Obróbka ubytkowa i inne technologie kształtowania postaci geometrycznej

Obróbka ubytkowa

Przez pojęcie obróbka ubytkowa rozumie się umownie takie metody obróbki materiałów, w których
proces kształtowania części i wyrobów łączy się z koniecznością usunięcia określonej objętości materiału
(rys. 1).

Rys. 1. Klasyfikacja obróbki ubytkowej.

Obróbka skrawaniem (S) polega na usuwaniu, przy wykorzystaniu pracy mechanicznej, określonej
objętości materiału narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrze skrawające, twardsze od obrabianego
materiału. W obszarze obróbki skrawaniem wyróŜniamy:

•

obróbkę wiórową (C),

•

obróbkę ścierną (A).

Obróbka  wiórowa  (C)  jest  to  obróbka  za  pomocą  skrawania  dokonywana  narzędziami  o  określonej
liczbie i kształcie ostrzy skrawających, naddatek na obróbkę usuwany jest w postaci wiórów widocznych
gołym okiem.
Obróbka  ścierna  (A)  jest  to  obróbka  za  pomocą  skrawania  dokonywana  licznymi  drobnymi  ostrzami  o
nieustalonej  ściśle  i  kształcie  a  naddatek  na  obróbkę  jest  usuwany  w  postaci  drobnych  wiórów  (na  ogół
niedostrzegalnych  nieuzbrojonym  okiem)  oraz  w postaci cząsteczek wyrywanych siłą tarcia. Zarówno te
wióry  jak  i  cząsteczki  mogą  w  określonych  warunkach  podlegać  częściowo  lub  w  całości  utlenieniu
(spaleniu) lub topnieniu.

Obróbka erozyjna (E) polega n ausuwaniu określonej objętości materiału (naddatku na obróbkę) przy
wykorzystaniu procesu erozji. Przez proces erozji rozumie się usuwanie kolejnych warstw wierzchnich
materiału w postaci bardzo drobnych odprysków i wykruszeń materiału w fazie stałej, rozpuszczania się
lub topienia lub parowania obrabianego materiału.

W obszarze obróbki erozyjnej rozróŜnia się:

•

obróbkę elektroerozyjną (ED) - w której wykorzystuje się erozję elektrycznych wyłądowań pod
wpływem odpowiednich impulsów elektrycznych;

•

obróbkę elektrochemiczną (ED) - wykorzystującą erozję chemiczną w wyniku procesów
chemicznych zachodzących w elektrolicie przy przepływie prądu pomiędzy elektrodami;

•

obróbkę strumieniowo-erozyjną (EB) - opartą głównie na erozji za pomocą strumieni cząstek w
wysokim stopniu koncentracji energii: na przykład strumienia elektronów, plazmy lub fotonów.

Elementy geometryczne ostrza skrawającego

W narzędziu skrawającym moŜna wyodrębnić dwie części funkcjonalne: część chwytową oraz część
roboczą, zwaną ostrzem. Ostrze skrawające jest noŜem trój lub wielościennym charakteryzującym się
ustalonymi elementami geometrycznymi (rys. 2)

Rys. 2. Elementy ostrza narzędzia skrawającego

Ostrze noŜa skrawającego jest ograniczone:

powierzchnią natarcia, na którą naciera i po której przesuwa się wiór,

powierzchnią przyłoŜenia znajdującą się od strony powierzchni obrabianej i powierzchni stycznej
do niej w czasie skrawania.

Linia  przecięcia  się  powierzchni  natarcia  z  powierzchnią  przyłoŜenia  nazywa  się  krawędzią  skrawającą
lub krawędzią tnącą.
Główna  krawędź  skrawająca  to  ta  część  krawędzi,  która  jest  przeznaczona  do  wykonywania  większej
części pracy skrawania.

Pomocnicza krawędź skrawająca to ta część krawędzi skrawającej która wykonuje mniejszą część pracy
skrawania.

Łącząca  krawędź  skrawająca  to  najczęściej  łukowa  część  krawędzi  skrawającej,  łącząca  główną  i
pomocniczą krawędź skrawającą.

