Pojęcia podstawowe
Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia i strefy skrawania
Warstwa skrawana, powierzchnia obrabiana, wióry, powierzchnia skrawania, powierzchnia natarcia, powierzchnia obrabiana, część robocza i chwytowa, powierzchnia przyłożenia, powierzchnia natarcia, naroże, główna i pomocnicza krawędź skrawająca pomocnicza powierzchnia przyłożenia
Warunki skrawania, parametry skrawania - definicje, klasyfikacja
Warunki skrawania- wszystkie czynniki wpływające na proces skrawanie: parametry skrawania, materiał obrabiany, materiał i geometria ostrza, sposób podawania chłodziwa. Parametry skrawania: kinematyczne – ruch narzędzia i przedmiotu, geometryczne- naddatek i wymiar warstwy skrawanej
Geometryczne parametry skrawania
Jw.- posuw, posuw na ostrze, głębokość skrawania, nominalne pole przekroju warstwy skrawanej, nominalna szerokość warstwy skrawanej,nom grubość…,
Kinematyczne parametry skrawania
Jw. Prędkość skrawania, prędkość obrotowa, prędkość posuwu
Wpływ kąta przystawienia na wymiary warstwy skrawanej.
Wraz ze wzrostem kąta Kappa szerokość warstwy skrawanej maleje ale rośnie jej grubość (patrz wzory str 13)
Klasyfikacja obróbki skrawaniem (sposoby, odmiany rodzaje)
Toczenie (wzdłużne, poprzeczne, skośne, wytaczanie, przecinanie, nacinanie rowków), wiercenie, frezowanie (walcowe, czołowe, czołowo-walcowe, kształtowe). Rodzaje- wstępna (zgrubna), kształtująca (półwykańczajaca), wykańczająca.
Geometria ostrza
Układy odniesienia - oznaczenia, zorientowanie, przeznaczenie
Układ narzędzia- do wykonywania, ostrzenia i kontroli narzędzia, zorientowany względem bazowych elementów narzędzia. Narzędzie traktuje się jak bryłę geometryczną z uwzględnieniem przewidywanych kierunków pracy. Układ roboczy- do określania geometrii ostrza w czasie pracy, zorientowany względem wypadkowej prędkości skrawania. Płaszczyzny i kąty przy nim mają dodatkowy symbol e.
Płaszczyzny w układzie narzędzia: nazwy, oznaczenia, położenie
Podstawowa Pr- prostopadła lub równoległa do podstawowych elementów narzędzia, prostopadła do kierunku ruchu głównego Boczna Pf- prostopadła do Pr, równoległa do zamierzonego kierunku posuwu Tylna Pp- prostopadła do Pr i Pf Krawędzi skrawającej Ps- prostopadła do Pr, styczna do krawędzi skrawającej Przekroju głównego Po- prostopadła do Pr i Ps Normlana Pn- prostopadła do głównej krawędzi skrawającej
Położenie krawędzi skrawającej
Jest to krawędź zawarta między powierzchnią przyłożenia a natarcia
Kąty natarcia, przyłożenia i ostrza
Kąt natarcia- pomiędzy powierzchnią natarcia a płaszczyzną Pr określone w płaszczyznach Pf, Pp, Po, Pn Kąt przyłożenia- pomiędzy powierzchnią przyłożenia a płaszczyzną Pr określone w płaszczyznach Pf, Pp, Po, Pn
Rola kątów w płaszczyźnie Po
Siłą skrawania, temperatura procesu, tworzenie wióra, zużycie narzędzia
Rola kątów w płaszczyźnie Pr
Siłą skrawania, temperatura procesu, tworzenie wióra, zużycie narzędzia
Geometria wytaczaka szpiczastego
Rys
Geometria noża bocznego odsadzonego prawego
Rys
Geometria wytaczaka hakowego
Rys
Geometria wiertla kretego
Rys
Pomocniczy układ wykonawczy, jego rola, przykład zastosowania
Zwany technologicznym, służy do wykonywania i kontroli części roboczych narzędzi składanych, zorientowany względem elementów bazowych tych części roboczych
Geometria wietła w układzie roboczym
Rys
Geometria noża do toczenia gwintów w układzie roboczym
Rys
Materiały narzędziowe
Ogólna charakterystyka materiałów narzędziowych
