Materiał zawarty w poniższym konspekcie nie zawiera całego. materiału przedstawionego na wykładach z przedmiotu

Transkrypt

1 UWAGA!!! Materiał zawarty w poniższym konspekcie nie zawiera całego materiału przedstawionego na wykładach z przedmiotu Inżynieria wytwarzania. 1

2 PODSTAWOWE WIADOMOŚCI DOTYCZĄCE PROCESU SKRAWANIA Obróbką skrawaniem nazywamy proces technologiczny, który polega na usunięciu przez narzędzie określonej objętości materiału w celu uzyskania wymaganych wymiarów i kształtu obrabianego elementu, a w niektórych przypadkach także określonych właściwości fizycznych i mechanicznych powierzchni i warstwy podpowierzchniowej. Obróbkę skrawaniem przeprowadza się za pomocą narzędzi jedno- i wieloostrzowych. Jednak znamienną cechą narzędzi skrawających jest klinowy kształt ostrza. Ostrze to zostaje wciskane w materiał, oddzielając jego część, tzn. naddatek. 2

3 Ruchy procesu skrawania Ruchy kształtowania są torami narzędzia względem przedmiotu zapewniającymi odpowiedni kształt i wymiary obrabianego przedmiotu. Ruchy skrawania są to ruchy umożliwiające usuwanie naddatku z powierzchni. Ruch główny (roboczy) - jest ruchem dostarczającym wymaganej procesem energii potrzebnej do oddzielenia naddatku obróbkowego. Ruch posuwowy umożliwia wraz z ruchem roboczym zdjęcie naddatku z całej powierzchni. Ruchem roboczym jest najczęściej ruch narzędzia lub przedmiotu o większej szybkości. Rodzaje procesów obróbki skrawaniem charakteryzuje powiązanie kinematyki ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego tzn. kierunku i rodzaju ruchów głównych i posuwowych. Rodzaje obróbki 1. Obróbka wstępna obejmuje pierwsze przejście narzędzia usuwa się tutaj warstwy wierzchnie z przedmiotu obrabianego, czyli tzw. naskórek, który zawiera wady powstałe w procesie produkcji surówki (walcowanie, odlewanie). Potocznie tą obróbkę nazywamy skórowaniem lub zdzieraniem. 2. Obróbka kształtująca obróbka, która nadaje właściwy kształt przedmiotowi obrabianemu przez zdjęcie warstw materiału po oskórowaniu. 3. Obróbka wykańczająca ostatnie przejścia, które nadają ostateczny kształt wymiary i gładkość powierzchni przedmiotu obrabianego. Elementy przedmiotu obrabianego i parametry skrawania W procesach obróbki mamy następujące elementy przedmiotu obrabianego: 3

4 - powierzchnię obrabianą powierzchnia, która w danym procesie podlega obróbce; - powierzchnie obrobioną utworzoną na przedmiocie obrabianym po przejściu narzędzia (ukształtowaną w wyniku przejścia narzędzia); - powierzchnię skrawania jest to powierzchnia chwilowo odwzorowywana przez narzędzie skrawające. W procesie obróbki skrawaniem powstaje produkt uboczny, nazywany wiórem. Ta część materiału obrabianego, którą narzędzie przekształca w wiór nazywa się warstwą skrawaną. Parametry skrawania określają podstawowe ruchy narzędzia i przedmiotu obrabianego (PO), wymiary naddatku usuwanego podczas obróbki, geometrię warstwy skrawanej oraz geometrię ostrza. Dzielimy je na technologiczne i geometryczne. Parametry technologiczne - to wielkości określające ruchy narzędzi i PO oraz głębokość skrawania. Parametry geometryczne to wielkości charakteryzujące kształt, wymiary oraz pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej. Parametry technologiczne Prędkość obrotowa n[obr/min] jest to wielkość określająca najczęściej ruch główny i wyrażona jest liczbą obrotów PO lub narzędzia wykonanych w ciągu minuty. Prędkość skrawania V jest prędkością ruchu głównego (roboczego) jest to chwilowa największa prędkość punktu krawędzi skrawającej wzgl. P.O. Wyraża się ją najczęściej w m/min (tylko w przypadku szlifowania w m/s) Dn V = π m/min 1000 n prędkość obrotowa wrzeciona, D średnica powierzchni obrabianej (dla toczenia zewnętrznego) lub powierzchni obrobionej (np. średnica narzędzia dla wiercenia). W definicji prędkości skrawania pomija się prędkość ruchu posuwowego ze względu na jego bardzo małą wartość w porównaniu z prędkością ruchu roboczego. Posuwem na obrót p[mm/obr] nazywamy wartość liniową przemieszczenia narzędzia lub P.O. odpowiadającą jednemu obrotowi ruchu roboczego. 4

5 Posuwem minutowym p t lub prędkością posuwu jest chwilowa prędkość ruchu posuwowego czyli stosunek drogi jaką przebywa w tym ruchu PO lub narzędzia do czasu. Wyraża się go [mm/min]. W przypadku narzędzi wieloostrzowych mamy do czynienia z posuwem na ząb p z [mm/ząb] jest to długość drogi przebytej przez PO lub narzędzia w czasie obrotu narzędzia o kąt zawarty między dwoma sąsiednimi ostrzami lub zębami. Między tymi rodzajami posuwów zachodzą następujące zależności: p t = p n = p z z n Głębokością skrawania g[mm] nazywamy odległość pomiędzy powierzchnią obrabianą a powierzchnią obrobioną. Dla toczenia wzdłużnego można ją określić wzorem: D d g = D średnica powierzchni obrabianej, d średnica powierzchni obrobionej. Parametry geometryczne Geometrię warstwy skrawanej określamy w tzw. płaszczyźnie przekroju poprzecznego warstwy skrawanej. Płaszczyzna ta jest prostopadła do prędkości ruchu głównego, a w przypadku toczenia przechodzi przez oś przedmiotu obrabianego. Pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej pole równoległoboku ABCD f = a b [mm 2 ] Resztowe pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej pole nierówności pozostawionej na powierzchni obrobionej po jednym obrocie PO, wyznaczone w płaszczyźnie przekroju poprzecznego warstwy skrawanej. f r = pole ΔCDE Rzeczywiste pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej f rz = f f r f, gdyż f r <= 1%f g b = a = psinχ f = g p sin χ 2 5

6 Siły występujące podczas skrawania Siły podczas skrawania wykonują pracę zużywaną na: - odkształcenie i oddzielenie warstwy skrawanej, - odkształcenie wióra, - tarcie między wiórem a narzędziem, - tarcie wewnętrzne w materiale. Siła P z działa równolegle do wektora prędkości obwodowej w punkcie styczności wierzchołkowej N z P.O. i nazywana jest składową obwodową. Siła P x jest równoległa do posuwu narzędzia i nosi nazwę składowej posuwowej. Siła P y jest prostopadła do powierzchni obrobionej i dwóch pozostałych składowych i nosi nazwę składowej odporowej. P = P + P + P - wypadkowa siła skrawania 2 x 2 y 2 z P z : P x : P y = 1 : 0,25 : 0,4 dla toczenia wzdłużnego stali P y = 0,4 P z P x = 0,25P z ( 0,25Pz ) + ( 0,4Pz ) + Pz 1,22Pz 1, Pz P = 1 Z tego powodu w praktyce często przyjmuje się, że P P z. 6

7 Rodzaje wiórów Wygląd i kształt warstwy skrawanej, która zostaje przekształcona w wiór, zależy w znacznym stopniu od własności materiału obrabianego, a także od stanu naprężeń i odkształceń w warstwie skrawanej, wywołanych procesem skrawania. W zależności od tych warunków możemy otrzymać następujące rodzaje wiórów: a) odłamkowy (odpryskowy, odrywany), b) wstęgowy, c) schodkowy. Oprócz tych podstawowych odmian istnieją również odmiany pośrednie. Wiór odłamkowy powstaje podczas skrawania metali twardych i kruchych (np. twardego żeliwa, twardych brązów i mosiądzów). Składa się z oddzielnych cząstek różnej wielkości, nie powiązanych ze sobą. Wióry te powstają w wyniku przekroczenia wytrzymałości rozdzielczej materiału skrawanego. Wiór wstęgowy przyjmuje najczęściej postać spirali lub zwiniętej taśmy; powstaje np. przy skrawaniu stali z dużymi prędkościami skrawania, przy małych przekrojach warstwy skrawanej. Powierzchnia wióra od strony ostrza jest gładka, o lustrzanym połysku. Wiór schodkowy powstaje w wyniku przekroczenia wytrzymałości na ścinanie. Występują tu granice podziału wióra na segmenty tam, gdzie nastąpiło częściowe naruszenie spójności materiału. Rodzaj wygląd wióra mówi nam o chropowatości powierzchni obrobionej, zmienności sił skrawania i wielu innych elementach procesu skrawania. Np. najmniejsza chropowatość powierzchni obrobionej jest obserwowana przy powstawaniu wióra wstęgowego, największa - przy wiórze odłamkowym. Każda z odmian wióra wskazuje na wielkość parametrów skrawania, przy jakich obróbka się odbywała. Doświadczenia wskazują, że przy skrawaniu tego samego materiału można uzyskać często wszystkie rodzaje wiórów, należy tylko stosować odpowiednie parametry skrawania. Ciecze chłodząco smarujące Funkcje: 1. Zmniejszają tarcie narzędzia o materiał obrabiany, co zmniejsza ilość wydzielanego ciepła, zużycie ostrza, opory skrawania. 2. Zmniejszają moc skrawania, na skutek działania dodatków powierzchniowo aktywnych. 7

8 3. Powodują zwiększenie prędkości odprowadzania ciepła, poprzez zwiększenie różnicy temperatury między miejscem najwyższej temperatury a powierzchnią wióra lub ostrza narzędzia. 4. Ułatwiają usuwanie drobnych wiórów, produktów ścierania ostrza, pochłaniają pył. 5. Zwiększają gładkość powierzchni obrobionej. W zależności od rodzaju obróbki oraz właściwości cieczy może ona spełniać zadanie chłodzące, smarujące lub chłodząco-smarujące. Do cieczy chłodzących należą wodne roztwory mineralnych elektrolitów, które chłodząc, chronią jednocześnie P.O. i obrabiarkę przed korozją. Stosujemy je przede wszystkim, gdy w czasie obróbki wydziela się dużo ciepła, przy dużych obciążeniach ostrza narzędzia. Do cieczy smarujących należą przede wszystkim różnego rodzaju oleje, które tworzą na powierzchni materiału obrabianego cienkie i trwałe warstewki, oddzielające współtrące powierzchnie i zmniejszające tarcie w układzie N PO. Stosuje się je przy niewielkich obciążeniach ostrza, szczególnie przy obróbce dokładnej. Mają niewielkie działanie chłodzące. Ciecze chłodząco smarujące to przede wszystkim emulsje, tworzące zawiesinę cząstek oleju w wodzie. Tworzą cienkie warstewki na powierzchni P.O., zapewniając dobre smarowanie, jednocześnie chłodzą strefę skrawania. Stosuje się je w przypadku występowania dużych temperatur przy jednoczesnym istnieniu dużych oporów skrawania, np. przy wierceniu. Zjawiska mechaniczne Tworzenie się narostu na ostrzu Narost Na powierzchni ostrza tworzy się narost, który złożony jest z silnie odkształconych warstewek metalu, mających budowę włóknistą. Twardość narostu jest większa niż twardość materiału obrabianego, a przy powierzchni narzędzia zbliżona do twardości stali zahartowanej, nieco mniejsza przy wierzchołku narostu. Powstaje zatem jakby drugie ostrze skrawające, o nieco zmienionej geometrii, które bierze udział w procesie skrawania. Powstawanie narostu na ostrzu wiąże się ściśle z prędkością skrawania. 8

9 Narost jest zjawiskiem cyklicznym; w wyniku wzrostu wysokości narostu w pewnym momencie następuje jego ścięcie i proces odbywa się od początku. Korzystny wpływ narostu: chroni powierzchnię ostrza od styku z wiórem i przez to zmniejsza zużycie ostrza. Narost zmienia parametry ostrza, pogarsza gładkość powierzchni obrabianej i dlatego jest bardzo niekorzystnym zjawiskiem, szczególnie przy obróbce dokładnej. Zużycie ostrza Zużycie ostrza określa się jako geometryczne zmiany ostrza, związane najczęściej z ubytkiem materiału. Często związane jest to ze zmianami właściwości ostrza pod wpływem obciążeń i działania temperatury. Zużycie mechaniczne może mieć charakter ścierny lub wytrzymałościowy. Zużycie ścierne polega na wycieraniu się ostrza pod wpływem tarcia wiórów o ostrze i ostrza o materiał skrawany. Zużycie wytrzymałościowe uwidaczniające się w postaci pęknięć, wyszczerbień i wykruszeń. Jest wynikiem przekroczenia wytrzymałości doraźnej lub zmęczeniowej elementów ostrza. W zależności od parametrów skrawania zużyciu może ulegać powierzchnia natarcia, powierzchnia przyłożenia lub obie jednocześnie. Powierzchnia natarcia jest to powierzchnia po której spływa wiór. Powierzchnia przyłożenia jest to powierzchnia noża od strony warstwy skrawanej, tworząca w przecięciu z powierzchnią natarcia krawędź skrawającą. Zużycie powierzchni przyłożenia przejawia się w postaci równoległych rys o nierównomiernej długości. Wierzchołek noża cofa się i przez to zmniejsza się głębokość skrawania, zwiększa się chropowatość, a w konsekwencji może to doprowadzić do zniszczenia ostrza. Wskaźnikiem zużycia powierzchni przyłożenia h p jest wysokość starcia powierzchni przyłożenia od punktu pierwotnej krawędzi ostrza do dolnej granicy zużycia powierzchni przyłożenia. Wartość maksymalną wskaźnika h p max obserwuje się najczęściej w miejscu występowania maksymalnej prędkości skrawania. 9

10 Zużycie powierzchni natarcia przejawia się w postaci powstawania rowka, w pewnej odległości od krawędzi skrawającej, co wywołane jest tarciem wióra o powierzchnię natarcia. Powoduje to zmniejszenie przekroju ostrza noża, co może w konsekwencji spowodować jego zniszczenie. Wskaźnikiem zużycia powierzchni natarcia jest głębokość rowka h e odległość maksymalna dna rowka od powierzchni natarcia oraz szerokość rowka H. Wartość wskaźników zużycia rośnie z różną szybkością w zależności od czasu pracy ostrza. I II III W okresie pierwszym zużycie przebiega szybko, co wiąże się z docieraniem ostrza, likwidowaniem nierówności na powierzchni ostrza. Drugi okres to okres niewielkiego, równomiernego zużycia. W okresie trzecim następuje gwałtowny wzrost szybkości zużycia narzę- 10

11 dzia. Tutaj skrawanie staje się nieopłacalne, gdyż znacznie pogarsza się stan powierzchni obrobionej, poza tym skrawanie na tym odcinku może doprowadzić do zniszczenia narzędzia i obrabiarki. Stępienie Stępieniem nazywamy utratę właściwości skrawnych narzędzia, które wymagane są do wykonania określonej operacji obróbki skrawaniem. Przywrócenie zdolności skrawnych stępionemu ostrzu nazywamy ostrzeniem ostrza. Okresem trwałości (trwałością) ostrza nazywamy czas pracy ostrza, w okresie pomiędzy dwoma kolejnymi stępieniami, przy niezmienionych warunkach obróbki. Oznaczamy go literą T i określamy w minutach. Żywotnością narzędzia nazywamy sumę okresów trwałości narzędzia liczonych od początku do końca eksploatacji, po którym nie można już narzędziu przywrócić właściwości skrawnych przez ostrzenie. Istnieje kilka kryteriów stępienia ostrza; są to kryteria: fizykalne, ekonomiczne i technologiczne. Wg kryterium fizykalnego ostrze jest stępione, gdy wchodzimy w III etap zużycia. Możemy to określić na podstawie wskaźników (h p, h e, H), wzrostu oporów i mocy skrawania, wzrostu temperatury i drgań. Wg kryterium ekonomicznego należy tak dobrać T, aby suma okresów trwałości osiągnęła wartość maksymalną. Gdy T=const, można przyjąć: i T = max, gdzie: i- ilość przeostrzeń. Uzyskamy dzięki temu maksymalną żywotność narzędzia. Kryterium technologiczne uwzględnia zmianę wymiaru przedmiotu, który podlega obróbce, poza dopuszczalną tolerancję, co spowodowane jest starciem ostrza lub zmniejszeniem gładkości powierzchni. 11

12 TECHNOLOGIA OBRÓBKI WIÓROWEJ I ŚCIERNEJ Toczenie Odmiany toczenia. 1. Toczenie zewnętrzne obtaczanie (toczenie powierzchni zewnętrznych), 2. Toczenie wewnętrzne roztaczanie lub wytaczanie toczenie powierzchni wewnętrznych. Ze względu na usytuowanie ruchów podstawowych, toczenie dzielimy na: 1. toczenie wzdłużne kierunek ruchu posuwowego jest równoległy do osi obrotu przedmiotu, 2. toczenie ukośne kierunek ruchu posuwowego jest ustawiony do osi P.O pod kątem 0 0 <α < toczenie poprzeczne kierunek ruchu posuwowego jest prostopadły do osi obrotu przedmiotu. Można tu wyróżnić: a) toczenie czołowe obróbka płaszczyzn czołowych, b) przecinanie. Czas maszynowy jest to czas potrzebny na zdjęcie naddatku z powierzchni PO. Zakładamy, że należy zdjąć naddatek o grubości całkowitej q c. Zdejmujemy go w i przejściach i jeśli głębokość warstwy skrawanej ma być stała to q c =g i, 12

13 gdzie g głębokość warstwy skrawanej zdjętej w każdym przejściu. Droga narzędzia w ruchu posuwowym L = l d + l +l w i nazywamy ją długością przejścia. Czas maszynowy t m odpowiada czasowi trwania ruchu posuwowego i określany jest stosunkiem długości przejścia L w ruchu posuwowym do prędkości ruchu posuwowego. t m = i L p t [ min] Materiały stosowane na narzędzia skrawające 1. Stale a) stale narzędziowe węglowe, b) stale stopowe, c) stale szybkotnące. 2. Materiały spiekane a) węgliki spiekane metali trudnotopliwych, b) tlenki spiekane, c) cermetale, d) inne. Ad 1. a) są to stale o zwiększonej zawartości węgla oraz niewielkiej ilości dodatków : Mn, Si, Cr, Ni. Stale te poddaje się hartowaniu i odpuszczaniu niskiemu, w wyniku czego otrzymuje się twardość około 60HRC. Przykłady oznaczeń: N9, N10, N11, N12 - stale głęboko hartujące, N9E, N10E, N11E, N12E - stale płytko hartujące. Temperatura pracy do 200 0, zastosowane: na narzędzia ręczne pilniki, brzeszczoty, gwintowniki, pracujące przy małych prędkościach skrawania. b) stale zawierające większą ilość składników stopowych: chrom, wolfram, wanad, mangan; mają lepsze właściwości technologiczne i użytkowe niż stale narzędziowe węglowe. Przykłady oznaczeń: NC5, NC6, NW1, NWC Wykonuje się z nich gwintowniki, narzynki, rozwiertaki i inne narzędzia do obróbki ręcznej i maszynowej, pracujące w niezbyt ciężkich warunkach skrawania. c) zawierają składniki stopowe: W, Cr, V a czasami Co i Mo, są to materiały narzędziowe o bardzo dobrej hartowności, mogące pracować niezależnie od gatunku nawet do temp C przy dużych obciążeniach. Przykłady oznaczeń: SW18, SW12C, SK5M, SK10V. Stosowane do obróbki różnych materiałów, w większość narzędzi do obróbki mechanicznej. 13

14 Ad 2. Materiały spiekane wytwarza się technologią metalurgii proszków. Podstawowym składnikiem jest WC, a w niektórych przypadkach także TiC, węglik tantalu i węglik niobu. Spoiwem które łączy twarde ziarna węglików jest zazwyczaj kobalt. Rozróżnia się dwie grupy węglików spiekanych: wolframową (H) i wolframowo-tytanową (S i U). Twardość węglików spiekanych wynosi HRA i jest wyższa niż stali szybkotnących. Posiadają przez to wyższą odporność na ścieranie niż SS, dużą wytrzymałość na ściskanie, natomiast mniejszą udarność. Z tego względu, chociaż bardziej niż SS nadają się do skrawania materiałów twardych, jednak są czułe na uderzenia i obciążenia udarowe wywołane np. drganiami spowodowanymi nierównomiernym naddatkiem na obróbkę. Wiercenie i procesy pokrewne (pogłębianie, rozwiercanie, nawiercanie) Wszystkie te metody służą do obróbki otworów. Proces wiercenia umożliwia zgrubne wykonywanie wiercenia w materiale pełnym tzw. wiercenie pełne oraz powiększanie średnicy już istniejących otworów wiercenie wtórne lub powiercanie. Pogłębianie stosuje się w celu wykonania pogłębień walcowych lub stożkowych np. pod łby śrub i wkrętów. Nawiercanie wykonuje się w celu wykonania tzw. nakiełków czyli otworów przeznaczonych do ustalenia położenia wałków podczas obróbki w kłach. Rozwiercanie umożliwia dokładną obróbkę wykonanych już otworów. Wiercenie Geometria wiertła krętego: 1. Główna krawędź skrawająca, 2. Pomocnicza krawędź skrawająca, 3. Krawędź poprzeczna (ścin), 4. Powierzchnia przyłożenia, 5. Rowek wiórowy, 6. Pomocnicza powierzchnia przyłożenia (łysinka), 7. Rdzeń, 8. Chwyt walcowy 9. Zabierak, 10. Chwyt stożkowy Morse a, 11. Płetwa Najczęściej używanym wiertłem jest wiertło kręte. Wyróżniamy w nim część roboczą, część chwytowa i część łączącą. W celu zmniejszenia tarcia narzędzia o powierzchnię otworu część prowadząca jest lekko zbieżna w kierunku chwytu (0,04 0,1mm/na 100mm długości). 14

15 Dla wierteł o małej średnicy uchwyt jest walcowy, dla dużej - stożkowy (stożek Morse a). Od części skrawanej do uchwytu prowadza dwa rowki, służące do odprowadzania wiórów. Oprócz wierteł krętych istnieje jeszcze wiele rodzajów wierteł np. wiertła piórowe, trepanacyjne i działowe. Wiertła piórowe mają najprostszą konstrukcję, ale posiadają szereg wad: złe prowadzenie wiertła, duże opory skrawania, skłonność do wpadania w drgania, brak możliwości usuwania wiórów. Dla wiercenia pełnych otworów o większych średnicach (od 40mm) często stosuje się wiertła rdzeniowe lub trepanacyjne. Wiercenie to polega na usunięciu tylko części materiału w postaci pierścienia. Jest ono bardzo wydajne, ponieważ kilkakrotnie mniej materiału zostaje zamienione w wióry niż przy innych metodach wiercenia. Tą metodą się nie wykonuje otworów o mniejszych średnicach ze względu na trudności konstrukcyjne (mała sztywność i wytrzymałość wiertła). Ciecz obróbkowa wiertło trepanacyjne Ciecz obróbkowa z wiórami Do wykonania długich otworów stosuje się tzw. wiertła działowe. Maja one kształt wydłużonego walca ściętego mniej więcej na połowie średnicy. Jest to wiertło tzw. jednostronnego działania, tzn. skrawa jedną krawędzią. Nadaje się do wiercenia długich otworów, ponieważ bardzo dobrze się prowadzi i nie wykazuje zejść z osi wierconego otworu. Jednak nie zapewnia nieprzerwanego procesu skrawania i odpowiedniej wydajności. Parametry skrawania dla procesu wiercenia wiercenie pełne wiercenie wtórne 15

16 - prędkość skrawania prędkość obwodowa narzędzia V = π D w n/1000 p - p z = dla wierteł krętych 2 D - głębokość skrawania - dla wiercenia pełnego - g = w 2 D - głębokość skrawania dla wiercenia wtórnego - w D g = o 2 Geometryczne parametry skrawania określa się podobnie, jak przy toczeniu, w płaszczyźnie przekroju poprzecznego warstwy skrawanej: g Dw wiercenie pełne - b = = sin χ r 2sin χ r g Dw Do wiercenie wtórne - b = = sin χ r 2sin χ r p a = pz sin χ r = sin χ r 2 Dw p f = b a = g p2 = - wiercenie pełne 4 Dw Do f = p - wiercenie wtórne 4 Określenie czasu maszynowego dla wiercenia t m = l + ld + l pn w [ min] Siły przy wierceniu Siły składowe podczas wiercenia przyłożone są w środku krawędzi skrawających oraz w środku ścina. Składowa obwodowa P z, podobnie jak przy toczeniu, jest równoległa do wektora prędkości obwodowej w punkcie przyczepienia siły. Te składowe tworzą moment: 16

17 M = Pz D w [N m] Składowa P x (posuwowa) jest równoległa do posuwu i wraz z siłą P s działają na ścin i tworzą wypadkową siły posuwowej. P = P s + 2P x Dla wiertła prawidłowo zaostrzonego wypadkowa sił P y = 0. Moc skrawania: N e Mω 2π = = M n [ kw] Różnice pomiędzy wierceniem a pogłębianiem i rozwiercaniem polegają na odmiennej konstrukcji narzędzi skrawających, a także na mniejszych naddatkach na obróbkę. Przez to uzyskuje się większą dokładność obróbki. Pogłębianie stosuje się do obróbki już istniejących otworów uprzednio wierconych, odlewanych lub wykonanych metodą obróbki plastycznej. Służy to kształtowaniu dna otworu, wykonania otworów stożkowych, powiększania średnicy otworu lub obróbki czół otworów. 17

18 Nawiercanie stosuje się w celu wykonania nakiełków pod kły. Rozwiercanie dzielimy na zgrubne i wykańczające. W obu tych procesach stosuje się narzędzia o nieco innej konstrukcji. Rozwiertak do rozwiercania zgrubnego (rozwiertak zdzierak) przypomina budową wiertło kręte, ale brak tu ścina i występuje większa liczba ostrzy. Ze względu na sposób mocowania rozwiertaki dzielimy na trzpieniowe i nasadzane; oprócz tego mogą być ręczne i maszynowe. 18

19 Rozwiertaki wykańczaki w porównaniu ze zdzierakami większa liczbą ostrzy (6 18) zawsze parzystą oraz nierównomierną podziałką międzyostrzową, co zwiększa dokładność obróbki. Frezowanie Frezowanie jest to sposób skrawania, w którym ruchem głównym jest ruch obrotowy narzędzia; ruch posuwowy wykonuje P.O. Frezowanie służy przede wszystkim do obróbki płaszczyzn i powierzchni krzywoliniowych. Jest to poza toczeniem najczęściej stosowany sposób skrawania. Stosuje się tutaj narzędzia wielowarstwowe nazywane frezami. Odmiany frezowania Frezowanie walcowe jest to odmiana frezowanie, gdy frez styka się głównie swoją powierzchnią walcową z powierzchnią obrabianą (oś frezu jest najczęściej równoległa do powierzchni obrobionej). Frezowanie czołowe jest to odmiana frezowania, gdy frez styka się z powierzchnią obrobioną w sposób przeważający swą powierzchnię czołową (oś frezu jest zazwyczaj prostopadła do powierzchni obrobionej). Frezowanie walcowo-czołowe jest odmianą pośrednią frez styka się z powierzchnią obrobioną swoją powierzchnią czołową i walcową. Frezowanie przeciwbieżne występuje wtedy, gdy wektor prędkości obwodowej w najniżej położonym punkcie freza ma kierunek przeciwny do wektora posuwu; gdy zwroty tych wektorów są jednakowe mamy do czynienia z frezowaniem współbieżnym. Odmiany frezowania czołowego 1. pełne gdy szerokość frezowania odpowiada średnicy freza. 19

20 2. niepełne symetryczne gdy szerokość frezowania jest mniejsza od średnicy freza, przy symetrycznym położeniu freza względem przedmiotu obrabianego. 3. niepełne niesymetryczne - gdy szerokość frezowania jest mniejsza od średnicy freza a jego położenie względem przedmiotu obrabianego jest niesymetryczne. Frezowanie przeciwbieżne i współbieżne Przy frezowaniu przeciwbieżnym ostrze skrawa warstwę materiału o grubości zmieniającej się od zera do wartości maksymalnej. frezowanie przeciwbieżne frezowanie współbieżne Rozpatrując siły działające na ostrze, można umieścić początek ich układu w rozpatrywanym punkcie ostrza i w ten sposób otrzymujemy składową obwodową P z, równoległą do kierunku prędkości obrotowej i składową odporową P y - równoległą do promienia freza. Trzecia składowa osiowa P x jest równoległa do osi freza i dla frezów o zębach prostych P x = 0 Możemy również rozpatrzyć układ sił związany z P.O i dla frezów o zębach prostych narysować siłę P p, równoległą do kierunku posuwu, oraz silę P n, prostopadłą do powierzchni obrobionej i skierowaną w górę. Przy frezowaniu przeciwbieżnym na początku swego ruchu do P.O. ostrze ślizga się po powierzchni P.O. (zanim nastąpi wcięcie w materiał) i wywołuje zgniot warstwy wierzchniej, co przyspiesza zużycie następnego ostrza, zmniejsza trwałość narzędzia i wydajność obróbki. Dla materiałów twardych, niepodatnych na zgniot to zjawisko nie występuje. 20

21 Składowa pozioma P p przy frezowaniu przeciwbieżnym jest skierowana przeciwnie do kierunku posuwu, co zapewnia stabilną pracę na elementach obrabiarki nadających posuw P.O. poprzez kasowanie luzów na tych elementach. Natomiast składowa P n usiłuje podnieść P.O. do góry, co przy występowaniu luzów w elementach obrabiarki może być przyczyną drgań i gorszej gładkości powierzchni. Podczas frezowania współbieżnego ostrze skrawa warstwę materiału o grubości zmieniającej się od wartości maksymalnej do zera. Tutaj zjawisko poślizgu ostrza nie występuje, natomiast ostrze gwałtownie wcina się w materiał, przez co jest obciążane dynamicznie. Dlatego przy obróbce materiałów twardych istnieje niebezpieczeństwo mechanicznego zużycia ostrza, natomiast zużycie przez tarcie jest o wiele mniejsze niż przy frezowaniu przeciwbieżnym. Składowa P n dodatkowo dociska P.O. do elementów obrabiarki, natomiast siła P p działająca w kierunku posuwu może spowodować dodatkowe pociągnięcie P.O. w kierunku działania posuwu, przez co może zwiększyć się grubość warstwy skrawanej, co z kolei prowadzi do przeciążenia ostrza i uszkodzenia narzędzia. Dlatego obrabiarki przystosowane do tej metody frezowania mają urządzenie do kasowania luzów na elementach pociągowych. Ogólnie można powiedzieć, że frezowanie współbieżne stali zapewnia kilkukrotnie wyższą trwałość narzędzia, większą gładkość powierzchni obrabianej niż frezowanie przeciwbieżne, ale nie nadaje się do obróbki materiałów twardych i kruchych (np. żeliwa). Wykonywanie gwintów obróbką skrawaniem Obróbka gwintów można podzielić na obróbkę gwintów zewnętrznych i wewnętrznych. Obróbkę gwintów zewnętrznych wykonuje się za pomocą: - noży tokarskich, - narzynek, - głowic gwinciarskich, - frezów. Obróbkę gwintów wewnętrznych wykonuje się za pomocą: - noży tokarskich, - gwintowników, - frezów. Oprócz tego, gdy wymagana jest duża dokładność wykonania gwintu szlifuje się je. Za pomocą noży tokarskich można obrabiać gwinty wewnętrzne i zewnętrzne. Nóż do gwintów jest narzędziem kształtowym, tzw. zarys krawędzi skrawającej odtwarza zarys powierzchni obrobionej. 21

22 Ruch główny ruch obrotowy przedmiotu i ruch posuwowy narzędzia są ze sobą sprzężone obrotowi przedmiotu odpowiada przesunięcie noża o wartość skoku gwintu. Gwint obrabia się w kilku przejściach, za każdym przejściem coraz bardziej dosuwając nóż do osi przedmiotu. Gwintowniki są to narzędzia przeznaczone do obróbki otworów wewnętrznych wykonanych wstępnie wierceniem lub rozwiercaniem. Podobnie jak inne narzędzia skrawające posiadają część roboczą oraz część chwytową zakończoną czopem kwadratowym. Gwintowniki mogą być przeznaczone do obróbki ręcznej lub maszynowej. Można nimi wykonać gwint w jednym przejściu lub w kilku i w tym drugim przypadku stosuje się komplety gwintowników. Narzynki i głowice gwinciarskie przeznaczone są do obróbki gwintów zewnętrznych. Głowica gwinciarska posiada kilka noży, które można dosuwać lub odsuwać od osi obrabianego przedmiotu. Zalety pracy głowica gwinciarską w porównaniu do narzynki - po nacięciu gwintu można odsunąć nóż, co umożliwia szybkie wycofanie głowicy, możliwość obróbki gwintów w dwóch przejściach, możliwość obróbki gwintów o różnych średnicach. Obróbkę gwintów frezowaniem można realizować za pomocą frezów krążkowych, frezów grzebieniowych i głowicami frezowymi. Można frezować gwinty zewnętrzne i wewnętrzne. 22

23 Frez krążkowy Frezy wielokrotne Przy wykonywaniu gwintów frezem krążkowym ruchem głównym jest ruch obrotowy freza, a ruchem posuwowym obrót przedmiotu obrabianego i podłużny przesuw freza. Wydajniejszą metodą frezowania gwintów jest metoda frezowania frezami wielokrotnymi (grzebieniowymi). Osie PO i N są do siebie równoległe. Ruchem głównym jest ruch obrotowy freza zależny od prędkości skrawania i średnicy freza. Do ruchów posuwowych w tym przypadku należą: 1. ruch obrotowy P O, 2. przesuw wzdłużny N lub PO, 3. posuw poprzeczny (wcinanie freza). PRZECIAGANIE Przeciąganie należy do bardzo wydajnych sposobów skrawania, jest typowym procesem obróbki seryjnej i masowej otworów o różnych kształtach oraz powierzchni zewnętrznych płaskich i kształtowych. W przeciąganiu możemy uzyskać duże dokładności (6, 7 klasa dokładności wg PN) oraz duża gładkość powierzchni w zakresie wysokości chropowatości R z =40-6 μm, a w szczególnych przypadkach nawet do ok. 1,7 μm. Przeciąganie jak i 23

24 przepychanie polega na skrawaniu materiału narzędziami wieloostrzowymi zwanymi przeciągaczami lub przepychaczami. W większości przypadków przeciąganie jest końcową fazą obróbki powierzchni. Wysoka wydajność przeciągania wynika z konstrukcji narzędzia, które ma jednocześnie ostrza przystosowane do skrawania zgrubnego, wykańczającego i wygładzającego. Mimo małych prędkości ruchu głównego (2-9 m/min) wydajność skrawania jest bardzo duża dzięki dużemu czynnemu udziałowi krawędzi skrawających. Jedna operacja przeciągania może zastąpić trzy operacje obróbki otworu innymi narzędziami (rozwiercanie zgrubne, rozwiercanie wykańczające wstępne i ostateczne) lub dwie operacje obróbki powierzchni zewnętrznych (frezowanie, szlifowanie). Otwór przeciągany może być surowy lub wstępnie obrobiony przez wiercenie, wytaczanie albo rozwiercanie zgrubne. Naddatki materiału usuwane w przeciąganiu zależą od kształtu i wymiarów otworu. Przeciągarki zieli się na poziome i pionowe. Do grupy przeciągarek zaliczane są także przepychanki, stosowane głównie do wykańczającej obróbki otworów za pomocą narzędzi do przepychania. Najbardziej są rozpowszechnione przeciągarki poziome do powierzchni wewnętrznych. Przeciągarka pozioma do powierzchni wewnętrznych Przeciągaczami nazywa się narzędzia wieloostrzowe, pracujące bez ruchu posuwowego. Materiał przewidziany do usunięcia w operacji przeciągania jest zbierany przez umieszczone szeregowo ostrza o stopniowo wzrastającym wymiarze wysokości lub szerokości. Narzędzie przeciągacz, którego kształt będzie odwzorowany na przedmiocie obrabianym przeciąga się przez uprzednio przygotowany otwór w efekcie czego jest on kształtowany zgodnie z kształtem narzędzia. Przeciągacz jest narzędziem długim. Jego całkowita długość oscyluje między 1000 a 2000 mm, przy czym zależy głównie od długości części roboczej przeciągacza (a więc tej która wykonuje właściwą pracę skrawania). Im większa, przykładowo głębokość wykonywanych rowków, tym większa musi być ilość zębów przeciągacza. Jest on zbudowany bowiem w ten sposób, że każdy kolejny ząb przeciągacza skrawa warstwę 24

25 materiału położoną głębiej w stosunku do warstwy skrawanej przez ząb poprzedzający (rys.9.19); liczba zębów przeciągacza oscyluje na ogół między 50 a 60. Taki sposób obróbki umożliwia wykonanie np. wielowypustu w otworze w jednym przejściu narzędzia. Ruch główny podczas przeciągania wykonuje narzędzie napędzane najczęściej siłownikiem hydraulicznym, który stanowi podstawowy zespół przeciągarki hydraulicznej Prędkość ruchu głównego jest niewielka i oscyluje między 2 a 12 m/min, natomiast w obróbce tej nie istnieje w ogóle ruch posuwowy. Wynika to z konstrukcji narzędzia i zasady jego pracy. Przeciągacz do otworów 1-chwyt, 2- szyjka, 3- stożek wprowadzający, 4- część prowadząca przednia, 5- część prowadząca tylna, 6- tylne podparcie W zależności od spełnianej funkcji rozróżnia się kilka rodzajów ostrzy przeciągacza. Rodzaj ostrza zależy od jego usytuowania w obszarze części roboczej przeciągacza. Część robocza przeciągacza dzieli się na część, skrawającą i część kalibrującą. Kilka ostatnich ostrzy skrawających skrawa materiał warstwami o stopniowo malejącej grubości, co zapewnia łagodne przejście w obszar części kalibrującej, a tym samym polepsza gładkość powierzchni obrobionej. Ostrza te noszą nazwę ostrzy wykańczających. W części kalibrującej rozróżnia się dwa rodzaje ostrzy, a mianowicie: ostrza zapasowe i ostrza wygładzające. Podczas eksploatacji przeciągacza i kolejnych jego ostrzeń ostrza skrawające tracą stopniowo swój wymiar. W związku z tym całą część skrawającą przemieszcza się w głąb części kalibrującej. Te ostrza, więc, które w przeciągaczu nowym należą do części kalibrującej, a które będą w późniejszym okresie spełniały rolę ostatnich ostrzy skrawających, noszą nazwę ostrzy zapasowych. Ostrza zapasowe mają taką samą lub bardzo zbliżoną geometrię do ostrzy skrawających. Wymiar tych ostrzy jest stały, tzn. a = 0. Przeciągacz do otworów cylindrycznych- zakres średnic mm 25

26 Przeciągacz do otworów cylindrycznych- Zakres średnic: 6-40 mm Przeciągacz do otworów ewolwentowych - zakres średnic: mm Zakres modułów: 0,5-5 mm Liczba karbów: do 78 Przeciągacz do otworów sześciokątnych- Zakres: 8-36 mm Przeciągacz do otworów sześciokątnych- Zakres: 6-25 mm Przeciągacz do otworów wielokarbowych- Zakres średnic: mm Ostrza wygładzające (wykańczające), w liczbie 2 lub 3, mają jednakową średnice i nie skrawają. Czasem przy przeciąganiu takich materiałów, jak stal, Al., brąz, stopy łożyskowe stosuje się ostrza nagniatające (rys), które wygładzają i utwardzają powierzchnię. Zależnie kształtu i wymiarów rowka oraz warunków przeciągania można spotkać 3 charakterystyczne warunki zwijania wiórów: swobodne, wymuszone i utrudnione. Gdy pomiędzy promieniami krzywizny wióra i rowka wiórowego zachodzi nierówność RO < r, 26

27 wówczas zwijanie wióra nazywamy swobodnym. W przypadku równości promieni krzywizny (RO = r) zwijanie wióra nazywane wymuszonym jest najkorzystniejsze, zapewnia gęste upakowanie wiórów w rowku, pozwala zmniejszyć jego wymiary i podziałkę. Gdy promień wióra jest większy od promienia rowka (ro > r), zwijanie przebiega w utrudnionych warunkach, wiór opiera się o sąsiednie ostrze, lamie się, występuje duże niebezpieczeństwo zakleszczenia wiórów i uszkodzenia narzędzia. 27