Znaczenie kątów w procesie skrawania

Na płaszczyźnie przekroju (rys. 3) oznaczenia kątów są następujące:

kąt klina (kąt ostrza)

- zawarty między płaszczyzną natarcia a powierzchnią przyłoŜenia,

kąt natarcia

- zawarty między płaszczyzną podstawową P

a powierzchnią natarcia,

kąt przyłoŜenia

- zawarty między płaszczyzną krawędzi skrawającej P

(płaszczyzną rzutującą)

a powierzchnią przyłoŜenia,

kąt skrawania

- zawarty między śladem powierzchni natarcia a śladem płaszczyzny rzutującej.

Zatem kąt skrawania jest równy

Rys. 3. Oznaczanie kątów na płaszczyźnie przekroju. Kąty natarcia:
a) dodatni; b) zerowy; c) ujemny.

Kąt przyłoŜenia

αααα

ma istotne znaczenie w dąŜeniu do zmniejszenia tarcia ostrza od strony powierzchni

przyłoŜenia. W zaleŜności od rodzaju noŜa i posuwu, jego wartość przyjmuje się w granicach 6÷12°. Na
ogół  większe  wartości  kątów  przyłoŜenia  odpowiadają  skrawaniu  z  mniejszymi  posuwami  (obróbka
dokładna).

Kąt  natarcia  γ  wpływa  istotnie  na  wytrzymałość  ostrza,  przebieg  przekształcenia  warstwy  skrawanej  w
wiór, napręŜenia i odkształcenia występujące w strefie skrawania, drgania, dokładność obróbki, przebieg
zuŜycia,  trwałość  itp.  Wartości  kątów  natarcia  zmieniają  się  w  szerokim  zakresie  i  zaleŜą  głównie  od
własności materiału ostrza, obrabianego materiału oraz kształtu powierzchni natarcia.

Ostrza  ze  stali  szybkotnącej  mają  zawsze  dodatnie  kąty  natarcia.  Przykładowe  wartości  tych  kątów
podano poniŜej:

Wartości γ=25÷30° zaleca się przy skrawaniu stopów aluminium oraz stali niskowęglowych
(C<0,2%) i stopowych o Rm<500 MPa (HB<140).

Wartości γ=18÷25 przyjmowane są przy skrawaniu stali i staliw węglowych (HB=140÷230) oraz
Ŝeliw szarych i ciągliwych (HB<160).

Wartości γ=12÷18 stosuje się przy skrawaniu stali i staliw stopowych, gdy R

=800÷1200MPa

(HB=230÷340) oraz Ŝeliwa o HB=180÷220 a takŜe brązu i kruchego mosiądzu. Najmniejsze
wartości γ≈5° przyjmuje się przy skrawaniu Ŝeliwa o twardości HB>220.

Ostrza z węglików spiekanych mogą mieć dodatnie i ujemne kąty natarcia, co zaleŜy głównie od
własności materiału obrabianego i kształtu powierzchni natarcia.

Kąt pochylenia krawędzi skrawającej λ jest dodatni (λ>0), gdy wierzchołek jest najwyŜszym punktem
krawędzi, zerowy (λ=0), gdy wszystkie punkty krawędzi leŜą w tej samej odległości od płaszczyzny
podstawowej, oraz ujemny (λ<0), gdy wierzchołek ostrza jest najniŜszym punktem krawędzi skrawającej
(rys. 4).

Rys. 4. Oznaczenie znaku wartości kąta pochylenia krawędzi skrawającej.

Kąt pochylenia głównej krawędzi ostrza λ wpływa na kierunek spływania wióra (rys. 5), sposób wcinania
ostrza w materiał obrabiany, wytrzymałość ostrza, siły skrawania itp. Ujemny kąt pochylenia powoduje
korzystniejszy sposób wcinania ostrza w materiał, gdyŜ uderzenie w chwili wcięcia koncentruje się w
punktach oddalonych od najsłabszej części ostrza, jaką jest jej wierzchołek.

Rys. 5. Wpływ kąta pochylenia głównej krawędzi skrawającej λ na sposób spływania wióra w
czasie obróbki toczeniem. Kąt pochylenia krawędzi skrawającej: a) zerowy; b) ujemny; c) dodatni.

