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

C

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

C

- prędkość skrawania, a

P

– 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

C

, prędkość posuwu V

f

(

posuw f) oraz głębokość skrawania a

P

.

Podstawy obróbki skrawaniem

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

Rys. 2. Schemat procesu toczenia: V

C

– prędkość toczenia, V

f

– prędkość posuwu, a

P

– 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

t

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

·

na ostrze f

Z

- stosowany w przypadku narzędzi wieloostrzowych i odpowiada on przesunięciu przedmiotu

obrabianego

przypadającemu na jedno ostrze narzędzia. Posuw f

Z

można przeliczyć na posuw minutowy f

t

wg wzoru:

f

t

=f

Z

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

g

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

2

O

3

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:

1.

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

2.

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

3.

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

4.

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

Podstawy obróbki skrawaniem

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