background image

 
 
 
 
 
 

6. BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH 

 
 
 

6.1 Cel ćwiczenia 

 
 

 

Celem  ćwiczenia  jest  praktyczne  zapoznanie  się  studentów  z  metodami  badań 

trwałości narzędzi skrawających. 
 

Uwaga: W  opracowaniu  sprawozdania  wykorzystywane  będą  wyniki  pomia-

rów  z ćwiczenia  5.  Studenci  zobowiązani  są  do  posiadania  tych 
wyników podczas wykonywania niniejszego ćwiczenia. 

 
 
 

6.2 Wprowadzenie 

 
 

 

Różnorodność  warunków  obróbki  (materiał  obrabiany  i  narzędziowy,  parametry 

kinematyczne,  zastosowana  ciecz  obróbkowa,  geometria  narzędzia,  itp.)  powoduje,  że 
ekonomicznie nieuzasadnione jest badanie trwałości narzędzia dla każdych konkretnych 
parametrów  obróbki  (np.  w  celu  doboru  najlepszego  w  tych  warunkach  materiału 
narzędziowego).  Celowe  więc  jest  badanie  wskaźnikowe  (tańsze)  dla  wyznaczenia 
stałych  i  wykładników  do  wzorów  statystyczno-empirycznych,  które  dają  przybliżone 
wyniki. 
 

Procesy zużycia omówione szczegółowo w ćwiczeniu 5 prowadzą do utraty zdolno-

ści  skrawnych ostrza. Aby określić moment utraty zdolności skrawnych należy określić 
kryterium stępienia ostrza. Przez kryterium stępienia ostrza rozumie się ogólne cechy lub 
zaistniałe w procesie skrawania zmiany wyrażone wskaźnikami stępienia. 
 
 

Wyróżnia się trzy grupy kryteriów zużycia: 

-  fizykalne  -  wg  których  narzędzie  uważa  się  za  stępione,  gdy  wchodzi  w  zakres 

trzeciej, przyśpieszonej fazy zużycia (rys. 5.4), 

background image

6. Badanie trwałości narzędzi skrawających                                      65  

 

- technologiczne - wg którego narzędzie uważa się za stępione, gdy przy jego pomocy 

nie można już wykonać przedmiotu z żądaną gładkością powierzchni i dokładnością 
(a niecelowe jest korygowanie położenia narzędzia), 

-  ekonomiczne  -  zakładające,  że  należy  dopuszczać  taką  wielkość  zużycia  aby  osią-

gnąć np. najmniejsze koszty w całym okresie żywotności narzędzia. 

 

 

Aby  umożliwić  dokładne  porównywanie  różnych  materiałów  narzędziowych  oraz 

określić  zależność trwałości ostrza od warunków skrawania, należy prowadzić próby w 
ściśle określonych, powtarzalnych warunkach obróbki, sprecyzowanych w PN-83/M-58350. 
Norma  ta  określa  zarówno  metodykę  badań,  zalecane  warunki  obróbki  (patrz  tab. 5.2, 
ćwiczenie 5)  jak  i  wskaźniki  stępienia  (tab. 6.1),  przy  pomocy  których  wyrażana  jest 
wielkość zużycia ostrza, określona jako kryterialna w próbach porównawczych. 

 

Tabela 6.1. Wskaźniki stępienia wg PN 

 

Wskaźniki stępienia 

 

Materiał 

ostrza 

 

VB

B

 

 

VB

B max

 

 

VB

N

 

 

 

KT  

KT

KM

 

KE

3)

  

R

a

3)

 

 

Inne 

 

mm 

mm 

mm 

mm 

mm 

m 

 

Stal 

szybkotnąca 

 

 

nie ustala się 

zużycie katastro-
ficzne 

 
 

Węgliki 

spiekane 

 
 
 

0,3 

 

0,6

1)

 

 
 
 

1,0 

 
 

(0.06 

0,3)f

2 )

 

 
 
 

0,1 

 
 
 

0,4IT 

 
 

0,4; 0,8; 
1,6; 3,2; 

6,3; 12,5 

gwałtowne pogor-
szenie jakości po-
wierzchni obro-
bionej 

4 )

zużycie katastro-
ficzne 

5)

 

Na osnowie 

tlenków 

glinu 

 

 

 

nie ustala się 

 

 

zużycie katastro-
ficzne 

5)

 

1

 Uprzywilejowany wskaźnik stępienia, stosowany przy nierównomiernym zużyciu powie-

rzchni przyłożenia w przypadku, gdy dominuje nad innymi wskaźnikami. 

