1. Klasyfikacja obróbki ubytkowej (obróbka skrawaniem i erodowaniem).

OBRÓBKA UBYTKOWA:

1. Obróbka skrawaniem – usuwanie określonej objętości materiału narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrza twardsze od materiału obrabianego:

- Obróbka wiórowa – dokonywana narzędziami o znanej liczbie i kształcie ostrzy, a naddatek usuwany jest w postaci wióra o określonym kształcie i wymiarach. Rys.1.1

- Obróbka ścierna – dokonywana narzędziami zaopatrzonymi w ostrza o nieznanej liczbie i kształcie, a naddatek usuwany jest w postaci cząsteczek wyrywanych siłą tarcia niekiedy mikro-skrawanie, przy czym usuwane produkty ulęgają utlenianiu. Rys.1.2

1. Obróbka erozyjna – erozja to warstwowe usuwanie materiału w wyniku odprysków materiału w fazie stałej oraz topienia i parowania materiału obrabianego.

- Obróbka elektroerozyjna – wykorzystuje energię wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami przy czym jedna elektroda to narzędzie, a druga to materiał obrabiany. Rys.1.3

- Obróbka elektrochemiczna – wykorzystuje energię. Która zachodzi pomiędzy elektrodami, a elektrolitami.

- Obróbka strumieniowo erozyjna – wykorzystuje różne cząsteczki o różnym stopniu koncentracji elektrycznej np. plazma, strumień fotonów (czyli laser).

1. Istotne różnice pomiędzy obróbką wiórową, a ścierną.

Obróbka wiórowa to nadawanie kształtu przedmiotom za pomocą narzędzi usuwających warstwowo naddatek materiału obrabianego. Podczas takiej obróbki powstają charakterystyczne wióry, którym zawdzięcza swą nazwę.

Przykładowe narzędzia używane do obróbki wiórowej:

• wiertło,

• frez,

• nóż tokarski,

• rozwiertak,

• wytaczak itp.

Obróbka wiórowa może być wykonywana na maszynach takich jak:

• wiertarki,

• frezarki,

• tokarki,

• wytaczarki.

Obróbka ścierna jest rodzajem obróbki skrawaniem, w której narzędziem skrawającym są ziarna ścierne luźne albo w postaci pasty, tarczy, osełki, papieru lub płótna ściernego. Liczba ostrzy skrawających i ich geometria są niezdefiniowane. Obróbka ścierna charakteryzuje się najczęściej bardzo małą głębokością skrawania.

Przykłady obróbki ściernej:

• szlifowanie,

• docieranie,

• gładzenie,

• dogładzanie,

• wygładzanie,

• polerowanie,

• piaskowanie.

1. Budowa narzędzi skrawających i ich geometria.

Geometria ostrza. Rys.2.5, 2.6

PKS – pomocnicza krawędź skrawająca.

GKS – główna krawędź skrawająca.

PN – powierzchnia natarcia – spływa po niej wiór.

GPP – główna powierzchnia przyłożenia – powierzchnia noża przylegająca do powierzchni skrawania.

PPP – pomocnicza powierzchnia przyłożenia .

Rodzaje naroża:

- naroże punktowe, Rys. 2.7

- naroże promieniowe lub zaokrąglone, Rys. 2.8

- naroże ścinowe. Rys. 2.9

Geometria ostrza w układzie narzędzi. Rys.2.11, 2.13 oraz 3.3/43

_r - główny kąt przystawienia,

_r – kąt naroża,

′_r - kąt przystawienia pomocniczy,

α_f - kąt przyłożenia,

γ_f - kat natarcia,

α₀ – główny kąt przyłożenia,

γ₀ – główny kąt natarcia.

_r, ′_r – zależą od umocowania narzędzia wokół osi obrotu.

_r + ′_r + _r = 180⁰

Wszystkie kąty wymiarowe w głąb narzędzia mają wartości dodatnie lub ujemne z wyjątkiem kąta α_f, który musi zawsze być wielokrotnie większy od 0⁰ – w każdej płaszczyźnie przekroju co najmniej 5⁰. Rys.2.12

Płaszczyzny odniesienia w układzie narzędzia. Rys. 2.10, oraz 3.2/42

W płaszczyźnie podstawowej możemy wyznaczyć położenie głównej i pomocniczej krawędzi oraz kąty.

