Podstawy obróbki skrawaniem

            1. Wstęp

            Przez techniki wytwarzania rozumie się wszystkie rodzaje obróbek stosowanych do kształtowania elementów maszyn, metody nadawania im określonych właściwości użytkowych, pomiarów i kontroli jakości wyrobów, a także sposoby łączenia i spajania elementów oraz  ich montaż.

Do najważniejszych technik wytwarzania zalicza się: obróbkę skrawaniem, obróbkę erozyjną, odlewnictwo, obróbkę plastyczną, obróbkę cieplną, spawanie i zgrzewanie, przetwórstwo tworzyw sztucznych oraz metody pomiarów i kontroli wyrobów. Kształtowanie części maszyn metodami obróbki skrawaniem (tj. przez toczenie, frezowanie, wiercenie, struganie, przeciąganie itp.) obejmuje ok. 70 % wszystkich technik wytwarzania. Udział obróbki skrawaniem w przemyśle maszynowym wynosi obecnie ok. 50 %.

 

            2. Zasada obróbki skrawaniem

 

            Obróbka skrawaniem (skrawanie) polega na oddzieleniu od przedmiotu obrabianego warstwy materiału o określonej grubości zwanej naddatkiem w celu nadania mu żądanego kształtu i wymiarów, często również w połączeniu z nadaniem warstwie wierzchniej określonych właściwości. Oddzielenie warstwy skrawanej od materiału jest powodowane przez klinowe ostrze narzędzia, przesuwające się z określoną prędkością VC względem przedmiotu obrabianego. Nacisk wywierany przez ostrze narzędzia wywołuje miejscowe odkształcenie sprężyste i plastyczne materiału, prowadzące do pokonania sił wiązania cząsteczkowego i oddzielenie materiału w postaci wióra. Mechanizm niszczenia materiału polega głównie na ścinaniu.

 

Rozmiar: 7723 bajtów

 

Rys. 1. Zasada procesu skrawania: 1-przedmiot obrabiany (materiał), 2-ostrze narzędzia, 3 warstwa skrawana, 4-wiór, VC  - prędkość skrawania, aP – głębokość skrawania, a,g - kąty ostrza noża: przyłożenia i natarcia

 

 

            W zależności od osiąganej dokładności wymiarowo-kształtowej i chropowatości powierzchni rozróżnia się: obróbkę zgrubną, kształtującą, wykańczającą i bardzo dokładną.

 

            3. Geometryczne i technologiczne parametry skrawania

 

            Przebieg i wyniki skrawania zależą od:

·        warunków skrawania, tj. czynników związanych z obrabiarką, narzędziem, przedmiotem obrabianym i otoczeniem;

·        parametrów skrawania: geometrycznych, związanych z geometrią ostrzy narzędzi i przekrojem warstwy skrawanej oraz technologicznych, do których zalicza się prędkość skrawania VC, prędkość posuwu Vf  ( posuw f) oraz głębokość skrawania aP .

 

 

 

 

Rozmiar: 8784 bajtów

 

Rys. 2. Schemat procesu toczenia: VC – prędkość toczenia, Vf – prędkość posuwu, aP – głębokość skrawania, b,f,h – przekrój warstwy skrawanej, 1,2,3- powierzchnia obrabiana, obrobiona i przejściowa

 

            W praktyce zamiast prędkości posuwu używane są posuwy:

·        obrotowy f w mm/obr – jest to droga o jaką przesunie się narzędzie równolegle do osi obrotu w czasie jednego obrotu (np. podczas toczenia i wiercenia);

·        minutowy ft w mmm/min – jest to prędkość ruchu posuwowego (np. frezowanie);

·        na ostrze fZ  - stosowany w przypadku narzędzi wieloostrzowych i odpowiada on przesunięciu przedmiotu obrabianego  przypadającemu na jedno ostrze narzędzia. Posuw fZ  można przeliczyć na posuw minutowy ft  wg wzoru:

ft =fZ n i

 

            gdzie: n – prędkość obrotowa narzędzia w obr/min, i – liczba ostrzy skrawających narzędzia.

 

           

            4. Rodzaje wiórów

 

            W zależności od własności materiału obrabianego i warunków skrawania mogą powstawać wióry przedstawione na rys. 3.

