MINISTERSTWO EDUKACJI i NAUKI Janusz Górny Wykonywanie czci maszyn w procesach obróbki skrawaniem 311[20].Z1.02 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Pastwowy Instytut Badawczy, Radom 2005
4. MATERIA NAUCZANIA 4.1. Podstawy obróbki skrawaniem: geometria ostrza skrawajcego, zjawiska towarzyszce procesowi skrawania, parametry skrawania, siy i moc skrawania 4.1.1. Materia nauczania Rodzaje obróbki skrawaniem W zalenoci od stopnia zmechanizowania rozróniamy; obróbk rczn narzdziami, których ruch gówny oraz posuwowy s dokonywane przy pomocy mini ludzkich, obróbk rczn narzdziami z napdem mechanicznym, tj. obróbk, w której ruch gówny ma napd mechaniczny, a posuw jest dokonywany przy pomocy mini ludzkich, obróbk maszynow, w której ruch gówny i posuwowy maj napd mechaniczny. Zalenie od sposobu ksztatowania powierzchni obrabianej rozróniamy: obróbk zwyk, ksztatow i obwiedniow. W obróbce zwykej ani wymiar, ani ksztat powierzchni obrobionej na ogól nie zale od ksztatu i wymiaru narzdzia. Szczególnym przypadkiem obróbki zwykej, w której ta ogólna zasada nie znajduje zastosowania, jest obróbka narzdziami wiertarskimi (wymiar otworu zaley od wymiaru narzdzia). W obróbce ksztatowej narzdziami ksztatowymi ksztat powierzchni obrobionej uzyskujemy w wyniku odwzorowania zarysu czci roboczej narzdzia. Wymiary powierzchni obrobionej zale w tym przypadku od dokadnoci wykonania zarysu narzdzia, a take od jego ustawienia. Podczas obróbki obwiedniowej ksztat powierzchni obrobionej zaley od ksztatu zarysu krawdzi skrawajcej narzdzia oraz jest wynikiem wzajemnych ruchów (tzw. odtaczania) narzdzia i czci obrabianej. Wymiary powierzchni obrobionej zale w tym przypadku równie od wzajemnego ustawienia j narzdzia i czci obrabianej oraz ich ruchów. Geometria ostrzy narzdzi skrawajcych Geometria narzdzi do obróbki skrawaniem oraz do rozdzielania materiau, jak równie do obróbki ciernej wykorzystuje zasad dziaania klina. Krawd utworzona z przecicia si powierzchni bocznych klina nazywa si krawdzi tnc lub skrawajc. Krawd ta, wraz z przylegajcymi fragmentami powierzchni, ograniczajcych klin o uksztatowanej celowo geometrii, stanowi ostrze narzdzia (rys.1). 6
Rys. 1. Ksztat ostrzy narzdzi do oddzielania materiau: a) symetryczny klin, b) klin z dodatnim ktem natarcia, c) klin z zerowym ktem natarcia ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Geometri ostrza nazywa si kty i dugoci okrelajce ksztat i wymiary czci roboczej narzdzia. Sia F dziaajca wzdu osi klina rozkada si na skadowe FN, prostopade do powierzchni bocznych, których warto zaley od wartoci siy czynnej F i kta rozwarcia klina. F F N 2sin 2 Zmniejszanie kta przy staej wartoci siy czynnej F wpywa na wzrost wartoci si nacisku jego bocznych cianek na rozdzielany materia, co z kolei powoduje wzrost si tarcia materiau o powierzchnie boczne klina. Siy tarcia s siami oporu, które zale w tym przypadku od ksztatu powierzchni ostrza klina i wspóczynnika tarcia midzy klinem i materiaem. Zmniejszajc kt klina przy tej samej wartoci siy F, mona pokona wiksze opory przeciwko siom skrawania. Praktycznie kt nie moe by zbyt may z uwagi na to, e narzdzie musi mie odpowiedni wytrzymao mechaniczn. Kt rozwarcia klina nazywa si ktem ostrza. W odrónieniu od narzdzi do przecinania narzdzia skrawajce maj równie ostrza w postaci klina (lub zbioru klinów elementarnych) usytuowanego tak (wzgldem kierunku ruchu), e podczas skrawania jedna z powierzchni ograniczajcych zarys klina nie styka si z powierzchni materiau obrobionego. Powierzchnia zewntrzna przedmiotu, z której jest zdejmowany naddatek jest powierzchni obrabian. Powierzchnia przedmiotu powstaa po oddzieleniu naddatku materiau przez ostrze narzdzia nazywa si powierzchni obrobion. Powierzchnia narzdzia ograniczajca ostrze od strony powierzchni obrobionej nazywa si powierzchni przyoenia. Powierzchnia przyoenia tworzy zawsze z powierzchni obrobion kt przyoenia, który powinien mie zawsze warto wiksz od zera (min. 2 3 ; rys. 1 b, c). Celem takiego ksztatowania geometrii ostrza jest zabezpieczenie przed zniszczeniem struktury geometrycznej powierzchni i utrat dokadnoci wymiarowo-ksztatowej, uzyskanej w procesie skrawania. 7
