2.5. Obróbka elementów maszyn i obrabiarki

2.5.1. Obróbka skrawaniem

Obróbka skrawaniem, proces wytwarzania elementów maszyn, w którym przez oddzielenie warstwy materiału (naddatku obróbkowego) w postaci wióra, uzyskuje się wymagane: kształty, wymiary oraz strukturę geometryczną powierzchni (chropowatość). Obróbce skrawaniem można poddawać: metale, drewno, tworzywa sztuczne, szkło, itp. Obróbka skrawaniem jest realizowana za pomocą odpowiednich ruchów przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego: ruchu głównego (ruchu skrawania), nadawanego narzędziu lub przedmiotowi obrabianemu oraz dodatkowego ruchu posuwowego (narzędzia lub przedmiotu obrabianego), umożliwiającego skrawanie całego przedmiotu i uzyskanie wymaganego kształtu i wymiaru. Obróbkę skrawaniem dzieli się na: ręczną i mechaniczną, pierwsza: przeprowadza jest narzędziami trzymanymi w rękach (np. pilnikami) lub zamocowanymi w ręcznych maszynach (np. w wiertarkach elektrycznych), druga: wykonywa jest za pomocą obrabiarek skrawających.

Obróbka wiórowa jest wykonywana za pomocą narzędzi skrawających o jednoznacznie określonym kształcie i geometrii ostrza, do wyrobu tych narzędzi są stosowane głównie stale stopowe szybkotnące, węgliki spiekane metali trudno topliwych (wolframu, tytanu), spiekane tlenki glinu i cermetale. Do obróbki wiórowej zalicza się: toczenie, wytaczanie, zataczanie, wiercenie, rozwiercanie, pogłębianie, nawiercanie, frezowanie, struganie, dłutowanie, przeciąganie, gwintowanie, obróbkę kół zębatych, wiórkowanie.

Toczenie - obrabianemu przedmiotowi, głównie walcowemu, nadawany jest ruch obrotowy (ruch główny), a narzędzie (nóż tokarski, wiertło) wykonuje ruch posuwowy. Toczyć i gwintować można powierzchnie zewnętrzne i wewnętrzne (otwory). Narzędzie przesuwa się wzdłuż osi przedmiotu obrabianego (kształtowanie wału) i/lub wykonuje ruch prostopadły do osi przedmiotu (np. przecinanie, obróbka powierzchni czołowych, stożkowych).

Szczególne rodzaje toczenia: kopiowe - wykonywanie powierzchni o złożonych kształtach według kopiału, wykonywanie gwintów, obróbka zewnętrzna przy mocowaniu przedmiotu w kłach z zabierakiem.

Zataczanie - obróbka powierzchni kształtowych (np. frezów i krzywek o zarysie spirali Archimedesa) na tokarkach - zataczarkach.

Frezowanie - procesy obróbki powierzchni płaskich i kształtowych za pomocą wieloostrzowych narzędzi frezów. Frezowanie umożliwia obróbkę: płaszczyzn, rowków, gwintów, powierzchni kształtowych (np.: wpusty i wielowypusty) i uzębień. Wykonywane jest frezami - obrotowymi narzędziami wieloostrzowymi na obrabiarkach nazywanych frezarkami. Ruch główny (obrotowy) wykonywany jest przez narzędzie, podstawowe ruchy posuwowe frezowania są prostoliniowe i wykonuje je przedmiot obrabiany. Zastosowaniu narzędzi wieloostrzowych i dużych prędkości skrawania frezowanie umożliwia obróbkę z dużą wydajnością.

Struganie - obróbka powierzchni płaskich i kształtowych za pomocą noży strugarskich, gdzie ruch główny prostoliniowo-zwrotny wykonuje narzędzie (struganie poprzeczne i pionowe zwane dłutowaniem) lub przedmiot obrabiany (struganie wzdłużne). Dodatkowy ruch boczny wykonuje narzędzie lub przedmiot obrabiany.

