Obróbka ubytkowa

Obróbka ubytkowa wykład 13.10.2011r

Podstawy obróbki ubytkowej

Obróbka ubytkowa jest szczególnie przydatna do kształtowania przedmiotów o różnych kształtach i różnej masie.

Wzrost osiąganej dokładności obróbki ubytkowej wg Taniguchi.

Charakterystyka procesu skrawania (na przykładzie toczenia):

Proces skrawania rozwiązuje się w układzie: obrabiarka – uchwyt – przedmiot – narzędzie.

F’ – powierzchnia obrabiana
F” – powierzchnia obrobiona
0 – powierzchnia nominalna
Fskr – chwilowa powierzchnia, którą zakreśla krawędź skrawająca
S – krawędź skrawająca

W czasie procesu warstwa skrawana zamienia się w wiór (chip).

Klinowy zarys ostrza:
Aγ – powierzchnia natarcia
Aα – powierzchnia

Kinematyka procesu skrawania:

W procesie skrawania realizuje się różnego rodzaju ruchy:

Ruchy główne i posuwowe mogą być przypisywane elementowi skrawającemu i skrawanemu, ale głównie jednemu z tych elementów.

Technologiczne parametry skrawania

Sposoby obróbki skrawaniem

Rozróżnia się podstawowe sposoby obróbki skrawaniem:

Geometria ostrza skrawającego

W celu dokładnego opisu geometrii ostrza wprowadza się odpowiednie układy odniesienia definiujące zbiory tzw. płaszczyzn odniesienia.

  1. Układ narzędzia Vc

  2. Układ roboczy Ve

Ad1.

Układ ten jest wykorzystywany do wyznaczenia geometrii ostrza w stosunku do bazy technologicznej.

Materiały narzędziowe

Narzędzia monolityczne – wykonuje się ze stali narzędziowych szybkotnących; mogą być wykonane z węglików szybkospiekanych lub ceramiki,

Narzędzia bimetalowe (łączone w sposób stały) – zwykle zgrzewanie lub lutowanie części skrawającej do korpusu narzędzia,

Narzędzia po konstrukcji składanej – łączone w sposób mechaniczny

Ostrza narzędzi skrawających pracują w ekstremalnych warunkach mechanicznych i termicznych – temp. Do 1000°C i powyżej, ciśnienie do 2000 MPa.

Wymagane właściwości:

Właściwości materiałów narzędziowych:

  1. Odporność na zużycie ścierne

  2. Twardość w wys. temp. (tw. na gorąco)

  3. Odporność termiczna,obojętność chemiczna w stosunku do mat. obrabianego

  4. Wysoka wytrzymałość

  5. Dobra ciągliwość (udarność, wytrzymałość narzędziowa), odporność na kruche pękanie,

  6. Dobra kształtowalność, np. szlifowalność w przypadku narzędzi podlegających ostrzeniu.

Grupy materiałów narzędziowych

  1. Stale szybkotnące HSS (High Speed steel)

  2. Węgliki spiekane WC – Co (Cemented Carbid)

  3. Cermetale (cermety) – Ceramika + metal

  4. Ceramika narzędziowa (spieki ceramiczne)

  1. Materiały supertwarde

Obecnie prawie wszystkie materiały narzędziowe są powlekane cienkimi warstwami, tzw. powłokami.

Zastosowanie różnych grup materiałów narzędziowych:

- ok. 60% - węgliki spiekane
- 11% - cermety

Stosowanie poszczególnych materiałów narzędziowych związane jest z ich odpornością termiczną, ich wskaźnikiem może być max temp. skrawania.

Jeśli chodzi o stale szybkotnące to max temp. skrawania nie może być wyższa od temp. odpuszczania (ok. 750°C)

Diament – 800 – 850 °C
Węgliki – 900 – 1100 °C
CBN – 1300 – 1400 °C
Ceramika – 1400 – 1500 °C

Grupy materiałów narzędziowych:

Stale szybkotnące stosuje się głównie na narzędzia obrotowe; wiertła, frezy, rozwiertaki, gwintowniki, piły tarczowe, przeciągacze.

Węgliki spiekane należą do spiekanych materiałów wytwarzanych z węglika wolframu z fazą kobaltową WC + Co + (TiC, TaC, NbT)

Fazy procesu wytwarzania węglików spiekanych

  1. Wytwarzanie proszku (ziarna w zakresie 1 mikrometra)

  2. Prasowanie

  3. Spiekanie

  4. Szlifowanie

  5. Obróbka krawędzi

  6. Pokrywanie (nakładanie powłok przeciwzużyciowych)

  7. Znakowanie, etykietowanie, pakowanie

Właściwości węglików można kontrolować poprzez zawartość węglików potrójnych albo fazy kobaltowej.