Waciwy kt przyoenia zabezpiecza równie ostrze przed wystpowaniem dodatkowych drga ostrza i ogranicza wzrost oporów skrawania, które mog si pojawi w przypadku wystpienia zerowego lub ujemnego kta przyoenia, wskutek nadmiernego starcia narzdzia lub nieprawidowo uksztatowanej powierzchni przyoenia. Powierzchnia klina ograniczajca ostrze od strony styku z materiaem oddzielanego naddatku (po której spywa wiór) nazywa si powierzchni natarcia. Kt zawarty midzy paszczyzn prosopad do kierunku ruchu v c narzdzia, a powierzchni natarcia nazywa si ktem natarcia (rys. 1 b, c). Kty: przyoenia, ostrza (rozwarcia klina) i natarcia tworz w przekroju dowoln paszczyzn odniesienia relacj: gdzie: - kt skrawania. 90 oraz, Kt natarcia w zalenoci od wymaga jakoci struktury geometrycznej powierzchni, warunków skrawania i wasnoci warstwy wierzchniej moe przyjmowa warto: dodatni, zerow i ujemn. Warto kta natarcia wpywa w znacznym stopniu na warto siy skrawania, warto i rozkad odksztace plastycznych oraz temperatur w strefie skrawania, posta wiórów, itp. Strefa skrawania obejmuje obszar odksztaconej plastycznie i sprycie warstwy skrawania o gruboci a p w wyniku oddziaywania ostrza narzdzia. Ksztat ostrzy narzdzi skrawajcych, rozpatrywany jest jako ksztat bry geometrycznych, które s wyznaczane z uwzgldnieniem kierunku ruchu gównego i posuwowego w odpowiednim zespole paszczyzn tworzcych ukad narzdzia. Kade narzdzie skada si z czci chwytowej i czci roboczej (skrawajcej). Cz chwytowa suy do zamocowania narzdzia w obrabiarce w przypadku obróbki mechanicznej, w obróbce rcznej suy na ogó do trzymania w rce. Typowe czci chwytowe s najczciej wykonywane z materiau innego ni cz robocza, np. ze stali 55 niestopowej ulepszanej cieplnie. Czci robocze s wykonywane z materiaów narzdziowych. W zalenoci od rodzaju obróbki i przeznaczenia narzdzia mog by jednoostrzowe (noe tokarskie) lub wieloostrzowe (frezy, przecigacze, rozwiertaki, piki, tarcze cierne). Cz skrawajca narzdzia moe by utworzona z klina o staej geometrii lub moe by zbiorem klinów elementarnych o zmiennej geometrii, tworzcych cao. Krawd skrawajca moe by ostra lub zaokrglona maym promieniem o odpowiedniej wartoci (np. pytki wymienne z wglików spiekanych). Krawdzie skrawajce mog by prostoliniowe lub mog mie zoone ksztaty (rys. 2). Powierzchnia czci roboczej zawierajca pomocnicz krawd skrawajc nazywa si pomocnicz powierzchni przyoenia. Jeeli midzy powierzchni przyoenia a powierzchni pomocnicz przyoenia znajduje si jeszcze jedna (lub wicej) powierzchnia, to powierzchni t nazywa si przejciow powierzchni przyoenia. Uksztatowanie powierzchni natarcia i przyoenia moe przybiera róne formy geometryczne (rys. 3). Wierzchoek noa (naroe) jest utworzony przez przecicie si powierzchni natarcia z wystpujcymi w danej czci skrawajcej ostrza powierzchniami przyoenia okrelonego rodzaju. Zarys geometryczny wierzchoka ma wpyw na parametry struktury geometrycznej powierzchni (rys. 1 b). 8
Rys. 2. Elementy geometrii ostrza: a) powierzchnie, b) elementy zwizane z krawdzi skrawajc ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Rys. 3. Uksztatowanie powierzchni: natarcia - a) paska, b) paska ze cinem, c) wklsa, d) wklsa ze cinem, e) schodkowa; przyoenia - a), d) i e) bezcinowa, b) cinowa, c) dwucianowa ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 9