P_f – płaszczyzna boczna lub posuwowa,

P_p – płaszczyzna tylna,

P_r- płaszczyzna podstawowa,

P_s – płaszczyzna skrawająca,

P₀- płaszczyzna przekroju głównego.

1. Materiały na ostrza skrawające do obróbki wiórowej, zakresy zastosowania.

Materiał stosowane na narzędzia skrawające muszą być zdecydowanie twardszy od materiału skrawającego. 35 – 40 HRC – materiał taki musi być o 20 stopni twardszy. Od materiału wymagamy twardości. Materiał narzędziowy powinien zachowywać wysoka twardość w wysokich temperaturach. Powinien charakteryzować się dobrą przewodnością cieplną, wytrzymałością na zginanie i skręcanie.

Podstawowe materiały narzędziowe:

1. Stale narzędziowe:

- Stale węglowe: posiadają podwyższoną zawartość węgla co umożliwia zahartowanie do 65HRC.

N7-12 (cyfry oznaczają procentową zawartość węgla w 0,1%) E – płytko hartujące.

Temperatura pracy do 250⁰C. Wykonujemy z nich narzędzia do obróbki ręcznej, do obróbki mechanicznej (materiały łatwo skrawalne: guma, drewno).

- Stale narzędziowe stopowe:

W, V, K, Cr, Mo – tworzą się z nich węgliki (do kilku %), twardość ok. 65 HRC, temp. pracy do 350⁰C. Zawartość dodatków węglikowych do 10% np.:

NC6 – 6%Cr,

NMV – Mo, V.

- Stale szybkotnące: wysokostopowe, zawartość dodatków stopowych do 25% np.:

SW18 – 18%W,

SW7M – 7%W, 10%Mo,

SW12C – 12%C i kilka %Cr.

Temperatura pracy do 570⁰C, węgliki dodatków (stopowych) metalicznych tworzą tzw. segregację węglikową, która jest znaczną wadą, preferowany proces tworzenia to metalurgia proszków, stale szybkotnące podlegają pokrywaniu powłokami (najpopularniejsza to TiN – daje złotą barwę).

1. Węgliki spiekane:

- Węgliki wolframu: WC + Co (lepiszcze – spoiwo). Temp. pracy 850⁰C – 950⁰C, twardość 90HRA.

- WC + TiC + Co (spoiwo):

P – do obróbki materiałów plastycznych,

K – do obróbki materiałów kruchych,

M – grupa uniwersalna.

1. Ceramika narzędziowa:

- Grupa tlenkowa na bazie Al₂O₃ – ceramika biała – obróbka bez chłodzenia i gdy nie ma gwałtownych skoków, nie odporna na skoki temp., temp. pracy do 1100⁰C.

Al₂O₃ + TiC – wtedy ceramika mieszana czarna, odporna na skoki temp., można skrawać materiał do 65HRC.

- Grupa krzemowa na bazie Si₃N₄ – ceramika krzemowa, temp. pracy ok. 1200⁰C, twardość ok. 2000HV.

1. Super twardy materiał narzędziowy:

- Diament:

Polikrystaliczny (PKO) – otrzymany jako syntetyczny proszek spiekany do brył przestrzennych, drogi materiał.

Monokryształ (MKD) – diament naturalny. Nie nadaje się do obróbki materiału na bazie żelaza.

- Polikrystaliczny PCBN – azotek boru sześcienny spiekany do postaci o różnych formach. Do obróbki zahartowanych materiałów i innych.

1. Materiały na narzędzia do obróbki ściernej.

MATERIAŁY NASYPOWE:

papiery i płótna ścierne,

taśmy bezkońcowe,

krążki fibrowe samo przyczepne,

ściernice listkowe: talerzowe, trzpieniowe, nasadzane,

włóknina szlifierska,

siatki ścierne,

szczotki druciane.

TARCZE DIAMENTOWE:

tarcze do cięcia, ostrzenia narzędzi, szlifowana powierzchni płaskich i wałków.

MATERIAŁY POLERSKIE:

pasty polerskie,

krążki polerskie z włókniny, filcowe,

trzpieniówki polerskie z włókniny, filcowe,

galanteria polerska.

MATERIAŁY POMOCNICZE:

dyski mocujące.

PROSZKI ŚCIERNE:

elektrokorund zwykły, szlachetny, różowy,

węglik krzemu czarny, zielony.

1. Parametry technologiczne skrawania, definicje i miary.

Dzielimy obróbkę skrawaniem na sposoby skrawania ze względu na kinematykę i narzędzia:

- toczenie,

- struganie i dłutowanie,

- przeciąganie,

- wiercenie,

- frezowanie,

- nacinanie gwintów,

- nacinanie uzębień.

Rys.1.4

W zależności na uzyskiwanie dokładności pomiarowej i chropowatość :

- obróbka zgrubna,

- kształtująca dokładna,

- bardzo dokładna.

Ruchy przygotowawcze - umiejscawiają narzędzie we właściwej pozycji w stosunku do

materiału obrabianego

Podział ruchów pomiędzy narzędziem, a materiałem obrabianym. Wyróżnia się dwie grupy:

1. Ruch główny – umożliwia jednorazowy styk narzędzia z materiałem. Jest ruchem obrotowym, albo narzędzia, albo materiału obrabianego.

Prędkość liniowa w skrawaniu:

$\mathbf{V}_{\mathbf{C}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\text{πDn}}}{\mathbf{1000}}\left\lbrack \frac{\mathbf{m}}{\mathbf{\min}} \right\rbrack$, gdzie V_C – prędkość skrawania, n – prędkość obrotowa.

$\mathbf{n}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1000}\mathbf{V}_{\mathbf{C}}}{\mathbf{\text{πD}}}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{obr}}}{\mathbf{\min}} \right\rbrack$, D – największa średnica.

Rys.1.5

1. Ruch pomocniczy – ruch posuwowy – miarą prędkości w tym ruchu jest tzw. posuw. Rys.1.6

f [mm/obr], f_Z [mm/ostrze]

f – determinuje grubość wióra, decyduje o jakości powierzchni obrobionej.

Prędkość liniowa:

$\mathbf{V}_{\mathbf{f}}\mathbf{=}\mathbf{f}\mathbf{\bullet}\mathbf{n}\mathbf{=}\mathbf{f}_{\mathbf{z}}\mathbf{\bullet}\mathbf{z}\mathbf{\bullet}\mathbf{n}\left\lbrack \frac{\mathbf{\text{mm}}}{\mathbf{\min}} \right\rbrack$, gdzie z – liczba ostrzy. Rys.1.7

a_p [mm]  – głębokość skrawania – odległość powierzchni obrabianej od powierzchni obrobionej.

1. Czas maszynowy, czas skrawania, przykłady obliczeń.

Czas maszynowy – czas równoczesnego działania ruchu głównego i posuwowego niezbędnego do przeprowadzenia operacji związanych z procesami skrawania.

$\mathbf{t}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{L}}{\mathbf{V}_{\mathbf{f}}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{q}}{\mathbf{a}_{\mathbf{p}}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{\min}\mathbf{\rbrack}$, gdzie L – droga, V_f – prędkość, a_p – głębokość skrawania, q – całkowity naddatek obróbkowy.

$\mathbf{t}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{l}_{\mathbf{d}}\mathbf{+}\mathbf{l}_{\mathbf{s}}\mathbf{+}\mathbf{l}_{\mathbf{w}}}{\mathbf{f}\mathbf{\bullet}\mathbf{n}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{q}}{\mathbf{a}_{\mathbf{p}}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{\min}\mathbf{\rbrack}$, gdzie l_d – droga dobiegu, l_s – droga skrawania, l_w – droga wybiegu, f – posuw, n – prędkość obrotowa.

Toczenie: Rys.2.1

l_w = 1,2,3 mm

Gdy włączymy ruch posuwowy to mierzymy czas maszynowy.

l_d – jest uwarunkowana geometrycznie, jest często bardzo krótka.

Wiercenie: Rys.2.2

Frezowanie walcowe: Rys.2.3, 2.4

Czas skrawania ts jest czasem kontaktu ostrza z materiałem obrabianym bez czasu wcinania i

Wychodzenia.

$\mathbf{t}_{\mathbf{m}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{l}}{\mathbf{f}_{\mathbf{z}}\mathbf{\bullet}\mathbf{z}\mathbf{\bullet}\mathbf{n}}\mathbf{\bullet}\frac{\mathbf{q}}{\mathbf{a}_{\mathbf{p}}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{\min}\mathbf{\rbrack}$,

1. Siły, moc i temperatura skrawania. Jakościowy i ilościowy wpływ różnych czynników na wymienione wielkości.

Siły skrawania – jest to pewna miara niezbędna, przy projektowaniu procesu technologicznego. Rys.3.2

F_c – siła główna - służy zapotrzebowaniu mocy,

F_p – siła odporowa – w obróbce dokładnej staramy się ją zminimalizować, ponieważ będzie zachowywać się nieprzewidywalnie, będzie powodować niedokładności wymiarowe obrabianego elementu (przejście z jednej średnicy na drugą), Rys.3.4

F_f – siła posuwu – ma najmniejszy wpływ na przebieg procesu.

$\mathbf{F}\mathbf{=}\sqrt{\mathbf{F}_{\mathbf{C}}^{\mathbf{2}}\mathbf{+}\mathbf{F}_{\mathbf{f}}^{\mathbf{2}}\mathbf{+}\mathbf{F}_{\mathbf{p}}^{\mathbf{2}}}$ Rys.3.3

F=C•f^u•a_p^e•⊓k_i, gdzie C – stała materiałowa (dotyczy obrabianego elementu), f – posuw, a_p – głębokość skrawania, ⊓k_i - iloczyn współczynników proporcjonalności.

u≈0,75, e≈1

⊓k_i=k_HB•k_γ•…, gdzie k_HB z uwagi na twardość, k_γ z uwagi na kąt natarcia.

Dwukrotny wzrost a_p spowoduje dwukrotny wzrost F. Wyk.3.6

Czynniki mające wpływ na siłę skrawania:

1. Materiał obrabiany: Wyk.3.7

2. Ostrze skrawające:

1. Materiał ostrza: zmienia tarcie pomiędzy ostrzem, a materiałem obrabianym, praktycznie nie wpływa na siłę skrawania.

2. Geometria ostrza: wpływa na siłę skrawania. Wyk.3.8, 3.9, 3.10 i Rys.3.5 i 3.6.

Jeżeli chcemy mieć małą F_p, to wybieramy największy kąt _r. Rys.3.7

1. Parametry skrawania.

Praca skrawania. Wyk.3.11

Moc:

$\mathbf{P}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\text{dE}}}{\mathbf{\text{dt}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{E}}{\mathbf{t}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}\mathbf{\bullet}\mathbf{l}}{\mathbf{t}}\mathbf{=}\mathbf{F}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}$,

$\mathbf{P}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{C}}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}_{\mathbf{C}}}{\mathbf{60}}\left\lbrack \mathbf{W} \right\rbrack$,

Ciepło: ilość ciepła wydzielanego podczas skrawania. Rys.3.8, 3.9 i Wyk.3.12, 3.13

$\mathbf{Q}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{C}}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}_{\mathbf{C}}}{\mathbf{6}\mathbf{,}\mathbf{12}}$,

Najkorzystniej jest zwiększać a_p, ponieważ nie wpływa ona na temperaturę procesu. Natomiast zmniejszamy posuw (czas skrawania).

Wpływ geometrii ostrza na temp. procesu: Rys.3.10 i Wyk.3.13 i 3.14.

1. Zużycie ostrza, przyczyny (mechanizmy) i objawy zużycia.

Przyczyny zużycia (pierwotne)	Postacie zużycia
Siła mechaniczna	Zużycie ścierne Zużycie wytrzymałościowe Deformacja plastyczna
Zmienna siła lub temperatura	Zużycie zmęczeniowe
Adhezja - zbliżenie dwóch ciał na odległości międzyatomowe	Połączenia tarciowe I stopnia
Dyfuzja – wyższa temperatura niż w adhezji	Połączenia tarciowe II stopnia (obszar styku – zgrzany, zespawany)
Utlenianie

I – docieranie , II – normalna eksploatacja , III – przyspieszone zużycie

Zużycie - jest procesem ciągłym polegającym na zmianie masy, kształtu, właściwości fizycznych i chemicznych.

1. Jakościowy wpływ różnych czynników na zużycie ostrza.

VB – zużycie ostrza, f – posuw, a_p – głębokość skrawania, Z – zużycie, v_c – prędkość skrawania, r_ε – promień naroża ostrza, κ_r – kąt przystawienia głównej krawędzi skrawającej , α – kąt przyłożenia , γ – kąt natarcia , Θ – ciepło skrawania

Czas maszynowy

,

(lepszy wariant) oszczędzamy ostrze

Optymalny czas maszynowy constans (mniejsze zużycie ostrza).

1. Stępienie ostrza i jego kryteria.

Kryteria stępienia ostrza :

1. fizyczne – ostrze stępione kiedy traci właściwości skrawające ( III okres eksploatacji ostrza)

2. technologiczne – ostrze stępione, kiedy przekroczona zostaje tolerancja wymiarowa przedmiotu obrabianego lub chropowatość powierzchni obrobionej ( II okres eksploatacji ostrza)

3. ekonomiczne – stosowane do narzędzi drogich lub unikatowych; ostrze stępione, kiedy osiągamy maksymalną żywotność ostrza.

Stępienie ostrza – osiągnięty w wyniku zużycia taki stan ostrza, który umownie charakteryzuje utratę właściwości skrawnych (nie nadaje się do skrawania).

O stępieniu może decydować przyrost chropowatości wywołany zużyciem, sił skrawania, temperatury.

1. Okres trwałości ostrza.

Okres trwałości ostrza jest to czas pracy ostrza w stałych nie zmienionych warunkach skrawania, aż do osiągnięcia stępienia.

1. Trwałość ekonomiczna i wydajnościowa.

Trwałość ekonomiczna

,

gdzie: T_e – trwałość ekonomiczna, t_ZN – czas zmiany ostrza, t_s – czas skrawania, t_m – czas maszynowy, K_N – koszt narzędzia, K_O – koszt obrabiarkowe

v_e – prędkość ekonomiczna, v_w – prędkość wydajnościowa

Trwałość wydajnościowa:

gdzie: T_w – trwałość wydajnościowa

gdzie: W – wydajność, t_j – czas jednostkowy

Okresowa prędkość skrawania - jest to prędkość v_T, która zapewnia określoną trwałość ostrza, np. v₃₀= 100m/min (oznacza trwałość ostrza przez 30 min przy prędkości 100m/min)

1. Definicja warstwy wierzchniej i jej kompleksowa charakterystyka.

Warstwa wierzchnia – jest to część materiału obrobionego leżąca przy zewnętrznej fizycznej powierzchni o zmienionej w stosunku do rdzenia właściwościach - geometrycznych, fizycznych, chemicznych.

Symbole warstwy wierzchniej : WW(Warstwa wierzchnia), TWW(Techniczna Warstwa wierzchnia), EWW.

Kompleksowa charakterystyka WW - obejmuje opis właściwości geometrycznych tzn. chropowatość, falistość i udział materiałowy oraz właściwości fizyczne tj. mikrostruktura, odkształcenia plastyczne, naprężenia w warstwie wierzchniej.

• wykres przedstawiający profil chropowatości

• wykres udziału materiałowego

• zdjęcie mikrostruktury

• wykres twardości obróbkowych w głąb materiału

• wykres naprężeń obróbkowych w głąb materiału

1. Chropowatość teoretyczna i rzeczywista powierzchni obrobionej. Wpływ różnych czynników na właściwości warstwy wierzchniej (geometryczne i fizyczne).

Wpływ różnych czynników na właściwości geometryczne i fizyczne.

- mówimy o chropowatości,

- falistość,

- błąd kształtu.

- Chropowatość teoretyczna

, gdzie f – posuw, r_ε – promień naroża ostrza.

R_zt – chropowatość teoretyczna, R_rz – chropowatość rzeczywista, R – chropowatość .

- Chropowatość rzeczywista jest to suma wszystkich chropowatości:

- Zależność chropowatości powierzchni materiału obrobionego od prędkości skrawania z uwzględnieniem NAROSTU.

- Parametry informujące o wysokości fali (z wykresu profilu chropowatości: R_a , R_z , R_t (constans).

- Wpływ kształtu profilu chropowatości na udział materiałowy [%] przykładowe profile:

Wykres udziału materiałowego dla przykładowych profili:

W przypadku płynnej i małej chropowatości, kierunek śladów obróbkowych nie ma wpływu na właściwości eksploatacyjne, przy większych chropowatościach lepszy kierunek równoległy do kierunku ruchu, a przy tarciu suchym i małej chropowatości korzystne są ślady prostopadłe do kierunku ruchu, natomiast przy dużej chropowatości i suchym i suchym tarciu lepsze są równoległe niż prostopadłe.

16. Charakterystyka sposobów skrawania (toczenie, wiercenie, frezowanie, szlifowanie, szkicowanie obrabiarki, schemat kinematyczny, stosowane narzędzia (materiały) oraz typowe operacje.