Kąt przystawienia χ wpływa na wytrzymałość wierzchołka ostrza, dokładność obróbki, siły skrawania,
chropowatość powierzchni, temperaturę skrawania, intensywność zuŜycia i trwałość ostrza.

Elementy geometrii są przedstawione na rys. 6 i rys. 7.

Rys. 6. Przykład głównego układu odniesienia i określenia w nim elementów geometrycznych
ostrza.

Rys. 7. Oznaczenie kątów na płaszczyźnie podstawowej.

Za podstawowy układ odniesienia przyjmuje się trzy płaszczyzny (rys. 6):

1. Płaszczyznę podstawową P

- przyjmowaną umownie dla kaŜdego narzędzia np. w przypadku

noŜy płaszczyzna podstawowa pokrywa się z płaszczyzną podstawy trzonka.

2. Płaszczyznę przekroju P

(lub płaszczyznę normalną) - prostopadłą do rzutu krawędzi skrawającej

na płaszczyznę podstawową w wybranym punkcie tego rzutu.

3. Płaszczyznę rzutującą (styczną) P

- tj. płaszczyznę prostopadłą do dwóch pierwszych, zarazem

przechodzącą przez wybrany punkt lub odcinek prostoliniowy krawędzi skrawającej.

Na płaszczyźnie podstawowej określa się (rys. 7):

kąt naroŜa (wierzchołkowy)

εεεε

- zawarty między rzutami krawędzi skrawającej głównej i

pomocniczej na płaszczyznę podstawową,

promień zaokrąglenia wierzchołka ostrza (łączącej krawędzi skrawającej) r,

kąt przystawienia χ - zawarty między rzutem głównej krawędzi skrawającej na płaszczyznę
podstawową a kierunkiem ruchu posuwowego,

pomocniczy kąt przystawienia χ - zawarty między rzutem pomocniczej krawędzi skrawającej na
płaszczyznę podstawową a kierunkiem ruchu posuwowego.

Klasyfikacja wiórów

Cechy wióra charakteryzują obrabialność materiałów oraz określają stopień trudności z usuwaniem
warstwy materiału.

Odłupywane (odrywane)
- powstają po przekroczeniu
wytrzymałości rozdzielczej
materiału warstwy skrawanej
(np. powstają przy obróbce
Ŝeliwa lub twardych brązów)

Ścinane

- powstają po przekroczeniu
wytrzymałości na ścinanie
materiału warstwy skrawanej
rozróŜnia się róŜne odmiany
wiórów ścinanych:

Klasyfikacja ze względu
na budowę i kształt wióra

Elementowe
(odpryskowe)

- pojedyncze cząstki
wióra lub grupy cząstek
wióra słabo ze sobą
połączone i rozsypujące
się przy zderzeniu
(najczęściej tworzy się
w materiałach o pewnej
niewielkiej
plastyczności)

Schodkowe

- posiadają ostro zarysowane
linie zgniotu (wyciągniętych
włókien). W odróŜnieniu od
wióra wstęgowego
występują ostro zarysowane
granice podziału wióra na
elementy nachylone pod
kątem

. Świadczą one o

znacznym odkształceniu
materiału w płaszczyźnie
ścinania. Gdy naruszenie
spójności jest całkowite wiór
staje się wiórem
elementowym.

Skrawalność

podatność materiału do kształtowania na drodze obróbki wiórowej

przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi i warunków technologicznych procesu

;

względna umowna właściwość materiału obrabianego zaleŜna od: własności i stanu tego materiału i
własności i stanu narzędzia, sposobu i rodzaju skrawania, stanu i właściwości obrabiarki oraz warunków
skrawania.

Wstęgowe

- najczęściej powstają przy
skrawaniu stali z duŜymi
prędkościami skrawania przy
małych przekrojach warstwy
skrawanej. Powierzchnia wióra
od strony ostrza jest gładka, a
powierzchnia zewnętrzna jest
nierówna. Posiadają ostro
zarysowane linie zgniotu.

Obróbka erozyjna

W obróbce erozyjnej wykorzystuje się energię wyładowań elektrycznych, przemian chemicznych, energię
niesioną przez jony, fotony lub elektrony. Wspólne cechy tej grupy metod wytwarzania są następujące:

kształtowanie przez usuwanie materiału zbędnego tzw. naddatku na obróbkę w postaci bardzo
drobnych cząstek materiału, niemoŜliwych do rozróŜnienia okiem nieuzbrojonym,

moŜliwość kształtowania nawet najtwardszych materiałów dzięki procesom topienia, odparowania
lub procesom chemicznym.