Wytaczanie - sposób obróbki otworów (głównie w elementach odlanych, odkutych) za pomocą wytaczaków, wytaczadeł lub głowic nożowych. W zależności od konstrukcji obrabiarki, ruch główny obrotowy wykonuje przedmiot obrabiany lub narzędzie, ruch posuwowy - narzędzie lub przedmiot obrabiany, obydwa ruchy może też wykonywać narzędzie.

Wiercenie - wykonywanie otworów lub zwiększanie ich średnicy za pomocą wierteł.

Rozwiercanie - powiększanie średnicy otworu za pomocą rozwiertaków, rozróżnia się rozwiercanie zgrubne - zdzierakami oraz wykańczające - wykańczakami.

Pogłębianie - rozwiercanie, frezowanie części otworów na łby wkrętów, śrub, sworzni.

Wykonywanie nakiełków - wykonywanie za pomocą nawiertaków, specjalnych otworów - nakiełków dla ustalania położenia wałów w kle (kłach) podczas obróbki.

Gwintowanie - ręczne lub mechaniczne wykonywanie gwintów na obrabiarkach oraz metodami obróbki ściernej, plastycznej i odlewania. Ręcznie wykonywane są gwinty: narzynkami (gwintowanie zewnętrzne) lub gwintownikami (gwintowanie wewnętrzne). Mechanicznie na tokarkach: nożami kształtowymi, głowicami gwinciarskimi, narzynkami, gwintownikami, na specjalnych frezarkach: frezami krążkowymi i wielokrotnymi lub głowicami frezowymi, na gwinciarkach: gwintownikami, narzynkami lub głowicami gwinciarskimi.

Przeciąganie - proces obróbki, w której naddatek obróbkowy jest zdejmowany w czasie przejścia narzędzia zwanego przeciągaczem. Stosowane najczęściej w produkcji wielkoseryjnej i masowej, dzieli się na: przeciąganie wewnętrzne (np. otworów, rowków) i przeciąganie zewnętrzne powierzchni płaskich i kształtowych (np. kół zębatych). Procesem podobnym do przeciągania jest przepychanie — obróbka otworów przepychaczami.

Obróbka wiórowa uzębień (kół zębatych) może być przeprowadzana metodami: kształtową lub obwiedniową. W metodzie kształtowej - narzędzie (np. frez krążkowy) odwzorowuje swój zarys w materiale obrabianym, w obwiedniowej - złożony ruch narzędzia (o prostszym kształcie) względem przedmiotu obrabianego, nadaje żądany zarys zębom. Do obróbki uzębień metodą kształtową są stosowane obrabiarki ogólnego przeznaczenia - najczęściej frezarki, w metodzie obwiedniowej - specjalne obrabiarki do uzębień i specjalne narzędzia (zębatki, frezy ślimakowe, głowice frezarskie, dłuta). Obróbka wykańczająca kół zębatych jest realizowana najczęściej poprzez szlifowanie, rzadziej poprzez wiórkowanie.

2.5.2. Obróbka ścierna

Obróbka ścierna - proces obróbki elementów maszyn za pomocą ziaren ściernych luźnych lub związanych spoiwem, wielka liczba skrawających drobnych ostrzy ściernych o przypadkowej geometrii usuwa mikroskopijne cząstki materiału obrabianego, uzyskiwana jest wówczas duża dokładność i mała chropowatość powierzchni obrobionej. Narzędzia ścierne dzielą się na:

1. spojone, gdzie spoiwo wiąże ziarna materiału ściernego w zwartą całość - są to ściernice o kształcie brył obrotowych, segmenty ścierne oraz osełki ścierne,

2. nasypowe - arkusze, taśmy, krążki z papieru, tkaniny itp., na których naklejono warstwę materiału ściernego,

3. pasty ścierne i polerskie stanowiące zawiesinę drobnoziarnistego (naturalnego lub sztucznego) materiału ściernego w ośrodku o konsystencji ciekłej lub stałej. Jako materiały ścierne stosowane są m.in.: korund, elektrokorund, kwarc, węgliki krzemu i boru, diamenty.

