plik

1. Klasyfikacja obróbki ubytkowej (obróbka skrawaniem i erodowaniem).

OBRÓBKA UBYTKOWA:
a) Obróbka skrawaniem – usuwanie określonej objętości materiału narzędziami

zaopatrzonymi w klinowe ostrza twardsze od materiału obrabianego:
- Obróbka wiórowa – dokonywana narzędziami o znanej liczbie i kształcie ostrzy, a
naddatek usuwany jest w postaci wióra o określonym kształcie i wymiarach. Rys.1.1
- Obróbka ścierna – dokonywana narzędziami zaopatrzonymi w ostrza o nieznanej liczbie
i kształcie, a naddatek usuwany jest w postaci cząsteczek wyrywanych siłą tarcia niekiedy
mikro-skrawanie, przy czym usuwane produkty ulęgają utlenianiu. Rys.1.2

b) Obróbka erozyjna – erozja to warstwowe usuwanie materiału w wyniku odprysków

materiału w fazie stałej oraz topienia i parowania materiału obrabianego.
- Obróbka elektroerozyjna – wykorzystuje energię wyładowań elektrycznych pomiędzy
elektrodami przy czym jedna elektroda to narzędzie, a druga to materiał obrabiany.
Rys.1.3
- Obróbka elektrochemiczna – wykorzystuje energię. Która zachodzi pomiędzy
elektrodami, a elektrolitami.
- Obróbka strumieniowo erozyjna – wykorzystuje różne cząsteczki o różnym stopniu
koncentracji elektrycznej np. plazma, strumień fotonów (czyli laser).

2. Istotne różnice pomiędzy obróbką wiórową, a ścierną.

Obróbka wiórowa to nadawanie kształtu przedmiotom za pomocą narzędzi usuwających
warstwowo naddatek materiału obrabianego

Podczas takiej obróbki powstają

charakterystyczne wióry

którym zawdzięcza swą nazwę.

Przykładowe narzędzia używane do obróbki wiórowej:
• wiertło

• frez

• nóż tokarski

• rozwiertak

• wytaczak itp.
Obróbka wiórowa może być wykonywana na maszynach takich jak:
• wiertarki,
• frezarki

• tokarki

• wytaczar

Obróbka ścierna jest rodzajem obróbki skrawaniem

w której narzędziem skrawającym są

ziarna ścierne luźne albo w postaci pasty

tarczy

osełki

papieru lub płótna ściernego

Liczba

ostrzy skrawających i ich geometria są niezdefiniowane

Obróbka ścierna charakteryzuje s

najczęściej bardzo małą głębokością skrawania.
Przykłady obróbki ściernej

•

szlifowanie,

•

docieranie,

•

gładzenie,

•

dogładzanie,

•

wygładzanie,

•

polerowanie,

•

piaskowanie.

Budowa narzędzi skrawających i ich geometria.

Geometria ostrza. Rys.2.5, 2.6
PKS – pomocnicza krawędź skrawająca.
GKS – główna krawędź skrawająca.
PN – powierzchnia natarcia – spływa po niej wiór.
GPP – główna powierzchnia przyłożenia – powierzchnia noża przylegająca do powierzchni
skrawania.
PPP – pomocnicza powierzchnia przyłożenia .

Rodzaje naroża:
- naroże punktowe, Rys. 2.7
- naroże promieniowe lub zaokrąglone, Rys. 2.8
- naroże ścinowe. Rys. 2.9

Geometria ostrza w układzie narzędzi.  Rys.2.11, 2.13 oraz 3.3/43

- główny kąt przystawienia,

– kąt naroża,

- kąt przystawienia pomocniczy,

- kąt przyłożenia,

- kat natarcia,

– główny kąt przyłożenia,

– główny kąt natarcia.

– zależą od umocowania narzędzia wokół osi obrotu.

= 180

Wszystkie kąty wymiarowe w głąb narzędzia mają wartości dodatnie lub ujemne z wyjątkiem
kąta

, który musi zawsze być wielokrotnie większy od 0

– w każdej płaszczyźnie przekroju

co najmniej 5

. Rys.2.12

Płaszczyzny odniesienia w układzie narzędzia. Rys. 2.10, oraz 3.2/42
W płaszczyźnie podstawowej możemy wyznaczyć położenie głównej i pomocniczej krawędzi
oraz kąty.
P

– płaszczyzna boczna lub posuwowa,

– płaszczyzna tylna,

- płaszczyzna podstawowa,

– płaszczyzna skrawająca,

- płaszczyzna przekroju głównego.