Klasyfikacja metod obróbki erozyjnej jest następująca (Rys. 8):

Rys. 8. Klasyfikacja obróbki erozyjnej.

Obróbka elektoerozyjna (EDM - Electrical Discharge Machining) polega na usuwaniu warstwy materiału
obrabianego w wyniku działania serii wyładowań elektrycznych w szczelinie pomiędzy elektrodą roboczą
(erodą) a przedmiotem obrabianym. Wyładowania są inicjowane przez napięcie rzędu kilkudziesięciu
wolt i zawsze zachodzą w cieczy dielektrycznej.

Do najczęściej spotykanych sposobów odmian obróbki erozyjnej naleŜą:

obróbka elektroiskrowa (EDS) - polegająca na usuwaniu cząstek warstw zewnętrznych
materiałów elektrod w wyniku erozji elektrycznej wywołanej niestacjonarnymi wyładowaniami
elektrycznymi (napięcie i natęŜenie prądu mają wartości zmienne),

obróbka elektroimpulsowa (EDI) - wykorzystuje w obróbce stacjonarne wyładowania elektryczne
(napięcie i natęŜenie prądu mają wartości stałe).

Wyładowania i erozja elektryczna

W wyniku przyłoŜenia napięcia do katody (-) następuje tzw. zimna emisja elektronów. Powoduje to w
określonej przestrzeni stan jonizacji.

Jonizacja  kończy  się  przy  danym  napięciu  w  pewnej  odległości  od  katody,  poniewaŜ  dielektryki
wykazują  znaczne  zdolności  tłumiące  proces  jonizacji.  Zwiększenie  napięcia  powoduje  zwiększenie
obszaru  oraz  natęŜenia  jonizacji.  W  pewnym  momencie  stan  jonizacji  jest  wystarczający,  aby  nastąpiło
wyładowanie, tzn. przepływ ładunku od katody do anody.

Napięcie,  przy  którym  nastąpił  początek  wyładowania,  nazywa  się  napięciem granicznym.  Podobne
zjawisko wyłądowania moŜna uzyskać, gdy przy stałym napięciu zaczniemy zbliŜać elektrody.

Odległość, przy której zaczęło się wyładowanie, nazywa się graniczną odległością elektrod.

W  wyniku  wyładowania  następuje  na  anodzie  krótkotrwała  koncentracja  energii  elektrycznej  i
mechanicznej elektronów.

Chwilowa  gęstość  prądu  w  przestrzeni  między  elektrodami  w  tzw.  kanale wyładowania  osiąga
800÷1000A/mm

. Wyładowaniu towarzyszy wydzielanie duŜej ilości ciepła, powodujące wzrost

temperatury w strefie wyładowania do kilkudziesięciu tysięcy °C. Przy takich temperaturach topią się i
parują wszystkie znane metale i pod wpływem sił elektrodynamicznych , i elektrostatycznych , a takŜe
działania fali napręŜeń cieplnych tworzy się krater (Rys. 9) o kształcie czaszy kulistej, którego średnicę d
i głębokość h moŜna określić na podstawie wzorów:

[ ]

gdzie

- energia pojedynczego impulsu [J],

=4, K

=0,45.

Rys. 9. Charakterystyczne wymiary krateru.

Wartości współczynników K

, K

odnoszą się do elektrody roboczej wykonanej z miedzi przy uŜyciu

nafty jako dielektryka. Metal usuwany z krateru zastyga w cieczy dielektrycznej w postaci kulistych
granulek o średnicy 0,005÷0,01 mm. Czas trwania pojedynczych wyładowań wynosi: t

=10

-9

÷10

-2

Produkty  erozji,  wśród  których  przewaŜają  cząstki  stopionego  metalu  potwierdzają,  Ŝe  główną  rolę  w
procesie  erozji  wyładowania  elektrycznego  odgrywają  procesy  cieplne  i  powodowane  przez  nie  topienie
metalu anody.

Obróbka  elektroiskrowa  charakteryzuje  się  tym,  Ŝe  czasy  wyładowań  t

w stosunku do całego cyklu

jednego impulsu t

są bardzo krótkie (rys. 10). Dla krótkich wyładowań dominująca jest erozja anody (+),

dlatego część obrabiana jest anodą (+) a narzędzie katodą (-).

Rys. 10. Przebieg zmian napięcia w układzie RC w czasie ładowania (t

) i wyładowania (t

KaŜde  wyładowanie  przebiega  w  innym  miejscu  elektrod:  tam  gdzie  anoda  (+)  i katoda  (-)  są  najmniej
oddalone od siebie. Aby proces erozji był prowadzony, konieczne jest ciągłe zbliŜanie elektrod.

Zwiększenie  energii  i  czasu  pojedynczego  wyładowania  powoduje  zwiększenie  wymiarów  krateru
erozyjnego  a  w  konsekwencji  objętości  usuwanego  materiału.  Jest ono  jednak  związane  ze  wzrostem
grubości warstwy zmienionej o niepoŜądanych własnościach (rys. 11).

Rys. 11. Grubość warstwy zmienionej W

i chropowatość powierzchni obrabianej elektroerozyjnie

impulsami o stałej charakterystyce: F

- powierzchnia przekroju występów, F

- powierzchnia

przekrojów wgłębień, F

- powierzchnia przekroju warstwy zmienionej.

Impulsy elektryczne (o napięciu 100V÷200V) niezbędne do zasilania elektrod, są wytwarzane przez
generatory.

Generatory stosowane w obrabiarkach elektroerozyjnych dzielą się na dwie grupy:

1. Generatory zaleŜne, w których amplituda napięcia i natęŜenia oraz częstotliwość impulsów

elektrycznych są zaleŜne od stanu fizycznego dielektryka w szczelinie (stosowane w obróbce
elektroiskrowej).

2. Generatory niezaleŜne, w których wyŜej wymienione parametry impulsu elektrycznego nie są

zaleŜne od stanu dielektryka w szczelinie (stosowane w obróbce elektroimpulsowej).

Obróbka elektroiskrowa moŜe być realizowana na urządzeniach, w których generatory mają róŜne układy
elektryczne (rys.12):

układ relaksacyjny niesterowany (zaleŜny) RC (rys. 12a) lub RLC (rys. 12b),

układ relaksacyjny sterowany RC z wyłącznikiem W (lamowym, tyratronowym lub
ignitronowym) (rys. 13).

Rys. 12. Schematy obróbki elektroiskrowej układów relaksacyjnych niesterowanych: a) RC
(zaleŜny); b) RLC; E - eroda, M - materiał obrabiany.

Rys. 13. Schemat elektryczny urządzenia do obróbki elektroiskrowej sterowanego układem RC; W
- wyłącznik sterujący.

Charakterystyczną cechą układu RC są dwa obwody:

1. Ładowania, na który składa się źródło prądu stałego o napięciu U

oraz rezystancja R i pojemność

C (kondensator);

2. Wyładowania, do którego zalicza się pojemność C, elektroda robocza (eroda), przedmiot

obrabiany M (anoda) i dielektryk.

Przebieg zmian napięcia na elektrodach w układzie relaksacyjnym RC przedstawiony został na (rys. 10).
Jak widać z układu napięć (rys. 10), czas ładowania t

jest ponad 10-krotnie dłuŜszy od czasu

rozładowania (t

), z czego wynika, Ŝe w całym cyklu jednego impulsu (t

) istnieje długi okres

wyczekiwania - stąd nazwa „układ relaksacyjny”), który wpływa na stosunkowo niską wydajność
obróbki.

Przykładowe parametry generatorów RC:

napięcie źródła prądu U

=60÷250V,

szerokość szczeliny iskrowej s=0,01÷0,8 mm,

wartość natęŜenia prądu ładowania w amplitudzie i=300÷2000A,

czas ładowania t

=10

-2

÷10

-5

czas wyładowania t

=10

-6

÷2,5·10

-4

częstość wyładowań f do 100 kHz.