Ciągliwość materiału zależy od wielkości ziarna

Stosuje się zasadnicze dwie grupy węglików:

  1. Grupa wolframowa (zawartość WC>90%)

  2. Grupa wolframowo tytanowa (zawartość TiC, TaC)

Węgliki spiekane dzielą się na 3 grupy zastosowań o charakterystycznej kolorystyce i oznaczeniach:

Grupa P (niebieska) – zastosowanie do obróbki stali i staliw
Grupa K (czerwona) – zastosowanie do obróbki żeliw i mat. niemetalowych
Grupa H (żółta) – zastosowanie do stali nierdzewnych i kwasoodpornych

Elementy węglików spiekanych produkuje się w postaci płytek wieloostrzowych

Oznakowanie płytek wieloostrzowych:

TPGN 1603 08 – E N – x x

1. Kształt płytki 2. Kąt przyłożenia 3. Dokładność płytki 4. Kształt pow. natarcia
5. Długość boku płytki 6. Grubość płytki 7. Wymiar naroża 8. Postać krawędzi skrawającej 9. Kierunek skrawania 10.11. dodatkowe informacje producenta.

Cermety stosuje się w obróbce wykończeniowej z małymi posuwami, ale większymi prędkościami skrawania

Gatunki ceramiki narzędziowej:

Ceramika skrawająca:

  1. Na bazie tlenku glinu Al2O3

  1. Na bazie azotku krzemu Si3N4

C1 – ceramika tlenkowa (biała)
C2 – ceramika mieszana Al2O3 – TiC (czarna)
C3 – ceramika azotkowa
CT – cermet
CBN – regularny azotek boru

Powłoki

Zdecydowana większość elementów skrawających jest wytwarzana z nałożeniem cienkiej warstwy przeciwzużyciowej zwanej powłoką.

Powłoki umożliwiają zwiększenie twardości płytek do 2500 – 3000 HV

TiN – (azotek tytanu) warstwy uniwersalne, można je nakładać na stale szybkotnące, węgliki spiekane czy inne mat. jako warstwa zewnętrzna.

Powłoki umożliwiają zmniejszenie tarcia.

Obecnie stosuje się powłoki wielowarstwowe:

Podłoże

Nanostrukturalne powłoki

Powłoki nakłada się na podłoże węglikowe o b. małej drobnistości ziarna.

Zastosowanie poszczególnych materiałów przedstawia się zwykle w skali prędkości skrawania.

CBN – podstawowy materiał do obróbki utwardzonych staliw i żeliw.

Technologia obróbki w stanie utwardzonym nazywa się zwykle toczeniem albo frezowaniem.

PCD – diament

Materiały supertwarde stosuje się również na narzędzia ściernicze.

Mechanika procesu skrawania:

Wyróżniamy 2 charakterystyczne odmiany procesu:

Dodatkowo wyróżnia się przypadki skrawania swobodnego i nieswobodnego.

W strefie skrawania, czyli w strefie, w której następuje oddzielenie materiału warstwy skrawanej wyróżnia się 3 charakterystyczne obszary intensywnych oddziaływań fizycznych.

Gotowy rys.

Tworzenie wióra

Analiza odkształceń związanych z tworzeniem wióra

Rysunek

Odkształcenia plastyczne związane z tworzeniem wióra zachodzą w pewnej strefie tworzenia wióra (STW). Strefę tą przedstawia się za pomocą charakterystycznych linii poślizgu.

Linie poślizgu są to linie na których materiał m stałą granicę plastyczności, albo stałą twardość.

Jeśli materiał przechodzi przez strefę odkształcenia doznaje umocnienia, co oznacza, że na każdych liniach poślizgu zachodzą większe odkształcenia.


τk − 3 : 4 τ1

Model procesu tworzenia wióra

Zależy od warunków procesu, a szczególnie od prędkości skrawania; wraz ze wzrostem prędkości skrawania, następuje zawężenie strefy tworzenia wióra, aż do wysokiego pasma poślizgu.

Z tego względu w zastosowaniach inżynierskich stosuje się prosty model z pojedynczą płaszczyzną poślizgu.

Proces tworzenia wióra przedstawia się w sposób modelowy jako proces spęczania wióra swobodnego.