4. Materiały na ostrza skrawające do obróbki wiórowej, zakresy zastosowania.

Materiał stosowane na narzędzia skrawające muszą być zdecydowanie twardszy od materiału
skrawającego. 35 – 40 HRC – materiał taki musi być o 20 stopni twardszy. Od materiału
wymagamy twardości. Materiał narzędziowy powinien zachowywać wysoka twardość w
wysokich temperaturach. Powinien charakteryzować się dobrą przewodnością cieplną,
wytrzymałością na zginanie i skręcanie.

Podstawowe materiały narzędziowe:
1) Stale narzędziowe:

- Stale węglowe: posiadają podwyższoną zawartość węgla co umożliwia zahartowanie do
65HRC.
N7-12 (cyfry oznaczają procentową zawartość węgla w 0,1%) E – płytko hartujące.
Temperatura pracy do 250

C. Wykonujemy z nich narzędzia do obróbki ręcznej, do

obróbki mechanicznej (materiały łatwo skrawalne: guma, drewno).
- Stale narzędziowe stopowe:
W, V, K, Cr, Mo – tworzą się z nich węgliki (do kilku %), twardość ok. 65 HRC, temp. pracy
do 350

C. Zawartość dodatków węglikowych do 10% np.:

NC6 – 6%Cr,
NMV – Mo, V.
- Stale szybkotnące: wysokostopowe, zawartość dodatków stopowych do 25% np.:
SW18 – 18%W,
SW7M – 7%W, 10%Mo,
SW12C – 12%C i kilka %Cr.
Temperatura pracy do 570

C, węgliki dodatków (stopowych) metalicznych tworzą tzw.

segregację węglikową, która jest znaczną wadą, preferowany proces tworzenia to
metalurgia proszków, stale szybkotnące podlegają pokrywaniu powłokami
(najpopularniejsza to TiN – daje złotą barwę).

2) Węgliki spiekane:

- Węgliki wolframu: WC + Co (lepiszcze – spoiwo). Temp. pracy 850

C – 950

C, twardość

90HRA.
- WC + TiC + Co (spoiwo):
P – do obróbki materiałów plastycznych,
K – do obróbki materiałów kruchych,
M – grupa uniwersalna.

3) Ceramika narzędziowa:

- Grupa tlenkowa na bazie Al

– ceramika biała – obróbka bez chłodzenia i gdy nie ma

gwałtownych skoków, nie odporna na skoki temp., temp. pracy do 1100

+ TiC – wtedy ceramika mieszana czarna, odporna na skoki temp., można skrawać

materiał do 65HRC.
- Grupa krzemowa na bazie Si

– ceramika krzemowa, temp. pracy ok. 1200

twardość ok. 2000HV.

4) Super twardy materiał narzędziowy:

- Diament:

Polikrystaliczny (PKO) – otrzymany jako syntetyczny proszek spiekany do brył
przestrzennych, drogi materiał.
Monokryształ (MKD) – diament naturalny. Nie nadaje się do obróbki materiału na bazie
żelaza.
- Polikrystaliczny PCBN – azotek boru sześcienny spiekany do postaci o różnych formach.
Do obróbki zahartowanych materiałów i innych.

5. Materiały na narzędzia do obróbki ściernej.

MATERIAŁY NASYPOWE

papiery i płótna ścierne,
taśmy bezkońcowe,
krążki fibrowe samo przyczepne,
ściernice listkowe

talerzowe

trzpieniowe

nasadzane,

włóknina szlifierska,
siatki ścierne,
szczotki druciane.
TARCZE DIAMENTOWE:
tarcze do cięcia, ostrzenia narzędzi

szlifowana powierzchni płaskich i wałków.

MATERIAŁY POLERSKIE:
pasty polerskie,
krążki polerskie z włókniny

filcowe,

trzpieniówki polerskie z włókniny

filcowe,

galanteria polerska.
MATERIAŁY POMOCNICZE

dyski mocujące.
PROSZKI ŚCIERNE:
elektrokorund zwykły

szlachetny

różowy,

węglik krzemu czarny, zielony.

Parametry technologiczne skrawania, definicje i miary.

