mgr inż. Paweł Preś Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Wydział Mechaniczny Politechnika Wrocławska 50-317 Wrocław, ul. Łukasiewicza 5 pawel.pres@pwr.wroc.pl tel. 71 320 21 77 Wrocław, 25.11.2013r. ODPOWIEDŹ Na uwagi Pana dr hab. inż. Piotra Niesłonego, prof. nadzw. PO z dnia 12.11.2013r. zamieszczone w recenzji rozprawy doktorskiej pt. Badanie i modelowanie zjawiska formowania zadziorów na krawędzi przedmiotu obrabianego Bardzo dziękuję za wnikliwą recenzję mojej pracy doktorskiej. Poniżej zamieszczam odpowiedzi na uwagi Pana Profesora zawarte w recenzji. 1. W dysertacji Autor często cytuje dużą ilość pozycji literaturowych bez wskazania obszaru poruszanych tam zagadnień (str. 1, 2,...24,...40, 64, 66, itd.). Utrudnia to zrozumiałą analizę pracy. Pewne zmiany redakcyjne w tym zakresie poprawiłyby jakość odbioru tej pracy. Zgadzam się z uwagą Pana Profesora. Wykorzystam ją podczas przygotowywania publikacji wyników pracy. 2. Ciekawy schemat współzależności pomiędzy parametrami wpływającymi na proces formowania zadziorów przedstawił Autor na rys. 29. Jego odczytanie stwarza jednak pewne problemy głównie poprzez zastosowanie gęsto i nierównomiernie rozłożonych linii i odnośników (strzałek). Pan Profesor słusznie zwrócił uwagę, że sposób przedstawienia informacji zawartych na tym rysunku może budzić trudności związane z ich odczytaniem. W dysertacji przedstawiając grafikę zachowałem jej oryginalny kształt. 1
3. Analizując znaczenie prędkości skrawania Doktorant przedstawił na rys. 34 wykres, gdzie na osi odciętych podawał parametry skrawania, miedzy innymi prędkość obrotową w obr/min. W tekście odnoszącym się do tego wykresu Autor prowadził analizę podając prędkości w m/min. Bez podania, w tym przypadku średnicy freza oraz wykonania podstawowych obliczeń trudno to porównać. Słusznie Pan Profesor zauważył że, bez podania średnicy freza (ø125) obliczenie wartości prędkości skrawania v c było niemożliwe. 4. Jak w literaturze tematu cytowani przez Autora naukowcy definiują sztywność wyrobu w miejscu wyjścia narzędzia? Autor na rys. 51 oraz 52 jak i na następnej stronie (str. 44 środkowy akapit tekstu) prowadzi dywagacje na ten temat opierając się głównie na określaniu wpływu kąta W. Czy ten kąt jest powiązany z tą sztywnością Autorzy cytowanych w dysertacji prac wiążą sztywność przedmiotu obrabianego w miejscu wyjścia narzędzia z geometrią tego wyrobu opisywaną za pomocą kątów zawartych pomiędzy różnymi płaszczyznami tego wyrobu. W dotychczas poznanej literaturze nie spotkałem definicji sztywności wyrobu w miejscu wyjścia narzędzia skrawającego uwzględniającej wspomniane kąty. 5. Str. 48 przedstawiając wyniki badań powstawania zadzioru w powiązaniu z rodzajem chłodzenia Autor analizował między innymi wpływ CO 2. Czy jest to obróbka kriogeniczna? Jeśli tak, to czy wiadomo jaką temperaturę w strefie skrawania otrzymano. W cytowanych pracach przedstawiono wpływ chłodzenia kriogenicznego na wysokość zadziorów. Autorzy tych prac nie zamieścili informacji na temat temperatury w strefie skrawania. Minimalna temperatura czynnika w optymalnej odległości od dysz chłodzących wynosiła -78.5 C. 2
6. Większość omówionych w rozdziale 3.3 metod zapobiegania powstawaniu zadziorów dotyczy frezowanie lub wiercenia. Czy nie ma w związku z tym problemów podczas toczenia? Ma to szczególne znaczenie w aspekcie w dalszych prac badawczych prezentowanych w dysertacji, gdzie Doktorant skupił się głównie na badaniach ortogonalnego procesu toczenia. Trudności mające swoje źródło w procesie formowania zadziorów napotykane są również podczas toczenia, przykładowo w trakcie takich zabiegów jak rowkowanie, przecinanie i toczenie gwintu. W literaturze naukowej, w odniesieniu do procesu toczenia, najwięcej miejsca poświęcono na analizę wpływu parametrów skrawania i geometrii ostrza na proces tworzenia zadzioru (także w odniesieniu do zapobiegania powstawaniu zadziorów). W tym zakresie (szeroko przedstawionym w dysertacji w rozdziale 3.2), należy szukać możliwości ograniczenia zjawiska formowania zadziorów. 7. Równanie 4 (str. 62) Czy równanie to można przyjąć za zmodyfikowaną postać równania Johnsona-Cook? W tym przypadku zastosowanie ogólnie przyjętej notacji symbolowej (A, B, C, n, m, itd.) ułatwiłoby czytanie tego równania (patrz równanie (5)). Pan Profesor słusznie zauważa, że przedstawiona zależność jest zmodyfikowaną formą równania Johnsona-Cooka. W dysertacji zachowano oryginalną postać cytowanego wzoru, ponieważ pozwoliła zachować zwięzłość zawartego w pracy przeglądu literaturowego. 8. Porównując parametry skrawania warto stosować te same jednostki (str. 65 4 linia od góry). Pan Profesor słusznie zwraca uwagę na pewną nieścisłość. Jednakże w dysertacji przytoczono wartości prędkości skrawania zachowując oryginalne jednostki dla cytowanej wielkości. Z uwagi na niezwykle małe wartości tych wielkości (0.025 mm/s 0.0015 m/min) nie przeliczono jednostek na powszechnie stosowane (m/min). 3
9. Czy w przyszłości nie warto, analizując prace z obszaru optycznego pomiaru obrazów zadziorów, zwrócić uwagę na stosowane oprogramowanie do ich analizy str. 68? Pan Profesor słusznie uznał za zasadne uwzględnienie wspomnianego rodzaju oprogramowania w trakcie przeglądu metod pomiaru i detekcji zadziorów. 10. Autor podaje na str. 80, że pomiar kształtu krawędzi skrawającej dokonano za pomocą profilografometru. Czy przeprowadzono również próby zamodelowania kształtowej powierzchni natarcia ostrza skrawającego A γ? Jak podkreślano, w badaniach nie stosowano płytek z płaską powierzchnią natarcia. Z rysunków w pracy można wywnioskować, że w badaniach symulacyjnych kształt A γ brano pod uwagę. Interesująca byłaby analiza kształtu tej powierzchnie głównie w aspekcie możliwego do wyznaczenia rzeczywistego kąta natarcia występującego w obszarze bliskim krawędzi skrawającej. W trakcie budowy modelu procesu skrawania uwzględniono rzeczywisty kształt powierzchni natarcia. Powierzchnię natarcia odwzorowano na podstawie wyników pomiaru geometrii płytki skrawającej za pomocą profilografu 120 L TalySurf firmy Taylor Hobson. 11. Tabel 1 Jaki był powód przyjęcia takich parametrów równania Johnsona-Cooka? Parametry równania J-C dobrano na podstawie źródeł literaturowych. Dobór oparto na podstawie certyfikatu materiału, w którym producent zawarł podstawowe informacje na temat właściwości wytrzymałościowych stali. 12. Dlaczego na str. 82 przyjęto v c =240 m/min, skoro badania wstępne, przedstawione w rozdz. 8, prowadzono dla v c =180 m/min. Zwiększenie wartości prędkości skrawania miało na celu skrócenie czasu symulacji. 4
Uzyskano ograniczenie czasu obliczeń, które w przypadku modeli trzywymiarowych są niezwykle czasochłonne. 13. Tabela 3 Czy obliczoną w tej tabeli różnicę pomiędzy wynikami badań numerycznych i eksperymentalnych należy traktować jako błąd? Jako błąd względny należy traktować wartość zamieszczoną w Tabeli 3 wyrażoną w procentach. Różnicę pomiędzy wynikami symulacji numerycznych i badań eksperymentalnych można traktować jak błąd bezwzględny. 14. Dlaczego badania wstępne prowadzono dla stali C45 (str. 70), a badania główne z wykorzystaniem stali C45E (str. 87)? Jaki był powód podniesienia prędkości skrawania z v c =180 m/min (badania wstępne) do 254 m/min. Wszystkie badania doświadczalne, których wyniki zamieszczono w zasadniczej części pracy zostały przeprowadzone z wykorzystaniem jednego gatunku stali C45E. Materiał pochodził z jednej partii materiału (pręt walcowany ø60). Na podstawie certyfikatów dostarczonych przez producenta należy stwierdzić, iż stale C45 i C45E (dostarczone w takim samym stanie, w postaci prętów walcowanych o średnicach ø60 i ø90) mają bardzo zbliżone własności. W stosunku do stali C45 w stali C45E ograniczono zawartość siarki. Wartość prędkości skrawania v c zastosowana w trakcie rejestracji przebiegu zjawiska formowania zadzioru (254 m/min) znajdowała się pomiędzy wartościami prędkości skrawania v c zastosowanymi podczas prac opisanych w zasadniczej części pracy (pomiędzy wartościami 180 m/min i 280 m/min), w trakcie wyznaczania zależności cech geometrycznych zadzioru od wartości posuwu. 15. Str. 100 Wartym podkreślenia jest fakt zastosowania interesującej metody pomiaru zadzioru czujnikiem optycznym do pomiaru odległości. Jak dokładna może być ta metoda. Dokładność bezdotykowego czujnika optycznego ConoProbe Mk. 3.0 w zestawie z 5
obiektywem 25 HD wynosi 1 µm (zgodnie ze specyfikacją określoną przez producenta czujnika). 16. Dla jakich temperatur prowadzono próby wytrzymałościowe? (str. 108 rys. 129). Czy próbowano realizować badania symulacyjne dla właściwości termofizycznych stali C45E zależnych do temperatury? (str. 109 - tab. 4) Na stronie 110 Autor podał, że nie uwzględniał wpływu temperatury, jednak dotyczyło to procesu odkształcenia materiału. Próby wytrzymałościowe prowadzono w temperaturze otoczenia. Nie chłodzono próbek w trakcie badań. Aby uprościć model procesu skrawania oraz skrócić czas trwania obliczeń nie uwzględniono wpływu temperatury na podstawowe własności termofizyczne materiału obrabianego. Wpływ temperatury został uwzględniony w odniesieniu do wartości naprężenia uplastyczniającego. 17. Jak sam Doktorant zauważył, otrzymane w wyniku symulacji MES dla różnych parametrów technologicznych wartości temperatur (str. 115) oraz składowych siły skrawania, głównie Ff, odbiegają znacząco od danych eksperymentalnych (Tab. 5, 7, rys. 144). Jak to wytłumaczyć? Czy Autor może zaproponować rozwiązanie tego problemu? Z uwagi na złożoność modelowanego procesu skrawania trudno jest jednoznacznie określić przyczyny niewystarczającej dokładności prognozy wartości temperatury oraz składowych sił skrawania. Na niedokładność składa się wiele elementów, wśród których w odniesieniu do wartości temperatury należy wymienić: uproszczenie sposobu odwzorowania rozpływu ciepła w strefie skrawania, poprzez pominięcie przepływu ciepła z materiału obrabianego do narzędzia skrawanego; zbyt duże wartości odkształcenia materiału skrawanego, sposób dyskretyzacji przedmiotu obrabianego, a w odniesieniu do wartości składowych wypadkowej siły skrawania: niewystarczająco precyzyjna metoda odwzorowania kontaktu pomiędzy narzędziem skrawającym i przedmiotem obrabianym, 6
mała powierzchnia styku powierzchni przyłożenia narzędzia i przedmiotu obrabianego, niewystarczająco dokładny model materiału. W celu wzrostu dokładności prognozy wartości temperatury oraz składowych wypadkowej siły skrawania należy: zmodyfikować, po uprzedniej szczegółowej analizie, sposób dyskretyzacji przedmiotu obrabianego zaniechać uproszczeń wpływających na rozkład temperatur w strefie skrawania, skorygować wartości parametrów i współczynników zawartych w modelu (m.in Taylora-Quinneya) zmodyfikować model zjawiska tarcia pomiędzy narzędziem skrawającym i przedmiotem obrabianym poprzez precyzyjniejsze określenie wpływu prędkości poślizgu, nacisków normalnych i temperatury na współczynnik tarcia udoskonalić model materiału obrabianego 18. Modelując materiał obrobiony Doktorant przyjął wiele koniecznych założeń oraz uproszczeń. Na danym etapie pracy było dopuszczalne. Jednak warto pamiętać, że modyfikacja tych założeń (np. warunków stabilizacji, współczynnika Taylora-Quinneya) może być krokiem do optymalizacji modelu MES w celu osiągnięcia akceptowalnej zgodności z eksperymentem. Zgadzam się z uwagą Pana Profesora. Modyfikacja założeń co do wartości przyjętych parametrów może prowadzić do wzrostu dokładności odwzorowania badanych zjawisk. W ramach wykonanych prac, z uwagi czasochłonność obliczeń realizowanych z wykorzystaniem procedur użytkownika, działania korygujące wartości parametrów musiały zostać ograniczone. Wspomniany w uwadze Pana Profesora obszar prac będzie tematem dalszych badań. 7