Podstawowe rodzaje obróbki ściernej to: szlifowanie, docieranie, gładzenie, dogładzanie oscylacyjne, obróbka strumieniowo-ścierna, wygładzanie w pojemnikach, polerowanie.

Szlifowanie - przeprowadza się na szlifierkach. Polega na usuwaniu naddatku obróbkowego za pomocą narzędzi - ściernic, o wielkiej nieokreślonej liczbie i kształcie ostrzy. Umożliwia obróbkę materiałów o dużej twardości. W czasie szlifowania ruch główny wykonuje ściernica, obracająca się wokół własnej osi. Ruch posuwowy - w zależności od odmiany szlifowania - może wykonywać przedmiot obrabiany lub ściernica. Szlifowanie stosowane jest głównie do obróbki wykańczającej przedmiotów, rzadko zgrubnej.

Docieranie - obróbka powierzchni za pomocą narzędzi zwanych docierakami i zawiesiny materiałów ściernych (pasty), materiał ścierny umieszczony między narzędziem i powierzchnią obrabianą wygładza ją dzięki naciskom i ruchom narzędzia (mechanicznym lub ręcznym) lub przedmiotu obrabianego. Docieranie przeprowadza się dla uzyskania bardzo dużej dokładności.

Gładzenie (hening) - obróbka, przede wszystkim otworów, zastępująca szlifowanie, docieranie i polerowanie, usuwanie naddatku odbywa się za pomocą osełek ściernych, zamocowanych w głowicy wykonującej ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny.

Dogładzanie oscylacyjne (superfinisz) - obróbka zapewniająca dużą gładkość powierzchni obrobionej, narzędzia ścierne (osełki), dociskane z niewielką siłą do powierzchni obrabianej, wykonują złożone ruchy, w tym ruch oscylacyjny (drgania o częstości do 2-3 tys. drgań na min. i o amplitudzie do kilku mm,).

Polerowanie — obróbka ścierna poprawiająca gładkość powierzchni, również nadająca połysk. Polerowanie jest przeprowadzane za pomocą past lub emulsji ściernych zawierających miękkie materiały ścierne (np. tlenki metali), naniesionych na specjalne narzędzia polerskie (np. tarcze obłożone suknem, skórą, wojłokiem).

2.5.3. Obrabiarki

Obrabiarki, maszyny do kształtowania przedmiotów z metalu, tworzywa sztucznego, drewna za pomocą odpowiednich narzędzi.

Ważniejsze zespoły i elementy obrabiarek skrawających:

1. korpus - konstrukcje nośne obrabiarki, w skład obrabiarki wchodzi zwykle kilka korpusów, wśród nich korpus główny (np. łoże, stojak lub słup),

2. wrzeciennik - zespół obrabiarki, w którym są umieszczone elementy wykonujące główny ruch obrotowy,

3. Uchwyty zaciskowe - do mocowania przedmiotów obrabianych

3. skrzynka prędkości - skrzynka przekładniowa umożliwiająca uzyskanie wielu prędkości obrotowych wrzeciona,

4. skrzynka posuwów - skrzynka przekładniowa umożliwiająca uzyskanie wielu prędkości posuwu narzędzia,

5. suport - zespół obrabiarki wykonujący ruch posuwowy, z zamocowanymi na nim saniami,

6. sanie wzdłużne i poprzeczne - umożliwiają ruch wzdłużny i poprzeczny, stanowią podstawę zespołów: imaków nożowych, wrzecienników i specjalnych urządzeń do obróbki,

7. imak nożowy - zespół obrabiarki do mocowania narzędzi skrawających, głównie noży,

8. stół - ruchoma płyta, zwykle frezarki, do zamocowania przedmiotów obrabianych (bezpośrednio lub w uchwytach),

9. głowica rewolwerowa - zespół obrabiarki (np. tokarki rewolwerowej) do osadzania narzędzi wprowadzanych do pracy, ręcznie lub automatycznie, w określonej kolejności,

10. suwak - element lub zespół obrabiarki wykonujący wraz z narzędziem główny ruch prostoliniowy, najczęściej posuwisto-zwrotny, w strugarkach, dłutownicach, przeciągarkach,

11. konik - zespół obrabiarki kłowej (głównie tokarki, szlifierki), służący do podparcia za pomocą kła obrabianych przedmiotów w kształcie wałków oraz mocowania wiertła.

Zależnie od sposobu obróbki maszyny dzieli się na:

1. obrabiarki skrawające - zwane obrabiarkami, kształtują elementy maszyn poprzez obróbkę skrawaniem (przez oddzielenie nadmiaru materiału). Podstawowe grupy obrabiarek skrawających to: tokarki, wiertarki, frezarki, wytaczarki, piły, strugarki, przeciągarki, obrabiarki specjalne, linie obrabiarkowe,

2. obrabiarki do obróbki plastycznej - plastycznie odkształcają materiał w celu nadania mu wymaganego kształtu (prasy, walcarki, kuźniarki, kowarki, giętarki, wyoblarki i inne),

3. obrabiarki specjalne - erozyjne, laserowe.

W każdej grupie obrabiarek można określić podgrupy, zależnie od przeznaczenia, zastosowań, konstrukcji, stopnia automatyzacji, sposobu sterowania itp.

2.5.4. Szlifierki

Szlifierki, podobnie jak inne obrabiarki, podzielić można następująco:

1) szlifierki ogólnego przeznaczenia, umożliwiające obróbkę, różnych powierzchni na dowolnych elementach obrabianych,

2) szlifierki specjalizowane, umożliwiające obróbkę określonych powierzchni na dowolnych elementach obrabianych,

3) szlifierki specjalne, dostosowane do wykonywania określonych operacji na wybranych elementach w określonych gałęziach przemysłu.

Najszerzej stosowane są szlifierki ogólnego przeznaczenia do: wałków, otworów, płaszczyzn i gwintów. Szlifierki do wałków wykonywane są jako kłowe oraz bezkłowe.

2.5.5. Sztuczne materiały ścierne

Do najczęściej stosowanych sztucznych materiałów ściernych należą:

1. Diament syntetyczny (SD) - ziarna diamentu syntetycznego w porównaniu z naturalnym, są bardziej kruche (przez co są bardziej podatne na samoostrzenie) oraz szorstkie (łatwiejsze utrzymywanie ziaren w spoiwie ściernic). Diament syntetyczny stosowany jest do wykonywania: ściernic, obciągaczy diamentowych, past polerskich oraz do docierania.

2. Regularny azotek boru (BN), nazywany również borazonem (USA, Polska), elborem lub kubonitem (Rosja). Charakteryzuje się, w porównaniu z diamentem, większą odpornością termiczną i zbliżoną twardością. Stosowany jest do wykonywania ściernic oraz past polerskich i do docierania.

3. Węglik krzemu (C), nazywany również karborundem, Węglik krzemu cechuje się dużą twardością, odpornością, na wysokie temperatury i kruchością. Ziarna jego mają bardzo ostre krawędzie, a tym samym dobre własności skrawne. Stosowany jest do wykonywania ściernic przeznaczonych do szlifowania materiałów twardych i kruchych (np.: węglików spiekanych, szkła), a także materiałów plastycznych o małej wytrzymałości (np.: miedzi, stopów lekkich, gumy).

4. Elektrokorund (A), który - w porównaniu z korundem - charakteryzuje się większą jednorodnością i mniejszą zawartością domieszek. Stosowany jest głównie do produkcji ściernic.

34

---