1. Materiały narzędziowe a) stale narzędziowe*węglowe (twardość uzyskana przed dodanie węgla)*stopowe (do pracy na zimno)*szybkotnące b) węgliki (spiekane) c) spieki ceramiczne d) super twarde materiały polikrystaliczne Stale węglowe – zwiększenie twardości stali poprzez dodanie węgla i zahartowanie, obróbka odbywa się tylko w niskiej temperaturze(pokojowej), przy małych obrotach. Wysoka temperatura powoduje odpuszczanie, a więc materiał mięknie. Ze stali wykonuje się np.: wiertła, piły do metali, gwintowniki siekiery, frezy etc. Stale hartowane w wodzie czystej lub słonej (790-810 C), sól lepiej odprowadza ciepło Wyróżniamy: *N7m *N13m *N5...N13 (stale gładko hartujące się) 0.7-1.3%C Stale narzędziowe stopowe – mają tyle samo węgla co stale węglowe (0.7-1.3%), ale posiadają więcej dodatków stopowych tworząc węgliki. Stale narzędziowe charakteryzują się niską temperaturą pracy( wysoka powoduje rozhartowanie) Zastosowanie: gwintowniki, frezy do drewna, piły tarczowe, pilniki, suwmiarki. Wyróżniamy: *NV (N- stal narzędziowa, V – vanat( *NC4 *NZ2 *NWC (W – wolfram) Stale szybkotnące – znoszą wysokie temperatury ( do 600 *C) HSS – high speed steal - narzędzia szybkotnące. Posiadają więcej molibdemu niż kiedyś, jest także tańszy od wolframu ( na 1% molibdemu zamiast 2% wolframu). Zwiększenie twardości uzyskuje się poprzez dodanie węgla, wanat polepsza odporność na zużycie, natomiast kobalt zwiększa odporność ostrza na wysoką temperaturę. Otrzymuje się je metodą metalurgii proszkowej. Prasuje się proszki na prasach i poddaje stykaniu. Oznaczenia: * Sw 18 *Sw 12 *Sh5v *Sh10v Zalety narzędzi: jednorodność struktury, oszczędność materiału, zwiększona odporność na pękanie podczas obróbki plastycznej Obróbka cieplno-chemiczna:*azotowanie *węgloazotowanie *siarko-węglo-azotowanie * tleno-azotowanie *utlenianie *chromowanie dyfuzyjne Azotek tytanu daje żółtawy kolor, zwiększając odporność na zużycie Techniki pokryć : zwiększenie odporności na zużycie Zastosowanie: noże tokarskie, frezy, wiertła, piły, frezy ślimakowe
Węgliki spiekane – posiadają węgliki wolframu lub tytanu, osnowa spawająca :kobalt: *do obróbki skrawaniem (SUH) – S – wiór długi, U – wiór długi i krótki, H – wiór krótki *do obróbki plastycznej (g) *do obróbki wierceń górniczych(b) Spieki Ceramiczne – podczas spiekania należy podgrzewać i działać zwiększonym ciśnieniem. Porowatość powoduje zmniejszenie powierzchni o ok 20% (wewnątrz znajduje się powietrze). Porowatość na poziomie max 2% (98% materiału). Ceramika narzędziowa powinna charakteryzować się: * drobnoziarnistością, * brakiem porowatości Cłodziwo – ceramika jest mało odporna na szoki termiczne, obróbka na sucho. Może pracować w wyższych temperaturach niż węglik. Płytka z węglika spiekanego jest kilkukrotnie cięższa niż płytka ze spieków ceramicznych: Ceramika: *biała (100% tlenku aluminium) – im drobniejszy proszek, tym lepsze właściwości plastycznem kruche *czarna (ok 50% węgliki tytanu i wolframu) Super twarde materiały polikrystaliczne:*diament (PCD) *regularny azotek boru (PCBn) Ciśnienie 1,5 Gpa Aluminium lubi się „kleić” do materiału narzędziowego, stosuje się powłoki diamentowe, by temu zapobiec 2. Toczenie i narzędzia tokarskie Toczeniem nazywamy taki rodzaj obróbki skrawaniem, w którym ruch obrotowy wykonujeprzedmiot obrabiany, napędzany poprzez wrzeciono tokarki(lub stołu w przypadku tokarek karuzelowych). Natomiast ruch pomocniczy, posuwowy wykonuje narzędzie. Ze złożenia tych ruchów otrzymuje się względne przemieszczenie narzędzia w odniesieniu do powierzchni obrabianej. Do powierzchni cylindrycznej i stożkowej ruch ten realizowany po linii śrubowej, natomiast dla powierzchni czołowej ruch realizowany po torze spiralnym. Toczenie można podzielić na następujące odmiany, które różnią się kierunkiem realizacji ruchu posuwowego narzędzia, oraz kształtem powierzchni obrobionej.
