Obróbka Skrawaniem -

Prof. Krzysztof Jemielniak krzysztof.jemielniak@pw.edu.pl http://www.zaoios.pw.edu.pl/kjemiel Obróbka Skrawaniem - podstawy, dynamika, diagnostyka 5. Proces tworzenia wióra, Instytut Technik Wytwarzania

Plan wykładu Obróbka skrawaniem 1. Wstęp 2. Pojęcia podstawowe 3. Geometria ostrza 4. Materiały narzędziowe 5. Proces tworzenia wióra 6. Siły skrawania 7. Dynamika procesu skrawania 8. Ciepło w procesie skrawania, metody chłodzenia 9. Zużycie i trwałość ostrza 10. Diagnostyka stanu narzędzia i procesu skrawania 11. Skrawalność 12. Obróbka materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym strony 96-124 2

4 Proces tworzenia wióra Budowa strefy skrawania Postaci wiórów i ich klasyfikacja Łamanie wiórów Struktura geometryczna powierzchni obrobionej Warstwa wierzchnia przedmiotu obrabianego 3

0,1mm Strefa skrawania Strefa skrawania to obszar bezpośredniego oddziaływania ostrza na materiał obrabiany obszar, w którym warstwa skrawana zamieniana h warstwa skrawana strefa odkształceń sprężystych i plastycznych jest w wiór strefa ścinania Stan naprężeń i odkształceń w strefie skrawania zależy od całokształtu warunków skrawania. Ostrze działając na warstwę skrawaną powoduje jej sprężyste i plastyczne odkształcenie a następnie ścięcie wzdłuż tzw. strefy ścinania W pewnym uproszczeniu można tę strefę przybliżyć płaszczyzną ścinania Warstwa skrawana po przejściu przez strefę ścinania zamienia się w wiór o wyraźnie ukierunkowanej strukturze B strefa wtórnego ścinania strefa poślizgu C powierzchnia przyłożenia płaszczyzna ścinania wiór D powierzchni a natarcia narzędzie powierzchnia skrawania 4

Geometria strefy skrawania 0,1mm h warstwa skrawana strefa odkształceń sprężystych i plastycznych Stefa odkształceń plastycznych strefa ścinania płaszczyzna ścinania Strefa wtórnego ścinania Strefa poślizgu B strefa wtórnego ścinania strefa poślizgu C wiór D 0.25mm strefa wtórnego ścinania strefa zatarcia punkt stagnacji A strefa zatarcia B strefa poślizgu Jaspers, S., Dautzenberg, J.,Material behaviour in metal cutting, J.Mat.Proc.Tech. 122/1,2002 5

Narost P.K. Wright, E M Trent, Metal Cutting 6

Geometria strefy powstawania wióra Strefa ścinania h w Strefa ścinania h f g o h w f kąt ścinania h grubość warstwy skrawanej h w grubość wióra 7

Współczynnik spęczenia wióra h Strefa ścinania f h ch L h = h ch h g o Λ hch bl h bl ch ρ ρ ch h = = G h bl ch ch ρ tgf = L cosg o sing h o 8

Pomiar długości wióra 9

Zależność kąta ścinania od współczynnika spęczenia wióra Wyznacz l sh z trójkątów ACB oraz ABD l sh = h sin φ = h w cos φ γ o f g o h w cos φ γ o = sin φ sin γ o + cos φ cos γ o g o Λ h = h w h = sin γ o + cos γ o tg φ tg φ = cos γ o Λ h sin γ o 10

Zadanie Wyznaczyć kąt ścinania 11

4 Proces tworzenia wióra Budowa strefy skrawania Postaci wiórów i ich i ich klasyfikacja Łamanie wiórów Struktura geometryczna powierzchni obrobionej Warstwa wierzchnia przedmiotu obrabianego 12

Podstawowe postaci wiórów ciągły (jednolity) Wióry ciągłe powstają przy obróbce materiałów plastycznych z wysokimi prędkościami skrawania. Deformacje następują wzdłuż pierwotnej strefy ścinania 13