 

Rozmiar: 37299 bajtów

 

Rys. 3. Klasyfikacja kształtów wiórów wg PN-ISO 3685

 

            Za najbardziej korzystne postacie wiórów uważa się wióry odpryskowe (otrzymywane przy obróbce materiałów kruchych, np. żeliwa) oraz segmentowe (obróbka materiałów o średniej twardości ze średnimi prędkościami skrawania). Wióry te (rys. 4) jest łatwo usunąć z przestrzeni skrawania i łatwo magazynować. Wióry wstęgowe często oplatają się wokół narzędzi i elementów obrabiarki. Grozi to wtedy okaleczeniem operatora lub awarią obrabiarki. Szczególnie jest to niedopuszczalne przy obróbce automatycznej bez stałego dozoru. W zasadzie stosując odpowiednie parametry skrawania i odpowiednią geometrię ostrzy noży można uzyskać wióry odpryskowe lub segmentowe. W przypadku trudności w uzyskaniu tych wiórów można stosować łamacze wiórów w postaci specjalnych nakładek na ostrza skrawające lub rowków wzdłuż krawędzi skrawających. Pozwalają one podzielić wiór wstęgowy na krótkie odcinki (rys. 5).

 

Rozmiar: 5049 bajtów

 

Rys. 4. Zwyczajowe postacie wiórów: a) odpryskowy, b) schodkowy (segmentowy), c) wstęgowy

 

Rozmiar: 8613 bajtów

 

Rys. 5. Rodzaje łamaczy wiórów: a) w postaci nakładki, b) w postaci rowka wzdłuż krawędzi skrawającej

            5. Geometria noży skrawających    

 

Geometrię narzędzi skrawających określa położenie powierzchni, lini oraz kąty ostrzy. Główne jej elementy to:

 

Rozmiar: 8520 bajtów

 

Rys. 6. Elementy budowy noża tokarskiego

 

 

 

Rozmiar: 4584 bajtów

 

Rys. 7. Oznaczenie kata natarcia g  noża tokarskiego

 

 

            6. Materiały narzędziowe

 

            Materiały na narzędzia skrawające powinny odznaczać się dużą twardością, dobrą odpornością na ścieranie oraz zdolnością do zachowania tych własności w wysokich temperaturach (do ok. 850 °C).Twardość ostrza skrawającego powinna być o ok. 20 HRC większa od twardości obrabianego materiału. Na narzędzia do obróbki wiórowej stosowane są m.in.: stale narzędziowe węglowe i stopowe (63-65 HRC), stale szybkotnące (ok. 65 HRC), węgliki spiekane i materiały ceramiczne.

            Z węglików spiekanych wykonuje się płytki, które wlutowuje się lub mocuje mechanicznie do korpusów narzędzi. W ich skład wchodzą węgliki pierwiastków trudnotopliwych (wolframu, tytanu) spojone osnową kobaltową. Ich twardość wynosi 65 – 70 HRC. Można nimi skrawać z dużymi prędkościami, gdyż dużą twardość i odporność na ścieranie zachowują do temp. ok. 1000 °C. Nowoczesne noże tokarskie z takimi wymiennymi płytkami  przedstawiono na rys. 8. Płytki takie mogą być dodatkowo powlekane dyfuzyjnie kilkoma warstwami powłok TiC, TiN, Ti(C,N) i Al2O3 o łącznej grubości kilkunastu mikrometrów. Niemniej tak cienkie powłoki powodują znaczny wzrost ich odporności na zużycie. dochodzący nawet do 5 razy. Takimi płytkami można wtedy o wiele dłużej obrabiać lub przeprowadzić obróbkę bardzo intensywną. Stąd są polecane szczególnie do stosowania na obrabiarkach CNC lub centrach obróbkowych.

 

Rozmiar: 9912 bajtów

 

Rys. 8. Nóż tokarski składany z wymienną płytka z węglików spiekanych: 1- trzonek, 2- śruba zaciskowa, 3- płytka wieloostrzowa, 4- płytka podporowa, 5- łamacz wiórów

 

 

            Literatura:

 

1.      Białas S., Sobieszczański J.: Zarys technologii maszyn. Warszawa: WSiP.

2.      Feld.M.: Projektowanie i automatyzacja procesów technologicznych części maszyn. Warszawa: WN-T.

3.      Grzesik W.: Podstawy skrawania materiałów metalowych. Warszawa:WN-T.

4.      Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. Warszawa: WsiP.