2. Toczenie i narzędzia tokarskie c.d Ze względu na położenie osi obrotowej:– toczenie osiowe(wzdłużne)– toczenie promieniowe (poprzeczne)W zależności od toczonej powierzchni:– toczenie powierzchni wewnętrznych– toczenie powierzchni zewnętrznychW zależności od usytuowania ruchu pomocniczego względem osi obrotu– Toczenie wzdłużne wewnętrzne i zewnętrzne, ruch pomocniczy wykonywany jest równolegle do osi wrzeciona– Toczenie poprzeczne wewnętrzne i zewnętrzne, ruch pomocniczy wykonywany jest prostopadle do osi wrzeciona. Można tu wyodrębnić toczenie wcinające: kształtowe, przecinane, toczenie rowków– Toczenie stożków zewnętrznych i wewnętrznych gdy kierunek ruchu posuwowego przecina się z osią wrzeciona W zależności od ilości narzędzi(ostrzy) biorących jednocześnie udział w kształtowaniu powierzchni.– Toczenie jednonożowe, – Toczenie wielonożowe – wyróżniamy z podziałem posuwu i podziałem głębokości Toczenie kształtowe– Toczenie gwintów zewnętrznych i wewnętrznych – Toczenie kształtowe nożem kształtowym Narzędzia tokarskie:– narzędzia jednolite– narzędzia trwałe z przymocowaną częścią skrawającą– narzędzia składane– narzędzia do radełkowania Narzędzia jednolite – są to narzędzia gdzie część chwytowa jak i część robocza są wykonane z tego samego materiału. Narzędzia z trwale przymocowaną częścią skrawającą - są to narzędzia gdzie część chwytowa wykonana jest z materiału konstrukcyjnego, natomiast część robocza, lub tylko skrawająca wykonana jest z materiału narzędziowego i trwale przymocowana do do narzędzia poprzez klejenie, zgrzewanie, lutowanie lub spawanie Narzędzia składane – są to najczęściej używane narzędzia do obróbki w przemyśle. Narzędzie składa się z korpusu(oprawki), płytki narzędziowej i płytki podporowej. Rozróżniamy różne mocowania płytki skrawającej w korpusie (mocowanie: sztywne, dźwigniowe, klinowe, śrubą). Płytka skrawająca najczęściej wykonana jest z węglika spiekanego z dodatkowym pokryciem ochronnym. Kształt i sposób mocowanie płytki w znaczący sposób decyduje o przeznaczeniu, np. płytka typu „C” wykorzystywana est do obróbki zgrubnej, natomiast typu „V” do obróbki wykończeniowej. Płytki określone są w normach ISO. Okrągla 90 ° 80 ° 80 ° 60 ° 55 ° 35° Narzędzia do radełkowania – stosuje się je w celu wygniecenia na powierzchni przedmiotu obrabianego drobnych rowków. Wykonuje się je najczęściej na powierzchniach chwytowychczęści przyrządów, łbach śrub itd. Do radełkowania używa się jako narzędzi hartowanych rolek ze stali narzędziowej, które na obwodzie mają nacięte rowkio kącie rozwarcia 90° .
3. Frezowanie i narzędzia frezarskie Frezowanie – jest sposobem kształtowania przedmiotu, w którym praca narzędzia nie jest ciągła. Narzędziem jest frez wieloostrzowy o kształcie bryły obrotowej. Jego ostrza mogą być wykonane na powierzchni walcowej, walcowo-czołowej, czołowej, obu czołach, a także na powierzchni stożkowej lub kształtowej. Na powierzchni walcowej ostrza mogą być wykonane jako proste bądź śrubowe. Praca narzędzi nie jest ciągła, to znaczy nie wszystkie krawędzie narzędzia pracują jednocześnie, lecz kolejno, jedna za drugą, przy czym styk narzędzia z materiałem obrabianym istnieje na części obwodowej frezu, tzn.jednocześnie pracuje tylko część ostrzy. Powoduje to polepszenie warunków chłodzenia. Z drugiej jednak strony przy frezowaniu grubość warstwy skrawanej przez poszczególne ostrza, a więc i przekrój warstwy skrawanej wióra zmieniają się podczas obróbki. Powoduje to zmianę obciążenia i wpływa ujemnie na żywotność narzędzia. Podczas frezowania ruchem głównym jest z reguły ruch obrotowy frezu dookoła własnej osi, natomiast ruch posuwowy jest to ruch przedmiotu obrabianego lub frezu w kierunku prostopadłym bądź równoległym do osi obrotu narzędzia. Klasyfikacja frezowania pod względem technologicznym:– frezowanie walcowe(obwodowe) oś frezu znajduje położenie równoległe do powierzchni obrotowej– frezowanie czołowe – oś frezu znajduje położenie prostopadłe do powierzchni obrotowej– frezowanie skośne – oś frezu z powierzchnią obrotową kąta różny od 0° do 90°Klasyfikacja frezowania pod względem konstrukcyjnym– Frezowanie pełne (trzystronne) – jednocześnie powstają 3 powierzchnie obrobione– Frezowanie niepełne(dwustronne) – jednocześnie powstają 2 powierzchnie – Frezowanie swobodne(jednostronne) – powstaje jedna powierzchnia Klasyfikacja frezowania pod względem kinematycznym: – Frezowanie współbieżne – Frezowanie przeciwbieżne
4. Obróbka i wiercenie laserowe Wycinanki laserowe szeroko stosowane w przemyśle Frezowanie laserowe: Usuwamy warstwę po warstwie promieniem lasera. Ważne: moc lasera, czas naświetlania – dobór, aby ściągnąć daną warstwę materiału. Trzpień – sonda, służy do pomiaru grubości sciąganego materiału, sprawdzane co 50, 100 warstw – obróbka filigramowych struktur 0.04 – 0,1mm – grubość palnika lasera – obróbka ceramiki, stali, materiałów miękkich, metali twardych, bardzo łatwa obróbka wolna od zużycia narzędzi, praktycznie nie ma kosztów narzędziowych Mozliwość obróbki 3D (oprogramowanie) Szybksza, bardziej efektywna obróbka, nie ma potrzeby zakupu elektrod Zasada działania:Laserowa lampa otoczona lustrami wytwarza światło, która pada na krystał YAG, dzięki osłoną odbijającym(refleks) i lustrom tworzy się skupiona wiązka fotonów (światło laserowe), osłona (przesłona) do pacy impulsywnej. Mała moc, np. laser CO2 kilka kW, kryształowe jeszcze mniej. Dzięki pracy impulsowej zwiększamy moc od kilku do do nawet kilkuset razy. Sterowanie Lustra odbijające o dużej dynamice- ich ruch pozwala kontrolować kierunek wiązki lasera 2000-3000° C , większość materiałów podlega odparowaniu, część roztapia się 1-5 mikronów – grubość usuwanej warstwy Problematycznie: Obróbka pionowych ścian – musi mieć 5-15° więc wiązka laserowa jest pochyla i może obrobić idealnie pionowe ściany:- I sposób – wiązka przechodzi przez 2 lustra i jest skupiona w soczewce 70x70mm mikroobróbka, ale bardzo dokładna II sposób – 3 osie optyczne, 3 osie mechaniczne 60x60mm, przesuwanie detalu(stołu z elementem), zwiększa się zakres Pomiar warstwy – sondą mierzymy głębokość, ale zastosowano czujnik laserowy, ciągły pomiar głębokości obróbki, ciągła kontrola, nie przerywa się pracy Warstwa zahartowana nie odparowała, zostaje schłodzona przez warstwę bazową Program do obróbkiPlan obróbki obliczamy w modelu 3D, szybkie programowanie (druk 3D), stereo litografia wykonywane poprzez poprzeczne warstwy przekroju, warstwy po warstwie, ustalamy punkt odniesienia w programie na rzeczywistym obrazie z kamery, dobieramy parametry do materiału i startujemy, warstwa po warstwie bardzo małe elementy. Przykłady; Formy modeli zabawek z tworzyw sztucznych, elemeny przemysłu półprzewodnikowego Wiercenie laserowe W materiałach trudnych do obróbki, w miejscach trudno dostępnych, pod kątem Dysza wydmuchuje stożkową rurą doprowadzony, sprężony gaz, aby wydmuchiwać materiał z otworu. np. otwory w łopatach do silników odrzutowych.
5. Proces tworzenia się wióra+ciepło przy procesie+chłodzenie i chłodziwa+zużycie ostrza Proces tworzenia się wióra ciągłego i segmentowego :-Proces tworzenia się wióra schodkowego -Proces tworzenia się wióra odpryskowego: 1- materiał obrabiany 2- ostrze 3 – wiór 4- materiał odkształcony plastycznie Rodzaje wióra:– ciągły – np. stale węglowe– schodkowy – naruszenie spójności materiału– segmentowy – pęka wzdłuż płaszczyzny ścinania, ale materiałów kruchuch(żeliwo)– odpryskowy – materiał twardy, na tyle, że przyłożenie narzędzia skrawającego powoduje odprysk np. ceramika Ciepło w procesie skrawania 10% - praca tarcia powierzchni przyłożonych do materiału obrobionego 15% - praca tarcia wióra o powierzchnię 75% - prace odkształceń sprężystych i plastycznych materiału obrabianego OBSZAR SKRAWANIA 100%: 70% ciepło odprowadzane przez wiór 20% ciepło odprowadzana przez przedmiot obróbki 8% przez narzędzie 2% inne odprowadzenia Chłodziwo trzeba filtrować (zanieczyszczenie wiórem i ścieraniem) Zużycie ostrza – wyszczerbienie i wykruszenie krawędzi skrawania – starcie powierzchni natarcia – zwiększone starcie się prawicy styku – starcie powierzchni przyłożenia – głębokie rysy wywołane tworzącym się wejściem narostu w materiałach przedmiotu na powierzchni skrawania– starcie głównej powierzchni przyłożenia – zwiększone starcie wywołane intensywnym utlenianiem 6. Tendencja współczesnych skrawarek CNC Obecnie sterowanie numeryczne obrabiarek rozwija się bardzo intensywnie. A główne kierunki tego rozwoju to:a) rozwój cyfrowych układów sterujących. Zastosowanie, jako układu sterującego, minikomputera lub mikrokomputera umożliwia znaczne zwiększenie zakresu i jakości sterowania.b) rozwój samych obrabiarek związany głównie z rozwojem napędowych i pomiarowych układów obrabiarek, dzięki czemu uzyskuje się lepsze przystosowanie obrabiarek do sterowania cyfrowego. c) rozwój związany z automatyzację przygotowania produkcji poprzez rozwijanie, a zarazem upraszczaniem języków i systemów programowania.
7. Obróbka kombinowana (m.in. toczenie ze skrawaniem, frezowanie, wiercenie itd.) Większość obrabiarek wielozadaniowych jest wyposażonych w jedną lub dwie głowice rewolwerowe, w których narzędzia tokarskie są wykorzystywane w taki sam sposób, jak w zwykłych centrach tokarskich. Sercem obrabiarki jest wrzeciono narzędzia(zwane również wrzecionem B) które nie tylko może być używane do narzędzi obrotowych, lecz również do operacji toczenia. Automatyczna wymiana narzędzia oraz zdolność do przechylania wrzeciona względem osi B otwierają nowe możliwości i nakładają na narzędzia toczące nowe wymogi takie jak:– zmienne drogi narzędzia oraz kierunek siły skrawania– konstrukcja narzędzia przystosowana do 45 stopni przechylenia wrzeciona – dostępność oraz wysięg narzędzia– szybka i przebiegająca bez zakłóceń wymiana narzędzia– więcej miejsca w magazynie narzędziowym 8. Możliwości współczesnych układów sterowania Obecnie produkowane układy sterowania są wyposażone w szereg funkcji umożliwiających nie tylko sterowanie obrabiarką, obróbką części i tworzenie/modyfikację programów obróbkowych. Umożliwiają również monitorowanie stanu obrabiarki i kompensację/ korekcję czynników mających wpływ na dokładność wymiarowo-kształtową przedmiotu obrabianego, symulację programu obróbkowego (w celu zapobieżenia kolizjom w układzie Obrabiarka-Uchwyt-Przedmiot- Narzędzie) oraz komunikację z systemami zewnętrznymi (np. serwisowymi, kontroli jakości) i operatorem Są to następujące funkcje, nazywane „inteligentnymi” :– aktywna kontrola drgań wrzeciona,– kompensacja odkształceń cieplnych obrabiarki,– symulacja 3D zespołów obrabiarki i ich ruchów – przeciwdziałanie kolizjom,– głosowe potwierdzanie wybranych funkcji i wartości parametrów. Zalety: -Duża dokładność obróbki-Stała, niezmienna jakość wytwarzania-Znikoma ilość wybrakowanych detali-Krótki czas obróbki -Niewielki czas przezbrajania -ograniczone oprzyrządowanie