowków wzdłuż krawędzi skrawających. Pozwalają one podzielić

wiór wstęgowy na krótkie odcinki (rys. 5).

Rys. 4. Zwyczajowe postacie wiórów: a) odpryskowy, b) schodkowy (segmentowy), c) wstęgowy

Rys. 5. Rodzaje łamaczy wiórów: a) w postaci nakładki, b) w postaci rowka wzdłuż krawędzi skrawającej

5. Geometria noży skrawających

Geometrię narzędzi skrawających określa położenie powierzchni, lini oraz kąty ostrzy. Główne jej elementy

to:

powierzchnia natarcia (rys. 6) – jest to powierzchnia po której spływa wiór,

główna powierzchnia przyłożenia – jest to powierzchnia narzędzia stykająca się z materiałem obrabianym w
pewnym obszarze powierzchni skrawania,

główna krawędź skrawająca – powstaje z przecięcia powierzchni natarcia i przyłożenia,

kąty ostrza - największe znaczenie ma kąt natarcia g (rys.7) i kąt przyłożenia a. Od kata natarcia zależy

sposób spływania wióra z ostrza skrawającego. Im większa wartość kata natarcia, tym mniejsza jest

potrzebna energia do odkształcenia wióra. Przy toczeniu kat natarcia przyjmuje się od -15° do +30°.

Jednocześnie następuje jednak zmniejszenie wytrzymałości ostrza. Zerowy kąt natarcia przyjmuje się w

narzędziach kształtowych, gdyż upraszcza to ich ostrzenie. Natomiast ujemny kat natarcia stosuje się dla

noży z ostrzami z węglików spiekanych, którymi można obrabiać materiały z bardzo dużymi prędkościami

skrawania. Kąt przyłożenia a wpływa na zmniejszenie oporów tarcia pomiędzy narzędziem a materiałem
obrabianym. Zwykle wynosi on kilka stopni (3-5

°).

Podstawy obróbki skrawaniem

http://rytlewski.w.interia.pl/Podstawy_obrobki_skrawaniem.htm[14-10-2013 10:33:11]

Rys. 6. Elementy budowy noża tokarskiego

Rys. 7. Oznaczenie kata natarcia

noża tokarskiego

6. Materiały narzędziowe

Materiały na narzędzia skrawające powinny odznaczać się dużą twardością, dobrą odpornością na ścieranie

oraz zdolnością do zachowania tych własności w wysokich temperaturach (do ok. 850 °C).Twardość ostrza

skrawającego powinna być o ok. 20 HRC większa od twardości obrabianego materiału. Na narzędzia do obróbki

wiórowej stosowane są m.in.: stale narzędziowe węglowe i stopowe (63-65 HRC), stale szybkotnące (ok. 65 HRC),

węgliki spiekane i materiały ceramiczne.

Z węglików spiekanych wykonuje się płytki, które wlutowuje się lub mocuje mechanicznie do korpusów

narzędzi. W ich skład wchodzą węgliki pierwiastków trudnotopliwych (wolframu, tytanu) spojone osnową

kobaltową. Ich twardość wynosi 65 – 70 HRC. Można nimi skrawać z dużymi prędkościami, gdyż dużą twardość i

odporność na ścieranie zachowują do temp. ok. 1000 °C. Nowoczesne noże tokarskie z takimi wymiennymi

płytkami przedstawiono na rys. 8. Płytki takie mogą być dodatkowo powlekane dyfuzyjnie kilkoma warstwami

powłok TiC, TiN, Ti(C,N) i Al

o łącznej grubości kilkunastu mikrometrów. Niemniej tak cienkie powłoki

powodują znaczny wzrost ich odporności na zużycie. dochodzący nawet do 5 razy. Takimi płytkami można wtedy

o wiele dłużej obrabiać lub przeprowadzić obróbkę bardzo intensywną. Stąd są polecane szczególnie do stosowania
na obrabiarkach CNC lub centrach obróbkowych.

Rys. 8. Nóż tokarski składany z wymienną płytka z węglików spiekanych: 1- trzonek, 2- śruba zaciskowa, 3- płytka

wieloostrzowa, 4- płytka podporowa, 5- łamacz wiórów

Literatura:

Białas S., Sobieszczański J.: Zarys technologii maszyn. Warszawa: WSiP.

Feld.M.: Projektowanie i automatyzacja procesów technologicznych części maszyn. Warszawa: WN-T.

Grzesik W.: Podstawy skrawania materiałów metalowych. Warszawa:WN-T.

Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. Warszawa: WsiP.

Document Outline