Układy typu RLC (rys. 12b) mają większą sprawność i wydajność. Ładowanie kondensatora odbywa się
w sposób drgający i otrzymuje się napięcie na kondensatorze ponad dwukrotnie większe od napięcia
źródła prądu U

, a czas ładowania staje się znacznie krótszy. Uzyskuje się w ten sposób większą częstość

wyładowań, czyli większą wydajność.

Dalszym  usprawnieniem  są  układy  generatorów  sterowanych  typu  RC  (rys.  13),  gdzie  okres  dejonizacji
jest  wykorzystywany  do  ładowania  układu,  a  w  tym  czasie  wyłącznik  układu  (W)  wyłącza  z  układu
obwód wyładowania. Funkcję wyłączników sterujących spełniają lampy elektronowe.

Obróbka  impulsowa  prowadzona  jest  przy  uŜyciu  generatorów  impulsowych  nazywanych  teŜ
niezaleŜnymi (Rys. 14). Czas pojedynczego wyładowania w tym rodzaju obróbki wynosi 5·10

-4

÷10

-2

Przy  długich  czasach  wyładowań,  typowych  dla  obróbki  elektroimpulsowej  zwiększona  jest  erozja
katody.  Temperatura  w  kanale  wyładowań  jest  od  5000÷6000°C  niŜsza  od  temperatury  w  kanale
wyładowań  w  obróbce  elektroiskrowej.  Dlatego  w  obróbce  elektoimpulsowej  część  obrabianą  podłącza
się  tak,  aby  była  katodą  (-);  anodą  (+)  jest  elektroda  robocza  narzędzie  (odwrotnie  jak  przy  obróbce
elektroiskrowej.

Generatory  impulsowe  nie  zawierają  kondensatora  i  w  związku  s  tym  nie  ma  podziału  na  obwody
ładowania i wyładowania. Generatory wytwarzają impulsy  (wyładowania iskrowe) z ustaloną częstością
niezaleŜną od stanu szczeliny iskrowej.
Generatory iskrowe budowane są w dwóch odmianach, jako:

1. Maszynowe (rys. 14a).
2. Elektroniczne (rys. 14b).

W  generatorze  maszynowym  (rys.  14a)  częstość  impulsów  zaleŜy  od  konstrukcji  generatora  i  prędkości
obrotowej  (zazwyczaj  nie  przekracza  1000  Hz).  Generatory  maszynowe  charakteryzują  się  duŜą
wydajnością  przy  małej  częstości  i  duŜej  energii  pojedynczych  wyładowań.  W  związku  z  tym  są
stosowane do obróbki zgrubnej.

Generator elektroniczny (rys. 14b) ma znacznie lepsze parametry. Ma moŜliwość niezaleŜnej i dowolnej
zmiany  napięcia,  czasu  trwania  impulsów  i  przerw  między  nimi.  Pozwala  to  najkorzystniej  dobrać
warunki dla danych zadań technologicznych. Elementem sterującym jest tu układ tranzystorowy T, który
periodycznie  przyłącza  źródło  stałego  napięcia  do  elektrod.  Generatory  tego  typu  charakteryzują  się
wysoką sprawnością energetyczną, a uzyskana wydajność objętościowa V

=12000÷25000 mm

/min.

Rys. 14. Schematy: a) impulsowego generatora maszynowego; b) elektronicznego generatora
impulsowego.

Porównanie sprawności η

generatorów:

elektroniczne η

=50÷70%,

maszynowe η

=30÷35%,

relaksacyjne RLC η

=25÷40%,

relaksacyjne RC η

=15÷30%,

WaŜnym czynnikiem, od którego zaleŜą technologiczne wskaźniki obróbki, jest dielektryk. Ma on wpływ
na przebieg wyładowania i pośredniczy w rozdziale energii pomiędzy elektrodami. Wpływa teŜ na

wydajność drąŜenia, zuŜycie elektrody i gładkość powierzchni. Dobór odpowiedniego dielektryka
uzaleŜniony jest od charakterystyki impulsów elektrycznych. Jako dielektryki stosuje się:

naftę,

olej transformatorowy,

olej wrzecionowy,

olej napędowy,

wodę destylowaną,

benzol,

benzynę lakową,

glicerynę.

