WYDZIAA
MECHANICZNY
OKREŚLENIE WPA
YWU PARAMETRÓW SKRAWANIA PRZY
TOCZENIU NA CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI OBRABIANEJ
Do instrukcji laboratoryjnych z przedmiotu:
PROCESY TECHNOLOGICZNE
Kod:
Opracował: dr inż. G. Skorulski
Białystok 2009
1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z wpływem poszczególnych parametrów geometrycznych
i technologicznych na chropowatość obrabianej powierzchni oraz z warsztatowymi metodami
pomiaru chropowatości powierzchni.
2. Wyposażenie stanowiska
Tokarka produkcyjna lub uniwersalna, nóż z płytką skrawającą wymienną o różnych
promieniach zaokrąglenia krawędzi skrawającej, wałek stalowy St 4 lub St 5 o średnicy
30 mm i długości 500 mm, suwmiarka uniwersalna MAUb, chropowatościomierz przenośny
TR-110, komplet wzorców chropowatości, lupa, promieniomierz NWKc.
3. Wiadomości ogólne
Można przyjąć ogólnie, że na chropowatość powierzchni przy toczeniu wpływają następujące
czynniki:
� Rodzaj materiału skrawanego,
� Warunki skrawania,
� Geometria ostrza,
� Stępienie ostrza,
� Ciecze obróbkowe,
� Statystyczna i dynamiczna sztywność układu OUPN.
3.1. Teoretyczna wysokość nierówności przy toczeniu
Nierówności powierzchni obrabianej powstają na skutek odwzorowania się naroża ostrza
noża. W praktyce najczęściej spotykany jest przypadek, kiedy na powierzchni odwzorowuje się
tylko łuk (zaokrąglenie) wierzchołka noża. Wówczas teoretyczna wysokość nierówności zależy
tylko od posuwu f i promienia zaokrąglenia naroża r� i można ją określić w przybliżeniu
następującym równaniem empirycznym.
2
f
Rz = (1)
8r
Doświadczenia wykazały, że oprócz czynników geometrycznych na kształtowanie się
nierówności powierzchni przy toczeniu mają wpływ zjawiska fizykalne towarzyszące procesowi
tworzenia się wióra. Tak więc rodzaj powstającego wióra, jego spęczenie, zjawisko narostu oraz
odkształcenia sprężyste materiału skrawanego powodują, że rzeczywista wysokość nierówności
znacznie odbiega od wysokości teoretycznej, szczególnie w pewnym zakresie szybkości
skrawania.
3.2. Wpływ zmiennych czynników na chropowatość powierzchni
a) Wpływ materiału skrawanego i prędkości skrawania:
Zależność wysokości nierówności powierzchni od prędkości skrawania łączy się ściśle ze
sprężystymi i plastycznymi właściwościami materiału skrawanego. W przypadku stali, ze
wzrostem prędkości skrawania rzeczywista wysokość nierówności Rz początkowo rośnie. Przy
prędkości krytycznej, która leży w granicach 0,25�0,50 m/s parametr ten osiąga w danych
warunkach największą wartość, poczym z dalszym wzrostem prędkości skrawania jego wartość
maleje. Po osiągnięciu przez prędkość wielkości granicznej wartość parametru Rz rzecz stabilizuje
się i dalszy jej wzrost nie wywiera istotnego wpływu na ten parametr. Wzrost wysokości
- 2 -
nierówności, a następnie jej spadek w zakresie między prędkościami małymi, a prędkością
graniczną, spowodowany jest zjawiskiem tworzenia się i zanikania narostu na ostrzu, którego
wysokość przy prędkości krytycznej osiąga największą wartość. W tym zakresie prędkości, na
chropowatość powierzchni wywierają istotny wpływ przede wszystkim plastyczne własności
materiału skrawanego. Zmniejszenie się wysokości nierówności po przekroczeniu prędkości
krytycznej tłumaczy się malejącą rolą odkształceń plastycznych. Zwiększenie prędkości
skrawania powyżej wartości granicznej nie wpływa praktycznie na gładkość powierzchni.
W wyniku sprężystych odkształceń materiału skrawanego rzeczywista wysokość nierówności jest
w tym zakresie prędkości większa od teoretycznej, na skutek różnej wielkości tych odkształceń
w dnach nierówności oraz na ich występach.
Rys. 1. Wpływ prędkości skrawania na chropowatość powierzchni
b) wpływ parametrów warstwy skrawanej:
Wpływ posuwu na chropowatość powierzchni przedstawiono na rysunku. Wynika z niego, że im
większa prędkość skrawania tym krzywa rzeczywista leży bliżej teoretycznej (dla tego samego
promienia zaokrąglenia ostrza r), co jest wyrazem zmniejszającej się roli plastycznych
właściwości materiału. Dla większych promieni r gładkość przy tych samych posuwach jest
lepsza.
Rys. 2. Wpływ posuwu na gładkość powierzchni.
c) wpływ geometrycznych parametrów ostrza
Z geometrycznych parametrów ostrza, dominujący wpływ na chropowatość powierzchni
ma promień zaokrąglenia wierzchołka noża. Jak wynika z zależności teoretycznej, im większy jest
promień r tym mniejsza jest nierówność Rz. Rzeczywista wysokość jest jednak większa od
teoretycznej i to tym większa, im mniejsza jest prędkość skrawania. Wynika z tego, że oprócz
oddziaływania geometrycznego naroża ostrza na gładkość powierzchni mają też wpływ (podobnie
- 3 -
z resztą jak przy posuwie) odkształcenie plastyczne materiału obrabianego. Przy mniejszych
kątach przystawienia uzyskuje się mniejszą chropowatość powierzchni w przypadku, gdy na
powierzchni obrabianej � odwzorowuje się część pomocniczej krawędzi skrawającej. Pozostałe
kąty ostrza w małym stopniu wpływają na chropowatość powierzchni.
d) wpływ stępienia ostrza:
Sposób oddziaływania stępienia ostrza na gładkość zależy od materiału z którego ostrze
jest wykonane. W przypadku ostrzy ze stali szybkotnących w początkowym okresie pracy ostrza,
obserwuje się polepszenie chropowatości powierzchni na skutek zwiększenia promienia
zaokrąglenia naroża wywołanego zużyciem. Po przekroczeniu przez parametr VB pewnej wartości
krytycznej następuje pogorszenie chropowatości spowodowanej rysami na powierzchni starcia,
drobnymi wyruszeniami krawędzi ostrza.
Rys. 3. Wpływ stępienia ostrza na chropowatość powierzchni
e) wpływ cieczy chłodząco-smarujących:
Ciecze chłodząco-smarujące z odpowiednimi dodatkami zmniejszają tarcie i odkształcenia
plastyczne, ułatwiają skrawanie, polepszają gładkość powierzchni. Stosowanie tych cieczy
zmniejsza intensywność zużycia ostrza, co również odbija się korzystnie na chropowatości
powierzchni. Po przekroczeniu pewnej prędkości skrawania wpływ cieczy chłodząco-
smarujących na chropowatość całkowicie zanika. Z uwagi na gładkość pożądane jest filtrowanie
używanej cieczy, celem oddzielenia małych cząstek materiału skrawanego. Cząsteczki te,
znajdując się w obiegu pogarszają chropowatość obrabianej powierzchni.
Rys. 4. Wpływ cieczy chłodząco-smarującej na chropowatość pwierzchni
f) wpływ sztywności układu i drgań,
- 4 -
Doświadczenia wykazują, że sztywność statyczna układu OPN wpływa na chropowatość
powierzchni, jednakże między tą sztywnością, a wysokością nierówności Rz brak określonej
zależności liniowej. Praktycznie można przyjąć, że np. przy prędkościach skrawania do 0,42 m/s i
sztywności od 900 do 4500 N/m wysokość nierówności zmniejsza się o około 30%.
Drgania noża lub przedmiotu o niskich częstotliwościach, nie przekraczających 50 Hz, wywierają
niekorzystny wpływ na chropowatość. Drgania te przyśpieszają zużycie się ostrza, co wywiera
określony wpływ na gładkość powierzchni.
Na rysunkach technicznych chropowatość pokazuje się stosując znak chropowatości
wraz z pożądaną wartością Ra. (jeżeli jest to Rz, musi być to wyraz
nie zaznaczone). Znak
chropowatości umieszcza się w prawym, górnym rogu rysunku (odnosi się wtedy do
wszystkich powierzchni elementu) lub/i wskazując specyficzną powierzchnię do której się
odnosi.
3.3. Klasy chropowatości
Polska Norma wyróżnia 14 klas chropowatości. Każdej z nich odpowiada zakres
chropowatości Ra lub Rz.
Klasa chropowatości Ra Rz Rodzaj obróbki
1 80 320 zgrubna obróbka skrawaniem
2 40 160 zgrubna obróbka skrawaniem
3 20 80 dokładna obróbka skrawaniem
4 10 40 dokładna obróbka skrawaniem
5 5 20 wykańczające obróbka skrawaniem
6 2.5 10 wykańczające obróbka skrawaniem
7 1.25 6.3 szlifowanie zgrubne
8 0.63 3.2 szlifowanie zgrubne
9 0.32 1.6 szlifowanie wykańczające
10 0.16 0.8 docieranie
11 0.08 0.4 docieranie pastą diamentową
12 0.04 0.2 gładzenie
13 0.02 0.1 polerowanie
14 0.01 0.05 polerowanie
Wzniesienia i wgłębienia powierzchni rzeczywistej względem idealnej powierzchni
nazywane są ogólnie nierównościami. Drobne nierówności o małych odstępach miedzy
wierzchołkami nazywamy chropowatością powierzchni. Chropowatość powierzchni określa
się zgodnie z PN/M-04251. Parametrami chropowatości powierzchni są: Ra i Rz. Parametr
Ra  to średnia odległość pięciu najwyżej położonych wierzchołków od pięciu najniżej
położonych punktów wgłębień na określonym odcinku pomiarowym. Parametr Ra  to
średnie arytmetyczne odchylenie profilu rzeczywistego od linii średniej na określonej
długości pomiarowej. Im mniejsze wartości podanych parametrów tym powierzchnia
wykonanego elementu jest gładsza. Dopuszczalną chropowatość powierzchni podaje się w
mikrometrach (�m) i umieszcza się na rysunkach wykonawczych. Do pomiaru
chropowatości powierzchni stosuje się gładkościomierze, profilometry i profilografy. Przy
dużym doświadczeniu chropowatość powierzchni można określić wzrokowo porównując
uzyskaną w procesie obróbki powierzchnię ze specjalnymi wzorcami chropowatości.
- 5 -
Na chropowatość powierzchni ma wypływ wiele czynników zależnych od narzędzia,
obrabiarki i pracownika. Najważniejsze (i mierzalne) to geometria ostrza narzędzia
skrawającego i wartość posuwu (a w zasadzie stosunek posuwu do prędkości skrawania).
Wpływ geometrii ostrza przedstawia rys. 5.
a) b)
Rys. 5 Nierówności powierzchni przy toczeniu nożem: a) z ostrym wierzchołkiem b) z wierzchołkiem
zaokrąglonym promieniem r
4. Przebieg ćwiczenia
W ćwiczeniu należy dokonać toczenia wałków zgodnie z rys. 6.
