-CC-

1)Mechanizm(y) dekohezji materiału w procesie obróbki skrawaniem

2) Omówić proces tworzenia się wióra oraz zjawiska fizyczne występujące w strefie skrawania

W procesie powstawania wióra następuje oddzielenie przez ostre narzędzia materiału warstwy skrawanej. W materiale powstają odkształcenia sprężyste i plastyczne, przy zmiennych i wysokich temp. obszaru skrawani.

Rozróżniamy wióra, ze względu na sposób oderwania od materiału:

- ścinane, gdy występuje przekroczenie wytrzymałości materiału na ścinanie .

- odrywane, gdy występuje przekroczenie wytrzymałości na rozciąganie materiału.

zjawiska fizyczne w strefie skrawania:

I. Spęczanie wióra – zmiana wymiarowa wióra w stosunku do wymiarów warstwy skrawanej, z której wiór powstał. Długości wióra jest krótsza od dł. warstwy skrawanej , natomiast pole przekroju poprzecznego wióra jest większa od pola przekroju warstwy skrawanej.

II. Zjawisko utwardzania obróbkowego – materiał warstwy skrawanej rozdziela się na dwa strumienie, z których jeden przechodzi górą do wióra a drugi zostaje wciśnięty pod ostrze w głąb materiału przedmiotu. Powoduje to utwardzanie powierzchniowe.

3) Materiały narzędziowe i ich krótka charakterystyka (rodzaje, gatunki, własności, zastosowanie):

Cechy : wysoka twardość, duża odporność na ścieranie, odporność na działanie wysokich temperatur przez dłuższy czas, odporność na zmienne obciążenia, dobra zdolność do tłumienia drgań.

-Stale narzędziowe węglowe C(0,7 – 1,3 %) temp. Pracy 170 − 180C, zastosowanie : pilniki, młotki, punktaki, rysiki. Stale te przeważnie posiadają strukturę cementytu kulkowego. Wady materiału to tracenie twardości w temp powyżej 200, niska hartowność, stosuje się te stale głownie do obróbki ręcznej lub przy małych prędkościach skrawania.

Stale narzędziowe stopowe Dodatki stopowe w tych stalach poprawiają własności skrawne podnosząc ich twardość przy zawartości węgla od 0,75 do 2,0%. Stale te

oprócz węgla C, zawierają inne składniki, jak chrom Cr, nikiel Ni, a także wolfram W, molibden Mo, wanad V, kobalt Co. Narzędzia wykonane z tych stali posiadają zdolności skrawne w temperaturach od 260 do650C. Stale narzędziowe stopowe dzielimy na: stale do pracy na zimno, stale do

pracy na gorąco oraz stale szybkotnące

– chrom – zwiększa odporność na ścieranie, zwiększa hartowność, - mangan – wzrost hartowności stali, wyższa wytrzymałoś na ściskanie oraz zmęczeniowaWand – zapobiega rozrostowi ziarna zwiększa hartowność. Stosowane są do produkcji gwintowniki, narzynki, rozwiertaki, frezy ,wiertła maszynowe,sprawdziany, matryce, wykrojniki

Stale narzędziowe szybkotnące – duża odporność na ścieranie i chłodzenie do wysokich temp. 570-630. składniki stopowe to wolfram, molibden, chrom, Wand, kobalt. Kobalt wpływa na działanie na wysokie temp. Bardzo dobra hartowność trudniej obrabiane na gorąco (np. SW18, SW9, SK5) Zastosowanie: wiertła, przeciągacze, pogłębiacze, frezy walcowe.

Węgliki spiekane – duża twardość ostrza. Składniki materiałowe: węglik wolframu, węglik tytanu, węglik tantalu, kobalt. Rodzaje spieków :- wolframowe, tytanowe (mogą pracować w wysokich temp. 750 – 950. duża twardość mała udarność.

Spiekane tlenki glinu AL2O3 z dodatkami CaO, MgO, MnO, Cr2O zalety: duża twardośd, odpornośd na działanie temp., wytrzymałoś na ściskanie, nie tworzy nalotów, brak materiałów szkodliwych. Wady: mała wytrzymałoś na zginanie, rozciąganie, udarność. Służą do obróbki materiałów trudnoskrawalnych.

Cermetale – składają się z rożnych typów składników – ceramiczne – metaliczne-spoiwo. Wady: niskie własności wytrzymałościowe. Stosowane w lekkich warunkach pracy.

Diamenty i azotki boru – super twarde materiały narzędziowe

4) Rola i znaczenie geometrii ostrza (kątów) w procesie skrawania :

Przyjmowane wartości kątów zależą od rodzaju materiału narzędzia, właściwości materiału obrabianego oraz pozostałych warunków obróbki.

Podstawowe kąty ostrza wpływające na proces skrawania, to:

1. Kąt przyłożenia – αn , zmienia opory ruchu – wpływa bezpośrednio na tarcie powierzchni przyłożenia o przedmiot – powierzchni ostrza po powierzchni przedmiotu obrabianego. Od wartości kąta przyłożenia zależą:

odkształcenia w warstwie wierzchniej przedmiotu obrabianego, siły skrawania, chropowatość powierzchni obrobionej, intensywność zużycia i trwałość oraz wytrzymałość ostrza. Zalecane wartości kątów przyłożenia mieszczą się w granicach 6÷12 , mniejsze wartości od 6 stosuje

się do obróbki zgrubnej.

2. Kąt natarcia – γn , wpływa decydująco na tworzenia się wióra, opór i siły skrawania, naprężenia i odkształcenia w strefie skrawania, drgania,

temperaturę, zużycie i trwałość ostrza, dokładność obróbki. Przedział zalecanych wartości kątów natarcia zawiera się:

• od 0 ÷30 dla narzędzi ze stali szybkotnących,

• od −−15 ÷10 dla narzędzi ze spieków twardych.

Większe wartości kątów natarcia stosuje się dla obróbki stopów lekkich, aluminium i magnezu.

3. Kąt przystawienia – κr , wpływa na wytrzymałość ostrza, zmienia parametry warstwy skrawanej, siły i temperaturę skrawania, chropowatość powierzchni, drgania, zużycie i trwałość ostrza.

4. Kąt przystawienia pomocniczy – κ’r , wpływa głównie na zmiany stereometryczne powierzchni obrobionej, wytrzymałość i trwałość ostrza.

Zalecane wartości pomocniczego kąta przystawienia wynoszą odpowiednio:

•5 ÷10 podczas skrawania przedmiotów sztywnych,

•10÷15 podczas obróbki przy małej sztywności układu

• okolo 1 dla przecinaków i narzędzi kształtowych.

5. Kąt pochylenia głównej krawędzi skrawającej – λs , zmienia kształt i kierunek spływu wióra, wpływa na odsunięcie od słabego wierzchołka punktu obciążenia siłami skrawania, przy rozpoczynaniu pracy wcinania ostrza. Znaczącą rolę odgrywa przy poprawianiu równomierność skrawania powierzchni przerywanych. Zalecane wartości kąta λs wynoszą:

•15 ÷20 przy małej sztywności

•0 ÷5 podczas skrawania przedmiotów sztywnych i równomiernym naddatku,

•−10÷30 przy skrawaniu materiałów trudnoobrabialnych z nierównomiernym naddatkiem.

5) Zdefiniować kąt λs w punkcie odniesienia M w układzie narzędzia. Wskazać strzałką na szkicu

narzędzia przybliżony kierunek spływu wióra po powierzchni natarcia noża zdzieraka prostego

prawego o geometrii: 1) λs > 0˚, γn < 0˚ i κr = 45˚, 2) λs > 0˚, γn < 0˚ i κr = 45˚ ,

3) λs < 0˚, γn > 0˚ i κr = 45˚ -CC-

7) Narysować i omówić parametry geometryczne zużycia ostrzy na jego czynnych

powierzchniach

Zużycie powierzchni przyłożenia uwidacznia się na ostrzu w postaci szeregu równoległych rys, tworzących na całej czynnej długości tej powierzchni charakterystyczny ślad zużycia nierównomiernej szerokości. Na skutek zużycia powierzchni przyłożenia krawędzi traci pierwotny zarys, odsuwając się w głąb ostrza.

Zużycie powierzchni natarcia – w miejscu zetknięcia wióra z powierzchnia natarcia, w pewnej odległości od krawędzi skrawającej powstaje ślad tego zetknięcia w postaci niewielkiego wgłębienia-rowka. Część ostrza staje się coraz słabsza.

Rys. Podstawowe rodzaje stępienia ostrza: a), b) i c) przedstawione w sposób uproszczony, d) przedstawione wg PN-ISO 3685:1995

K_T→glebokosc rowkaK_M→odleglosc najmniejszego punktu od rowka krawedzi

 K_B→szerokosc rowka K_F →odleglosc krawedzi do poczatku rowka

8) Rodzaje zużycia oraz fizykalne mechanizmy zużycia ostrzy narzędzi skrawających

Rodzaje zużycia :

a] mechaniczne

b] adhezyjne

c] dyfuzyjne

d] chemiczne obróbka Ubytkowa

a) ścieranie mechaniczne-gdy jego przyczyna jest zaczepianie nierówności jednej powierzchni o druga

- doraźne zużycie wytrzymałościowe gdy na skutek działania sil skrawania następuje miejscowe

przekroczenie wytrzymałości ostrza : wyszczerbiana, wykruszenia, wyłamania, pęknięcia

- zmęczeniowe zużycie wytrzymałościowe gdy miejscowa utrata spójności ostrza występuje na skutek

zmęczenia materiału.

b) adhezyjne-objawem jest powstawanie narostów tarcia, szczepieo, przypawao itp. Warunkiem pojawienia się zużycia adhezyjnego są odpowiednio wysokie naciski jednostkowe oraz niezbyt wysokie temp.

c) dyfuzyjne zużycie ostrza występuje w odpowiednio wysokiej temp. (w zależności od rodzaju materiału ostrza)

d) chemiczne zużycie ostrza polega na szybkim tworzeniu na powierzchni ostrza związków chemicznych z ośrodkiem które są słabo związane z materiałem ostrza i łatwo się ścierają

9) Wyprowadzić wzór na optymalna szybkość skrawania bazując na kryterium minimalnego kosztu

operacji obróbkowej (przy pozostałych parametrach skrawania ustalonych)

10) Łamacze wióra, budowa i uzasadnienie ich stosowania

Łamacze wiórów stosuje się w narzędziach z wymienną płytką. Mają za zadanie ograniczyć długość styku podstawy wióra z pow. Natarcia. Wiór ulega zwinięciu na mniejszym promieniu.

Łamacze są wymieniane i dobiera się je w zależności od materiału obrabianego i posuwu jest to element współpracujący z narzędziem .

Łamacz składa się z części

- chwytowej- mocowany jest do narzędzia

-roboczej- czynna powierzchnia łamiąca wiór w żądany sposób

11) Zasady i tok doboru warunków obróbki zgrubnej

- analiza danych przedmiotu obrabianego (wyznaczenie naddatku materiału oraz wyznaczenie ilości przejść).

-ustalenie materiału ostrza, geometrie ostrza

-ustalenie warunki chłodzenia i sposób doprowadzenia cieczy do elementu obrabianego

-wyznaczenie posuwu- w obróbce zgrubnej jak największy możliwy jednak uwzględniając sztywność, wytrzymałość narzędzia ( sprawdza się trzonek na zginanie i płytkę na ściskanie), wytrzymałość napędu skrawania

- Następnie na podstawie okresu trwałości ostrza wyznaczyć prędkość skrawania

-Porównać moc skrawania z mocą obrabiarki

-Obliczyć czas jednostkowy oraz wydajność obróbki

12) Zasady doboru rodzaju materiału narzędziowego do obróbki ubytkowej

Wybór na narzędzia określa:

- osiągana podczas skrawania temperatura, – czyli wybór materiału z uwagi na jego właściwości i warunki skrawania,

-moce dostępne w napędach głównych obrabiarki

-ekonomia koszt wykonania narzędzia, trwałość

-twardość materiału narzędziowego powinna być co najmniej o 30HRC

większa od twardości materiału obrabianego

13) Ceramika jako materiał narzędziowy stosowany w obróbce skrawaniem

Podstawowym składnikiem tej grupy materiałów jest tlenek aluminium

Al2O3. Zachowanie materiałów ceramicznych wyróżnia się tym, że w przypadku skrawania stali nie powoduje zjawiska zespawania z wiórem.

Wykorzystanie możliwości skrawnych materiałów ceramicznych wymaga:

1. stosowania nowoczesnych obrabiarek dysponujących mocą napędu

głównego

2. unikania zbyt dużych naddatków, szczególnie nierównomiernych, zalecane

stosowanie do obróbki wykańczającej

3. rozwiązania problemu usuwania znacznej ilości wiórów, szczególnie w

postaci ciągłej, wstęgowej, a który niszczy powierzchnię obrobioną.

Najpopularniejsze materiały ceramiczne to:

-spieki ceramiczne wzmocnione wiskerami – dodatek węglika krzemu SiC- powodują wzrost wytrzymałości mechanicznej.

- cermetale- jest materiałem spiekanym złożonym z dwóch typów składników z których jeden to

ceramiczny, Al2O3 , z bardzo dużą kruchością, odpornością w wysokich temperaturach, odpornością na utlenianie, drugi zaś, to stop metalu, podatnego, takiego jak wolfram, tytan. W wyniku

otrzymuje się materiał o własnościach gorszych z uwagi na odporność ścierną, ale o lepszej na zginanie i zmniejszonej kruchości.

Nie ma wyraźnych obszarów zastosowań tych materiałów

14) Pokrycia na ostrza skrawające, rodzaje pokryć i zakres ich zastosowania

Pokrycie ostrza (stanowiące rdzeń) jest to proces polegający na naniesieniu na ostrze cienkiej (kilkumikronowej) warstwy materiału- w celu zwiększenia odporności na ścieranie i wzrostu twardości, przy jak najmniejszym spadku wytrzym. na zginanie i wrażliwości na obciążenia dynamiczne. Stosuje się pokrycia z: węglików azotu, azotków tytanu, krzemków.

Poza małą warstwą pokrycia nie powinno się stosować pokryć do płytek ze stopów Al , stali austenitycznych, stali tytanowych

15) Charakterystyka narzędzia ściernego – opis

Narzędziem ściernym nazywamy porowatą bryłę stałą, o ustalonym kształcie i wymiarach, która zawiera w swojej objętości ziarna ścierne, związane w sposób dostatecznie trwały materiałem wiążącym, zwanym spoiwem. Ziarna ścierne spełniają funkcję ostrzy skrawających, a spoiwo funkcję części chwytowych ostrza. Ziarna mogą być z narzędzi ściernych wykruszone, a wtedy są one zastępowane przez nowo odsłonięte ziarna. Rozróżniamy wśród narzędzi ściernych: ściernice, segmenty ścierne, pilniki i osełki. Narzędzie ścierne charakteryzują następujące cechy: -rodzaj materiału ściernego, -wymiary ziaren ściernych, -rodzaj spoiwa, -twardość ściernicy, -strukturę, porowatość i spoistość, -kształt i wymiary ściernicy.

