KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI. Obróbka skrawaniem i narzędzia Wiercenie, rozwiercanie, pogłębianie, gwintowanie

Transkrypt

1 KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Predmiot: Temat ćwienia: Obróbka skrawaniem i narędia Wierenie, rowieranie, pogłębianie, gwintowanie Numer ćwienia: 1. Cel ćwienia Ponanie operaji wierenia, rowierania, pogłębiania, gwintowania, budowy narędi ora parametrów skrawania i parametrów warstwy skrawanej a także sił i apotrebowania moy do tyh operaji. Oblianie asu głównego dla tyh abiegów. Praktyne ponanie wsystkih rodajów abiegów możliwyh do wykonania na wiertare.. Prebieg ćwienia W ramah ćwienia należy: 1) Zaponanie się rodajami i budową narędi do wierenia, rowierania, pogłębiania, gwintowania. ) Preprowadenie operaji obróbkowyh na wiertare kolumnowej: a) wierenia, b) rowierania, ) pogłębiania walowego i stożkowego, d) gwintowania masynowego, 3) Preprowadenie prób wierenia różnymi parametrami obróbki i określenie ih wpływu na proes tworenia wióra i hropowatość obrabianej powierhni. 3. Wytyne do opraowania sprawodania Sprawodanie wykonane ręnie powinno awierać: - prebieg ćwienia (w punktah) - shemat operaji tokarskih - adanie oblieniowe

2 Wprowadenie Wierenie, rowieranie pogłębianie, to odmiany kstałtowania otworów. We wsystkih tyh odmianah ruh główny, obrotowy ora ruh posuwowy wykonuje narędie (poa obróbką na tokarkah). Operaje kstałtowania otworów głównie wykonuje się na wiertarkah i frearkah ora na tokarkah, gdy otwór wykonywany jest w osi obrotu predmiotu obrabianego. Metody wierenia można podielić na: wierenie w pełnym materiale, rowieranie, pogłębianie, gwintowanie. 1. Wierenie Jest sposobem obróbki otworów w pełnym materiale, użyiem narędia jedno, dwu- lub tryostrowego, wanego wiertłem. Wierenie można wykonywać na gotowo lub wstępnie poostawieniem naddatku na dalsą obróbkę, obróbkę wykońeniową. Otwory wierone odnaają się małą dokładnośią wymiarowo kstałtową (IT10 IT14), dużym robiiem, dużą hropowatośią powierhni, więksą niż Ra 5 µm. Rodielenie materiału w proesie wierenia prebiega w nanie trudniejsy sposób niż podas toenia. W poątkowej faie wierenia krawędź śina wgniata się w materiał obrabiany powodują jego odkstałenie plastyne, aż do momentu rodielenia materiału pre główną krawędź skrawająą. Pomonia krawędź ma a adanie dogładanie powierhni powstałego otworu. Odprowadenie wióra prestreni i doprowadenie iey hłodąo smarująej do prestreni obróbej podas proesu wierenia jest nanie utrudnione. W wyniku tego nana ilość iepła wnika do narędia powodują jego pryspiesone użyie Parametry skrawania pry wiereniu Prekrój warstwy skrawanej A wpływa w istotny sposób na ałkowitą siłę skrawania. Rys. 1 predstawia ależność pomiędy wielkośią posuwu w prelieniu na ostre f a głębokośią skrawania a p lub możliwy do astosowania sposób oblienia grubośi warstwy skrawanej h i serokośi warstwy skrawanej b. Obowiąują następująe ależnośi: V prędkość skrawania [m/min] π D n v D - średnia narędia [mm] 1000 n prędkość obrotowa wreiona [obr/min] f t f f n f t posuw na min [mm/min] f ft n f posuw [mm/obr] f posuw na ostre [mm/] liba ostry f posuw [mm/obr]

3 σ Κ r κ r kąt prystawienia głównej krawędi skrawająej [ ] σ kąt wierhołkowy wiertła [ ] a p b b serokość warstwy skrawanej [mm] sin Κ r a p głębokość skrawania [mm] h sin Κ h grubość warstwy skrawanej [mm] f r f wartość posuwu na ąb [mm] A f a b h A prekrój warstwy skrawanej [mm ] p Dla wiertła krętego dwoma ostrami ( ) obowiąuje ależność: a p D f f W wiąku tym prekrój warstwy skrawanej A pry wiereniu w pełnym materiale oblia się pry astosowaniu wyżej podanyh ależnośi: A D f 4 Rys. 1. Prekrój warstwy skrawanej pry wiereniu w pełnym materiale 1.. Siły skrawania Siły obiążająe wiertło podas pray predstawiono na Rys.. Stan obiążenia wiertła ależy w nanym stopniu od symetrii jego ostry skrawająyh wględem osi obrotu. Pry równej długośi obu krawędi skrawająyh składowe F p się redukują, aś pry różnyh długośiah powstaje siła wypadkowa prostopadła do osi wiertła, która gina wiertło. Najęśiej siła ta jest pryyną nieprostopadłośi otworu do płasyny baowej, o utrudnia dalse etapy obróbki, np. rowieranie. Do oblienia ałkowitej siły skrawania pry wiereniu można dużym prybliżeniem astosować równanie dla toenia. W prypadku wierenia korystne jest wprowadenie współynnika tehnologinego f B, uwględniająego inne niż pry toeniu ynniki wpływająe pry wiereniu na siłę skrawająą (np. kstałt ostra, Rys.. Składowe siły skrawania na wiertle

4 prędkość skrawania itp.). W wiąku tym obowiąują poniżse ależnośi: współynnik tehnologiny f B dla wierenia w pełnym materiale f B 1 siła skrawania F prypadająa na jedno ostre F CZ D f k f F siła skrawania prypadająa na jedno ostre [N] B 1.3. Moment obrotowy i mo skrawania D ewnętrna średnia otworu [mm] f posuw na ąb [mm/ąb] k właśiwy opór skrawania [N/mm ] Na ogół pry wiereniu mo oblia się na podstawie momentu obrotowego: moment obrotowy M d M M d d D FCZ 4 F siła skrawania 1000 D ewnętrna średnia otworu liba ostry P 9554 P mo skrawania [kw] n n prędkość obrotowa [obr/min] mo skrawania P C P P a P a mo napędu [kw] η η współynnik sprawnośi P FCZ V v prędkość skrawania [m/min] Oblianie asu głównego pry wiereniu Na Rys. 3 predstawiono ależnośi obowiąująe pry określaniu asu głównego t h dla wierenia w pełnym materiale: ogólnie dla określenia asu głównego t h obowiąuje ależność

5 t h L L droga wierenia [mm] f n f posuw [mm/obr] n prędkość obrotowa [obr/min] dla ałkowitej drogi wierenia L obowiąuje wówas ależność: L l + l a + l u l grubość materiału [mm] l a dobieg narędia [mm] l u wybieg narędia [mm] Pry ym dla wybiegu l u pryjmuje się na ogół pry wiereniu: - otworów prelotowyh l u mm - otworów nieprelotowyh l u 0mm Dobieg l a określa się pry wiereniu ależnośi: D l a 1+ σ tan( ) Po uwględnieniu podanyh ależnośi ałkowitą drogę wierenia L można obliyć następująo: - dla otworów prelotowyh: D L l σ tan( ) Rys. 3. Dobieg i wybieg wiertła pry wiereniu w pełnym materiale - dla otworów nieprelotowyh: D L l + 1+ σ tan( ) 1.5. Narędia do wierenia Wiertła kręte Wiertła kręte są narędiami trpieniowymi. Do najęśiej stosowanyh należą wiertła kręte mająe dwa ostra roboe ora dwa rowki służąe do transportu materiału obrobionego w postai wiórów. Wiertła te są prowadone w otwore a pomoą dwóh łysinek romiesonyh śrubowo na walowej ęśi narędia. Wiertła kręte są podstawowym rodajem narędi prenaonyh do wykonywania otworów walowyh, pry ym typowe ih astosowania można określić następująo: - wierenie otworów na gotowo (nie prenaonyh do późniejsej obróbki wykońeniowej),

6 wierenie otworów prenaonyh do wykańania innymi metodami (rowieranie, pogłębianie), - wierenie otworów pod gwint. Powieranie (rys.4) Powieranie polega na powięksaniu średniy istniejąego otworu a pomoą wiertła. Stosuje się je obróbki otworów o więksej średniy, gdy astosowanie pojedynego wiertła wiąże się wrostem oporów skrawania lub gdy w stosunku do otworu stawiane są więkse wymagania odnośnie jego dokładnośi.. Rowieranie Rowieranie stosuje się wówas, gdy istnieje konieność więksenia dokładnośi wymiarowo Rys. 4. Prekrój warstwy skrawanej pry powieraniu kstałtowej otworów wieronyh ora poprawa hropowatośi powierhni. Jednakże w proesie rowierania nie ostaną poprawione błędy położenia osi otworu. Wyróżniamy rowieranie: grubne i wykońeniowe. Podas rowierania grubnego dokładność kstałtowo wymiarowa plasuje się na poiomie IT 9-11 ora hropowatość powierhni Ra,5 5 µm, natomiast pry rowieraniu wykońeniowym w prediale IT 6 9, a parametr hropowatośi powierhni Ra <,5 µm..1. Parametry skrawania pry rowieraniu Na Rys. 5 predstawiono prekrój warstwy skrawanej A pry rowieraniu. Obowiąuje pry tym następująa ależność: a p D d Korystają głębokośi skrawania można obliyć prekrój warstwy skrawanej A pry rowieraniu w następująy sposób: ( D d) f A 4 Rys. 5. Prekrój warstwy skrawanej pry rowieraniu

7 Pry rowieraniu dokładnym należy wraać uwagę na minimalną grubość warstwy skrawanej h min (Rys. 6). Jeżeli jest byt mała, ostre nie wina się w materiał le dohodi jedynie do sprężystego i plastynego odkstałenia materiału a na ostru powstaje więksone użyie, wywołane naiskiem i tariem. W akresie prędkośi skrawania stosowanyh pry rowieraniu dokładnym, minimalna grubość warstwy skrawanej h min wynosi: h min (0,5 1,0)r n gdie r n jest aokrągleniem krawędi skrawająej. Winanie się ostra może ostać nieo poprawione pre skrawanie dużym, ujemnym kątem ostra, pry użyiu rowiertaków ostrami śrubowymi... Siły skrawania Wynaają siły skrawania podas rowierania stosuje się te same wory o w prypadku wierenia w pełnym materiale: współynnik tehnologiny f B dla rowierania f B 0,95 Rys. 6. Zależność grubośi warstwy skrawanej h i kąta prystawienia κ siła skrawania F prypadająa na jedno ostre F CZ ( D d) f k f B Oblienie sił występująyh pry rowieraniu dokładnym na podstawie właśiwego oporu skrawania k, nie jest możliwe lub ewentualny wynik jest obarony dużą niepewnośią. Siły potrebne do odspojenia wióra są ęsto mniejse niż siły taria lub siły, które mogą powstać w otwore wskutek assania. Całkowita siła pry rowieraniu dokładnym może ostać określona na podstawie pomiarów momentu obrotowego..3. Moment obrotowy i mo skrawania Analoginie postępujemy pry oblianiu momentu obrotowego i moy skrawania: moment obrotowy M d

8 M d F CZ ( D + d) 4000 M d P 9554 n mo skrawania P C P M d 9554 n P F CZ V ( d D ).4. Oblianie asu głównego pry rowieraniu Dla rowierania obowiąują te same ależnośi, jak dla wierenia: t h L f n Pry rowieraniu dokładnym należy sególnie wraać uwagę na to, że ruh powrotny następuje najęśiej tą samą prędkośią o ruh do produ i tym samym treba uwględnić as pomoniy t h w prybliżeniu równy asowi głównemu t n. Pry rowieraniu pryjmuje się dobieg l a i wybieg l u w wysokośi: l a + l u D Całkowita droga rowierania L: L l + la + lu l + D.5. Narędia do rowierania Rowiertaki Rowiertaki (Rys. 7) to narędia wieloostrowe, prenaone do dokładnej obróbki wstępnie wykonanyh otworów. Można je podielić e wględu na różne kryteria: - rowiertaki dieraki i wykańaki, - rowiertaki walowe i stożkowe, - rowiertaki trpieniowe i nasadane, - rowiertaki stałe, roprężne i nastawne, - rowiertaki ręne i masynowe.

9 > rowiertaki dieraki mają najęśiej try lub tery śrubowo ułożone ostra, które usuwają 70 85% naddatku prewidianego na rowierenie. Cęść wykańająą mają nienanie bieżną w kierunku uhwytu, o pryynia się do mniejsenia taria narędia o obrobiony predmiot. Ostra mają najęśiej ukstałtowane śrubowo. rowiertaki wykańaki są narędiami wieloostrowymi. Mają ostra proste lub śrubowe preiw skrętne (lepse prowadenie w otwore ora do rowierania otworów rowkami i kanałkami). W rowieraniu wykońeniowym skrawana jest mniejsa ilość naddatku prenaonego na rowieranie, yli 30 15%. Więksa ilość ostry skrawająyh umożliwia uyskanie nie tylko odpowiedniej dokładnośi otworu, ale także małej hropowatośi powierhni. Dla więksenia dokładnośi wymiarowo kstałtowej rowieranyh otworów Rys. 7. Rowiertak ostra w rowiertakah są romiesone według nierównomiernej podiałki. 3. Pogłębianie Pogłębianie jest operają polegająą na kstałtowaniu powierhni walowej bądź ołowej weśniej wywieronego otworu. Pogłębienia wykonuje się np. w elu wykonania otworu stopniowanego, aby mó shować łeb śruby, podkładkę bądź uselkę Parametry skrawania pry pogłębianiu Prekrój warstwy skrawanej A określa w nanym stopniu siłę skrawania. Na Rys. 8 predstawiono wymiary warstwy skrawanej na prykładie pogłębiaa stożkowego. Grubość warstwy skrawanej h i serokość warstwy skrawanej b są analoginie do rowierania i są ależne od: posuwu na ąb f (liba ostry pogłębiay jest ęsto więksa niż dwa), kąta prystawienia głównej krawędi skrawająej κ lub głębokośi skrawania a p.

10 Rys. 8. Prekrój warstwy skrawanej pry pogłębianiu pogłębiaem stożkowym Głębokość skrawania a p jest w prypadku pogłębiay stożkowyh poątkowo mała i więksa się potem, aż do swojego maksimum. Obowiąuje ależność: a p max 1 ( d 1max d ) Prekrój warstwy skrawanej A ma odpowiednio swoje maksimum na końu obróbki. Tym samym dla prekroju warstwy skrawanej A: 3.. Siły skrawania A f a p b h Ponieważ pry pogłębianiu występują w asadie takie same warunki jak pry rowieraniu, wię do oblienia siły skrawania F można wykorystać to samo równanie, tym że jako współynnik tehnologiny dla pogłębiania pryjmuje się wartość f Se 1. Tak wię dla siły skrawania na ostre F obowiąuje pry pogłębianiu ależność: ( d1 max d ) FCZ f k f 3.3. Moment obrotowy i mo skrawania Moment obrotowy M d i mo skrawania P oblia się analoginie do rowierania ależnośi: Se Moment obrotowy M d

11 M d F CZ ( D + d) 4000 Mo skrawania P P M d 9554 n P F CZ V ( d D ) 3.4. Oblianie asu głównego pry pogłębianiu Do określania asu głównego th pryjmuje się takie same ależnośi, jak pry wiereniu: t h L f n Pry pogłębianiu pryjmuje się dobieg la 3 mm i wybieg lu 3 mm, w wiąku ym ależność na odinek drogi ałkowitej L pryjmuje postać: L l + l + l l + 6 a u 3.5. Narędia do pogłębiania Pogłębiae Pogłębiae to narędia wieloostrowe służąe do obróbki powierhni walowyh, ołowyh i stożkowyh po uprednim wykonaniu otworu wstępnego. Prykładem pogłębiay są: Pogłębia walowo ołowy (Rys. 9a), który budowany jest ęśi prowadąej tw. pilota, o średniy istniejąego otworu (mająego na elu prowadenie narędia) ora ęśi roboej. Ze wględu na konstrukję możemy wyróżnić pogłębiae składane, jednolite i wymiennym pilotem. Pogłębiae stożkowe (Rys. 9b) wykonywane są arówno ęśią prowadąą, jak również be prowadenia (tw. pogłębiae swobodne). Pogłębiae prowadeniem podobnie jak pogłębiae walowo ołowe mogą być składane, jednolite i wymiennym pilotem. Ze wględu na geometrię ęśi roboej możemy roróżnić pogłębiae stożkowe o kąie wierhołowym 60, 90 i 10.

12 a b Rys. 9. a) Pogłębia walowo ołowy, b) pogłębia stożkowy 4. Gwintowanie Gwintowanie polega na wykonaniu otworu kstałtowego (o linii śrubowej) narędiem wanym gwintownikiem. Gwintownik o treh lub tereh ostrah awiera arys nainanego gwintu Parametry skrawania pry gwintowaniu Kstałt prekroju warstwy skrawanej A wynika predstawionego na Rys. 11 podiału warstwy skrawanej (gwintownik 3 nakrojami skrawająymi). Kąt nakroju określa ukośne położenie posególnyh prejść narędia i libę wojów gwintu Z g, na które rokłada się nakrój: h osϑ kąt nakroju h' h grubość warstwy skrawanej h wysokość pojedynego prekroju Z g H H Z g liba wojów gwintu P tg ϑ Wysokość gwintu H musi ostać pry tym mniejsona o wartość H: H wysokość gwintu H wartość H P skok

13 H H H Wysokość jednostkowa prekroju h wynika ależnośi: h ' P tg ϑ a grubość warstwy skrawanej h ależnośi: P h h' osϑ sinϑ Całkowity prekrój warstwy skrawanej A oblia się powierhni gwintu pomniejsonej o dwa małe obsary na wierhołku i rdeniu gwintu: Rys. 11. Podiał prekroju warstwy skrawanej w woju gwintu na ostra gwintownika trema nakrojami skrawająymi A 0,4 P 4.. Siły skrawania Siłę skrawania F oblia się następująej ależnośi: F 1 A k f Gs K Ver Pry ym koniene jest uwględnienie wpływu różnyh warunków skrawania (takih jak tarie o powierhnię nośną gwintu, kąt nataria, prędkość skrawania, dodatkowe odkstałenie wiórów itd.) pre współynnik tehnologiny f Gs ora uwględnienie użyia a pomoą współynnika korekyjnego K Ver Moment obrotowy i mo skrawania Moment obrotowy M C i mo skrawania P oblia się w następująy sposób: moment obrotowy M C M F D Pry ym amiast reywistej średniy narędia D stosuję się średnię podiałową gwintu D

14 mo skrawania P P M n Narędia do gwintowania Gwintowniki Gwintowniki (Rys. 1) są narędiami wieloostrowymi służąymi do wykonywania gwintów wewnętrnyh. Można nimi nainać gwinty masynowo lub ręnie. Duża liba ostry skrawająyh i wieloarysowe krawędie skrawająe na nakrojah gwintownika powodują występowanie dużyh momentów skręająyh. Z tego powodu w elu mniejsenia momentów skręająyh podas gwintowania ręnego stosuje się komplet narędi do gwintowania, o powoduje podiał naddatku na posególne narędia kstałtująe gwint. Rys. 1. Gwintownik masynowy Wyposażenie stanowiska Ćwienie laboratoryjne realiowane jest na stołowej wiertare kolumnowej firmy KNUTH predstawionej na Rys. 13. Rys. 13. Wiertarka kolumnowa 1) podstawa, ) stół roboy, 3) osłona prestreni roboej, 4) oświetlenie, 5) derak głębokośi wierenia, 6) skrynka prędkośi, 7) silnik napędowy, 8) posuw tulei wreiona, 9) dźwignia posuwu, 10) wreiono, 11) kolumna, 1) blokada stołu ruhomego, 13) układ hłodenia Podstawowe wielkośi harakterystyne: prestreń ustawa stołu 500 x 40 mm suw tulei wreiona 160 mm

15 suw stołu 415 mm akres obrotu głowiy i stołu ±45 presunięie pionowe 85 mm dystans od końówki wreiona do stołu 630 mm dystans od końówki wreiona do stopy 1185 mm prędkość wreiona (1) min -1 posuw tulei wreiona 0.1, 0., 0.3 / 3 mm/u mo, napęd główny 1, kw Do wykonania ćwienia laboratoryjnego wykorystywane są narędia wiertarskie predstawione na Rys. 13, w które wyposażone jest stanowisko roboe. Rys. 13. Wyposażenie stanowiska roboego narędia wiertarskie Cel ćwienia Celem ćwienia laboratoryjnego jest wykonanie otworów w następująyh operajah: wierenia, rowierania, pogłębiania walowego, pogłębiania stożkowego, gwintowania. Prebieg ćwienia Operaje wiertarskie preprowadane są na wiertare uniwersalnej. Do ih wykonania wykorystywane są następująe narędia: wiertło kręte ø8,5 wiertło kręte ø16,5 rowiertak wykońeniowy ø17,5

16 pogłębia walowo ołowy ø18,5 pogłębia stożkowy 90 ø16 gwintownik M10 Na Rys predstawiono kolejne operaje wiertarskie, w któryh wykonywane są odpowiednie otwory podas ćwienia laboratoryjnego: 1. Wierenie (Rys. 14) otwór wykonywany jest a pomoą wiertła ø8,5. Rys. 15. Wierenie. Rowieranie (Rys. 15) otwór powstaje pre rowierenie a pomoą rowiertaka wykońeniowego ø17 weśniej wywieronego otworu ø16.5.

17 Rys. 16. Rowieranie 3. Pogłębianie (Rys. 16) otwór wykonywany jest pogłębiaem walowo ołowym ø18.5, prowadonym a pomoą pilota we weśniej wywieronym otwore ø8.5. Rys. 17. Pogłębianie walowo ołowe

18 4. Gwintowanie (Rys. 18) otwór powstaje a pomoą gwintownika M10 podas gwintowania masynowego. Weśniej wywierony otwór ø8.5 jest pogłębiany a pomoą pogłębiaa stożkowego 90 o średniy ø16. Rys. 18. Pogłębianie stożkowe pod gwintowanie Po wykonaniu wsystkih operaji wiertarskih uyskuje się predmiot pokaany na Rys. 19. Rys. 19. Gotowy predmiot