Dzielimy obróbkę skrawaniem na sposoby skrawania ze względu na kinematykę i narzędzia

toczenie,

struganie i dłutowanie,

przeciąganie,

- wiercenie,
- frezowanie,

nacinanie gwintów,

- nacinanie uzębień.
Rys.1.4

W zależności na uzyskiwanie dokładności pomiarowej i chropowatość

- o

róbka zgrubna,

- kształtująca dokładna,

- bardzo dokładna.
Ruchy p

rzy

awcze

umie

sca

ą na

zędz

wł

aśc

wej pozycj

w stosun

u do

ał

u obrab

anego

Podział ruchów pomiędzy narzędziem, a materiałem obrabianym. Wyróżnia się dwie grupy:
a) Ruch główny – umożliwia jednorazowy styk narzędzia z materiałem. Jest ruchem

obrotowym, albo narzędzia, albo materiału obrabianego.

Prędkość liniowa w skrawaniu:

, gdzie V

– prędkość skrawania, n – prędkość obrotowa.

, D – największa średnica.

Rys.1.5

Ruch pomocniczy – ruch posuwowy – miarą prędkości w tym ruchu jest tzw. posuw.
Rys.1.6
f [mm/obr], f

[mm/ostrze]

f – determinuje grubość wióra, decyduje o jakości powierzchni obrobionej.
Prędkość liniowa:

, gdzie z – liczba ostrzy. Rys.1.7

– głębokość skrawania – odległość powierzchni obrabianej od powierzchni

obrobionej.

Czas maszynowy, czas skrawania, przykłady obliczeń.

Czas maszynowy – czas równoczesnego działania ruchu głównego i posuwowego
niezbędnego do przeprowadzenia operacji związanych z procesami skrawania.

, gdzie L – droga, V

– prędkość, a

– głębokość skrawania, q – całkowity

naddatek obróbkowy.

, gdzie l

– droga dobiegu, l

– droga skrawania, l

– droga wybiegu, f

– posuw, n – prędkość obrotowa.
Toczenie: Rys.2.1
l

= 1,2,3 mm

Gdy włączymy ruch posuwowy to mierzymy czas maszynowy.
l

– jest uwarunkowana geometrycznie, jest często bardzo krótka.

Wiercenie: Rys.2.2
Frezowanie walcowe: Rys.2.3, 2.4

Czas skrawania ts jest czasem kontaktu ostrza z materiałem obrabianym bez czasu wcinania i

Wychodzenia.

8. Siły, moc i temperatura skrawania. Jakościowy i ilościowy wpływ różnych

czynników na wymienione wielkości.

Siły skrawania – jest to pewna miara niezbędna, przy projektowaniu procesu
technologicznego. Rys.3.2
F

– siła główna - służy zapotrzebowaniu mocy,

– siła odporowa – w obróbce dokładnej staramy się ją zminimalizować, ponieważ będzie

zachowywać się nieprzewidywalnie, będzie powodować niedokładności wymiarowe
obrabianego elementu (przejście z jednej średnicy na drugą), Rys.3.4
F

– siła posuwu – ma najmniejszy wpływ na przebieg procesu.

Rys.3.3

, gdzie C – stała materiałowa (dotyczy obrabianego elementu), f –

posuw, a

– głębokość skrawania,

- iloczyn współczynników proporcjonalności.

u≈0,75, e≈1

, gdzie

z uwagi na twardość,

z uwagi na kąt natarcia.

Dwukrotny wzrost a

spowoduje dwukrotny wzrost F. Wyk.3.6

Czynniki mające wpływ na siłę skrawania:
1) Materiał obrabiany: Wyk.3.7
2) Ostrze skrawające:

a) Materiał ostrza: zmienia tarcie pomiędzy ostrzem, a materiałem obrabianym,

praktycznie nie wpływa na siłę skrawania.

b) Geometria ostrza: wpływa na siłę skrawania. Wyk.3.8, 3.9, 3.10 i Rys.3.5 i 3.6.

Jeżeli chcemy mieć małą F

, to wybieramy największy kąt

. Rys.3.7

Parametry skrawania.

Praca skrawania. Wyk.3.11
Moc:

Ciepło: ilość ciepła wydzielanego podczas skrawania. Rys.3.8, 3.9 i Wyk.3.12, 3.13

Najkorzystniej jest zwiększać a

, ponieważ nie wpływa ona na temperaturę procesu.

Natomiast zmniejszamy posuw (czas skrawania).
Wpływ geometrii ostrza na temp. procesu: Rys.3.10 i Wyk.3.13 i 3.14.

9. Zużycie ostrza, przyczyny (mechanizmy) i objawy zużycia.

Przyczyny zużycia (pierwotne)

Postacie zużycia

Siła mechaniczna

Zużycie ścierne
Zużycie wytrzymałościowe
Deformacja plastyczna

Zmienna siła lub temperatura

Zużycie zmęczeniowe

Adhezja - zbliżenie dwóch ciał na odległości
międzyatomowe

Połączenia tarciowe I stopnia

Dyfuzja – wyższa temperatura niż w adhezji

Połączenia tarciowe II stopnia (obszar styku –
zgrzany, zespawany)

Utlenianie

VB – zużycie ostrza, f – posuw, a

– głębokość skrawania, Z – zużycie,

– prędkość skrawania, r

– promień naroża ostrza, κ

– kąt przystawienia głównej krawędzi

skrawającej , α – kąt przyłożenia , γ – kąt natarcia , Θ – ciepło skrawania

Czas maszynowy

















(lepszy wariant) oszczędzamy ostrze

Optymalny czas maszynowy



constans (mniejsze zużycie ostrza).

11. Stępienie ostrza i jego kryteria.

Kryteria stępienia ostrza :

1) fizyczne – ostrze stępione kiedy traci właściwości skrawające ( III

okres eksploatacji ostrza)

2) technologiczne – ostrze stępione, kiedy przekroczona zostaje tolerancja wymiarowa

przedmiotu obrabianego lub chropowatość powierzchni obrobionej
( II okres eksploatacji ostrza)

3) ekonomiczne – stosowane do narzędzi drogich lub unikatowych;

ostrze stępione, kiedy osiągamy maksymalną żywotność ostrza.

Stępienie ostrza – osiągnięty w wyniku zużycia taki stan ostrza, który umownie
charakteryzuje utratę właściwości skrawnych (nie nadaje się do skrawania).
O stępieniu może decydować przyrost chropowatości wywołany zużyciem, sił skrawania,
temperatury.

12.

Okres trwałości ostrza.

Okres trwałości ostrza jest to czas pracy ostrza w stałych nie zmienionych warunkach
skrawania, aż do osiągnięcia stępienia.

13. Trwałość ekonomiczna i wydajnościowa.

Trwałość ekonomiczna





















)

(









gdzie: T

– trwałość ekonomiczna, t

– czas zmiany ostrza, t

– czas skrawania, t

– czas

maszynowy, K

– koszt narzędzia, K

– koszt obrabiarkowe

– prędkość ekonomiczna, v

– prędkość wydajnościowa

Trwałość wydajnościowa:







)

(



gdzie: T

– trwałość wydajnościowa

gdzie: W – wydajność, t

– czas jednostkowy

Okresowa prędkość skrawania - jest to prędkość v

, która zapewnia określoną trwałość

ostrza, np. v

= 100m/min (oznacza trwałość ostrza przez 30 min przy prędkości 100m/min)

14. Definicja warstwy wierzchniej i jej kompleksowa charakterystyka.

Warstwa wierzchnia – jest to część materiału obrobionego leżąca przy zewnętrznej fizycznej
powierzchni o zmienionej w stosunku do rdzenia właściwościach - geometrycznych,
fizycznych, chemicznych.

Symbole warstwy wierzchniej : WW(Warstwa wierzchnia), TWW(Techniczna Warstwa
wierzchnia), EWW.
Kompleksowa charakterystyka WW - obejmuje opis właściwości geometrycznych tzn.
chropowatość, falistość i udział materiałowy oraz właściwości fizyczne tj. mikrostruktura,
odkształcenia plastyczne, naprężenia w warstwie wierzchniej.

wykres przedstawiający profil chropowatości

wykres udziału materiałowego

zdjęcie mikrostruktury

wykres twardości obróbkowych w głąb materiału

wykres naprężeń obróbkowych w głąb materiału

15. Chropowatość teoretyczna i rzeczywista powierzchni obrobionej. Wpływ różnych

czynników na właściwości warstwy wierzchniej (geometryczne i fizyczne).

Wpływ różnych czynników na właściwości geometryczne i fizyczne.



- mówimy o chropowatości,

1000



- falistość,

1000



- błąd kształtu.

- Chropowatość teoretyczna





, gdzie f – posuw, r

– promień naroża ostrza.

– chropowatość teoretyczna, R

– chropowatość rzeczywista, R – chropowatość .

- Chropowatość rzeczywista jest to suma wszystkich chropowatości:

str

narost





- Zależność chropowatości powierzchni materiału obrobionego od prędkości skrawania
z uwzględnieniem NAROSTU.

- Parametry informujące o wysokości fali (z wykresu profilu chropowatości:
R

, R

(constans).

- Wpływ kształtu profilu chropowatości na udział materiałowy [%] przykładowe profile:

Wykres udziału materiałowego dla przykładowych profili: