Ocena skrawalności różnych materiałów na podstawie pomiaru
siły i temperatury skrawania

1. Skrawalność materiałów i jej wskaźniki

Skrawalność - podatność materiału, w określonych warunkach obróbki, na zmiany objętości,
kształtu i wymiarów poprzez zeskrawanie warstwy tworzywa.

2. Rozkład składowych siły całkowitej przy toczeniu

3. Wielkości charakteryzujące zmienność siły w czasie skrawania

Dla scharakteryzowania zmienności siły używa się następujących pojęć:

Siła średnia

Amplituda siły

Współczynnik dynamiczności

Współczynnik udarności

Współczynnik stałości obciążenia

Współczynnik zmienności obciążenia

4. Wpływ różnych czynników na składowe siły całkowitej przy toczeniu

4. Wpływ różnych czynników na składowe temperatury przy toczeniu

1. Wpływ materiału obrabianego

- mała przewodność cieplna (stale wysokostopowe) = wysokie temp skrawania

- duża przewodność cieplna (stop lekkie i kolorowe) = niskie temp skrawania

- duża pojemność cieplna wióra = niższe temp skrawania

- duża twardość lub wytrzymałość na rozciąganie = duża temp skrawania

2. Wpływ materiału i kształtu ostrza

- duża pojemność cieplna i przewodność cieplna mat. ostrza = niska temp skrawania

- wzrost kąta natarcia = spadek temp skrawania

- wzrost kąta przyłożenia = wyższe temp skrawania

- wzrost promienia naroża = spadek temp skrawania

3. Wpływ warunków skrawania

- wzrost prędkości = wzrost temp skrawania mniej niż proporcjonalnie ze wzrostem
prędkości Q = (F_v * v) / 60

- wzrostu posuwu = spadek temp ostrza

- wzrost intensywności i sposobu chłodzenia ostrza = maleje temp skrawania

5. Sposoby pomiaru siły

Można mierzyć metodami:

1. Bezpośrednio

- zrównoważenie siły ciężarem

2. pośrednio

- pomiar momentu skrawania

- pomiar mocy skrawania

- pomiar odkształceń plastycznych

- pomiar odkształceń sprężystych

Metody realizuje się za pomocą urządzeń zwanych czujnikami, które badaną wielkość przekształcają w wielkość łatwą do pomiaru.

Czujniki można podzielić na parametryczne i generacyjne, wśród których wyróżnia się odmiany elektryczne i nieelektryczne.

Czujnikami parametrycznymi nazywamy czujniki, które przekształcają zmiany mierzonej wielkości na zmiany parametrów łatwych do pomiaru. Do takich czujników zaliczamy:

- pneumatyczne

- tensometryczne (rezystancyjne)

- indukcyjne

- pojemnościowe

- magnetosprężyste

- fotoelektryczne

Czujniki generacyjne wytwarzają podczas zmian wielkości mierzonej energie elektryczna lub mechaniczna. Zaliczamy do nich:

- mechaniczne

- hydrauliczne

- piezoelektryczne

- elektrodynamiczne

- termoelektryczne

Największe zastosowanie w pomiarach wielkości dynamicznych znalazły metody oparte na pomiarze wywołanych odkształceń sprężystych, a w szczególności czujniki tensometryczne.

5. Sposoby pomiaru temperatury

Metody pomiarów temperatury:

1. metody oparte na zasadzie pomiaru siły termoelektrycznej

- (1) obcego termoelementu

- (2) półobcego termoelementu

- (3) naturalnego termoelementu

2. metody oparte na innych zasadach

- kalorymetryczna

- termokolorów

- fotoelektryczne

a1) Metoda obcego termoelementu

Polega na wprowadzeniu termoelementu do otworu wykonanego w otworze narzędzia lub przedmiotu. Dno otworu powinno znajdować się możliwie blisko powierzchni, której temperaturę określamy. (0,3-0,5mm)

Zalety: możliwość stasowania normalnego termoelementu o znanej charakterystyce

Wady: niemożliwość pomiaru temp bezpośrednio na pracującej powierzchni, zmiana warunków cieplnych z powodu wprowadzenia termoelementu do otworu o innym przewodnictwie cieplnym, trudności przy wykonaniu otworu.

a2) Metoda półobcego termoelementu

Różni się od metody obcego termoelementu tym, że 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.

a3) Metoda naturalnego termoelementu

Polega na pomiarze siły termoelektrycznej w termoelemencie utworzonym przez materiały narzędzia i obrabiany lub dwa narzędzia z różnych materiałów. Wartość średniej temperatury skrawania odczytujemy bezpośrednio z charakterystyki wzorcowania.

Jednonarzędziowa

Termoelement tworzą tu: narzędzia i przedmiot obrabiany. „Gorącą spoiną” jest powierzchnia styku narzędzia z przedmiotem obrabianym i wiórem. W obszarze styku istnieje gradient temperatury, który sprawia, ze cała gorąca spoina może być uważana za zbiór elementarnych gorących spoin o różnych temperaturach. Miernik wskazuje pewna wypadkową wartość siły termoelektrycznej odpowiadającej temp skrawania pomiędzy Θ_max i Θ_min w obszarze styku narzędzia z materiałem obrabianym.

Dwunarzędziowa

Termoelementem są 2 noże tokarskie o jednakowej geometrii, wykonane z różnych materiałów narzędziowych. Obydwa noże zamocowane są w imaku nożowym i izolowane od siebie. Skrawanie odbywa się jednoczenie dwoma nożami z jednakowa prędkością skrawania, posuwem i głębokością.

6. Budowa i zasada działania tensometrycznego siłomierza tokarskiego.

Siłomierz wykonany w formie oprawki nożowej mocuje się w imaku tokarki tak, aby element odkształcalny (przetwornik) znajdował się poza podparciem.

Przetwornikiem tensometrycznym jest belka o przekroju prostokątnym z naklejonymi dwoma parami tensometrów oporowych. Belka pod wpływem działającego obciążenia przestrzennego ulega wraz z tensometrami odkształceniu, co powoduje niezrównoważenie mostka proporcjonalne do wywołującego je obciążenia.

zasada budowy