Własności powierzchni obrabianej elektroerozyjnie
W mikrostrukturze warstwy obrabianej elektroerozyjnie występują najczęściej trzy typowe warstwy:

1. Biała warstwa (nie trawiąca się), stanowiąca nadtopioną część materiału obrabianego z

wtrąceniami  materiału  erody.  Jej  grubość  wynosi  od  kilku  mikrometrów  do  kilku  setnych
mikrometra. Przy obróbce elektroimpulsowej warstwa ta jest grubsza. W przypadku zastosowania,
na  przykład  elektrody  z  węglików  spiekanych  moŜna  wprowadzić  do  warstwy  wierzchniej
materiał  erody.  W  efekcie  tego  wzrasta  jej  odporność  na  ścieranie.  Na  tym  polega  metoda  tzw.
elektroiskrowego utwardzania powierzchni.

2. Strefa wpływu ciepła w stalach ma strukturę martenzytyczną o stosunkowo wysokiej twardości

zaleŜnej od zawartości węgla w stali.

3. Strefa odpuszczania o zmniejszonej twardości w stosunku do materiału rodzimego występująca w

stalach hartowanych.

Zastosowania obróbki elektroerozyjnej

Przykładowe zastosowania obróbki elektroerozyjnej przedstawia rys. 15.

Rys. 15. Przykłady operacji obróbki elektroiskrowej i elektroimpulsowej: a) drąŜenie kształtowe; b)
wycinanie elektrodą wykonaną z drutu; c) obróbka gwintów; d) obróbka otworów; e) obróbka
rowków; f) obróbka płaszczyzn; E - eroda, M - materiał obrabiany.

Zalety obróbki elektroerozyjnej:

moŜliwość wykonania jej w materiale juŜ zahartowanym (eliminuje się w ten sposób wpływ
odkształceń hartowniczych na ostateczny kształt obrabianej części);

moŜliwość uzyskania korzystniejszej struktury warstwy powierzchniowej pod względem
własności mechanicznych w porównaniu z metodami tradycyjnymi (jak szlifowanie, toczenie itp.)
- nie wprowadza napręŜeń rozciągających w warstwie wierzchniej.

Materiały stosowane na elektrody robocze do drąŜarek wgłębnych to:
-

miedź elektrolityczna wysokiej czystości (najszersze zastosowanie),

grafit - elektrody do obróbki kształtującej,

Ŝeliwo szare - elektrody do obróbki zgrubnej,

miedziowolfram - elektrody do wgłębień prostych i stoŜkowych o ostrych krawędziach,

stopy aluminium - elektrody do produkcji jednostkowej i małoseryjnej.

Przykładowy sposób wykonania elektrody kształtowej przedstawia rys. 16.

Rys. 16. Elektroda-narzędzie w;ykonana metodą galwanoplastyki: 1 - model z grafitu i tworzywa
sztucznego, 2 - warstwa miedzi naniesiona elektrolitycznie, 3 - warstwa miedzi napawana, 4 - płyta
wzmacniająca, 5 - powierzchnia robocza elektrody.

Inne zastosowania erozji elektrycznej:

ostrzenie narzędzi skrawających i części pracujących na ścieranie,

grawerowanie, znakowanie,

szlifowanie,

odwrócenie biegunowości umoŜliwia tzw. platerowanie elektroiskrowe, regenerowanie
narzędzi,

nanoszenie warstwy z węglików spiekanych na ostrza rozwiertaków i frezów.

Technologie niekonwencjonalne

Technologie niekonwencjonalne to takie, które zawierają rozwiązania niespotykane w powszechni

stosowanych procesach obróbki.

Frezotoczenie polega na frezowaniu obrotowych powierzchni wałów. Przedmiot obrabiany

(wałek) wykonuje ruch obrotowy wokół swojej osi, natomiast narzędzie (frez) ma ustaloną pozycję.
WyróŜnia się dwie odmiany frezotoczenia:

osiowo-równoległe – podczas obróbki oś wrzeciona frezu jest równoległa do osi wałka
(stosowane do powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych,

ortogonalne – w trakcie obróbki oś wrzeciona frezu jest prostopadła do osi wałka
(stosowane tylko do obróbki zewnętrznej powierzchni wałków).

