Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem Wydział: BMiZ Studium: stacjonarne Semestr: 3 Kierunek: MiBM Rok akad.: 2018/19 Liczba godzin: 15 TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW L a b o r a t o r i u m ( h a l a 2 0 Z OS Prowadzący: dr hab. inż. Damian Przestacki pok. 620 budynek A1, tel. 61 665 28 50 e-mail: damian.przestacki@put.poznan.pl mgr inż. Tadeusz Chwalczuk pok. 617 budynek A1, tel. 61 665 27 23 e-mail: tadeusz.chwalczuk@put.poznan.pl Konspekt: www.zos.mt.put.poznan.pl (materiały do pobrania) T E M A T Y Ć W I C Z E Ń 1. Toczenie materiałów zahartowanych. 2. Fizyczne i technologiczne efekty obróbki z dużymi prędkościami skrawania. 3. Hartowanie laserowe - wpływ parametrów lasera na parametry geometryczne SWC. 4. Narzędzia do mikroobróbki. 5. Struktura geometryczna powierzchni po cięciu laserowym stali. LITERATURA 1. CICHOSZ P. (red.), Obróbka skrawaniem, Wysoka produktywność (Rozdz. 5. Oczoś K., Obróbka wysoko produktywna wiodącym trendem obróbki skrawaniem, s.31-50), Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007. 2. GRZESIK W.: Podstawy skrawania materiałów konstrukcyjnych, WNT Warszawa 2010. 3. KAWALEC M.: Efekty technologiczne obróbki na twardo materiałów metalowych, Mechanik, 2006 nr 1, s. 20-25. 4. OCZOŚ K., Hybrydowe procesy obróbki ubytkowej - istota, przykładowe procesy, wyzwania rozwojowe,mechanik, 2000 nr 5-6, s. 315-324 5. OCZOŚ K.: Kształtowanie materiałów skoncentrowanymi strumieniami energii. WUPR, Rzeszów 1988. 6. OLSZAK W., Obróbka skrawaniem. WNT Warszawa 2008, 7. PN-EN ISO 4287:1999 Specyfikacje geometrii wyrobów Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni. 8. TÖNSHOFF H.K., ARENDT C., BEN AMOR R., Cutting of hardened steel, Annals of the CIRP Vol. 49/2/2000, pp. 547-566. 9. TWARDOWSKI P. (red.): Interakcja proces-obrabiarka. Mechanik, 2013, nr 8/9, Materiały konferencyjne VII Szkoły Obróbki Skrawaniem 10. WIECZOROWSKI M., CELLARY A., CHAJDA J.: Przewodnik po pomiarach nierówności powierzchni czyli o chropowatości i nie tylko. Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych, Poznań 2003. 11. BURAKOWSKI T., WIERZCHOŃ T., Inżynieria powierzchni metali, WNT Warszawa, Warszawa 1995. 12. ION J.C., Laser processing of engineering materials, Elsevier Butterworth-Heinemann, Norfolk, Wielka Brytania, 2005. 13. JÓŹWICKI R., Technika laserowa i jej zastosowania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009. 14. KUSIŃSKI J., Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków, 2000
Regulamin laboratorium 1. Opiekunem naukowym ćwiczeń laboratoryjnych jest Kierownik Zakładu (Pracowni). 2. Ćwiczenia składają się z 5 ćwiczeń laboratoryjnych wykonywanych w podgrupach wg harmonogramu. 3. Ćwiczenia rozpoczynają się punktualnie. W razie opuszczenia ćwiczenia należy je wykonać w dodatkowym terminie, po konsultacji z prowadzącym zajęcia laboratoryjne. 4. Do ćwiczeń należy przystąpić starannie przygotowanym na podstawie wykładów, materiałów zawartych w skrypcie oraz wskazanej literaturze. Nieprzygotowanie się do zajęć powoduje niezaliczenie ćwiczenia w danym dniu. 5. Ćwiczenie należy wykonywać zgodnie ze wskazaniami prowadzących ćwiczenie, zwracając szczególną uwagę na bezpieczeństwo i higienę pracy. 6. Po zakończeniu ćwiczenia wyniki badań i obserwacji wpisane długopisem do protokołu należy przedstawić prowadzącemu zajęcia do akceptacji. 7. Ćwiczenie zostaje zaliczone na podstawie: a. znajomości podstaw teoretycznych ćwiczenia, b. wykonania ćwiczenia, c. opracowania i złożenia na następnych zajęciach protokołu z ćwiczenia (sprawozdania), d. uzyskania pozytywnej oceny z podstaw teoretycznych oraz opracowanego protokołu. 8. Ćwiczenie zostaje niezaliczone w przypadku: a. nieobecności na ćwiczeniu lub przerwaniu ćwiczenia, b. nieprzygotowania się do ćwiczenia, c. wykonania ćwiczenia niezgodnie z uwagami prowadzących, d. niewłaściwego opracowania protokołu, e. niezłożenia protokołu z ćwiczenia. 9. Każdy student ma obowiązek przynieść na zajęcia druki sprawozdań dotyczących ćwiczeń wykonywanych w danym dniu. 10. Sprawozdanie z każdego ćwiczenia student wykonuje indywidualnie. 11. W skład poprawnie wykonanego sprawozdania wchodzą: zestawienie wyników doświadczenia, opracowanie graficzne i statystyczne wyników pomiarów, analiza wyników pomiarów, wnioski końcowe (szczegóły dotyczące sprawozdania zamieszczone są w konspekcie). 12. Sprawozdanie zawierające wyłącznie wyniki doświadczenia traktowane jest na równi z brakiem sprawozdania. 13. W sprawozdaniu oceniana jest umiejętność prezentacji i opracowywania wyników pomiarów, umiejętność prowadzenia analizy porównywania wyników i znajomości wiedzy teoretycznej dotyczącej badanego zagadnienia oraz umiejętność wnioskowania. 14. Zaliczenie końcowe z laboratorium następuje po spełnieniu wymagań zgodnie z pkt. 7 dla całego programu ćwiczeń. 15. Student jest zobowiązany do niezwłocznego usprawiedliwienia u prowadzącego nieobecności na zajęciach. 16. Prowadzący zajęcia określa sposób i termin uzupełnienia zaległości powstałych wskutek usprawiedliwionej nieobecności studenta na zajęciach. 17. Nieobecność studenta, nawet usprawiedliwiona, na więcej niż 1/3 zajęć, może być podstawą do nie zaliczenia tych zajęć. Niewykonanie tych ćwiczeń określonych regulaminem laboratorium uniemożliwia zaliczenie zajęć laboratoryjnych. 18. Studenci są odpowiedzialni materialnie za uszkodzoną z ich winy aparaturę, przyrządy pomiarowe, narzędzia, pomoce warsztatowe itp.
I. Zagadnienia do przygotowania Ćwiczenie 1 Toczenie materiałów zahartowanych 1. Parametry technologiczne skrawania stosowane podczas toczenia zahartowanych stali. 2. Wpływ warunków skrawania na zużycie ostrza oraz chropowatość powierzchni. 3. Ocena struktury geometrycznej powierzchni. 4. Trwałość i żużycie ostrza. II. Przebieg ćwiczenia 1. Zapoznać się z obsługą stanowiska badawczego. 2. Dobrać materiał ostrza oraz narzędzie. 3. Dobrać parametry technologiczne toczenia. 4. Przeprowadzić doświadczenia. 5. Wykonać pomiary zużycia badanych ostrzy. 6. Wykonać pomiary chropowatości powierzchni obrobionej. III. Sprawozdanie 1. Opisać przebieg doświadczenia; podać warunki skrawania. 2. Przedstawić wyniki przeprowadzonych badań. 3. Przeprowadzić analizę statystyczną wyników badań. 4. Wykonać odpowiednie wykresy. 5. Przedstawić uwagi i wnioski końcowe. Ćwiczenie 2 Fizyczne i technologiczne efekty obróbki z dużymi prędkościami skrawania I. Zagadnienia do przygotowania 1. Definicja HSM. 2. Narzędzia stosowane w HSM i ich systemy mocowania. 3. Przekrój warstwy skrawanej przy frezowaniu frezami walcowo-czołowymi (kulistymi). II. Przebieg ćwiczenia 1. Zapoznać się z obsługą stanowiska badawczego. 2. Dobrać materiał narzędziowy oraz geometrię narzędzia. 3. Przeprowadzić frezowanie walcowo-czołowe stali zahartowanej w zakresie prędkościami skrawania. 4. Dokonać oceny postaci i koloru wiórów. III. Sprawozdanie 1. Naszkicować stosowane narzędzie narysować przekrój warstwy skrawanej z pokazaniem parametrów kinematycznych i geometrycznych. 2. Wyznaczyć wydajność procesu skrawania. 3. Przeprowadzić analizę wpływu prędkości skrawania na temperaturę wiórów 4. Analiza wyników. 5. Dyskusja i wnioski końcowe.
Ćwiczenie 3 Hartowanie laserowe - wpływ parametrów lasera na parametry geometryczne SWC I. Zagadnienia do przygotowania 1. Zasada działania lasera molekularnego CO 2 2. Ogólna budowa laserów technologicznych 3. Budowa układów optycznych lasera II. Przebieg ćwiczenia 1. Zapoznać się z obsługą stanowiska badawczego. 2. Przygotować próbki do ćwiczeń. 3. Narysować strukturę geometryczną śladów obróbkowych badanych powierzchni. 4. Wykonać pomiary szerokości i głębokości przetopienia badanych próbek. III. Sprawozdanie 1. Opisać przebieg doświadczenia. 2. Przedstawić wyniki przeprowadzonych badań. 3. Wykonać odpowiednie wykresy. 4. Przeprowadzić analizę statystyczną otrzymanych wyników. Opracować wnioski końcowe I. Zagadnienia do przygotowania Ćwiczenie 4 Narzędzia do mikroobróbki 1. Minimalna grubość warstwy skrawanej (h min ). 2. Geometria krawędzi skrawającej i jej znaczenie w procesie skrawania. 3. Stan krawędzi skrawającej ostrza, a właściwości materiału narzędziowego. II. Przebieg ćwiczenia 1. Przeprowadzić obserwacje krawędzi skrawających i dokonać analizy wielkości promienia zaokrąglenia r n. 2. Na podstawie profilogramów krawędzi skrawającej różnych ostrzy wyznaczyć promień zaokrąglenia r n. 3. Wyznaczyć minimalną grubość warstwy skrawanej badanymi ostrzami. 4. Określić czynniki wpływające na wielkość promienia zaokrąglenia głównej krawędzi skrawającej r n. III. Sprawozdanie 1. Przedstawić wyniki pomiarów ostrzy narzędzi skrawających. 2. Opisać metodę i technikę badań. 3. Przedstawić graficznie prezentację wyników badań. 4. Przedstawić charakterystykę ostrza skrawającego z punktu widzenia wartości promienia zaokrąglenia głównej krawędzi skrawającej r n. 5. Wnioski końcowe.
I. Zagadnienia do przygotowania Ćwiczenie 5 Struktura geometryczna powierzchni po cięciu laserowym stali 1. Istota cięcia laseowego 2. Rrodzaje i odmiany cięcia laseowego. 3. Różnice między efektami technologicznymi, parametrami cięcia laserowego. 4. Porównanie różnych sposobów cięcia ze względu na grubość materiału obrabianego, prędkość obróbki i jakość powierzchni obrobionej. II. Przebieg ćwiczenia 1. Zapoznać się z techniką pomiarów i obsługą przyrządów pomiarowych. 2. Zapoznać się z parametrami cięcia laserowego. 3. Zmierzyć parametry chropowatości i błędy kształtu po różnych sposobach cięcia. III. Sprawozdanie 1. Opisać technikę pomiarów. 2. Przedstawić graficznie wyniki przeprowadzonych badań. 3. Przeprowadzić analizę wpływu sposobu cięcia na jakość powierzchni obrobionej i wydajność. 4. Analiza wyników, dyskusja i wnioski końcowe.
Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW Nazwisko i imię Semestr Wydział Kierunek Grupa dziek./labor. Temat ćwiczenia: Toczenie materiałów zahartowanych Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Nazwisko prowadzącego: Ocena: Miejsca pomiaru chropowatości Materiał obrabiany: Twardość HRC:.. D = ; L = Materiał ostrza: Warunki badań Geometria ostrza: VB c_start [mm] f [mm/obr] a p [mm] r [mm] n [obr/min] v c [m/min] Wyniki badań chropowatości Lp. Strefa pomiaru 1 I Lp. II Strefa pomiaru 2 I Lp. II Strefa pomiaru 3 I Lp. II Strefa pomiaru 4 I II VB c [mm] ΔVB c [mm] Rz i [ m] Rz [µm] VB c [mm] ΔVB c [mm] Rz i [ m] Rz [µm] VB c [mm] ΔVB c [mm] Rz i [ m] Rz [µm] VB c [mm] ΔVB c [mm] Rz i [ m] Rz [µm] s(x ) s(x ) s(x ) s(x )
Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW Nazwisko i imię Semestr Wydział Kierunek Grupa dziek./labor. Temat ćwiczenia: Fizyczne i technologiczne efekty obróbki z dużymi prędkościami skrawania Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Nazwisko prowadzącego: Ocena: 1. Szkic narzędzia oraz przekroju warstwy skrawanej 2. Parametry skrawania i geometria ostrza: a p = 2 mm; a e = 0,2 mm; D = ; z = ; λ s = 2. Przydatne wzory Wydajność objętościowa: Q V 1000 a p f z z v Maksymalna siła skrawania: F k A [N] c max c Dmax Maksymalna moc skrawania: Fc max vc Pe max [kw] 60000 c [mm 3 /min] Maksymalne pole przekroju warstwy skrawanej: f z ae AD max [mm 2 ] sin s Opór właściwy skrawania dla zahartowanej stali: k c =3690 N/mm 2 3. Wyniki i obliczenia: v c [m/min] f z [mm/ostrze] n [obr/min] v f [mm/min] Q V [mm 3 /min] F cmax [N] P emax [kw] T [ºC] v c [m/min] f z [mm/ostrze] n [obr/min] v f [mm/min] Q V [mm 3 /min] F cmax [N] P emax [kw] T [ºC]
Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW Nazwisko i imię Semestr Wydział Kierunek Grupa dziek./labor. Temat ćwiczenia: Hartowanie laserowe - wpływ parametrów lasera na parametry geometryczne SWC Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Nazwisko prowadzącego: Ocena: 1. Warunki badań czynniki stałe. Rodzaj materiału Grubość materiału [mm] Średnica wiązki lasera [mm] 2. Badanie wpływu mocy P na szerokość strefy wpływu ciepła oraz szerokości i głębokości przetopienia. Warunki badań - czynnik stały: v fl = 2240 [mm/min] Szkic obrobionej powierzchni P = 1040 [W] P = 1560 [W] P = 2080[W] P = 2600 [W] P [W] Strefa wpływu ciepła l s l s [mm] l s [mm] Szerokość przetopienia l p s x l p [mm] l p [mm] x Głębokość przetopienia s h p [mm] 1040 1560 2080 2600
3. Badanie wpływu prędkość przemieszczania się wiązki lasera po powierzchni obrabianejv fl na szerokość strefy wpływu ciepła oraz szerokości i głębokości przetopienia. Warunki badań czynnik stały: P = 1560 [W] Szkic obrobionej powierzchni v fl = 784 [mm/min] v fl = 1120 [mm/min] v fl = 2240 [mm/min] v fl = 4480 [mm/min] v fl [mm/min] Strefa wpływu ciepła l s l s [mm] l s [mm] Szerokość przetopienia l p s x l p [mm] l p [mm] x Głębokość przetopienia s h p [mm] 784 1120 2240 4480
Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW Nazwisko i imię Semestr Wydział Kierunek Grupa dziek./labor. Temat ćwiczenia: Narzędzia do mikroobróbki Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Nazwisko prowadzącego: Ocena: 1. Wyniki pomiarów promienia zaokrąglenia krawędzi skrawającej r n hmin k r n k = 0,05 0,5 przyjąć k = 0,2 Symbol materiału Oznaczenie wkładki Rodzaje powłok Charakterystyka wkładki ostrzowej r n [ m] h min [ m] KD100 TPGN110304 KCD25 SPGN090304 MC2 SNGN120408 T02020 KC9325 SNMA120408 KC5010 SNMG120408 13E SNMG120408-23 HTX SNMA120408 HTX SNMG120408-23
Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej Zakład Obróbki Skrawaniem TENDENCJE W KSZTAŁTOWANIU UBYTKOWYM WYROBÓW Nazwisko i imię Semestr Wydział Kierunek Grupa dziek./labor. Temat ćwiczenia: Struktura geometryczna powierzchni po cięciu laserowym stali Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Nazwisko prowadzącego: Ocena: 1. Wyniki badań PRÓBKA #1 Szkic powierzchni obrobionej Rodzaj obróbki Ciśnienie gazu: Moc wiązki: Prędkość liniowa wiązki: Pomiar Rz [µm] (1/3 H) Wymiary [mm] A B H Pomiar Rz [µm] (2/3 H) Uwagi dotyczące SGP: PRÓBKA #2 Szkic powierzchni obrobionej Rodzaj obróbki Ciśnienie gazu: Moc wiązki: Prędkość liniowa wiązki: Pomiar Rz [µm] (1/3 H) Wymiary [mm] A B H Pomiar Rz [µm] (2/3 H) Uwagi dotyczące SGP:
PRÓBKA #3 Szkic powierzchni obrobionej Rodzaj obróbki Ciśnienie gazu: Moc wiązki: Prędkość liniowa wiązki: Pomiar Rz [µm] (1/3 H) Wymiary [mm] A B H Pomiar Rz [µm] (2/3 H) Uwagi dotyczące SGP: PRÓBKA #4 Szkic powierzchni obrobionej Rodzaj obróbki Ciśnienie gazu: Moc wiązki: Prędkość liniowa wiązki: Pomiar Rz [µm] (1/3 H) Wymiary [mm] A B H Pomiar Rz [µm] (2/3 H) Uwagi dotyczące SGP: Materiał obrabiany: AISI 316L LO obróbka laserowa, nastawy ręczne LP obróbka laserowa, nastawy automatyczne Obrabiarka: ploter laserowy Bystar 3015