Duża twardość, odporność na wysoką temperaturę i formy zużycia, wytrzymałość zmęczeniowa i udarność. Zależność twardości od temperatury podstawnych materiałów narzędziowych
Wraz ze wzrostem temperatury maleje twardość materiału narzędziowego Stale narzędziowe - właściwości, przybliżony skład, zakres zastosowania
Stal węglowa- 0.5-1.4% węgla, dodatek Mn, Si, Cr, Ni i Cu. obróbka ręczna materiałów o niskiej skrawalności Stale stopowe- 0.75-2.1% węgla oraz większą ilość (zwykle do powiedzmy 3%) dodatków stopowych Mn, Si, Cr, W i V. Nieco lepsza i droższa od węglowej Stal szybkotnąca- traci włąściwości przy 550⁰C, najbardziej wytrzymały materiał, drugi najczęściej używany, materiał który skrawa sie njawolniej. Mogą być ulepszane cieplnie lub pokrywane- wpływa na właściwości mechaniczne i ścieranie. Ogólna charakterystyka stali szybkotnących
Wyróżnia się głównie wolframowe (do 20% wolframu) i molibdenowe (do 10% molibdenu i 13% wolframu). Struktura to bardzo drobnoziarnisty martenzyt. Właściwości jw Obróbka cieplna stali szybkotnących
Trudnoobrabialny, hartowanie 3-4 stopniowe, co najmniej dwukrotne odpuszczanie, po przekroczeniu temperatury odpuszczania (550⁰) twardość rośnie Segregacja węglików w HSS - jej przyczyny, skutki i sposoby zwalczania
Grupowanie się metali trudnotopliwych, wynika z nierównomiernego krzepnięcia wlewka, pogarsza wytrzymałość. Zapobiega się poprzez wielokrotne przekuwanie lub spiekanie. Stale szybkotnące pokrywane TiN, wpływ pokrycia na zużycie ostrza
Pokrycie znacznie podwyższa twardość, znacząco mniejsze zużycie ostrza w porównaniu z ostrzem niepokrytym, stosowane głównie do obróbki kół zębatych, gwintowników, przeciągaczy i wierteł. Rola składników stopowych i podstawowe gatunki stali szybkotnących
Molibden, krzem chrom, wanad, wolfram, kobalt- poprawa właściwości mechanicznych, wytrzymałościowych i odpornościowych ostrza. Główne gatunki to stale wolframowe i molibdenowe Ogólna charakterystyka węglików spiekanych
Składają się z ziaren węglików metali trudnotopliwych tj wolfram, tytan, tantal, niob, połączonych w wysokiej temperaturze kobaltem jako spoiwem. Wysoka twardość w szerokiej gamie temperatur, dobra przewodność i mała rozszerzalność cieplna, bardziej kruche od stali, obecnie najczęściej używane. Klasyfikacja materiałów narzędziowych (poza HSS)
Stal narzędziowa, superstopy, węgliki spiekane, spieki ceramiczne, azotek boru, diament Węgliki spiekane pokrywane, materiały stosowane na pokrycia i ich rola
TiN – niskie tarcie, odporność na narost Al2O3 – odporność na adhezję i dyfuzję, niska przewodność cieplna: bariera cieplna TiC, TiCN – wysoka twardość, odporność na ścieranie rdzeń – wysoka wytrzymałość Porównać właściwości i zastosowanie WS konwencjonanych i cermetali
Właściwości • wyższa twardość i odporność na wysokie temperatury • wyższa odporność na zużycie • niższe tarcie wióra o powierzchnię natarcia i narzędzia o przedmiot • minimalny narost • niższa wytrzymałość • łatwiejsze wykruszanie Zastosowanie • wyższe prędkości skrawania • toczenie wykańczające • lepsza jakość powierzchni obrobionej • mniejsze siły skrawania • głównie do obróbki ciągłej Porównać właściwości i zastosowanie WS pokrywanych metodą CVD i PVD
CVD pokrywa grubszą warstwą przy wyższej temperaturze, przez co ma mniej ostre krawędzie od metody PVD jednak posiada lepszą wytrzymałość ścierną, na wysokie temperatury i odporność chemiczną. Ogólna charakterystyka właściwości spieków ceramicznych.