Rysunki:

Proces tworzenia i kształt wióra jest sciśle związany z właściwościami i gatunkiem materiału

W normach oprócz trzech grup materiałów P, H, K, wprowadza się dodatkowe grupy:

HRSA – superstopy; stopy tytanu; stopy na bazie niklu i kobaltu

Kontrola wióra

Ważnymi praktycznymi zagadnieniami są procesy zwijania i łamania wióra. Często sprowadza się je do pojęcia kontroli wióra – kontroli kształtu i wymiaru.

Na kształt wióra ma wpływ: posuw, prędkość skrawania, geometria ostrza.

W warunkach produkcyjnych, a szczególnie w obrabiarkach zautomatyzowanych, nie można dopuścić do wytwarzania długich wiórów, które mogą niszczyć powierzchnię obrobioną, albo stanowić zagrożenie dla urządzeń pomiarowych. Z tych powodów należy doprowadzić do łamania wióra. W tym celu w płytkach wieloostrzowych wykonuje się specjalne rowki lub powierzchnie powodujące odpowiednie zawijanie się wióra, który uderza o przeszkodę i ulega złamaniu.

Obrabiarki zautomatyzowane CNC, wyposażone są w urządzenia do transportu i pakietowania wiórów.

Zagadnienie pakietowania wióra rozwiązuje się w praktyce poprzez podawanie w poradnikach tzw. diagramów łamania wióra. Jest to wykres, który pokazuje możliwe do uzyskania kształty wióra dla określonej kombinacji posuwu i prędkości skrawania. Obszar korzystny wiórów zaznaczony jest przez specjalne pole.

Najtrudniejsza kontrola wióra ma miejsce jeśli stosujemy bardzo małe prędkości skrawania i bardzo małe posuwy, czyli w przypadku obróbki wykończeniowej.

Łamanie wióra zaznacza się specjalnymi symbolami, w zależności od rodzaju obróbki: R – dla zgrubnej, M – dla kształtującej, F – dla wykończeniowej.

Kształty wiórów i sposoby łamania są opisane w normach.

Siła, energia i moc

Nazwa Symbol Jednostka
Siła skrawania Fc N
Energia skrawania Ec N x m = J = W x s
Moc skrawania Pc (N x m)/s = W
Sila skrawania na jednostkę powierzchni warstwy skrawanej Kc N x m^-2 lub N x mm^-2
Energia skrawania na jednostkę objętości skrawanego materiału ec J x m^-3 = N X m^-2

W wyniku oddziaływania ostrza na obrabiany materiał w układzie obróbkowym działa wypadkowa siła skrawania (nieraz nazywana całkowitą siłą), która rozkłada się na składowe w różnych układach odniesienia.

Stosuje się 2 podstawowe rozkłady całkowitej siły skrawania siły F.

  1. Rozkład geometryczny związany z kierunkiem ruchów składanych lub kierunków z ruchem prostopadłym. Poprzez rzutowanie uzyskuje się następujące składowe Fc II Vc (siła skrawania), Ff II Vf (siła posuwowa), Fp L Fc L Ff (siła prostopadła)

F (z kreską) = Fc + Ff + Fp ; F (bez kreski)=pierwiastek z sumy tych sił

Fa – siła aktywna (siła tworzenia wióra)

  1. Rozkład fizyczny związany z położeniem stref intensywnych oddziaływań fizycznych. W technologii podstawowe znaczenie mają związki składowe sił związanych z parametrami skrawania.

Ciepło w procesie skrawania

Źródła ciepła w procesie skrawania: Q1 – odkształcenia plastyczne i dekohezyjne materiału, Q2 – tarcie na powierzchni natarcia, Q3 – tarcie na powierzchni przyłożenia, Q4 – odkształcenia plastyczne w warstwie wierzchniej poprzedzające poślizg.

Rysunki:

Ciepło w strefie skrawania rozchodzi się wskutek przewodzenia.
tylko niewielka część ciepła, ok. 1% jest unoszona do atmosfery. O przewodzeniu ciepła decydują właściwości materiału obrabianego i narzędziowego. Ostrze narzędzia można zabezpieczać poprzez nakładanie powłok o małej przewodności cieplnej. Dotyczy to głównie materiałów o dużej przewodności cieplnej.

Decydujący wpływ na rozpływ ciepła ma prędkość skrawania. Ustalono, że przy jej wzroście maleją strumienie wnikające do narzędzia, natomiast wzrasta strumień, który przepływa do wióra.

Wykres:

Po wykresie piszę:

Intensywność procesów termicznych w strefie skrawania ocenia się na podstawie wartości temp. skrawania. Pod tym pojęciem rozumie się średnią temp. na styku powierzchni natarcia z wiórem.

