Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I P O Z N AŃSKIEJ Nr 6 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I P O Z N AŃSKIEJ Nr 6 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 ROMAN SIECLA, KAZIMIERZ WIECZOROWSKI, ANNA MATUSIAK-SZARANIEC ZUŻYCIE NAWIERTAKÓW W artykule przedstawiono wyniki badań kształtowania nakiełków, trwałość narzędzi do wykonywania nakiełków (nawiertaków), sposoby zużywania nawiertaków oraz niektóre problemy związane ze zwiększeniem trwałości narzędzi stosowanych do wytwarzania nakiełków. Słowa kluczowe: nakiełki, nawiertaki, zużycie nawiertaków 1. WPROWADZENIE Nakiełki stanowią typowy przykład baz sztucznych w operacjach technologicznych i służą do jednoznacznego ustalenia położenia przedmiotów w osi. Nakiełki wykonuje się w celu zapewnienia prawidłowej współosiowości powierzchni przedmiotów osiowosymetrycznych w operacjach podstawowych. Obróbka przedmiotów w kłach nie zawsze jest związana z wytwarzaniem osiowosymetrycznych części maszyn. Nakiełki stosuje się także do obróbki innych przedmiotów, takich jak np. mimośrody, krzywki itp. Nakiełki wykorzystywane są również w procesach regeneracji części maszyn w remontach maszyn, do ostrzenia narzędzi itp. Nakiełki jako podstawowa baza obróbkowa powinny być wykonywane bardzo dokładnie. Największą uwagę przy wykonywaniu nakiełków należy zwrócić na: współosiowość nakiełków położonych na obydwóch powierzchniach czołowych części i na współosiowość położenia osi nakiełka z osią przedmiotu, niedopuszczalne jest odchylenie kątowe obu osi oraz dokładność stożka nośnego nakiełka. Dobra współosiowość nakiełków wymaga dokładnego położenia powierzchni czołowych przedmiotów obrabianych części. Nieprostopadłe do osi przedmiotów powierzchnie czołowe powodują zboczenie z osi nawiertaka i są przyczyną częstych jego uszkodzeń złamań. Należy zwrócić uwagę, że plano-

2 128 R. Siecla, K. Wieczorowski, A. Matusiak-Szaraniec wanie czół przedmiotów osiowosymetrycznych jest zabiegiem niezbędnym. W procesie planowania czoła przedmiotu konieczne jest, aby nie pozostawiać końcówki odciętego wałka, która przy nakiełkowaniu może spowodować złamanie nawiertaka [1, 2]. Wykonywanie nakiełków nie zawsze stanowi odrębną operację. Zabieg ten może być połączony z innymi zabiegami obróbkowymi w trakcie operacji np. na automatach tokarskich. Spełnienie wysokich wymagań, jakie stawiane są nakiełkom przedmiotów [3, 4, 6], jest trudne przy zastosowaniu specjalnych narzędzi, jakimi są nawiertaki. Konstrukcja nawiertaków stanowi w istocie wąskie gardło w produkcji. Najczęściej stosowane kształty nakiełków wraz z konstrukcją nawiertaków (wg Polskiej Normy), pokazano na rys. 1. Norma przewiduje dwa typy nakiełków typ A zwykły i typ B chroniony. Dobór średnicy nakiełka d zależy od średnicy przedmiotu obrabianego. Zasadniczym elementem trwałości nawiertaka jest jego końcówka o średnicy d, która w procesie kształtowania nakiełka ulega ukręceniu lub złamaniu. Rys. 1. Kształt nakiełków wraz z nawiertakami Fig. 1. Centre holes with spotting drills Prowadzone przez pracowników Zakładu Projektowania Technologii Politechniki Poznańskiej badania w zakładach przemysłowych umożliwiły określenie niektórych objawów zużycia tych narzędzi [7].

3 Zużycie nawiertaków BADANIE ZUŻYCIA NAWIERTAKÓW Badania zużycia nawiertaków prowadzono dwoma metodami. Pierwsza polegała na analizie danych zawartych w dokumentacji rozchodów narzędzi w sekcjach gospodarki narzędziowej. Badania prowadzono w kilkunastu zakładach przemysłowych na wydziałach obróbki mechanicznej, w sekcjach części osiowosymetrycznych. Nakiełki były kształtowane na tokarkach i na wiertarkach nawiertakami. Na podstawie analizy zebranych danych trudno jest określić jaka część nawiertaków została uszkodzona w procesie wiercenia na tokarkach, a jaka na wiertarkach. W ten sposób otrzymano ogólny obraz zużycia wytrzymałościowego nawiertaków. Wyniki tych badań podano na rys. 2. Z zebranych danych wynika, że nawiertaki, które mają większą średnicę końcówki (d > 4 mm) wykazują znacznie mniejsze zużycie wytrzymałościowe. Rys. 2. Wykres procentowego zużycia wytrzymałościowego nawiertaków do wytwarzania nakiełków Fig. 2. Graph of the spotter drills wear Druga metoda badań polegała na obserwacji sposobu zużycia ostrzy nawiertaka przez określenie liczby wykonanych nakiełków. Na rysunku 3 podano średnie wartości liczb wykonanych nakiełków do chwili ich zużycia wytrzymałościowego. Z danych przytoczonych na tym wykresie wynika bardzo duży rozrzut liczby wykonanych nakiełków. Nawiertaki o większych średnicach d wykazują większą liczbę wykonanych nakiełków niż nawiertaki o średnicach mniejszych. Badania te umożliwiają zrozumienie różnic podanych na rys. 2. Należy nadmienić, że w niektórych przypadkach nawiertak wykonał tylko jeden nakiełek.

4 130 R. Siecla, K. Wieczorowski, A. Matusiak-Szaraniec Rys.3. Średnie wartości liczb wykonanych nakiełków Fig. 3. Mean numbers of the centre holes made with a spotter W ramach drugiej metody badań określono miejsca uszkodzenia nawiertaka. Na rysunku 4 pokazano trzy miejsca, w których występują uszkodzenia nawiertaka (zaznaczone strzałkami). Wszystkie zlokalizowane są w nawiertaku, w przybliżeniu w miejscu przejścia od końcówki d do stożka nośnego. Występują wówczas, gdy wióry spływające z krawędzi o małej średnicy zostają zahamowane przez wióry spływające z krawędzi stożkowej. Sytuację taką przedstawiono na rys. 4 liniami białymi. Należy zaznaczyć, że w tym przypadku najczęściej końcówka nawiertaka zostaje w nakiełku i trudno ją usunąć. Miejsce 3 dotyczy przejścia ze średnicy małej w krawędzie stożka nośnego. Postać ta występuje wówczas, gdy powierzchnia czołowa jest niewłaściwie ukształtowana i występuje na tej powierzchni wystający element po toczeniu poprzecznym przecinaniu. Rys. 4. A typowe miejsca uszkodzenia nawiertaka, B miejsce złamania nawiertaka (powiększenie 5x) Fig. 4. A typical damage place on the spotter, B place where the spotter was broken (zoom 5x)

5 Zużycie nawiertaków 131 Na podstawie przeprowadzonych obserwacji zużycia wytrzymałościowego nakiełków w zakładach przemysłowych opracowano szereg uwag i wniosków 3. UWAGI I WNIOSKI W niektórych zakładach zrezygnowano z wykonywania nakiełków nawiertakami i wykonuje się je trzema kolejnymi wiertłami [7]. Sposób ten zobrazowano na rys. 5. Najpierw wykonywany jest zabieg wiertłem krótkim o dużej średnicy (12 18) mm na niewielką głębokość (rys. 5A), kolejny zabieg wykonywany jest najczęściej wiertłem o kącie wierzchołkowym 60 (rys. 5B) a trzeci wiertłem o średnicy odpowiadającej końcówce nawiertaka (rys. 5C). W wyniku badań stwierdzono, że w niektórych zakładach w celu poprawienia pracy wiertła kształtującego część stożkową nośną stosuje się o większym kącie stożka nośnego w granicach Rys. 5. Zastępczy sposób wykonywania nakiełków; A wiertło wstępne o dużej średnicy krótkie, B wiertło o kącie stożka nośnego, C wiertło o średnicy odpowiadającej średnicy końcówki Fig. 5. Substitute method of the centre holes making: A initial drill with large diameter, short, B drill with an angle equal to the centre cone, C drill with a diameter equal to the tip diameter Należy podkreślić, że w celu poprawienia spływu wióra z końcówki nawiertaka przeszlifowano kąty części skrawającej stożka nośnego na 70,75, 80. W wyniku zmiany kąta nośnego znacznie ograniczono niszczenie nawiertaka w przekrojach oznaczonych nr 1 i nr 2 rys. 4. W obserwacjach nawiercania nakiełka ze zmianą kąta stożka nośnego nie zaobserwowano skłębiania się wiórów. W dalszych badaniach, których celem była eliminacja hamowania wiórów spływających z części d nawiertaka, wprowadzono korekcję krawędzi skrawającej części stożka nośnego.

6 132 R. Siecla, K. Wieczorowski, A. Matusiak-Szaraniec Na rysunku 6 pokazano dwa sposoby zmiany położenia krawędzi skrawającej części stożka nośnego. Na rysunku 6A przedstawiono podcięcie krawędzi w strefie przejścia pomiędzy końcówką a częścią stożkową. Otrzymano w ten sposób możliwość spływu wióra z końcówki ponad wiórem z części stożkowej. Na skutek takiej niewielkiej zmiany położenia krawędzi zwiększono trwałość nawiertaka, jednak samo narzędzie uległo w tym miejscu osłabieniu. Kolejną zmianą było wprowadzenie korekty części rowka. Poszerzono rowek w celu zwiększenia przestrzeni na wióry i umożliwienia lepszego spływu wiórów (rys. 6A). Na rysunku 6B wprowadzono zmianę położenia krawędzi skrawającej stożka w wyniku czego uzyskano jej obniżenie w końcowej części stożka. Uzyskano w ten sposób niewielką zmianę kierunku spływu wióra z części stożka, co ograniczyło hamowanie spływu wióra z końcówki. Rys. 6. Przykłady korekcji krawędzi skrawającej stożka nośnego. A podcięcie u podstawy stożka, B podcięcie u wierzchołka stożka (powiększenie 6 ) Fig. 6. Examples of the cutting edge correction: A undercutting at the cone base, B undercutting at the cone peak (zoom 6 )

7 Zużycie nawiertaków 133 Podsumowując przedstawione badania, stwierdzono, że istnieje konieczność zmiany konstrukcji nawiertaków w aspekcie zwiększenia ich trwałości i ograniczenia niszczenia tych narzędzi. Rekonstrukcja powinna dotyczyć położenia krawędzi skrawającej stożka nośnego, a także zmiany kąta stożka nośnego. Uważamy, że przyjęta przed laty wartość kąta stożka nośnego 60 wymaga ponownego rozpatrzenia. Jest to tym bardziej uzasadnione, że kilka zakładów stosuje większe kąty stożka nośnego [5]. Stosowanie kłów obrotowych ułatwia podtrzymywanie przedmiotów. Przy większym kącie stożka nośnego również średnica końcówki może być nieco większa, co wpłynie na wzrost wytrzymałości. W zakończeniu można stwierdzić, że w zakresie tak podstawowej operacji jaką jest wykonywanie nakiełków, w istocie brak jest zainteresowań ze strony jednostek badawczych. LITERATURA [1] Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, Warszawa, WNT [2] Karpiński T, Inżynieria produkcji, Warszawa, WNT [3] Kiepuszewski Br., Technologia budowy maszyn, Warszawa, PWT [4] Kornberger Zb., Technologia budowy maszyn, Warszawa, WNT [5] Kunstetter St. Podstawy konstrukcji narzędzi skrawających, Warszawa, WNT [6] Sprawozdanie z badań własnych Zakładu Projektowania Technologii Politechniki Poznańskiej, Poznań [7] Żebrowski H. Techniki wytwarzania. Obróbka skrawaniem, ścierna, erozyjna, Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Recenzent: dr hab. inż. Maciej Kupczyk, prof. nadzw. CENTRE HOLES S u m m a r y In the paper, the results of investigations on centre holes forming have been presented. The subject of examination was durability of the tools spotting drills. The methods of spotters application and some problems of their lifetime prolongation underwent discussion as well. Key words: centre holes, spotting drills, wear of spotters dr inż. Roman SIECLA Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. (061) , , siecla.r@pwromex.com.pl

8 134 R. Siecla, K. Wieczorowski, A. Matusiak-Szaraniec prof. dr inż. dr h.c. Kazimierz WIECZOROWSKI Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. (061) , mgr inż. Anna MATUSIAK-SZARANIEC Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań, tel. (061) , ,