Podstawowe postaci wiórów schodkowy Wióry schodkowe występują: przy obróbce materiałów o niskiej przewodności cieplnej i wytrzymałości gwałtownie spadającej wraz z temperaturą przy bardzo niskich prędkościach skrawania przy dużych głębokościach i ujemnych kątach natarcia przy niskiej sztywności obrabiarki przy obróbce z bardzo wysokimi prędkościami skrawania 14

Podstawowe postaci wiórów schodkowy W wiórach schodkowych występują strefy bardzo wysokich i bardzo niskich naprężeń i odkształceń Skrawanie tytanu Obróbka stali z wysoką prędkością skrawania Skrawanie stali nierdzewnej 15

Podstawowe postaci wiórów elementowy Wióry elementowe (odłamkowe) występują przy obróbce materiałów : kruchych, które nie wytrzymują wysokich naprężeń ścinających, z twardymi wtrąceniami lub zanieczyszczeniami o strukturach takich jak żeliwo szare z płatkami grafitu 16

Podstawowe postaci wiórów Najczęściej występują różne formy pośrednie. 0.1mm wiór ciągły z zaznaczonymi segmentami 17

Wpływ twardości materiału i prędkości skrawania na postać wióra Twardość 28 HRC Twardość 49 HRC v c = 75m/min Materiał obrabiany: stal do kucia na gorąco AISI H13 ciągły ciągły z segmentami v c = 200 m/min ciągły z segmentami segmentowy Eu-Gene NgFAIM 2004 Keynote 3, 18

Wpływ prędkości skrawania na postać wióra Inconel 718, Stal 45 CIRP Encyclopedia of Production Engineering 19

narzędzie narzędzie narzędzie Powstawanie wióra przy obróbce z wysoką prędkością skrawania pęknięcie wiór wiór przedmiot przedmiot pęknięcie wiór przedmiot 20

Wióry 21

4 Proces tworzenia wióra Budowa strefy skrawania Postaci wiórów i ich klasyfikacja Łamanie wiórów Struktura geometryczna powierzchni obrobionej Warstwa wierzchnia przedmiotu obrabianego 22

Pożądane i niepożądane postaci wiórów Najbardziej pożądane Wióry łukowe luźne Unikać Bardzo krótkich, ciasno zwiniętych Unikać Długich, taśmowych Najmniejsza moc potrzebna do ich łamania Najmniejsze obciążenie krawędzi skrawającej Niewielkie wzrosty siły skrawania towarzyszące łamaniu Łatwe do usunięcia Wyższa moc niezbędna do złamania Wyższe naprężenia na krawędzi skrawającej Mogą powodować drgania Bardzo trudne do usunięcia Mogą kaleczyć przedmiot obrabiany lub oprzyrządowanie 23

Kształtowanie wiórów przy toczeniu Niewłaściwa postać wiórów może powodować: uszkodzenia przedmiotu, narzędzia i... operatora zakłócenia produkcji problemy z usuwaniem wiórów Kształtowanie wiórów zależy od: materiału obrabianego geometrii narzędzia warunków skrawania 24

Klasyfikacja wiórów wg PN-ISO 3685:1995 6.2.6 25

Dwa sposoby wymuszonego łamania wiórów Powierzchnia natarcia narzędzia Zwijacz wiórów Przedmiot obrabiany wiór wiór Rowek na powierzchni natarcia 26

Nakładany zwijacz wiórów 6.2.6 27

Zwijacz wiórów na powierzchni natarcia 6.2.6 Zwijacz wiórów na powierzchni natarcia zmniejsza promień jego zakrzywienia i decyduje o kierunku spływu 28

Powstawanie wiórów 2-D: 6.2.5 3-D 6.2.6 29

Wpływ posuwu i głębokości skrawania na zwijanie wiórów 0.1mm 0.1mm v c =240 m/min, f=0.1 mm/obr v c =240 m/min, f=0.2 mm/obr 4.2.1 6.2.6 Jaspers, S., Dautzenberg, J.,Material behaviour in metal cutting, J.Mat.Proc.Tech. 122/1,2002 30

