Technologia Budowy Maszyn

Sprawozdanie: Wpływ parametrów skrawania na chropowatość powierzchni

Rafał Pradelok

ZiIP (zaoczne)

Semestr VII

ZZC

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z wpływem poszczególnych parametrów geometrycznych i technologicznych na chropowatość obrabianej powierzchni oraz z warsztatowymi metodami pomiaru chropowatości.

2. Wyposażenie stanowiska

Tokarka produkcyjna lub uniwersalna, nóż z płytka skrawającą wymienną o różnych promieniach zaokrąglenia krawędzi skrawającej, wałek stalowy, suwmiarka uniwersalna, chropowatościomierz przenośny, komplet wzorców chropowatości, lupoa, promieniomierz

3. Wiadomości ogólne

Na chropowatość powierzchni przy toczeniu wpływają następujące czynniki:

• Rodzaj materiały skrawanego,

• Warunki skrawania

• Geometria ostrza

• Stępienie ostrza

• Ciecze obróbkowe

• Statystyczna i dynamiczna sztywność układu OUPN

1. Teoretyczna wysokość nierówności przy toczeniu

Nierówności powierzchni obrabianej powstają na skutek odwzorowania się naroża ostrza noża. Najczęściej spotykany jest przypadek, kiedy na powierzchni odwzorowuje się tylko łuk (zaokrąglenie) wierzchołka noża. Wtedy teoretyczna wysokość nierówności zależy tylko od posuwu
i promienia zaokrąglenia naroża
i można ją określić w przybliżeniu następującym równaniem:




Dodatkowo na kształtowanie się nierówności powierzchni maja także zjawiska fizykalne towarzyszące procesowi tworzenia wióra. Tak więc rodzaj powstającego wióra, jego spęczenie, zjawisko narost oraz odkształcenia sprężyste materiału skrawanego, powodują że rzeczywista wysokość nierówności znacznie odbiega od wysokości teoretycznej.

2. Wpływ zmiennych czynników na chropowatość powierzchni

1. Wpływ materiału skrawanego i prędkości skrawania

Prędkość skrawania w procesie toczenia jest prędkością ruchu pomiędzy narzędziem i przedmiotem obrabianym (jest to prędkość, z jaką narzędzie skrawa przedmiot obrabiany). W przypadku toczenia prędkość skrawania odpowiada prędkości obwodowej na średnicy toczenia i oblicza się ja z wzoru:




gdzie: d [mm] - średnia przedmiotu obrabianego

n [obr/min] - obroty wrzeciona


3,14

2. Wpływ posuwu

Posuw w przypadku toczenia określa odległość o jaką przemieszcza się narzędzie podczas jednego pełnego obrotu przedmiotu obrabianego. Wyraża się wzorem:\




gdzie:
- prędkość posuwu

n [obr/min] - prędkość obrotowa wrzeciona

3. Wpływ parametrów warstwy skrawanej

Głębokość skrawania (dosuw) a_p stanowi odległość pomiędzy powierzchni, która ma być skrawana, oraz powierzchnią już obrobioną. Głębokość ta jest zawsze mierzona pod kątem prostym do kierunku ruchu posuwowego narzędzia. Wartość tą określa się wzorem:




gdzie: d [mm] - średnica przedmiotu obrabianego przed obróbką

d₁ [mm] - średnica przedmiotu już obrobionego.

4. Wpływ geometrycznych parametrów ostrza

Z geometrycznych parametrów ostrza, największy wpływ na chropowatość powierzchni ma promień zaokrąglenia naroża noża. Jak wynika z zależności teoretycznej, im większy promień zaokrąglenia naroża r tym mniejsza jest nierówność R_z. Jednak w rzeczywistości wysokość nierówności jest większa im mniejsza jest prędkość skrawania. Wypływ na to zjawisko oprócz wielkości promienia naroża r, mają wpływ odkształcenia plastyczne materiału obrabianego. Przy mniejszych kątach przystawienia uzyskuje się mniejszą chropowatość powierzchni.

5. Wpływ stępienia ostrza

Wlew oddziaływania stępienia ostrza na chropowatość powierzchni zależy od materiału z którego zostało ostrze wykonane. W przypadku stali szybkotnących w początkowych stadiach obróbki obserwuje się polepszenie chropowatości powierzchni na skutek zwiększenia promienia zaokrąglenia naroża wywołanego zużycie. Po przekroczeniu wartości krytycznej następuje pogorszenie chropowatości powodowanej rysami na powierzchni tarcia.

6. Wpływ cieczy chłodząco-smarujących

Ciecze chłodząco-smarujące z odpowiednimi dodatkami zmniejszają tarcie i odkształcenia plastyczne, ułatwiają skrawania, polepszają gładkość powierzchni. Stosowanie cieczy chłodząco-smarujących zmniejszają intensywność zużycia ostrza, co odbija się korzystnie na chropowatości powierzchni.

Po przekroczeniu pewnej prędkości skrawania wpływ cieczy chłodzących na chropowatość zanika.

7. Wpływ sztywności układu i drgań

Doświadczenia wykazują, że sztywność statyczna układu OPN wpływa na chropowatość powierzchni, jednak między ta sztywnością, a wysokością nierówności R_z brak określonej zależności liniowej.