2

 Przy posuwach wzorcowych f = 0,25; 0,4; 0,63 mm/obr można przyjąć KT równe odpo-

wiednio 0.14; 0,18; 0,25 mm. 

3

 Przede wszystkim przy toczeniu bardzo dokładnym. 

4

 Przy wysokiej temperaturze ostrza, wywołanej dużymi posuwami i szybkością skrawania, 

gdy gwałtowne pogorszenie jakości powierzchni (wzrost chropowatości) następuje wcześniej niż 
osiągnięte zostaną wartości określone innymi wskaźnikami stępienia. 

5

 W ciężkich warunkach skrawania. 

background image

  66                                          Laboratorium Obróbki Skrawaniem 
 
Do  uprzywilejowanych  wskaźników  stępienia  ostrza  należy  VB

B

= 0,3 mm  i 

VB

B max

= 0,6  mm  dla  wszystkich  materiałów  ostrzy,  zużycie  katastroficzne  dla  stali 

szybkotnących i ceramiki oraz głębokość rowka KT dla węglików spiekanych. 
 
 

Wskaźniki  stępienia  ostrza  przedstawione  w  tabl. 6.1  zostały  przyjęte  umownie  dla 

celów  porównawczych  i  nie  muszą  odpowiadać  rzeczywistemu  wskaźnikowi  stępienia 
ostrza  przyjętemu  w  warunkach  produkcyjnych.  Nie  uwzględniają  one  np.  różnic 
w dopuszczalnym  zużyciu  w  zależności  od  rodzaju  obróbki  (zgrubna/wykańczająca), 
materiału obrabianego (większe dopuszczalne zużycie dla żeliwa niż dla stali), itd. 

 
 

6.2.1 Znormalizowane próby trwałości narzędzi 

 

 

Próby  trwałościowe  wykonywane  w  warunkach  porównywalnych  prowadzi  się 

między innymi w celu określenia zależności empirycznej, np. w postaci (wzór Taylora): 
 
 

T  =  

C

v

T

c

 s

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.1) 

 

 

gdzie:   

T  - trwałość narzędzia 

C

T

 - stała uwzględniająca wpływ pozostałych czynników, zależna głównie 

od materiału obrabianego 

   s  -  wykładnik  potęgowy  charakterystyczny  głównie  dla  materiału  narzę-

dziowego  (36  dla  węglików  spiekanych,  810  dla  stali  szybkotną-
cych, 1,53 dla spieków ceramicznych) 

v

c

 - prędkość skrawania 

 
 

Trwałość narzędzia należy wyznaczyć na podstawie pomiarów wskaźników zużycia, 

przeprowadzonych  tak  często,  aby  na  wykresie  krzywej  wskaźnik  zużycia  -  czas 
skrawania 
występowało co najmniej 5 punktów pomiarowych dla każdej próby (rys. 6.1). 
Trwałość narzędzia wyznacza punkt przecięcia każdej z tych krzywych z linią poziomą, 
odpowiadającą wskaźnikowi stępienia. 
 

Opracowanie wyników pomiarów polega na: 

-  naniesieniu  na  siatkę  logarytmiczną  punktów  (log  T

i

,  log  v

ci

)  wyznaczonych 

w badaniach (rys. 6.2), 

-  wyznaczeniu  współczynników  zależności  T  =  f  (v

c

);  przyjmuje  się,  że  postać  tej 

funkcji jest opisana wzorem (6.1). 

 
 

W  układzie  podwójnie  logarytmicznym  T = f (v

c

)  jest  linią  prostą,  której 

współczynniki można wyznaczyć np. metodą najmniejszych kwadratów. 

background image

6. Badanie trwałości narzędzi skrawających                                      67  

 

 

VB

t

Czas skrawania

T1

T2

T3

T4

W

sk

ni

zu

ży

ci

a

B

0,3

V

1

V  >V  >V  >V 

c

V

2

c

V

3

c

V

4

c

4

c

3

c

2

c

1

c

 

 

Rys. 6.1. Wyznaczanie trwałości narzędzia dla założonego wskaźnika stępienia 

 
 

log V

log T

i

i

log T

log v

Prędkość skrawania

T

rw

ć

c

1

log T = log C  - s log v

T

c

s = tg 

lo

C

T

 

 

Rys. 6.2. Zależność T = f (v

c

) - skala logarytmiczna

background image

  68                                          Laboratorium Obróbki Skrawaniem 
 

6.2.2 Przyśpieszone próby trwałości narzędzi 

 

 

Próby  prowadzone  w  warunkach  znormalizowanych  są  niezwykle  pracochłonne 

i kosztowne.  Dlatego  opracowano  zestawy  prób  przyśpieszonego  badania  trwałości 
narzędzi. Należą do nich: 

- metoda toczenia promieniowego, 
- metoda toczenia stożka, 
- metoda toczenia cylindrycznego ze stale wzrastającą prędkością skrawania, 
- metoda toczenia cylindrycznego ze stopniowo wzrastającą prędkością skrawania. 

