1. SKRAWALNOŚĆ MATERIAŁÓW - określa podatność materiału na obróbkę skrawaniem (zmiany objętości, kształtu i wymiarów poprzez zeskrawanie warstwy tworzywa).

1. Zależy od:

• składu chemicznego i struktury materiału

• sposobu, rodzaju i odmiany obróbki skrawaniem

• kształtu i właściwości materiału ostrza narzędzia

• stanu i właściwości obrabiarki

• warunków skrawania (głębokość, posuw, szybkość)

1. Wskaźniki:

• Podstawowe:

• okresowa prędkość skrawania

• trwałość ostrza T

• intensywność zużycia ostrza dVB/dT

• chropowatość powierzchni Ra lub Rz

• Pomocnicze:

• okresowa wydajność skrawania

• właściwości mechaniczne materiału obrabianego

• opory skrawania

• skład chemiczny materiału obrabianego

• struktura i obróbka cieplna materiału obrabianego

• przewodność cieplna materiału obrabianego

• temperatura skrawania

• rodzaj i kształt wióra

1. Bilans cieplny procesu obróbki skrawaniem:

Q = Q_w + Q_n + Q_p + Q_a

Q - całkowita ilość wydzielonego ciepła

Q_w - ilość ciepła unoszonego przez wiór

Q_p – ilość ciepła pozostającego w materiale obrabianym

Q_n – ilość ciepła wnikającego do narzędzia obrabiającego

Q_a – ilość ciepła przechodzącego do atmosfery lub chłodziwa

1. Rozkład składowych siły całkowitej przy toczeniu:

Całkowitą siłę skrawania rozkłada się na składowe rozważane jako:

• składowe geometryczne - uzyskiwane z wektorowego rozkładu siły F w kierunkach osi wybranych układów współrzędnych (narzędzia, obrabiarki, przedmiotu obrabianego)

• składowe fizyczne - związane z oddziaływaniami fizycznymi na powierzchni narzędzia, działające równocześnie

F_c (składowa obwodowa) działa w kierunku zgodnym z wektorem prędkości ruchu głównego

F_f (składowa posuwowa, osiowa) równoległa do kierunku posuwu

F_p (składowa odporowa,promieniowa) prostopadła do powierzchni obrabianej oraz do składowych F_c i F_f

1. Wielkości charakteryzujące zmienność sił w czasie skrawania:

• Siła średnia: $F_{m} = \frac{F_{\max} + F_{\min}}{2}$

• Amplituda siły: $F_{a} = \frac{F_{\max} - F_{\min}}{2}$

• Współczynnik dynamiczności: $\text{KdF} = \frac{F_{\max}}{F_{\min}}$

• Współczynnik udarności: $\text{Ku} = \frac{F_{u}}{F_{\min}}$

• Współczynnik stałości obciążenia: $\mathbf{K}\mathbf{=}\frac{F_{m}}{F_{a}}$

• Współczynnik zmienności obciążenia: $\mathbf{\varepsilon}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{K}}\mathbf{=}\frac{F_{a}}{F_{m}}$

• Siła prawie stała - średnia wartość siły pozostaje praktycznie stała, poza stosunkowo krótkimi czasami wcinania tp (wejście w materiał obrabiany) i wyjścia narzędzia tk , które przy długim czasie skrawania tskr nie mają praktycznego znaczenia.

• Siła okresowo zmienna - średnia wartość siły zmienia się okresowo w zakresie Fmin do Fmax, czemu towarzyszy zmienna głębokość skrawania w granicach ap min do ap max spowodowana toczeniem wałka z nierównomiernie rozmieszczonym naddatkiem.

• Siła tętniąca - zmienność średniej wartości od Fmin = 0 do Fmax, może wystąpić przy toczeniu przedmiotów krótkich lub o powierzchni przerywanej.

1. Wpływ różnych czynników na składowe siły całkowitej i temperaturę przy toczeniu (materiał obrabiany, narzędzie, parametry skrawania).

• Wpływ materiału obrabianego:

• mała przewodność cieplna (stale wysokostopowe) wysokie temperatury skrawania,

• duża przewodność cieplna (stopY lekkie i kolorowe) niskie temperatury skrawania,

• duża pojemność cieplna wióra niższe temp skrawania

• duża twardość lub wytrzymałość na rozciąganie duża temp skrawania

• Wpływ materiału i kształtu ostrza:

• duża pojemność cieplna i przewodność cieplna materiału ostrza niska temp skrawania

• wzrost kąta natarcia spadek temp skrawania i wydzielonego ciepła, spadek oporów skrawania

• zmniejszenie kąta natarcia wzrost wszystkich składowych (mniejszy składowej F_c)

• zmniejszenie kąta przystawienia obniża się temperatura skrawania (zmiana czynnej długości krawędzi skrawającej i oporu skrawania)

• wzrost kąta przystawienia zwiększenie siły posuwowej F_f i spadek siły odporowej F_p

• wzrost promienia zaokrąglenia naroża spadek temp skrawania

• wzrost kąta przyłożenia wyższe temp skrawania, wzrost F_c i F_p oraz spadek F_f

• zużycie ostrza gdy przebiega wyłącznie na powierzchni przyłożenia to przyrost sił (szczególnie składowych Fp i Ff) jest ciągły i znaczny, gdy zużyciu podlegają równocześnie powierzchnie natarcia i przyłożenia to zmiany sił składowych są nieznaczne

• Wpływ parametrów skrawania:

• wzrost prędkości v_c wzrost temperatury skrawania (mniej niż proporcjonalnie), nieliniowy spadek składowych siły całkowitej

• wzrostu posuwu f wzrost temperatury, wzrost sił skrawania jest nieliniowy (zależy od stosunku f/a_p)

• wzrost głębokości skrawania a_p wzrost temperatury, siły składowe rosną liniowo (stały opór właściwy skrawania, siły są wprost proporcjonalne do pola przekroju warstwy skrawnej)

• wzrost intensywności i sposobu chłodzenia ostrza maleje temperatura skrawania

1. Sposoby pomiaru sił i temperatur

1. Metody pomiaru siły:

• Bezpośrednie:

• zrównoważenie siły ciężarem (ważenie produktów na straganie na wadze szalkowej)

• Pośrednie:

• pomiar momentu skrawania

• pomiar mocy skrawania

• pomiar odkształceń plastycznych

• pomiar odkształceń sprężystych

• Czujniki – służą do pomiaru siły, przekształcają badaną wielkość w wielkość łatwą do pomiaru.

• parametryczne - przekształcają zmiany wielkości mierzonej na zmiany parametrów łatwych do pomiaru. Wyróżniamy: pneumatyczne, tensometryczne (pomiar wywołanych odkształceń sprężystych), indukcyjne, pojemnościowe, magnetosprężyste, fotoelektryczne.

• generacyjne - podczas zmian wielkości mierzonej wytwarzają energie elektryczna lub mechaniczna. Wyróżniamy: mechaniczne, hydrauliczne, piezoelektryczne, elektrodynamiczne, termoelektryczne.

1. Metody pomiaru temperatury:

• Oparte na zasadzie pomiaru siły termoelektrycznej:

• Metoda obcego termoelementu - wprowadzenie termoelementu do otworu wykonanego w ostrzu narzędzia. Dno otworu powinno znajdować się możliwie blisko powierzchni, której temperaturę określamy (0,3-0,5mm).

• Zalety: możliwość stasowania normalnego termoelementu o znanej charakterystyce

• Wady: nie można zmierzyć temperatury bezpośrednio na pracującej powierzchni, trudno wykonać otwór.

• Metoda półobcego termoelementu - jednym z materiałów termoelementu jest materiał narzędzia lub przedmiotu obrabianego.

• Zalety: możliwość pomiaru temp bezpośrednio na zadanej powierzchni ostrza.

• Wady: konieczność każdorazowego przeprowadzania wzorcowania dla użytego materiału ostrza lub materiału obrabianego.

• Metoda naturalnego termoelementu - pomiar siły termoelektrycznej w termoelemencie utworzonym przez materiały narzędzia i obrabiany. Średnią temperaturę skrawania odczytujemy bezpośrednio z charakterystyki wzorcowania.

• Jednonarzędziowa termoelement tworzą narzędzia i przedmiot obrabiany. Gorącą spoiną jest powierzchnia styku narzędzia z przedmiotem obrabianym i wiórem. W obszarze styku istnieje gradient temperatury (gorące spojenie = zbiór elementarnych gorących spojeń o różnych temperaturach). Miernik wskazuje pewną wypadkową wartość siły termoelektrycznej odpowiadającą temperaturze zawartej pomiędzy max i min w obszarze styku narzędzia z materiałem.

• Dwunarzędziowa termoelement tworzą dwa noże tokarskie, identyczne co do kształtu, ale z ostrzami z różnych materiałów (najczęściej stal szybkotnąca, oraz węgliki spiekane). Skrawanie odbywa się jednoczenie dwoma nożami w identycznych warunkach, z jednakowa prędkością skrawania, posuwem i głębokością.

• Inne: kalorymetryczna, termokolorów, fotoelektryczna.

1. TENSOMETRYCZNY SIŁOMIERZ TOKARSKI (rezystancyjny) do pomiaru siły wykorzystuje się zależność zmian rezystancji układu tensometrów połączonych z elementem sprężystym, od zmian wartości siły działającej na ten element.

• Siłomierze tensometryczne buduje się z tensometrami: metalowymi, drutowymi, foliowymi i półprzewodnikowymi.

• Siłomierz mocuje się w imaku tokarki tak, aby element odkształcalny (przetwornik) znajdował się poza podparciem.

• Przetwornik tensometryczny - belka o przekroju prostokątnym z dwoma parami tensometrów oporowych. Belka pod wpływem działającego obciążenia przestrzennego ulega wraz z tensometrami odkształceniu (niezrównoważenie mostka proporcjonalne do obciążenia).