Drgania noża lub przedmiotu o niskich częstotliwościach, wywierają niekorzystny wpływ na chropowatość. Drgania przyspieszają zużycie się ostrza co wywiera określony wpływ na chropowatość powierzchni.

3. Chropowatości powierzchni

Chropowatość powierzchni jest to zbiór bardzo drobnych wzniesień i wgłębień (o wysokości mikronierówności) występujących na tej powierzchni.

Im mniejsza jest chropowatość powierzchni (czyli im większa jest gładkość), tym większa jest jej odporność na ścieranie i korozję oraz tym większa jest wytrzymałość zmęczeniowa części maszynowe. Poza tym pasowania części maszynowych są pewniejsze (dłużej zachowują swój charakter), gdy współpracujące powierzchnie obu części są gładkie, ze względu na dużą powierzchnię przylegania.

Według normy PN-87/M-04251 przyjęto do określenia wartości liczbowych chropowatości dwa parametry:

1. Średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej Ra - średnia arytmetyczna bezwzględnych wartości odległości: y₁,y₁,…,y_n punktów profilu zaobserwowanego od linii średniej, na długości odcinka elementarnego l_e.

W przybliżeniu:





2. Wysokość chropowatości według dziesięciu punktów profilu Rz - średnia odległość pięciu najwyżej położonych wierzchołków od pięciu najniżej położonych wgłębień profilu zaobserwowanego, na długości odcinka elementarnego l_e, mierzona od linii odniesienia równoległej do linii średniej.







Rodzaj obróbki	Ra	Rz
Toczenie lub wytaczanie zgrubne	80-5	320-20
Toczenie lub wytaczanie wykańczające	5-1,25	20-6,3
Toczenie lub wytaczanie gładkościowe	1,25-0,32	6,3-1,6
Wiercenie i pogłębianie	20-2,5	80-10
Rozwiercanie wstępne	5-1,25	20-6,3
Rozwiercanie wykańczające	2,5-0,63	10-3,2
Frezowanie zgrubne	20-2,5	80-10
Frezowanie wykańczające	2,5-0,63	10-3,2
Struganie zgrubne	80-5	320-20
Struganie wykańczające	5-0,63	20-3,2
Przeciąganie wstępne	10-1,25	40-6,3
Przeciąganie wykańczające	1,25-0,32	6,3-1,6
Szlifowanie płaszczyzn zgrubne	10-2,5	40-10
Szlifowanie płaszczyzn wykańczające	1,25-0,32	6,3-1,6
Szlifowanie otworów zgrubne	5-2,5	20-10
Szlifowanie otworów wykańczające	1,25-0,32	6,3-1,6
Szlifowanie wałków zgrubne	5-1,25	20-6,3
Szlifowanie wałków wykańczające	1,25-0,32	6,3-1,6
Docieranie (lapping)	0,63-0,08	3,2-0,4
Docieranie pastą diamentową	0,32-0,16	1,6-0,8
Gładzenie (honing)	0,32-0,04	1,6-0,2
Docieranie chemiczno-mechaniczne	1,25-0,16	6,3-0,8
Polerowanie	1,25-0,01	6,3-0,05
Obróbka elektroiskrowa	20-0,32	80-1,6

4. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia i obliczeń stwierdzono, iż wraz za wzrostem posuwu wartość chropowatości R_a zwiększała się tj. chropowatość powierzchni ulegała pogorszeniu. Wzrost prędkości skrawania powodował zmniejszenie wartości chropowatości powierzchni R_a tj. chropowatość powierzchni stawała się gładsza.

Zaobserwowano iż wartość chropowatości powierzchni Ra zwiększa się wprost proporcjonalnie do posuwu oraz odwrotnie proporcjonalnie do prędkości skrawania

Wzrost posuwu pogarsza jakość otrzymywanej chropowatości Ra

5. Protokół z badań

Tabela 1.

L.p.	Posuw f	Średnica d	Obroty wrzeciona n	Głębokość skrawania ap	Chropowatość Ra			Prędkość skrawania VC	UWAGI
			[mm]		[mm]
												I	II	Śr
1	0,2	60				450		1,2		1,6	1,4	85
2	0,8							8,4		9	8,7
3
4

Tabela 2.

L.p.	Posuw f	Średnica d	Obroty wrzeciona n	Głębokość skrawania ap	Chropowatość Ra			Prędkość skrawania VC	UWAGI
			[mm]		[mm]
												I	II	Śr
1	0,8			60		295		7,8	8,2	8	55,6
2						450		8,4	9	8,7	84,8
3						560		6,2	6,8	6,5	105,5
4						710		4,8	5,2	5	133

Prędkość skrawania została obliczona ze wzoru


Wykres zależności pomiędzy posuwem, a uzyskaną chropowatością





Wykres zależności pomiędzy prędkością skrawania, a uzyskaną chropowatością.





1

0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Posuw [
]

Ra

55,6

84,8

105,5

133

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

20

40

60

80

100

120

140

prędkość skrawania


Ra

---