Drobne ziarno, wysoka twardość, nie ulega reakcjom chemicznym, niska wytrzymałość, udarność i przewodność cielplna Rodzaje i właściwości i zastosowanie ceramiki tlenkowej
Czysta- toczenie żeliwa szarego, wysokie prędkości skrawania - twarde, nie ulega reakcjom chemicznym Mieszana- obróbka żeliwa w szerokim zakresie, stopów żarowytrzymałych, metali twardych – wyższa udarność i przewodność cieplna Zbrojona- obróbka żeliwa stopowego, stopów żarowytrzymałość, stali utwardzonej, przerywana, szybkościowa stali Porównać właściwości i zastosowanie ceramiki tlenkowej i azotkowej
Azotkowa posiada wysoką wytrzymałość i udarność, wysoka przewodność cieplna i jest odporna na utlenianie- szybkościowa obróbka żarowytrzymałych stopów niklu (inconel), obróbka żeliwa na sucho lub z chłodziwem Właściwości i zastosowanie diamentu polikrystalicznego
Najtwarlszy, najwyższa przewodność cieplna, doskonałą stabilność chemiczna, może ulec grafityzacji- nie używa się do stali węglowej, stosowany do stopów aluminium, miedzi, krzemu, tworzyw sztucznych o silnych właściwościach ściernych, obróbki precyzyjnej elementów niemetalowych. Właściwości i zastosowanie borazonu
Niewiele gorszy od diamentu, drogi, obróbka stali hartowanych , białych żeliw stopowych, żeliwa szare perlityczne, materiały utwardzone powierzchniowo, stale oparte na niklu i kobalcie, używany przy małych prędkościach obróbki, duże siły i moce. Budowa nrzędzi z materiałów supertwardych Najczęściej płytki pokrywane lub ostrza pokrywane, trzonek wykonany z możliwie tanich materiałów.
Proces tworzenia się wióra
Budowa strefy skrawania
Rys str 46 Narost
Nawarstwienie się materiału wióra w strefie zatarcia na powierzchni natarcia. Bardzo trwałe połączenie adhezyjne. Zmniejsza siły skrawania ale jest negatywny ze względu na niestabilność i pogorszenie obróbki. Współczynnik spęczenia wióra - definicja i sposób wyznaczania.
Stosunek grubości wióra do grubości warstwy skrawanej. Wzór strona 49 Wyprowadzić zależność kąta ścinania od współczynnika spęczenia wióra
Wzór str 49 Podstawowe postaci wiórów, zakresy występowania, wpływ na PS
Elementowy- obróbka materiałów kruchych, znaczne zakłócenia siły skrawania Schodkowy- materiały twarde o słabej przewodności cieplnej, duże wahania siły skrawania Ciągły- materiały o niskiej granicy plastyczności, stal, mosiądz, aluminium, niewielkie zmiany sił skrawania Klasyfikacja wiórów wg ISO i PN. Łamanie wiórów.
Wstęgowe, rurowe, spiralne, śrubowe otwarte, śrubowe stożkowe, łukowe, elementowe, igłowe. Łamanie określa kierunek spływu oraz powierzchnię o którą się łamie. Wpływ zużycia ostrza na naprężenia resztkowe warstwy wierzchniej
Naprężenia rosną, ponieważ narzędzie nie ścina materiału a go zrywa Budowa warstwy wierzchniej Warstwa powierzchniowa- zawiera cząsteczki obce, pyły, elementy ostrza, chłodziwa Warstwa przypowierzchniowa- rozdrobnione i odkształcone ziarna materiału obrabianego, umocnienie przez zgniot Warstwa podpowierzchniowa- zbliżona do materiału rodzimego, graniczny obszar zalegania naprężeń Siły skrawania Rozkład naprężeń na powierzchni natarcia i sił w strefie skrawania Rys str 56-57 Zależność siły skrawania od długości powierzchni ścinania Siła wzrasta wraz ze wzrostem długości powierzchni Zależność kąta ścinania od warunków skrawania Siła maleje wraz ze wzrostem kąta Rozkład sił działających na narzędzie, toczenie, wiercenie Rys str 61 Typowe przebiegi sił skrawania Wykres str 62 Wyjaśnić zależność oporu właściwego skrawania od h Opór właściwy maleje wraz ze wzrostem grubości warstwy skrawanej h zależnością hiperboliczną, wykres str 63 Modelowanie kąta ścinania wg Merchanta - wyprowadź wzór na kąt ścinania Koło ze strony 57 tg(φ + ρ – γo) = ctg φ = tg(90° – φ) φ = 45° + γ0/2 – ρ/2 Wyznaczanie siły skrawania na podstawie danych z poradnika Fc=ADkc=kc1,1bh^yc Wyjaśnić zależność siły skrawania od parametrów skrawania Fc=Ccap^xcf^ycvc^zc Podać i omówić trzy wzory na Fc: fizyczny, poradnikowy i statyst-dośw Chuj go wie? Ciepło w procesie skrawania Bilans cieplny w strefie skrawania Rys str 84 (popierdolony) Wyjasnic wplyw parametrow skrawania cieplo wytwarzane Prędkość skrawania, posuw, głębokość skrawania- wzrost parametrów powoduje wzrost ciepła Zależność rozkładu ciepła odprowadzanego od prędkości skrawania Wzrost odprowadzenia ciepła przez wiór Rozkład temperatur w strefie skrawania Rys str 86 Wyjaśnić zależność ilości wytwarzanego ciepła od parametrów skrawania Głębokość i prędkość zwiększają proporcjonalnie, posuw mniej niż proporcjonalnie Wyjaśnić zależność temperatury ostrza od parametrów skrawania Prędkość i posuw zwiększają nieproporcjonalnie, głębokość praktycznie nie zwiększa, ze wzrostem wytwarzanego ciepła wzrasta powierzchnia oddająca ciepło. t=Ctfytvc^zt Porównać zależności temp. ostrza od parametrów skrawania dla HSS i WS Dla węglika spiekanego temperatura jest wyższa przy niskich parametrach ale wolno rośnie z ich zwiększaniem, dla HSS (High Speed Steal) temp niższa ale rośnie szybko Wymagania stawiane płynom obróbkowym Zapobieganie przegrzaniu narzędzia i PO, podwyższenie dokładności wymiarowej, obniżenie tarcia, podwyższenie trwałości ostrza, poprawa jakości powierzchni obrobionej, przeciwdziałanie powstawaniu narostu, nie mogą być śmierdzące, szkodliwe dla zdrowia i obrabiarki, pieniące się, powodować korozji, tworzyć osadów, powodować sklejania się wiórów. Rola płynów obróbkowych jw Podstawowe typy płynów obróbkowych Emulsje olejowe- olej z wodą plus dodatki zapewniające odpowiednie właściwości, Czyste oleje- oleje tłuszczowe, mineralne, mieszane, Metody podawania płynów obróbkowych Obfite- zalewana całą strefa obróbki, Minimalne- pojedyncze krople, Pod wysokim ciśnieniem Wewnętrzne Aerozolowe Dobór płynów obróbkowych Koszt, szkodliwość dla środowiska, tylko gdy nie mogą być zastąpione innymi płynami albo sprężonym gazem Zużycie i trwałość ostrza Pojęcia zużycie i stępienie ostrza, typowe objawy zużycia Zużycie jest to postępująca w czasie utrata właściwości skrawnych, Stępienie ostrza jest to krytyczne zużycia ostrza po którym użytkowanie jest niebezpieczne Typowe objawy zużycia- zużycie wrębowe, starcie, krater na powierzchni natarcia Zjawiska powodujące zużycie ostrza Ścieranie mechaniczne- usuwanie cząstek ostrza przez wiór trący Adhezja- przyspawanie cząstek materiału do ostrza Dyfuzja- przemieszczanie się atomów z jednego ośrodka do drugiego Utlenianie- zużycie chemiczne Deformacja plastyczna- odkształcenie narzędzia pod wpływem temperatury i nacisków Dyfuzja przy skrawaniu stali narzędziem z węglików spiekanych Atomy żelaza powodują przekształcenie wolframu na złożone związki nieposiadające własności skrawnych Formy wytrzymałościowego zużycia ostrza Pęknięcie ostrza, wykruszenia, wyłamanie, spalenie Wskaźniki zużycia ostrza Bezpośrednie- głębokość, położenie, szerokość, położenie środka krateru, szerokość starcia w strefie środkowe, max szerokość…, szerokość starcia w rejonie naroża, szerokość wrębu na powierzchni przyłożenia Pośrednie- wzrost sił skrawania, poboru mocy, hałasu, wydłużenie czasu, pogorszenie jakości powierzchni, drgania, kształt i kolor wióra Okres trwałości ostrza, kryterium trwałości i jego