16) Twardość narzędzi ściernych, sposób oznaczania twardości, zasady doboru twardości ściernicy w zależności od rodzaju i własności materiału obrabianego

Zasady doboru ściernicy:

1. Materiał obrabiany. Gatunek i stan: - skład chemiczny- twardość- rodzaj obróbki poprzedzającej operację szlifowania

2. Rodzaj i charakter operacji szlifierskiej- szlifowanie zgrubne (zdzieranie) - przecinanie- szlifowanie precyzyjne (wstępne, bądź wykańczające)

3. Robocza prędkość ściernicy – w zależności od spoiwa

Rola twardości w szlifowaniu:

Podczas procesu skrawania krawędzie ziaren ściernicy ulegają stępieniu. Oprócz skrawania występuje ścieranie materiału co z czasem doprowadza do wzrostu mocy i oporów skrawania. Powoduje to to wykruszenie ziaren oraz powstanie zjawiska „samoostrzenia się” ściernicy. Zjawisko to jest korzystne gdyż zapewnia odpowiednią jakość obrabianej części. Jeżeli ściernica będzie za twarda proces samoostrzenia nie nastąpi a na powierzchni powstaną ślady przypalenia – zjawisko to wiąże się ze wzrostem tarcia a co za tym idzie temperatury (materiał zostaje odpuszczony i zaburza się struktura krystaliczna). Ściernica za miękka będzie się za szybko ścierać (przedwczesne samoostrzenie). Dobór odpowiedniej twardości ma znaczący wpływ na jakość uzyskanego materiału.

17) Bilans cieplny procesu obróbki skrawaniem

-można przedstawia następującym równaniem

Q=Qw+Qn+Qp+Qa

-Q – całkowita ilość wydzielonego ciepła

- Qw – ilość ciepła unoszonego przez wiór

- Qn – ilość ciepła pozostającego w materiale obrabianym

- Qa – ilość ciepła przechodzącego w atmosferę otoczenia.

18) Doświadczalne metody wyznaczania temperatury skrawania

Pomiary temperatury w procesie skrawania mają istotne znaczenie ponieważ dostarczają możliwych informacji i uwzględniane są do doboru warunków skrawania, prognozowaniu stanu zużycia ostrza i dokładności obróbki.

Ogólne metody dzielimy na:

-stykowe oparte na przewodzeniu

-bezstykowe oparte na promieniowaniu

Temperaturę skrawania można określić pośrednio, korzystając ze efektów zjawisk fizycznych. Do najczęściej wykorzystywanych zjawisk należą:

-efekt termoelektryczny. Pomiar polega na pomiarze napięcia termoelektrycznego w obwodzie

Termometru

-zjawisko promieniowania podczerwonego wykorzystuje się w metodzie pirometrycznej i

termowizyjnej

-zmiany barwy termo czułego pokrycia pod wpływem zmiany temperatury

-powstawanie granic pomiędzy stopioną, a niestopioną strefą

Wyróżniamy następujące metody pomiary temperatury w różnych miejscach skrawania

1. w ostrzu

-metodą termoelementu wkładanego obcego

-metodą termoelementu wkładanego pół obcego

2. w strefie kontaktu wiór i ostrza

-metodą termoelementu wkładanego pół obcego

-metodą przecinania termoelementu obcego

3. Pomiar średniej temperatury skrawania

-metoda jednonożowa

-metoda wielonożowa

4. Na powierzchni ostrza i wióra

-metoda całkowitego promieniowania

-metoda podczerwona

19) Omówić wpływ warunków obróbki na temperaturę skrawania

Na temperaturę skrawania oraz rozkład temperatur w strefie skrawania wpływają z różną intensywnością takie czynniki jak: własności materiału obrabianego i narzędzia, technologiczne parametry skrawania (vc, f, ap) stereometria ostrza oraz rodzaj i sposób chłodzenia. Kolejność wpływu parametrów skrawania jest następująca: prędkość, posuw, głębokość skrawania.

Z parametrów geometrycznych ostrza na temperaturę skrawania największy wpływ mają: kąt natarcia kąt przystawienia oraz promień ostrza. Ciecze mają bardzo duży wpływ na obniżenie temperatury skrawania. Głównymi cieczami stosowanymi do chłodzenia są. Woda i woda z dodatkami, emulsje, emulsje z dodatkami, oleje mineralne, oleje mineralne z dodatkami.