We wszystkich tych metodach stosowany jest wskaźnik katastroficznego zużycia ostrza. 
 

Metody te pozwalają na szybsze wyznaczenie zależności (6.1), przy dużo mniejszym 

zużyciu  materiału  obrabianego.  Wyniki  badań  są  niestety  obarczone  większym  błędem 
niż w przypadku konwencjonalnej metody określania trwałości. 

 

 

Metoda toczenia promieniowego 

 

 

Poniżej opisano jedną z metod przyśpieszonych badań trwałości, tzw metodę toczenia 

promieniowego, której zasadę przedstawiono na rys. 6.3. 
 

Zakładając  stałą  prędkość  ubytku  masy  materiału  narzędzia  w  czasie  skrawania, 

można napisać: 

 

dm  =  

m

T

   dt

c

  

 

 

 

(6.2) 

gdzie:  m

c

-  całkowita  masa  materiału  narzędzia 

starta w czasie próby 

 

m

c

=  

mc

T

   dt

0

T

1

T

   dt

0

T

m

c

  

(6.3) 

 

 

mc

T

    dt

0

T

 1            .4) 

 

Wstawiając  równanie  Taylora  do  równania  (6.4) 
otrzymuje się: 

 

1

C

T

    v

c

s

   dt  =  1

0

T

 

 

 

 

(6.5) 

 

Prędkość  skrawania  w  dowolnej  chwili  t,  dla  to-
czenia promieniowego, jest określona wzorem:

 

f

D

o

D

st

D

r

 

 
 

Rys. 6.3. Badanie trwałości narzędzia metodą 

toczenia promieniowego. 

background image

6. Badanie trwałości narzędzi skrawających                                      69  

 

 

 

 

 

 

 

 

vc  =  

   n    D0  +  2   fr    n   t

1000

 

   

 

 

 

 

    (6.6) 

Stąd: 

dvc  =  

2       fr    n

2

1000

   dt

   

 i   

dt  =  

1000

2      f    n

   dv

r

2

  

 

(6.7) 

Wstawiając (6.7) do (6.5) i zmieniając granice całkowania otrzymuje się: 

1000

2       fr    n

2    

1

CT

   

vc

s

   dv  =  1

v0

vst

  

 

 

 

(6.8) 

Całkując (6.8) otrzymuje się: 

 

vcst

s+1

  -  vc0

s+1

  =  

2       fr    n

2   C

T    s + 1

1000

   

 

 

 

(6.9) 

Zakładając, że 

vc0  <<  vcst

  i   s > 5 można przyjąć, że 

v

c 0

s+1

 jest pomijalnie małe 

i w związku z tym otrzymuje się: 

 

vcst    

2       fr     s + 1    n

2    C

T

1000

s + 1





1

  

 

 

 

 

 

(6.10) 

Uwzględniając, że  

vcst

   Dst    n

1000

  i przekształcając (6.10) otrzymuje się: 

 

Dst =

2   fr     s + 1    CT   1000

 s

 s

1

s   1

   n

1 - s

s + 1



  

 

 

(6.11) 

Zakładając, że dla  danego materiału obrabianego i materiału narzędzia wartości s i 

C

T

 

są  stałe  oraz  przyjmując,  że  f

r

  będzie  stałe  we  wszystkich  próbach,  równanie  (6.11) 

można zapisać w postaci: 
 

Dst = A1   n

B

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.12) 

 

 

gdzie: 

 

 

 

 

 

A1 =

2   fr     s + 1    CT   1000

 s

 s

1

s   1



 

 

 

 

 

   

B =

1- s

s + 1

 

 

background image

  70                                          Laboratorium Obróbki Skrawaniem 
 
Wykonując kilka  pomiarów toczenia  promieniowego dla  różnych wartości n (pozostałe 
parametry  skrawania  stałe),  można  określić,  metodą  najmniejszych  kwadratów, 
współczynniki A i B równania: 
 

lg Dst = A  +  B   lg n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.13) 

 

 

 

gdzie:   

A = lg A

1

 

 
a na ich podstawie ustalić wartości 

C

T

   i   s. 