dobór Ciągły czas skrawania do momentu stępienia ostrza, ok. 15 min. Kryterium trwałości jest to dopuszczalna wartość zużycia lub jego wykruszenie lub wyłamanie, dobór powinien charakteryzować sta nieprzydatności narzędzia do dalszej pracy i w danych warunkach musi być możliwy do określenia. Losowy charakter zużycia i trwałości ostrza, współczynnik zmienności Niezawodny okres twałości ostrza - zdefiniować, podać wzory Jest prawdopodobieństwem że przy zadanych parametrach stępienie nie nastąpi przed upływem założonego czasu Zależność T(vc) - wyprowadzić wzór Taylora Slajd 5 zużycie ostrza Istota metody najmniejszych kwadratow Wpływ kryterium stępienia na zależność T(vc) Wzrost powoduje wzrost trwałości Zależność T od parametrów skrawania - podać wartości wykładników Okresowa prędkość skrawania - defincja, wzór, zastosowanie Jest to ekonomiczna prędkość skrawania używana w celu otrzymania określonej trwałości. Drgania samowzbudne Charakterystyka rodzajów drgań z punktu widzenia wymuszenia Trzy rodzaje drgan: wymuszone, swobodne, samowzbudne Drgania wymuszone układu o 1-ym stopniu mx”(t)+kx’(t)+cx(t)=F(t) dla F(t) = F0 sin(ωt): x(t) = x0 sin(ωt+ϕ) ω = ωF x0 = const Mechanizmy powstawania drgań samowzbudnych w obróbce skrawaniem Sprzezenie zwrotne miedzy drganiami UMST a sila skrawania jest oczywiste co powoduje przemieszczenie narzedzia względem PO,. Znane SA dwie przyczyny powstawania drgan samowzbudnych – sprzężenie przez przemieszczenie i reprodukcja drgan. -sprze przez prze Podczas skrawania, gdy rzut wektora ruchu na kierunek sily skrawania ma zwrot zgodny ze zwrotem sily UMST napina się, co powoduje zwiększenie energii i rozwój dragań samwzbudnych.to powoduje sprzężenie zwrotne miedzy siła a drganiami – to jest sprzężenie przez przemieszczenie. Reprodukcja drgan Jest to zjawisko w którym podczas skrawania przez chwile nacieta fala na powierzchni traktujemy jako drganie narzędzia, to powoduje zmienność sily skrawania, czyli układ OUPN drga opóźnionymi fazowo falami o tej samej częstotliwości. Dynamiczna charakterystyka procesu skrawania (zależność zmian siły od drgań) xt=x(t), xT=x(t-T) h = h0 – xt + xT hd = h – h0 = -xt +XT Kxd = (d Ff /d h)|h=ho =Cf b yf h0 yf-1 Fxd = -Kxd (xt - xT) Kxd : dynamiczna sztywność procesu skrawania Wyprowadzić wzór na graniczną szerokość warstwy skrawanej (granicę stabilności) Wyznaczanie granicy stabilności (krzywej workowej) bezwzględna $b_{\text{gr}\ \min} = \frac{\omega_{o}k}{k_{\text{xd}}}$ granica stabilności Sposoby poprawiania stabilności obróbki przy wytaczaniu • Wytaczadła o specjalnie zorientowanych głównych osiach sztywności • wykorzystanie sprzężenia przez przemieszczenie do tłumienia drgań wywołanych przez ich regenerację Zastosowanie materiałów o wysokim module Younga jak węgliki spiekane (L/d=4-6) • są drogie, przy kolizji i zniszczeniu wytaczadła odłamki są niebezpieczne jak pociski • chętniej stosowane są wytaczadła zbrojone węglikami w postaci pierścieniu czy tulei na rdzeniu stalowym • kolizja jest mniej kosztowna – wymiana jednego elementu • Zastosowanie biernych, dostrajanych tłumików drgań (L/d>6) • Zastosowanie aktywnego tłumienia drgań Sposoby poprawiania stabilności obróbki przy szlifowaniu Wpływ parametrów skrawania na stabilność obróbki Wzrost głębokości oraz szerokosci warstwy skrawanej powoduje pogorszenie stabilności, znaczny wpływ ma także kat przystawienia, wzrost powoduje wieksza stabilność. Wzrost kata natarcia powoduje poprawe stabilności. Wpływ geometrii ostrza na stabilność obróbki Promien zaokrąglenia – im mniejszy tym wieksza stabilnosc