Obróbka na twardo umoŜliwia skrawanie materiałów o duŜej twardości w zakresie 45

≤

HRC

≤

70,

a nawet 72 HRC- za pomocą narzędzi wykonanych z ceramiki mieszanej i polikrystalicznego regularnego
azotku boru PKB, wkładek ostrzowych z naniesionymi warstwami twardymi (metodą PVD - z ang.
Physical Vapour Deposition).

Ceramika mieszana składa się z submikrometrycznych (<0,7

m) ziaren Al

oraz węglików i

tlenków tytanu Ti(C,O) o zawartości powyŜej 25% objętości. Wytrzymuje obciąŜenia udarowe i cieplne.

Obróbka na twardo jest stosowana jako wykańczająca, zgrubna (wstępna) i przerywana, a

prędkość skrawania dochodzi do 300 m/min.

Obróbka kompletna w centach obróbkowych polega na kształtowaniu części moŜliwie bez

zmiany zamocowania w róŜnych operacjach, np. frezowania, toczenia, szlifowania, gwintowania,
nacinania uzębień oraz obróbki cieplnej laserowej.

Selektywne spiekanie laserowe polega na stopieniu lub spieczeniu cienkiej warstwy proszku z

materiałów  topliwych  (umieszczonych  na  płaskiej  powierzchni)  za  pomocą  wiązki  światła  laserowego  z
zakresu  podczerwieni.  Optyczne  właściwości  proszku  powodują  absorpcję  lub  odbijanie  światła
laserowego.  Wiązka  światła  jest  sterowana  za  pomocą  układu  CNC.  Część  kształtuje  się  w  sposób
warstwowy, nakładając i spiekając lub stapiając kolejne warstwy w atmosferze obojętnej.

Obróbka wysokociśnieniowym (rys. 17) strumieniem wody polega na skierowaniu z dyszy o

średnicy 0,02

0,2 mm cienkiego strumienia wody (lub wody z ziarnami ściernymi, w zaleŜności od

przeznaczenia obróbki) pod ciśnieniem 360

700 MPa na powierzchnię obrabianą oraz odpowiednim

przemieszczaniu tego strumienia wzdłuŜ tej powierzchni. Strumień cieczy wynosi (2

⋅

-3

/min,

strumień ścierniwa 0,4

0,6 kg/min. Obróbkę strumieniem wody z ziarnami ściernymi stosuje się do

cięcia materiałów metalowych, kompozytowych, ceramicznych, tworzyw sztucznych itp. Nie powoduje
ona zmian w strukturze warstwy powierzchniowej.

Rys. 17. Urządzenie do cięcia wodnego „WATERJET” firmy STM; budowa dyszy, elementy przekładni
zębatych otrzymane metodą cięcia wodnego.

Obróbka przetłoczno-ścierna AFM (z ang. Abrasive Flow Machining) polega na przetłaczaniu

pasty ściernej (pasta zawierająca ziarna ścierne) względem obrabianego przedmiotu (rys. 18). Ten sposób
obróbki  wykańczającej  jest  stosowany  do  wygładzania  powierzchni  stosunkowo  długich,  trudno
dostępnych  kanałów  o  złoŜonym  kształcie,  otworów  nieokrągłych,  zewnętrznych  powierzchni  matryc
oraz  kół  zębatych.  Przykładem  mogą  być  kanały  w  wirnikach  (pakietowanych  blach)  silników
elektrycznych lub w twornikach prądnic.

WyróŜnia się dwa główne rozwiązania konstrukcyjne stanowisk obróbkowych.

1. W pierwszym obrabiany przedmiot jest mocowany na stałe między dwoma cylindrami

wypełnionymi pastą ścierną. Tłoki w obu cylindrach przetłaczają pastę przez elementy przedmiotu
wymagające wygładzenia. Zsynchronizowany ruch tłoków odbywa się w jedną i drugą stronę.

2. W drugim rozwiązaniu cylinder wypełniony szczelnie pastą ścierną jest nieruchomy, natomiast

przedmiot przemieszcza się względem pasty w cylindrze w jedną i w drugą stronę. Do obróbki
stosuje się pasty handlowe, m.in. Extrude Hone HV150. Po obróbce uzyskuje się refleksyjność
powierzchni, zaokrąglenie ostrych krawędzi oraz chropowatość Ra=0,3