20) Warstwa wierzchnia po obróbce skrawaniem, parametry i wskaźniki służące do jej określenia

Warstwa wierzchnia utworzona w wyniku obróbki, powierzchnia i związana z nią zewnętrzna warstwa materiału mają odmienne właściwości od właściwości powstałej masy (rdzenia) materiału nie poddanej działaniom sił, odkształceń i temperatury jakie wywołuje ostrze podczas skrawania.

Jakość powierzchni :

a) stan nierówności

-falistość

-chropowatość

-przyleganie Obróbka Ubytkowa – EGZAMIN 2008 48

-kierunkowość

-skażenia

b) stan warstwy wierzchniej

-grubość

-struktura

-utwardzenie

-naprężenia własne

21) Przyczyny i mechanizmy powstawania drgań w procesach obróbki skrawaniem

a)Drgania niezależne od procesu skrawania

-drgania wymuszone przez inna maszynę

-drgania spowodowane okresowo zmienną sztywnością obrabiarek (np. wałków z rowkami

wypustowymi)

-drgania relaksacyjne występujące

b)Drgania zależne od procesu skrawania

-drgania wymuszone przez zmienną siłę skrawania,

-drgania samowzbudne, powstają bez udziału zewnętrznych sił wymuszających. Powstają one w

układzie obrabiarka – przedmiot – narzędzie.

22) Sposoby eliminacji drgań w procesie obróbki skrawaniem

-zwiększenie sztywności obrabiarki

-zmiana warunków skrawania np.(zwiększenie posuwu zmniejsza zakres pojawiania się drgań

promieniowych, powiększenie głębokości skrawania powoduje naruszenie tego zakresu i zwiększenie

amplitudy drgań

-zmiana parametrów ostrza i zwiększenie kąta przystawienia powoduje zmniejszenie zakresu

występowania i amplitudy drgań, zwiększenie kąt natarcia zmniejszenie kąta przyłożenia, zwiększenia promienia zaokrąglenia

-własności materiału, plastyczność i zdolność do tłumienia drgań

-stosowanie płynów obróbkowych, polepszenie gładkości powierzchni ostrza

-stosowanie tłumików drgań

23) Tendencje rozwojowe obróbki skrawaniem

Celem obróbki skrawaniem i obróbki erozyjnej jest nadanie obrabianemu przedmiotowi wymaganego kształtu i wymiarów o żądanej dokładności oraz zapewnieniu pożądanej jakości warstwy wierzchniej obrobionego przedmiotu. Cel ten powinien być osiągnięty jak najbardziej ekonomicznie. W związku z tym główne kierunki rozwoju obróbki skrawaniem i obróbki erozyjnej są następujące:

1)Zmniejszenie strat materiałowych obrobionego materiału i narzędzia.

2) Polepszenie jakości obrobionych przedmiotów. Obróbka musi zapewnić uzyskanie potrzebnej dokładności kształtowo – wymiarowej.

3) Zwiększenie wydajności i zmniejszenie pracochłonności procesu obróbki oraz polepszenie bezpieczeństwa i wygody pracy. Łączy się z tym zadanie mechanizacji i automatyzacji

4) Zwiększenie możliwości obróbkowych. Wymaga to z jednej strony polepszenia obrabialności materiałów, a z drugiej – opracowania nowych i udoskonalonych istniejących metod, sposobów i odmian obróbki materiałów, oraz optymalizacji warunków obróbki.

24) Na wałka o średnicy 50 mm jest nacinany gwint metryczny na długości 250 mm. Operacja jest wykonywana na tokarce wzdłużnej. Skok gwintu 2,5 mm. 1) jeśli grubość warstwy skrawanej jest ograniczona do 0,13mm w ilu przejściach będzie można wykonać operacje gwintowania 2) jaki będzie czas wykonania gwintu, jeśli częstość obrotów walka jest równa 0,8 sek-1 , a czas potrzebny do powrotu narzędzia w położenie początkowe (i ustawienie do następnego przejścia) wynosi 20 sek.