Diagram łamania wiórów Zasada ogólna: Przykład: 31

Diagram łamania wiórów 32

Dobór zwijacza wióra do operacji 33

Zależność postaci wiórów od zużycia ostrza Narzędzie ostre... i po kilku minutach 6.2.6 6.2.5 34

4 Proces tworzenia wióra Budowa strefy skrawania Postaci wiórów i ich klasyfikacja Łamanie wiórów Struktura geometryczna powierzchni obrobionej obrobionej Warstwa wierzchnia przedmiotu obrabianego 35

Powierzchnia nominalna i rzeczywista Powierzchnia nominalna określona rysunkiem konstrukcyjnym Powierzchnie nominalne opisane są liniami prostymi, idealnymi okręgami, walcami i innymi doskonałymi figurami geometrycznymi Powierzchnia rzeczywista określona rzeczywistym procesem wytwarzania Różne procesy wytwarzania pozwalają na uzyskanie różnych charakterystyk geometrycznych i fizycznych powierzchni obrobionych Rzeczywista powierzchnia nigdy nie jest idealną powierzchnią geometryczną 36

Dlaczego powierzchnia jest ważna? Względy estetyczne Powierzchnia może wpływać na bezpieczeństwo Tarcie i zużycie między niesmarowanymi powierzchniami rośnie z chropowatością Powierzchnia zbyt gładka nie utrzymuje filmu olejowego Powierzchnia zbyt chropowata przebija film olejowy Powierzchnia wpływa na właściwości mechaniczne i fizyczne przedmiotu Powierzchnia wpływa montaż (pasowanie) elementów Gładkie powierzchnie mają lepszy kontakt elektryczny... 37

Charakterystyka powierzchni obrobionej i warstwy wierzchniej Struktura geometryczna powierzchni Gładkość powierzchni R a, R z... Kierunkowość kształt śladów pozostawionych przez narzędzie Wady powierzchni Właściwości fizyczne warstwy wierzchniej zadrapania, pęknięcia, otwory, nalepy, wgniecenia Naprężenia resztkowe Zmiany struktury rozkład naprężeń ściskających i rozciągających występowanie austenitu lub mertenzytu, biała warstwa, odpuszczanie 38

Struktura geometryczna powierzchni (Surface Texture) Pod odpowiednio silnym powiększeniem powierzchnia obrobiona nie jest ani równa, ani prostoliniowa, walcowa, czy co tam jeszcze byśmy po niej oczekiwali! występuje na niej chropowatość, falistość, wady, skazy, zadrapania... Można także zauważyć określoną kierunkowość śladów obróbki wynikającą z zastosowanego procesu Charakterystyka struktury geometrycznej powierzchni obrobionej opisuje jej powtarzalne lub losowe odchylenia od powierzchni nominalnej 39

Charakterystyka struktury geometrycznej powierzchni krater (uszkodzenie) kierunkowość długość falistości pęknięcie (wada) wysokość falistości wysokość nierówności odległość nierówności 40

Elementy struktury geometrycznej powierzchni TOLERANCJA WYMIARU Różnice między powierzchnią nominalną a rzeczywistą: błędy kształtu nie są zaliczane do struktury geometrycznej powierzchni 1. falistość gęściej lub rzadziej rozłożone odchylenia powierzchni, spowodowane drganiami, ugięciami przedmiotu i obrabiarki itp. 2. chropowatość nałożona na falistość to znacznie gęściej rozłożone nierówności bardziej lub mniej regularne, jak ślady narzędzia Błąd kształtu (tu wypukłość) Powierzchnia teoretyczna (płaska) Falistość Chropowatość 41

Elementy struktury geometrycznej powierzchni 3. kierunkowość dominujący kierunek lub wzór pozostawiony przez narzędzie (obróbkę) na powierzchni obrobionej 4. uszkodzenia wady występujące nieregularnie pęknięcia, zarysowania, wtrącenia, skazy, kratery, plamy itp. Symbol Szkic Opis kierunkowości Równoległa do linii reprezentującej powierzchnię, przy której podano symbol Prostopadła do linii reprezentującej powierzchnię, przy której podano symbol Skrzyżowana w 2 kierunkach ukośnych do linii reprezentującej powierzchnię, przy której podano symbol Nieuporządkowana (wielokierunkowa) Współśrodkowa, w przybliżeniu względem środka powierzchni, przy której podano symbol Promieniowa, w przybliżeniu względem środka powierzchni, przy której podano symbol Punktowa 42

Gładkość i chropowatość powierzchni Chropowatość powierzchni mierzalna charakterystyka Gładkość powierzchni określenie subiektywne, potoczne opisujące stan (wygląd) powierzchni w ogólniejszym sensie Potocznie określenie gładkość używane jest jako odwrotny synonim chropowatości Oba terminy odnoszą się do struktury geometrycznej powierzchni 43

Chropowatość powierzchni Jedną z pierwszych rzeczy, jakie zauważamy na przedmiocie obrobionym jest chropowatość powierzchni Często jakość produktu jest związana z chropowatością powierzchni Gładsza powierzchnia jest zwykle droższa w wykonaniu Chropowatość powierzchni jest zdeterminowana przez proces obróbki 44

Pomiary chropowatości Rzeczywista powierzchnia jest 3D Konwencjonalne parametry chropowatości są 2D określane na podstawie pojedynczego profilu, zawierającego informacje w dwóch wymiarach wysokość i długość (odległość w poziomie) Pr p Pomiar np. przy pomocy mikroskopu podwójnego Shmaltza 45

Profilometr Najczęściej stosowana metoda pomiaru chropowatości Działa na takiej samej zasadzie co adapter Końcówka pomiarowa (igła) ślizga się wzdłuż powierzchni, a jej ruchy są rejestrowane przez urządzenie komputerowe Ślizgacz nadąża za ogólnym kształtem powierzchni eliminując wpływ np. błędów kształtu Ślizgacz powierzchnia końcówka pomiarowa profil 46

Pomiar chropowatości profilometrem 47

... lub mikroskopem interferometrycznym 48

Powierzchnia 3D i 2D 2D 3D 49

Wyznaczanie parametrów chropowatości y odchylenia pionowe powierzchnia rzeczywista powierzchnia nominalna x le Zmierzone i zarejestrowane odchylenia powierzchni rzeczywistej od linii równoległej do powierzchni nominalnej y i w funkcji przemieszczenia x wzdłuż powierzchni nominalnej na odcinku elementarnym le są podstawą wyznaczania parametrów chropowatości 50

Linia średnia, odcinek elementarny y i Linia średnia: prosta zgodna z ogólnym kierunkiem nierówności dzieli profil tak, by suma kwadratów odchyleń profilu od linii była najmniejsza: Odcinek elementarny (Le: le n 2 y 1 i = 8, 2.5, 0.8, 0.25 lub 0.08mm min 51

Linia środkowa le W przybliżeniu linię średnią można zastąpić linią środkową, która dzieli profil tak, że pole powyżej i poniżej tej linii jest równe 52

Średnie arytmetyczne odchylenie od linii średniej le Ra stosunek pola odchyleń profilu od linii średniej do długości odcinka elementarnego Ra = 1 le න 0 le y(x) dx 53

Średnie arytmetyczne odchylenie od linii średniej y i L c Równanie alternatywne (aproksymacja cyfrowa), łatwiejsze do zrozumienia: n Ra = 1 n i=1 y i 54

Ra, AA, CLA Średnie (arytmetyczne) odchylenie od linii średniej Ra jest pierwszym parametrem chropowatości, jaki został wymyślony wciąż jest najczęściej stosowany w Anglii oznaczany jako CLA (Centre Line Average) w USA oznaczany jako AA (Arithmetic Average) 55

Średnio kwadratowe odchylenie od linii średniej Rq inna forma określania chropowatości Rq = 1 le න 0 le y 2 (x)dx n 1 n i=1 y i 2 W porównaniu z Ra, Rq jest bardziej czułe na rzadkie duże wierzchołki i wgłębienia Obecnie stosowane rzadko, zastępowane przez Rz najwyższą wysokość chropowatości Wygodne przy statystycznej analizie struktury geometrycznej powierzchni, jako że jest równe odchyleniu standardowemu 56

Długość odcięcia Na wyznaczanie R a może mieć wpływ falistość W celu jej wyeliminowania stosuje się skrócone odcinki elementarne (długość odcięcia) Linia średnia le le Odcinek elementarny krótszy od długości fali eliminuje wpływ falistości pozostawiając jedynie chropowatość 57

Wady R a Ra jako średnia jest mało wrażliwe na uszkodzenia powierzchni Ra nie rozróżnia wierzchołków od wgłębień: 58

Ra a nośność Powierzchnia korzystna Powierzchnia niekorzystna Ra może być mylące! Obie powierzchnie mają podobne Ra ale powierzchnia z prawej ma praktycznie zerową powierzchnię nośną! 59

Skośność Wzór: ujemna skośność dodatnia skośność Dobra powierzchnia nośna Ujemna skośność Dodatnia skośność Koncentracja materiału na szczycie profilu świadczy o plateau 60

Wysokość chropowatości Rz (ISO) L c Średnia z sumy wysokości pięciu wierzchołków i głębokości pięciu wgłębień względem linii średniej lub dowolnej linii równoległej do niej: Rz 5 5 1 = R + pi R vi 5 i= 1 i= 1 61

R p, R v, R t R v R p R t L c Rp maks. wysokość wierzchołków Rv maks. głębokość wgłębień Rz największa wysokość nierówności 62

Przykładowe parametry struktury geometrycznej powierzchni 1 1 2 r i S i Q i 2 F i R z R a H ma x m p R a - średnie odchylenie profilu od linii średniej, R z - średnia odległość pięciu najwyżej i najniżej położonych punktów profilu, R t - największa wysokość nierówności, Q - średni kąt nachylenia wierzchołków, r - średni promień zaokrąglenia wierzchołków, O 1 S mi 2 b i H min n(0) R t x F 1 - pole profilu nad linią średnią (lub dowolną linią do niej równoległą), S m - średnia odległość nierówności, S - średnia odległość wierzchołków profilu, m - liczba wierzchołków, L c n(0) - liczba punktów przecięć profilu z linią średnią, R q - średnie kwadratowe odchylenie profilu, 63

Liczba firm Szerokość zastosowania parametrów chropowatości Wyniki ankiety przeprowadzonej przez CIRP w 284 firmach z 18 krajów R p maks. wysokość wierzchołków R v maks. głębokość wgłębień R z średnia z 5 max-min R c średnia wysokość elementów profilu R t największa wysokość nierówności R a średnie odchylenie od linii średniej R q średniokwadratowe odchylenie od linii średniej R sk skośność profilu R ku płaskość (kurtoza) profilu R Sm średnia szerokość elementów profilu... parametr 64

Obliczanie parametrów chropowatości Wyznaczyć położenie linii średniej, R a, R z, R p, R v, dla noża tokarskiego pracującego z założonym posuwem Rozwiązanie: Narzędzie przedstawione wyżej pozostawia na powierzchni obrobionej powtarzalny ślad, tworzący profil chropowatości: Przyjmijmy dane a = 0,1 mm, κ'r=30, f =0,3mm/obr. Największa wysokość profilu Rz wyznaczona może być bezpośrednio z zależności: Rz=f-atanκ'r=0,115 mm Linia średnia dzieli profil tak, że pole nad linią średnią A1 jest równe polu pod tą liną A2: a Rp+12Rp2cotκ'r=12Rz-Rp2cotκ'r stąd położenie linii średniej określone jest przez wysokość najwyższego wzniesienia profilu Rp: Rp=Rz22Rz+a=0,031mm Oczywiście tu głębokość najwyższego wgłębienia profilu Rv=Rz=Rp=0,085mm. Średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej Ra możemy wyznaczyć jako stosunek sumy pól A1 i A2 do odcinka pomiarowego, którym tu jest posuw f. Ponieważ oba pola są z definicji takie same, można Ra określić jako Ra=2A1f=22a Rp+Rp2cotκ'rf=0,026mm 65

Zadanie Wyznaczyć położenie linii średniej, R a, R z, R p, R v, dla narzędzia: k k' r =45 r =90 0,3 k' r =30 k r =90 0,1 pracującego z posuwem f=0.9 f=0.3m mm/obrm/obr (6-x) 2 /2 = 3 x + x 2 /2 x = 2 Pole = 8 + 8 = 16 R a = 16/9 =1.78 ze skalą R a = 178 mm R z = 600 mm R v = 400 mm R p = 200 mm x 6-x 3 9 6 66

Wpływ posuwu i promienia zaokrąglenia naroża na teoretyczną wysokość nierówności narzędzie f regularne nierówności, większa skala r e R zt = f2 8r ε nieregularne nierówności, mniejsza skala CIRP Encyclopedia of Production Engineering 67

Wpływ posuwu i promienia zaokrąglenia naroża na teoretyczną wysokość nierówności Rzt (mm) doświadczanie Rz 0,10 0,08 0,06 0,04 Rzt = f2 8r ε κ r = 45 90 κ r = 15 45 f 0,8r ε teoretycznie Rzt 0 0,05 0,1 0,15 f (mm/obr) 0,02 0,32 0,64 0,96 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 f (mm/obr) 68

Wpływ posuwu na wysokość nierówności f=1 mm/obr f=0.8 mm/obr f=0.6 mm/obr f=0.4 mm/obr Franco P.et al.int.j.mach.tools&manuf. 44, 2004, 1555 1565 69

Wpływ niekorzystnej postaci wióra na jakość powierzchni obrobionej C. R. Galo, M. Balazinski, Inconel 718 shaft machining Roughing and semi finishing 70

Wpływ promienia naroża na chropowatość Mały promień naroża Duży promień naroża Wiper Wiper i płaszczyzna 71

Wpływ geometrii naroża na chropowatość Materiał Grupa 4 v c 260 m/min a p 1.0 mm f 0.3 mm WNMG080408W-M3 Naroże konwecjonalne r e =0.8mm Naroże r e =0.8mm Wiper 72

Wpływ geometrii naroża na chropowatość Mat: Frez: Płytka: v c : f z : a p : Ck45 R220.43-003205 OFEX05T305TN-ME07 T25M 400 m/min 0.1 mm/tooth 0.3 mm 73

Wpływ szerokości starcia powierzchni przyłożenia (VB B ) na stan powierzchni obrobionej Kennametal CCGT09T302HP KC5010 WS r e =0.2 mm 74

chropowatość R a [µm] Wpływ prędkości skrawania na chropowatość powierzchni obrobionej 6 5 4 3 Czas skrawania t = 0-30 min 100 Cr 6 (62 HRC) CBN10 CNMA120408 f = 0,05 mm ap = 0,05 mm na sucho 2 1 0 (typowy przykład ) 0 50 100 150 200 250 300 prędkość skrawania v c [m/min] 75

4 Proces tworzenia wióra Budowa strefy skrawania Postaci wiórów i ich klasyfikacja Łamanie wiórów Struktura geometryczna powierzchni obrobionej Warstwa wierzchnia przedmiotu przedmiotu obrabianego obrabianego 76

Właściwości fizyczne warstwy wierzchniej Nprężenia resztkowe MPa 800 600 400 200 0-200 -400-600 -800 rozciąganie ściskanie -800 0 50 100 150 200 250 Głębokość pod powierzchnią (µm) Struktura geometryczna powierzchni nie opisuje jej w pełni Pod powierzchnią mogą występować zmiany fizyczne mające decydujący wpływ na właściwości mechaniczne 800 600 400 200 0-200 -400-600 Właściwości fizyczne warstwy wierzchniej (surface integrity) opisują zmiany które powstają w trakcie obróbki, a które mają znaczenie dla właściwości użytkowych przedmiotu obrabianego 77

Charakterystyka warstwy wierzchniej (Surface Integrity) Obejmuje określenie cech fizycznych i geometrycznych zewnętrznej warstwy przedmiotu obrobionego z uwzględnieniem jego przeznaczenia użytkowego Proces wytwarzania oddziałuje na przedmiot obrabiany energią, która zmienia zewnętrzną warstwę materiału, nazywaną warstwą wierzchnią Zmiany warstwy wierzchniej wynikają z: utwardzenia zgniotem (energia mechaniczna) oddziaływania ciepła (energia termiczna) wpływów chemicznych oddziaływań energii elektrycznej Charakterystyka warstwy wierzchniej obejmuje zarówno strukturę geometryczną powierzchni, jak fizyczne cechy zmienionej warstwy pod powierzchnią 78

Warstwa wierzchnia przedmiotu obrobionego Zewnętrzna warstwa materiału obrabianego różni się od pozostałej objętości. Jest to tzw. warstwa wierzchnia 1. Warstwa powierzchniowa: cząsteczki obce (pyły, ciecze, materiał ostrza, wykruszony materiał obrabiany) wymiary w granicach 0.01 0.03 mm 2. Warstwa przypowierzchniowa: rozdrobnione i odkształcone ziarna materiału obrabianego silne umocnienie przez zgniot twardość znacznie wyższa od materiału rodzimego grubość 0.5 500 mm 3. Warstwa podpowierzchniowa: graniczny obszar zalegania naprężeń zbliżona pod względem budowy od materiału rodzimego grubość sięgać może kilku milimetrów 79

Zmiany warstwy wierzchniej powodowane przez proces obróbki Zmiany warstwy wierzchnie wynikają z oddziaływania różnych form energii na powierzchnię obrobioną Np. wykorzystanie energia mechaniczna jest podstawową formą wytwarzania kucie, gięcie prasowanie skrawanie Podstawową funkcją dostarczanej energii jest zmiana geometrii przedmiotu obrabianego, ale powoduje ona także (najczęściej) niepożądane zmiany warstwy wierzchniej 80

Zmiany warstwy wierzchniej powodowane przez energię mechaniczną Naprężenia resztkowe Utwardzenie przez zgniot Odkształcenia plastyczne ziaren Pęknięcia mikro i makroskopowe Zagniecenia, zawalcowania Pustki i wtrącenia wprowadzone mechanicznie 81

Gniecenie powierzchni obrobionej Cutting edge rubbing.wmv 82

Naprężenia w warstwie wierzchniej Decydujące znaczenie mają: prędkość skrawania zużycie ostrza geometria ostrza przekrój warstwy skrawanej (a p i f) promień naroża Naprężenia mają zasadniczy wpływ na właściwości wytrzymałościowe rozciąganie ściskanie pęknięcie pęknięcie 83

Wpływ szerokości starcia powierzchni przyłożenia (VB B ) na naprężenia resztkowe warstwy wierzchniej 84

Wpływ szerokości starcia powierzchni przyłożenia (VB B ) na naprężenia resztkowe warstwy wierzchniej Naprężenia resztkowe Materiał obrabiany: 100 Cr 6 V (61 HRC) Materiał ostrza: CBN (DNGA 1506125-L1) Parametry skrawania: v c = 140 m/min f = 0.08 mm a p = 0.2 mm Odległość od powierzchni mikrostruktura Röttger K., 2003, Hartwalzen hartgedrehter Oberflächen 85

Naprężenia w warstwie wierzchniej ściskanie rozciąganie Powierzchnia szlifowana Powierzchnia toczona na twardo (Typowy przykład ) Odległość od powierzchni 86

Formowanie się białej warstwy przy toczeniu na twardo B. Denkena, et al., 4th CIRP Int. Conf. on High Performance Cutting, 2010, paper F17 87

Jakieś pytania? 88