Temperatura skrawania jest funkcją parametrów technologicznych:

t=f(vc, f, ap)

Wartość temperatury zależy od pracy materiałów ostrza i materiału obrabianego, dostrzega się również wpływ posuwu.
W obróbce wykończeniowej stosuje się mniejsze posuwy i z tego względu można prowadzić proces z większymi prędkościami.

W procesie skrawania lepszą ocenę zjawisk uzyskuje się na podstawie rozkładu izoterm. Wynika z nich, że najbardziej intensywne jest źródło tarciowe ciepła.

Na wartość temperatury skrawania bardzo duży wpływ mają właściwości cieplne obrabianych materiałów.

Zużycie, trwałość ostrza

W systemach trybologicznych, gdzie powierzchnie kontaktują się w ruchu względnym obrotowym, liniowym występują problemy trybologiczne.

Trybologia – jest nauką o tarciu, zużyciu i smarowaniu.

Podstawowe mechanizmy zużycia:

  1. Zużycie adhezyjne

W zużyciu tym zakłada się kontakt na mikronie równościach, w ruchu względnym w obszarach mikrokontaktu powstają naciski i wzrost temperatury. Gdy temp. osiąga wartość 0,3 – 0,4 temp. topnienia, występuje zgrzewanie tarciowe mikronie równości i w ruchu względnym wyrywanie fragmentów materiału.

W przypadku skrawania efekt ten jest szczególnie widoczny przy obróbce narzędziami ze stali szybkotnącej i węglików spiekanych powlekanych.

  1. Zużycie ścierne

Polega na usuwaniu zgrubień poprzez twarde wtrącenia lub plastyczne nierówności

  1. Zużycie zmęczeniowe

Wytrzymałość zmęczeniowa polega na powstawaniu szczelin zmęczeniowych i wykruszeniu fragmentów materiału.

  1. Zużycie chemiczne

Roztwarzanie chemiczne – skutek obecności agresywnych środków.

W procesie skrawania niezależnie od temperatury występuje łączny efekt kilku mechanizmów.

Wykres

Formy zużycia narzędzi

W praktyce stosuje się kilka:

  1. Zużycie ścierne powierzchni przyłożenia, które występuje najczęściej w stabilnych warunkach czasu; występuje w obrębie naroża od strony głównej pow. przyłożenia i pomocniczej pow. przyłożenia.

  2. Zużycie powierzchni natarcia prowadzące do powstania rowka (krateru) – przyczyną jest reakcja chemiczna zależna od prędkości skrawania, ale jest to łączny efekt zużycia ściernego i dyfuzyjnego.

  3. Zużycie adhezyjne jest związane z powstawaniem i zrywaniem narostu. Szczególnie podatne są narzędzia bez powłok, ze stali nierdzewnych i aluminium.

  4. Łączne efekty zużycia adhezyjnego i utleniania- w przypadku obróbki materiałów o bardzo niskiej przewodności cieplnej, koncentracja ciepła może prowadzić do zużycia skoncentrowanego zwanego karbem. Najbardziej podatne są stale nierdzewne i stale żaroodporne.

  5. Zużycie mechaniczne objawia się w wykruszaniu lub wyłamywaniu krawędzi narzędzia, przyczyn jest dużo. Są to np. nadmierne naciski (zbyt duża głębokość skrawania i posuw), drgania, wtrącenia piasku w materiale przedmiotu.

  6. Efekty termiczne, które objawiają się w pęknięciach (głównie w obróbce nieciągłej), wskutek szoków termicznych.

  7. Odkształcenia plastyczne – wskutek mięknięcia mat. narzędziowego, może nastąpić deformacja ostrza bez jego ubytku.

Toczenie

Kąt natarcia gamma o

Geometria dodatnia:

  1. Korzyści:

  1. Skutki ujemne:

Geometria ujemna:

  1. Korzyści:

  1. Skutki ujemne:

Kąt przyłożenia alfo o

Kąt ostrza beta

Ustawienie ostrza. W wyniku przemieszczania ostrza poniżej albo powyżej osi możemy dokonywać zamierzonej transformacji kątów ostrza.

Kąt pochylenia krawędzi skrawającej lambda s

Wiercenie

Obróbka głębokich otworów:

Stosunek długości/średnicy jest większy równy 5

Obróbka wymaga stosowania specjalnych obrabiarek, które mają układ poziomy i wymagają specjalnych narzędzi z doprowadzeniem cieczy po ciśnieniem.

Zastosowanie: przemysł zbrojeniowy, hydraulika i elektryka.

Obróbka uzębień kół zębatych

Uzębienia kół podlegają tolerowaniu

Ogół metod kształtowania uzębień dzieli się na 2 grupy:

W tych metodach kształtowych, gdzie jest odwzorowanie noża bezpośrednie można stosować: frezowanie, dłutowanie i przeciąganie.

Metody obwiedniowe są to metody o złożonej kinematyce, stopniowe wykonywanie uzębienia.

Osełkowanie nazywamy też dogładzaniem.

Praktyczne zastosowanie tych metod zależy od dokładności, wymaganej tolerancji wykonania uzębienia.

Metody obwiedniowe

  1. Frezowanie obwiedniowe (frezy modułowe ślimakowe)

  2. Dłutowanie metodą Fellowsa (narzędzie zwane dłutakiem)

  3. Struganie metodą Maaga (noże specjalne zębatkowe) – podobna metoda to metoda Sunderlanda – uzębienie kształtuje się poprzez obtaczanie narzędzia zębatkowego.

Dłutowanie obwiedniowe Fellowsa

Półfabrykat wykonuje ruch podziałowy,
dłutak wykonuje ruch podziałowy i ruch główny dłutujący.

$\frac{n}{n_{p}} = \frac{z_{p}}{z}$ - zasada kinematyczna

n – obroty dłutaka
np. – obroty półfabrykatu
zp – zęby na półfabrykacie
z – zęby na dłutaku

Stosunek prędkości obrotowej narzędzia i półfabrykatu musi równać się stosunkowi liczby zębów na półfabrykacie do liczby zębów na narzędziu.

Metoda Fellowsa umożliwia wykonywanie uzębień o linii śrubowej. Musi być zastosowany dodatkowy parametr umożliwiający wykonanie linii śrubowej. Dłutak Fellowsa

Zasada dlutowanie obwiedniowego

Frez ślimakowy modułowy wykonuje ruch obrotowy

Nacinane koło wykonuje ruch obrotowy i odpowiedni posuw.

W przypadku freza modułowego ślimakowego zębatka jest odwzorowana w przekroju normalnym do pól zęba.

Zasada kinematyczna $n_{p} = \frac{k}{z}n$

k – krotność freza; mogą być frezy wielokrotne
np. – obroty półfabrykatu
z – zęby na frezie
n – obroty freza

Frezowanie obwiedniowe stosuje się do wałków wielowypustowych.

W przypadku zębów skośnych czy prostych trzeba uwzględnić czy koła są lewo czy prawo zwojne.

Stosuje się ruch styczny – frezowanie diagonalne.

Metody wykorzystujące noże zębatkowe

Metoda Maaga:

Zębatka zamocowana w suporcie
Nacinane koło wykonuje ruch odtaczania oraz ruch posuwowy uzależniony od długości zębatki. Z tego względu potrzebny jest ruch powrotny.

Metoda Sunderlanda:

Ruch liniowy wykonuje narzędzie. Ruch odtaczania wykonuje materiał.
Narzędzie – zębatka.

Obróbka wykańczająca

W stanie miękkim
wiórkowanie – podstawa
1. Narzędzie do wiórkowania – wykorzystanie zębatki, występuje duże pochylenie zębów; cienka warstwa usuwana i poprawia kształt

2. wiórkowanie krążkowe

3. dogniatanie powierzchni – zwiększa się wytrzymałość powierzchni dogniatanych

4. szlifowanie – metodą obwiedniową
Niles - ściernica ma zarys boku zęba zębatki
Maag – dwie ściernice o zarysach boków zęba zębatki
Reishauer - ściernica ślimakowa o zarysie zębatkowym


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
obróbka ubytkowa, TW
Test. Opracowane. zdane na 5, Semestr V, obróbka ubytkowa
Obróbka ubytkowa zestaw zagadnień na kolokwium
Obróbka ubytkowa zaliczenie wykładów Politechnika Lubelska
Notatka obróbka ubytkowa 1
Obróbka ubytkowa
karta T, Studia PWr W-10 MBM, Semestr VI, Obróbka Ubytkowa, OU projekt, obróbka ubytkowa projekt
Technologia obróbki ubytkowej odpowiedzi na pytania testowe
obróbka ubytkowa Frezowanie
cichosz,technika wytwarzania obróbka ubytkowa,frezowanie
[ŚCIĄGA] Zgrzewanie, Obróbka Ubytkowa, Ściągi
[ŚCIĄGA] Różne, Obróbka Ubytkowa, Ściągi
obrobka ubytkowa pytania 10
obrobka ubytkowa
cichosz,technika wytwarzania obróbka ubytkowa,narzędzia w obrobce wiórowej

więcej podobnych podstron