 
Dla dwóch prób można określić: 
 

s =

2   lg 

n

n

lg

D    n

D

   n

1

1

2

st1

1

st2

2


   

 

 

 

 

 

 

 

(6.14) 

 

C =

1000   v

2       f    n     s +1

T

cst1

s+1

r

1

2

  

 

 

 

 

   (6.15) 

 
Należy jednak zwrócić uwagę, że wartość współczynników wyznaczonych na podstawie 
dwóch prób będą obarczone dużym błędem. 
 
 
 

6.3 Przebieg ćwiczenia 

 
 

Zadanie 1 

 

 

Określić zależność T = f (v

c

)  metodą toczenia wzdłużnego: 

 przeprowadzić  (w  miarę  potrzeb)  próby  trwałości,  uzupełniające  próby 

prowadzone  w ćwiczeniu  5;  należy  zachować  takie  same  wartości

a

p

  i  f  oraz 

inne  warunki  skrawania,  natomiast  dobrać  prędkość  skrawania  tak  aby  nie 
pokrywała  się  z  poprzednimi  próbami;  z  uwagi  na  to,  że  próby  wykonane  w 
ćwiczeniu 5, zadanie 1, przeprowadzone zostały w warunkach znormalizowa-nych 
postępowanie to jest uzasadnione, 

 wykorzystując wyniki przeprowadzonych pomiarów oraz wyniki pomiarów innych 

grup  studenckich  zarejestrowane  w  komputerze,  określić  parametry  zależności 
T= f (v

c

). 

background image

6. Badanie trwałości narzędzi skrawających                                      71  

 

.Zadanie 2 

 

 

Określić zależność T = f (v

c

)  metodą toczenia promieniowego: 

 przeprowadzić  co  najmniej  dwie  próby  toczenia  promieniowego  z  różnymi  prę-

dkościami  obrotowymi  wrzeciona  z  ustalonymi  pozostałymi  warunkami  obróbki; 
próby należy prowadzić aż do katastroficznego zużycia narzędzia, 

 pomierzyć średnice D

st

, przy których nastąpiło stępienie narzędzia, 

 wyznaczyć zależność T = f (v

c

). 

 
 

Aby  przeprowadzić  obliczenia  z  pomocą  komputera  należy  uruchomić  program 

c:\OBRSKR\cwicz6.exe  i postępować wg instrukcji pojawiających się na ekranie. 

background image

  72                                          Laboratorium Obróbki Skrawaniem 
 

INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN 

ZAKŁAD OBRÓBKI SKRAWANIEM I NARZĘDZI 

LABORATORIUM OBRÓBKI SKRAWANIEM 

 
ĆWICZENIE 6  BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH 
 
GRUPA NR:   

 

 

 

DATA: 

ODRABIAJĄCY ĆWICZENIE:   

PROWADZĄCY:....................................... 

1.  ......................................................  5.  ........................................................ 
2.  ......................................................  6.  ........................................................ 
3.  ......................................................  7.  ........................................................ 
4.  ......................................................  8.  ........................................................ 
 
ZADANIE 1. WYZNACZANIE T=F(v

c

) METODĄ TOCZENIA WZDŁUŻNEGO 

Wyniki pomiarów 

 
Próba  

    t 
 [min] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1 

  VB

B

 

  [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    2 

  VB

B

 

  [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    3 

  VB

B

 

  [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    4 

  VB

B

 

  [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    5 

  VB

B

 

  [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
VB

B

 [mm] 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

t[min]   

background image

6. Badanie trwałości narzędzi skrawających                                      73  

 

1

2

3 4 5

10

20

50

[m/min]

v

c

1

5

10

50

100

T [min]

 

 
ZADANIE 2. WYZNACZANIE T= f (v

c

) METODĄ TOCZENIA PROMIENIOWEGO: 

 

Nr próby 

Warunki badań 

Materiał obrabiany 

 

Materiał ostrza 

 

o

 [] 

 

 [] 

 

r

 [] 

 

s

 [] 

 

r

 [] 

 

      

a

p

 [mm] 

 

f

r

 [mm/obr] 

 

 n  [obr/min] 

 

 

 

Wyniki pomiarów 

   

D

st

 [mm] 

 

 

 

 
WYNIKI OBLICZEŃ:   

 

 

C

T

 =   

 

 

 

 

 

s = 

WNIOSKI: