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

k

i.

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

i

ę

najczęściej bardzo małą głębokością skrawania.
Przykłady obróbki ściernej

:

•

szlifowanie,

•

docieranie,

•

gładzenie,

•

dogładzanie,

•

wygładzanie,

•

polerowanie,

•

piaskowanie.

3.

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

0

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

, który musi zawsze być wielokrotnie większy od 0

0

– w każdej płaszczyźnie przekroju

co najmniej 5

0

. 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

f

– płaszczyzna boczna lub posuwowa,

P

p

– płaszczyzna tylna,

P

r

- płaszczyzna podstawowa,

P

s

– płaszczyzna skrawająca,

P

0

- 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

0

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

0

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

0

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

0

C – 950

0

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

2

O

3

– ceramika biała – obróbka bez chłodzenia i gdy nie ma

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

0

C.

Al

2

O

3

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

materiał do 65HRC.
- Grupa krzemowa na bazie Si

3

N

4

– ceramika krzemowa, temp. pracy ok. 1200

0

C,

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.

6.

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

b

róbka zgrubna,

- kształtująca dokładna,

- bardzo dokładna.
Ruchy p

rzy

go

t

o

w

awcze

-

umie

j

sca

wi

a

j

ą na

r

zędz

i

e

w

e

wł

aśc

i

wej pozycj

i

w stosun

k

u do

m

a

t

e

r

i

ał

u obrab

i

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

C

– prędkość skrawania, n – prędkość obrotowa.

, D – największa średnica.

Rys.1.5

b)

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

Z

[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.

7.

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

f

– prędkość, a

p

– głębokość skrawania, q – całkowity

naddatek obróbkowy.

, gdzie l

d

– droga dobiegu, l

s

– droga skrawania, l

w

– droga wybiegu, f

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

w

= 1,2,3 mm

Gdy włączymy ruch posuwowy to mierzymy czas maszynowy.
l

d

– 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

c

– siła główna - służy zapotrzebowaniu mocy,

F

p

– 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

f

– siła posuwu – ma najmniejszy wpływ na przebieg procesu.

Rys.3.3

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

posuw, a

p

– głębokość skrawania,

- iloczyn współczynników proporcjonalności.

u≈0,75, e≈1

, gdzie

z uwagi na twardość,

z uwagi na kąt natarcia.

Dwukrotny wzrost a

p

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

p

, to wybieramy największy kąt

. Rys.3.7

3)

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

p

, 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

I – docieranie , II – normalna eksploatacja , III – przyspieszone zużycie
Zużycie - jest procesem ciągłym polegającym na zmianie masy, kształtu, właściwości fizycznych i
chemicznych.

10.

Jakościowy wpływ różnych czynników na zużycie ostrza.

VB – zużycie ostrza, f – posuw, a

p

– głębokość skrawania, Z – zużycie,

v

c

– prędkość skrawania, r

ε

– promień naroża ostrza, κ

r

– kąt przystawienia głównej krawędzi

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

Czas maszynowy

p

m

a

q

n

f

L

i

n

f

L

t













,

p

p

m

a

q

n

f

L

a

q

n

f

L

t

2

5

,

0

2

/

2













(lepszy wariant) oszczędzamy ostrze

Optymalny czas maszynowy



m

t

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





















O

N

ZN

e

K

K

t

s

T

)

1

(



,

9

.

0





m

s

t

t



gdzie: T

e

– trwałość ekonomiczna, t

ZN

– czas zmiany ostrza, t

s

– czas skrawania, t

m

– czas

maszynowy, K

N

– koszt narzędzia, K

O

– koszt obrabiarkowe

v

e

– prędkość ekonomiczna, v

w

– prędkość wydajnościowa

Trwałość wydajnościowa:

ZN

w

t

s

T







)

1

(



gdzie: T

w

– trwałość wydajnościowa

gdzie: W – wydajność, t

j

– czas jednostkowy

Okresowa prędkość skrawania - jest to prędkość v

T

, która zapewnia określoną trwałość

ostrza, np. v

30

= 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.

40



R

S

- mówimy o chropowatości,

1000

40





R

S

- falistość,

1000



R

S

- błąd kształtu.

- Chropowatość teoretyczna



r

f

R

zt

8

2



, gdzie f – posuw, r

ε

– promień naroża ostrza.

R

zt

– chropowatość teoretyczna, R

rz

– chropowatość rzeczywista, R – chropowatość .

- Chropowatość rzeczywista jest to suma wszystkich chropowatości:

str

narost

VB

dr

zt

rz

R

R

R

R

R

R











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

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

a

, R

z

, R

t

(constans).

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

Wykres udziału materiałowego dla przykładowych profili:

W przypadku płynnej i małej chropowatości, kierunek śladów obróbkowych nie ma wpływu
na właściwości eksploatacyjne, przy większych chropowatościach lepszy kierunek równoległy
do kierunku ruchu, a przy tarciu suchym i małej chropowatości korzystne są ślady
prostopadłe do kierunku ruchu, natomiast przy dużej chropowatości i suchym i suchym tarciu
lepsze są równoległe niż prostopadłe.

16. Charakterystyka sposobów skrawania (toczenie, wiercenie, frezowanie, szlifowanie,
szkicowanie obrabiarki, schemat kinematyczny, stosowane narzędzia (materiały) oraz
typowe operacje.