OCENA WPŁYWU ZUŻYCIA I GEOMETRII KRAWĘDZI SKRAWAJĄCEJ WIERTŁA KRĘTEGO NA SIŁĘ OSIOWĄ I MOMENT SKRAWANIA

1. Skrawność - zdolność do obrabiania materiału z wysoką wydajnością i z zachowaniem wymaganych cech jakościowych przy małym zużyciu ostrza i nakładach. Kryteria oceny: twardość ostrza, jakość powierzchni obrabianej, opory skrawania, łamanie wióra.

2. Przyczyny, postacie i objawy zużycia ostrzy skrawających:

Postacie zużycia ostrza:	Objawy:	Przyczyny (inne procesy elektryczne):
ścierne (ciągłe)	starcie powierzchni przyłożenia	podwyższona temperatura, siły mechaniczne
	starcie powierzchni natarcia
	zaokrąglenie krawędzi skrawającej
wytrzymałościowe (nieciągłe): doraźne zmęczeniowe	wyszczerbienia	podwyższona temperatura, siły mechaniczne zmęczeniowe: zmienna cyklicznie temperatura, zmienne siły skrawania
	wykruszenia
	wyłamania
	pęknięcia
deformacja plastyczna ostrza		siły mechaniczne, podwyższona temperatura
połączenia tarciowe		adhezja, dyfuzja
związki chemiczne (np. tlenki)		procesy chemiczne

• Postacie zużycia ostrza:

• adhezyjne – spływający wiór wyrywa z powierzchni natarcia cząstki materiału ostrza spowodowane adhezją (silne wzajemne przywierania cząsteczek materiału narzędzia i materiału obrabianego)

• chemiczne – polega na ciągłym powstawaniu i usuwaniu podczas skrawania warstewek tlenków i innych związków chemicznych z powierzchni styku ostrza narzędzia z materiałem obrabianym

• cieplne – polega na zmianach właściwości i struktury materiału ostrza pod wpływem oddziaływań termicznych, dochodzi do „spalenia” ostrza

• dyfuzyjne – polega na szkodliwym przenikaniu atomów materiału ostrza do materiału obrabianego oraz atomów materiału skrawanego do materiału ostrza, następuje pogorszenie właściwości warstwy wierzchniej narzędzia

• mechaniczne - polega na przekroczeniu doraźnej lub zmęczeniowej wytrzymałości ostrza, a także przekroczeniu działania sił tarcia

• ścierne (ciągłe) – polega na ciągłym ubytku masy ostrza z powierzchni przyłożenia i natarcia oraz zaokrągleniu krawędzi skrawających

• wytrzymałościowe (nieciągłe) – powstaje w formie wyszczerbień i wykruszeń, gdy siły skrawania przekracza miejscową wytrzymałość ostrza

• Objawy zużycia ostrza:

• wykruszenie – większe ubytki materiału ostrza spowodowane przekroczeniem wytrzymałości również w obszarze poza bezpośrednim stykiem ostrza z wiórem i materiałem obrabianym.

• wyłamanie – większe ubytki materiału ostrza zmieniające jego kształt

• uszkodzenie katastroficzne – gwałtowane uszkodzenie ostrza pod wpływem nacisku siły lub temperatury

• żłobek - powstaje gdy spływający po niej wiór ma budowę wstęgową, wynik dyfuzji i zużycia ściernego

• wyszczerbienie - małe ubytki części materiału ostrza powstałe wskutek szoków termicznych i odrywania narostów

• pęknięcie i rysy - naruszenie spójności międzycząsteczkowej widoczne na powierzchni ostrza bez ubytku materiału, w wyniku przeciążenia mechanicznego i zmęczenia materiału

1. Sposoby oceny zużycia ostrzy. Geometryczne wskaźniki zużycia.

• Sposoby oceny zużycia ostrzy - pomiary można wykonywać na mikroskopie warsztatowym lub lupką typu Brinella, a głębokość żłobka na powierzchni natarcia mierzy się mikroskopem Schmaltza)

• bezpośrednie - mierzenie określonego wskaźnika zużycia (optyczne stroboskopowy układ wizyjny, układ optoelektroniczny, technika laserowa, dotykowe)

• pośrednie - mierzenie skutków zużycia ostrza (zmiany wymiaru, chropowatości, sił i ich relacji, emisja akustyczna, drgania)

• Wskaźniki geometryczne:

• na powierzchni natarcia (w płaszczyźnie podstawowej):

• KB - odległość pomiędzy pierwotną główną krawędzią skrawającą a najbardziej odległą krawędzią żłobka

• KE (N) - cofnięcie naroża ostrza (skrócenie ostrza)

• KF - położenie żłobka względem pierwotnej krawędzi skrawającej

• KM - odległość max głębokości żłobka od głównej krawędzi skrawającej

• KS - cofnięcie głównej krawędzi skrawającej

• KT - max głębokość żłobka

• KT/KM - współczynnik rowka

• na powierzchni przyłożenia:

• VB_A - średnia szerokość starcia w strefie kontaktu krawędzi skrawającej z materiałem

• obrabianym

• VB_B - szerokość starcia w części środkowej powierzchni przyłożenia (średnią szerokość pasma zużycia)

• VB_{B max} - największa szerokość starcia

• VB_C - szerokość pasma zużycia naroża

• VB_N - szerokość wyżłobienia (zużycia wrębowego)

• VS - obniżenie krawędzi skrawającej

• zaokrąglenie krawędzi skrawającej

• wskaźniki pośrednie:

• technologiczne - stan geometryczny obrobionej powierzchni i wymiar obrobionego przedmiotu

• fizyczne - zmieniające się siły i ich relacje, temperatura skrawania, zjawiska akustyczne, drgania

• kształt i kolor wiórów

• zużycie wrębowe

• zużycie promieniowe - cofnięcie naroża ostrza KN

• plastyczne odkształcenie naroża

• uszkodzenie ostrza: wyszczerbienie, wykruszenie, wyłamanie, pęknięcie

• uszkodzenie katastroficzne - gwałtowne uszkodzenie ostrza pod wpływem obciążenia lub wzrastającej temperatury.

1. Różnica pomiędzy zużyciem a stępieniem ostrza (zużyciem dopuszczalnym). Kryteria stępienia ostrza.

• zużycie ostrza – postępująca w czasie utrata zdolności do skrawania (właściwości skrawnych), zmiany geometryczne ostrza w czasie (ubytek masy ostrza, zmiana kształtu)

• stępienie ostrza – graniczna wielkość zużycia po której narzędzie nie nadaje się do eksploatacji, starcie i cofnięcie ostrza

• kryteria stępienia ostrza:

• geometryczne - wskaźnikiem jest skrócenie ostrza, ubytek materiału ostrza (wysokość starcia powierzchni przyłożenia, głębokość rowka)

• technologiczne - wskaźnikiem jest przyrost chropowatości powierzchni, zmiany wymiarów lub kształtu przedmiotu obrabianego

• fizykalne - wskaźnikiem jest określony przyrost sił skrawania, momentu, mocy skrawania lub temperatury

• ekonomiczne - wskaźniki stępienia, wyznaczone w powiązaniu z kosztami eksploatacyjnymi narzędzia lub operacji, przy czym są one najczęściej ustalone w odniesieniu do narzędzi pracujących w warunkach produkcji wielkoseryjnej lub masowej

1. Typowy przebieg zużycia ściernego z = f(t):

Krzywa zużycia składa się z trzech okresów:

I - okres wstępnego zużycia od t = 0 do t = t₁, charakteryzuje się zmniejszającą się intensywnością zużycia ($\frac{\text{dz}}{\text{dt}}$) ze wzrostem czasu skrawania (t) do stałej w przybliżeniu wartości w okresie II, przepływ ciepła powstającego przy skrawaniu z ostrza do materiału obrabianego od strony powierzchni przyłożenia

II - okres umiarkowanego zużycia od t₁ do t₂, intensywność zużycia ostrza wzrasta, przepływ ciepła powstającego przy skrawaniu z ostrza do materiału obrabianego od strony powierzchni przyłożenia.

III - okres przyspieszonego zużycia od t₂ do fizycznej utraty zdolności ostrza do skrawania, występuje przechodzenia ciepła do ostrza od strony głównej powierzchni przyłożenia

Ostrze stępione - gdy zużycie ostrza osiągnie wartość zużycia dopuszczalnego (z_dop)

1. Trwałość ostrza i sposób jej wyrażania.

• trwałość ostrza T [min] - łączny czas nieprzerwanej pracy narzędzia (w ustalonych warunkach skrawania) od stanu pełnej zdolności do pracy, aż do chwili stępienia ostrza narzędzia

$$\mathbf{T}\mathbf{=}\sum_{\mathbf{i}\mathbf{=}\mathbf{1}}^{\mathbf{k}}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{si}}}$$

t_si - czas skrawania ostrzem „i-tego” przejścia, w jednakowych warunkach skrawania

k - liczba przejść ostrza

• okres pracy narzędzia - suma czasów pracy narzędzia w różnych zabiegach

• żywotność ostrza – suma możliwych okresów trwałości ostrza w wyniku regeneracji (ostrzenia)

1. Wpływ warunków skrawania na trwałość ostrza.

• Spośród warunków skrawania największy wpływ na trwałość ostrza ma prędkość skrawania, mniejszy ma posuw, a najmniejszy ma głębokość skrawania (nie oddziałuje na obciążenie krawędzi skrawającej).

• wzór Taylora - zależność ilościowa między trwałością ostrza T a prędkością skrawania v_c

$$\mathbf{T}\mathbf{=}\frac{\mathbf{C}_{\mathbf{T}}}{{\mathbf{v}_{\mathbf{c}}}^{\mathbf{s}}}$$

T - trwałość ostrza

C_T - stała uwzględniająca wpływ wszystkich innych czynników niewyodrębnionych we wzorze

s - wykładnik potęgowy (ustalany doświadczalnie)

v_c - prędkość skrawania [m/min]