Rys. 6. Schemat toczonego wałka stopniowego
Ma to na celu określenie:
a) wpływu posuwu na chropowatość powierzchni. Toczyć należy trzy stopnie wałka
jednym nożem, przy następujących parametrach: v = 35 m/min, r = 0,5 mm i
posuwach jak podano w tablicy poniżej:
Wariant p [mm/obr] p [mm/obr] p [mm/obr]
1 2 3
I 0,08 0,17 0,34
II 0,13 0,24 0,39
III 0,17 0,19 0,37
- 6 -
IV 0,19 0,34 0,42
V 0,21 0,37 0,54
b) wpływu szybkości skrawania na chropowatość powierzchni. Toczyć należy trzy stopnie
wałka jednym nożem, przy następujących parametrach: g = 1 mm, , p = 0,5 mm/obr
i r = 0,5 mm przy szybkościach jak podano w tablicy poniżej:
Wariant v [m/min] v [m/min] v [m/min]
1 2 3
I 18 26 35
II 13 20 36
III 10 23 38
IV 17 25 40
V 24 32 45
c) wpływu promienia wierzchołka r na chropowatość powierzchni. Toczyć należy trzy stopnie
wałka nożami o następujących promieniach naroża: 0,5, 2, 5 mm. przy następujących
stałych parametrach: g = 1 mm, , p = 0,5 mm/obr i v = 35 m/min.
5. Opracowanie wyników
� Wykonać pomiary parametrów chropowatości Ra i Rz na wszystkich toczonych
stopniach za pomocą chropowatościomierza TR-110,
� Pomiary zestawić w tabeli wraz z wartościami parametru chropowatości obliczonego
z wzoru teoretycznego (1).
� Wykonać wykresy: Ra = f(p, v, r), Rz = f(p, v, r)
� We wnioskach zwrócić szczególną uwagę na rozbieżności na wykresach wartości
zmierzonych i obliczonych oraz podać ewentualne przyczyny rozbieżności.
6. Literatura
[1] Dmochowski J.:  Podstawy obróbki skrawaniem .
[2] Dmochowski J., Uzarowicz A.:  Obróbka skrawaniem i obrabiarki .
[3] Kaczmarek J.:  Podstawy obróbki wiórowej, ściernej i erozyjnej .
[5] Grzesik W.:  Podstawy skrawania materiałów metalowych .
[6] K. Jemielniak:  Obróbka skrawaniem .
[7] Zbiór norm.
7. BHP
- Do samodzielnej pracy na obrabiarce może mieć prawo tylko pracownik po
odpowiednim przeszkoleniu,
- Przed uruchomieniem obrabiarki sprawdzić właściwe ustawienie elementów obsługi.
- Przed uruchomieniem obrabiarki zamknąć drzwi szaf.
- Używać odpowiednich osłon lub zabezpieczeń przed wiórami i odpryskami.
- Obsługujący obrabiarkę powinien nosić ściśle opięte ubranie ochronne.
- Przed załączeniem obrabiarki należy sprawdzić czy ta czynność nie grozi wypadkiem
innym osobom.
- Nie zbliżać głowy i rąk do wirujących elementów.
- W przypadku nieprawidłowej pracy obrabiarki wyłączyć ją i zameldować
prowadzącemu zajęcia.
- Mocowanie przedmiotów obrabianych powinno być pewne, aby nie dopuścić do
wyrwania przedmiotu z imadła lub uchwytu pod wpływem sił skrawania.
- 7 -
- Czyszczenie, regulacje, naprawy i smarowanie obrabiarki przeprowadzić tylko po
wyłączeniu wyłącznika głównego.
- Utrzymać czystość i porządek wokół obrabiarki.
- Wszelkiego rodzaju naprawy mechanizmów oraz instalacji elektrycznej mogą być
przeprowadzone tylko przez osoby do tego upoważnione po wyłączeniu dopływu prądu
do obrabiarki.
- W czasie codziennych czynności konserwacyjnych, ustawiania, regulacji lub napraw
obrabiarki, należy ubezpieczyć siebie i innych znakiem lub tablicą ostrzegawczą "NIE
WA

CZAĆ" zawieszoną na włączniku głównym lub jego pobliżu.
- 8 -