WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA Techniki Wytwarzania Ć1: Budowa narzędzi tokarskich System narzędziowe Procedura doboru Przykład realizacji Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

2 Koncepcji doboru narzędzia Idea koncepcji doboru narzędzia skrawającego uwzględnia jego przeznaczenie oraz rodzaj materiału obrabianego. Standard ISO dzieli materiały obrabiane na 6 podstawowych grup: ISO P Stal - materiały dające długi wiór, takie jak stal, odlewy staliwne oraz martenzytyczno-ferrytyczne. HB ISO M Stal nierdzewna - austenityczne stale nierdzewne, tytan. HB ISO K Żeliwo - materiały dające krótki wiór, takie jak żeliwa szare, sferoidalne. HB ISO N Aluminium materiały ciągliwe, takie jak aluminium i jego stopy. HB ISO S Stopy żaroodporne stopy na bazie niklu, chromu, kobaltu. HB ISO H Stal hartowana materiały trudnoskrawalne po obróbce cieplnej, takie jak stal hartowana, ulepszana ciepnie. HRC W każdym oznaczeniu ISO, numery od 01 do 50, określające wymagania odnośnie obróbki, związane z poziomem wytrzymałości i odporności na ścieranie. Np. niskie numery odpowiadają wysokiej odporność na ścieranie i niskiej wytrzymałość, a wysokie na odwrót. 2

3 Budowa noża tokarskiego Narzędzia tokarskie firmy SANDVICK Coromant są narzędziami o konstrukcji składanej. Podstawowe elementy to: 1. trzonek (oprawka), 2. płytka skrawająca, 3. system mocowania (śruby mocujące, podkładki, płytki mocujące, ) 3

4 Oznaczenia płytek wg ISO 1832:1991 4

5 Rodzaje oprawek 5

6 Systemy narzędziowe System narzędzi T-Max P Płytki ujemne. Zalecany jako pierwszy wybór przy operacjach toczenia zewnętrznego od zgrubnego do wykańczającego. Również zalecany przy obróbce dużych otworów. Z centralnym otworem do mocowania zapewniający szybką i dokładną wymianę. system Coro Turn RC mocowanie sztywne, system T-Max P System narzędzi T-Max U Płytki dodatnie. Zalecany jako pierwszy wybór w operacjach wytaczania i kształtowania oraz do toczenia małych detali. System mocowania śrubą zapewnia stabilność oraz niezakłócony odpływ wióra. system Coro Turn mocowanie śrubą, system Coro Turn 111, system Coro Turn TR (do toczenia profilowego). 6

7 Systemy mocowania płytek System mocowania sztywnego Coro Turn RC Zalecany jako pierwszy wybór przy operacjach toczenia zewnętrznego, od zgrubnego do wykańczającego, płytkami ujemnymi. Zalecany również przy obróbce dużych otworów. Centralny otwór mocujący zapewnia szybką i dokładną wymianę płytki. System mocowania Coro Turn 107 Do mocowania płytek skrawających wykorzystuje śrubę przechodzącą przez otwór w płytce. Zalecany do obróbki małych, długich i smukłych przedmiotów. System dostępny dla wszystkich kształtów płytek i różnych kątów przystawienia. 7

8 Toczenie powierzchni zewnętrznych 8

9 Toczenie powierzchni wewnętrznych 10 mm 0.3 mm 20 mm 9

10 Dobór płytki i parametrów skrawania 1. Dobór płytki i parametrów skrawania 2. Korekcja parametrów skrawania 3. Dobór oprawki 4. Wynik Określenie typu materiału obrabianego Określenie rodzaju obróbki Dokonanie "Pierwszego wyboru Określenie warunków obróbki i wybór materiału płytki Wybór kształtu płytki i promienia naroża Wybór wielkości płytki Odczytanie zalecanych parametrów obróbki Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego Korekcja posuwu Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na wydajność obróbki Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona Wybór odpowiedniej strony katalogu Wybór odpowiedniej oprawki nóż tokarski (płytka + oprawka ) parametry skrawania: Vc [m/min] fn [mm/obr] ap [mm] 10

11 Pierwszy wybór Krok 1 określenie materiału obrabianego Krok 2 określenie rodzaju obróbki K Dla operacji toczenia wyróżniamy trzy rodzaje N obróbki, oznacza je odpowiednio: R obróbka zgrubna S - obróbka z maksymalna wydajnością, H - obróbka z dużą głębokością i posuwem, - obróbka wymagająca najwyższego bezpieczeństwa krawędzi. M obróbka średnia - dla większości zastosowań ogólnych, - szeroki zakres możliwych kombinacji głębokości skrawania i posuwu. F obróbka wykańczająca - obróbka z niewielkimi głębokościami skrawania i posuwami, - obróbka wymagająca niskich sił skrawania. P M Stale niskostopowe Stale nierdzewne, austenityczne Żeliwa szare i sferoidalne Aluminium i inne stopy nieżelazne Stopy na bazie niklu Stale hartowane i ulepszone cieplnie Krok 3 dokonanie Pierwszego wyboru Na podstawie informacji typ materiału obrabianego rodzaj obróbki zestawionych na str. 24 katalogu, przejście na odpowiednią stronę katalogu oferującą Pierwszy wybór (np. dla stal obróbka średnia jest to strona nr 28). 11

12 Pierwszy wybór -katalog 12

13 Geometria płytki Krok 4 określenie warunków obróbki i wybór materiału płytki Rodzaj warunków obróbki (str. 3) pozwala dokonać wyboru odpowiedniego gatunku węglika, np. dla przeciętnych warunków i normalnych posuwów będzie to GC4225. Krok 5 wybór kształtu płytki i promienia naroża Kształt płytki musi umożliwiać obróbkę zadanego konturu. Zaleca się by kąt przystawienia płytki 90. Np. dla płytek ujemnych T-Max P (syst. Coro Turn RC): - obróbka powierzchni zewnętrznych (str ) - obróbka powierzchni wewnętrznych (str ). 13

14 Geometria płytki Dla płytek dodatnich Coro Turn dla powierzchni zewnętrznych (w katalogu str ): - dla powierzchni wewnętrznych (w katalogu str ): Promień naroża ma wpływ na chropowatość powierzchni obrobionej. Im mniejszy promień naroża, tym mniejsza szansa na uzyskanie gładkiej powierzchni i co za tym idzie wyższej klasy chropowatości. Dla płytek T-MAX P : obróbka wykańczająca r e = 0.8 mm obróbka średnia r e = 0.8 mm obróbka zgrubna r e = 1.2 mm 14

15 Wielkość płytki Krok 6 wybór wielkości płytki Wielkość płytki (długość krawędzi płytki) dobiera się zwykle do posiadanej oprawki lub w zalewności od rodzaju obróbki i głębokości skrawania. Im większa głębokość skrawania, tym większa płytka. Minimalną długość l krawędzi skrawającej można obliczyć na podstawie głębokości skrawania i kąta przystawienia la - długość efektywnej krawędzi skrawającej, wynikająca z głębokości skrawania i kąta przystawienia ostrza l = min (1,5 4) la albo przyjąć na podstawie zaleceń katalogowych sugerujących znacznie większą płytkę. 15

16 Parametry obróbki Krok 7 odczytanie zalecanych parametrów obróbki Dla wybranego kształtu i wymiaru płytki, należy ustalić zalecane parametry skrawania: - prędkość skrawania V c [m/min], - posuw f n [mm/obr], - głębokość skrawania a p np. dla płytki kwadratowej CNMG z materiału GC4225, czyli dla obróbki średniej, zalecana prędkość skrawania V c = 395 [m/min], posuw f n = 0.2 [mm/obr] i głębokość skrawania a p = 3 [mm]. 16

17 Korekty do warunków skrawania Krok 8 - Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego Dobrane warunki skrawania ustalono dla twardości nominalnej, wynoszącej np. dla ISO P HB = 180. Jeżeli jednak twardość materiału obrabianego jest inna, należy dokonać jej korekty. Np. toczenie płytką CNMG PM stali niskostopowej o twardości HB 180: prędkość skrawania v c = 305 m/min. Jeśli materiał obrabiany ma twardość HB 240, to różnica wynosi +60. Współczynnik korekty równa się 0,77. Wówczas: v c = 305 x 0,77 = 235 m/min. Krok 9 - Korekcja posuwu Zmiana prędkości skrawania wiąże się ze zmianą posuwu. Aby zapewnić właściwy proces formowania wiórów, przy zwiększaniu prędkości skrawania należy zmniejszyć posuw i na odwrót. Np. gdy prędkość skrawania zmniejszono o 16%, wówczas posuw winien być zwiększony o 0,19 [mm/obr] co daje: f n skoryg = 0,2 + 0,19 = 0,39 [mm/obr] Krok 10 - Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na wydajność obróbki Wyznaczone parametry skrawania są dla trwałości ostrza wynoszącej T = 15 [min]. Można zwiększyć wydajność obróbki przez zwiększenie prędkość skrawania kosztem spadku trwałości ostrza lub na odwrót. Np. aby wydłużyć okres trwałości ostrza do 20 [min], należy pomnożyć zalecaną prędkość skrawania przez wartość v c skoryg = 332 * 0,93 = 239 [m/min]. Trwałość ostrza [min] Współczynnik korekcyjny

18 Moc obrabiarki Krok 11 - Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki Po dobraniu parametrów skrawania należy sprawdzić zapotrzebowanie na moc obrabiarki, która ma realizować obróbkę z tymi parametrami. Przy założeniu 80% sprawności obrabiarki, moc obrabiarki w [kw] można wyznaczyć z tabeli. Np. dla stali o twardości HB = 220 i parametrów skrawania: posuw f n = 0,39 [mm/obr], głębokość skrawania a p = 3 [mm], moc silnika napędu głównego obrabiarki winna wynosić ok. 13,6 [kw]. Krok 12 - Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona Prędkość obrotową wrzeciona wyznacza się z tabel lub oblicza z wzoru: n = 1000 v c πd 18

19 Dobór oprawki Dla zwykłych imaków narzędziowych z mocowaniem za pomocą śrub, należy dobrać klasyczną oprawkę z chwytem prostokątnym lub kwadratowym. Jeśli narzędzie ma być zamocowane w głowicy narzędziowej, to należy dobierać oprawkę typu Coromant Capto o rozmiarze odpowiednim dla głowicy narzędziowej (oznaczenia C4, C5 lub C6). Krok 13 Wybór odpowiedniej strony katalogu Na str. 24 podano nr stron oprawek odpowiednich do mocowania dobranych płytek. Krok 14 Wybór odpowiedniej oprawki Dobierana oprawka powinna zapewniać mocowanie wybranej płytki i odpowiedni kąt przystawienia ostrza. Z etapu doboru płytki wynika: B - system mocowania, 1 - kształt płytki, C - konfiguracja oprawki (związana z ), 2 - kąt przyłożenia płytki, 5 - wielkość płytki Pozostaje do ustalenia: D - wersja narzędzia (narzędzie prawe, lewe, ), E, F - wymiary poprzeczne trzonka, 19

20 Dobór oprawki Wersja narzędzia zależy od przewidywanego kierunku posuwu. Przekrój trzonka jest zależny od wymiarów imaka tokarki. Jeśli jest możliwość, należy - ze względu na sztywność układu - dobierać większy przekrój. Długość oprawki jest zwykle związana za jej wymiarami poprzecznymi i jest narzucona przez katalog. Np. dla płytki trójkątnej TNMG o boku 16 mm, oprawki należy poszukiwać na str. 60 i 64 katalogu. Dostępne są: - oprawki prawa i lewa o symbolach DTJNR/L 1616H16, DTJNR/L 2020K16, DTJNR/L 2525M16, DTJNR/L 3232P16 oraz - oprawki prawa i lewa o symbolach MTJNR/L 2020K16M1, MTJNR/L 2525M16M1, MTJNR/L 3225P16M1. Analizując charakterystykę obrabiarki i sposób realizacji obróbki należy dokonać ostatecznego wyboru oprawki spośród dostępnych. 20

21 Przykład Dokonać doboru narzędzia i parametrów skrawania do wykonania podtoczenia wg rysunku. Materiał obrabiany: stal 55 ulepszana cieplnie o wytrzymałości Rm = 740 MPa. Krok 1 określenie typu materiału obrabianego (str. 3) zaklasyfikowanie do odpowiedniej grupy materiałowej P Stal,. ustalenie twardość HB odpowiadającą Rm = 740 MPa HB 220. Krok 2 określenie rodzaju obróbki obróbka średnia M. Krok 3 dokonanie Pierwszego wyboru str. 1 Toczenie, informacje ogólne str. 24, wybór systemu narzędziowego (str. 14) płytki ujemne T-Max P, dla rodzaju materiał, wybranego systemu narzędziowego i rodzaju obróbki odczytać stronę z danymi płytek str. 28. UJEMNE DODATNIE 21

22 Przykład Krok 4 Pierwszy wybór materiału płytki ustalenie warunków obróbki (str. 3) ustalenie materiału płytki (str. 28) przeciętne, GC4225. Krok 5 wybór kształtu płytki i promienia naroża dokonać wyboru kształtu płytki (str. 25) płytka trójkątna T, przyjąć promień naroża - dla płytek T-MAX P i obróbki średniej M - r e = 0.8 mm. Krok 6 wybór wielkości płytki ustalić głębokość podtoczenia 5 mm, ustalić liczbę przejść i głębokość skrawania 2 x 2.5 mm Ze schematu wynika, że l min 5 mm, a z tabeli 16 lub 22 mm, dokonać wyboru płytki (str. 29) dla wybranego kształtu, warunków obróbki (mat. płytki) wielkości i promienia naroża TNMG Krok 7 odczytanie zalecanych parametrów obróbki prędkość skrawania - V c = 325 m/min, posuw - f n = 0.35 mm/obr, głębokość skrawania - a p = 2 mm. 22

23 Przykład Krok 8 Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego obliczyć różnicę twardości materiału 40 HB, odczytać wartość współczynnika korekcji (str. 11) 0.84, obliczyć prędkość skorygowaną 273 m/min. Krok 9 Korekcja posuwu (str. 20). -16% 0.54 mm/obr. Krok 10 - Ewentualna korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na wydajność obróbki zwiększyć prędkość skrawania kosztem obniżenia okresu trwałości ostrza do 10 min (str. 20). 303 m/min. Krok 11 - Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki dla przyjętych parametrów obróbki, wyznaczyć niezbędną moc obrabiarki (str. 21). ok. 14 kw. Krok 12 - Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona dla Vc = 303 [m/min] i średnicy d = 50 [mm], prędkość obrotowa wrzeciona wynosi 1930 obr/min. Krok 13 Wybór odpowiedniej strony katalogu Wg katalogu, oprawki z chwytem tradycyjnym do płytek ujemnych znajdują się na str Krok 14 Wybór odpowiedniej oprawki Płytka dla której jest poszukiwana oprawka ma oznaczenie TNMG Jest to płytka trójkątna o boku 16 mm. Dla tej płytki są dostępne oprawki typu: DTJNR/L lub MTJNR/L, obie z kątem przystawienia 93. W przypadku obróbki wskazanego podtoczenia, tylko oprawki MTJNR/L pozwalają na obróbkę konturu o kącie spadku 22. Ze względu na kierunek obróbki potrzebna jest oprawka prawa R. Do wyboru mamy więc trzy oprawki: oprawka o przekroju 20x20 mm - MTJNR 2020 K16M1, 25x25 mm - MTJNR 2525 M16M1 i 32x25 mm - MTJNR 3225 P16M1. Ostateczny wybór zależy od wymiaru imaka, np. MTJNR 2020 K16M1 23