Geometria ostrza i jej wpyw na obróbk Kt natarcia () Kt natarcia ma duy wpyw na opór skrawania, formowanie wióra, temperatur skrawania oraz trwao narzdzia. Zwikszenie kta natarcia w kierunku dodatnim (+) poprawia ostro krawdzi skrawajcej, lecz powoduje obnienie jej wytrzymaoci. Z kolei zwikszenie kta natarcia w kierunku ujemnym (-) powoduje zwikszenie oporu skrawania. Kt natarcia naley zwikszy w kierunku ujemnym dla materiaów twardych oraz w przypadku, gdy wymagana jest podwyszona wytrzymao krawdzi skrawajcej, np. przy obróbce przerywanej i skórowaniu surowych powierzchni. Zwikszenie kta natarcia w kierunku dodatnim stosuje si dla materiaów mikkich i atwo obrabialnych oraz, gdy przedmiot obrabiany lub obrabiarka maj ma sztywno. Rys. 4. Kt natarcia ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Kt przyoenia () Kt przyoenia zapobiega tarciu powierzchni przyoenia o powierzchni przedmiotu obrabianego. Zwikszenie kta przyoenia powoduje zmniejszenie zuycia ciernego na powierzchni przyoenia, przy równoczesnym obnieniu trwaoci krawdzi skrawajcej. Kt przyoenia naley zmniejszy dla materiaów twardych oraz, gdy krawd skrawajca musi mie wysok wytrzymao. Zwikszenie kta przyoenia zaleca si dla materiaów mikkich oraz w przypadku, gdy materia obrabiany utwardza si przez zgniot. Rys. 5. Zaleno zuycia powierzchni przyoenia od kta przyoenia ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 10
Kt przystawienia gównej krawdzi skrawajcej Kt przystawienia gównej krawdzi skrawajcej i kt naroa powoduj obnienie obcie udarowych i maj wpyw na si odporu i grubo wióra. Przy tym samym posuwie zmniejszenie kta przystawienia gównej krawdzi skrawajcej powoduje zwikszenie dugoci styku krawdzi skrawajcej narzdzia i zmniejszenie gruboci wióra. W rezultacie sia skrawania jest rozoona na krawdzi skrawajcej o wikszej dugoci, co zwiksza trwao narzdzia. Ponadto im mniejszy jest kt przystawienia gównej krawdzi skrawajcej, tym mniejsze jest zwijanie wióra. Kt przystawienia gównej krawdzi skrawajcej naley zwikszy w przypadku obróbki wykaczajcej z ma gbokoci skrawania, gdy przedmiot obrabiany jest cienki i dugi oraz, gdy obrabiarka ma ma sztywno. Zmniejszenie kta przystawienia gównej krawdzi skrawajcej zaleca si podczas obróbki twardych materiaów, kiedy wytwarza si wysoka temperatura, oraz podczas obróbki zgrubnej przedmiotu o duej rednicy. Rys. 6. Wpyw kta przystawienia gównej krawdzi skrawajcej na przekrój warstwy skrawanej ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Kt przystawienia pomocniczej krawdzi skrawajcej Kt przystawienia pomocniczej krawdzi skrawajcej zapobiega zuyciu narzdzia i wynosi zwykle 5-15. Zmniejszenie tego kta powoduje zwikszenie wytrzymaoci krawdzi skrawajcej, ale jednoczenie zwikszenie jej temperatury. Im mniejszy kt przystawienia pomocniczej krawdzi skrawajcej, tym wiksza sia reakcji, co moe powodowa karbowanie powierzchni i drgania podczas obróbki. Zaleca si stosowanie maego kta podczas obróbki zgrubnej, a wikszego kta podczas obróbki wykaczajcej. Rys. 7. Kt przystawienia pomocniczej krawdzi skrawajcej ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 11
Pochylenie krawdzi skrawajcej Pochylenie krawdzi skrawajcej oznacza pochylenie powierzchni natarcia. Podczas obróbki cikiej na pocztku krawd skrawajca podlega bardzo duym obcieniom. Pochylenie krawdzi skrawajcej zapobiega tym obcieniom i pkniciu narzdzia. Zalecany kt pochylenia podczas toczenia wzdunego wynosi 3-5, a podczas toczenia poprzecznego 10-15. Rys. 8. Pochylenie krawdzi skrawajcej ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Ujemny kt pochylenia krawdzi skrawajcej powoduje spyw wióra w kierunku przedmiotu obrabianego, a dodatni w kierunku przeciwnym. Ponadto ujemny kt pochylenia powoduje zwikszenie wytrzymaoci krawdzi skrawajcej, ale jednoczenie zwikszenie oporów skrawania. Stwarza to dogodne warunki do wystpienia karbowania. Promie zaokrglenia naroa Promie zaokrglenia naroa wpywa na trwao krawdzi skrawajcej i jako powierzchni po obróbce (rys. 9). Ogólnie zalecany promie zaokrglenia naroa wynosi 2-3-krotno posuwu. Rys. 9. Wpyw promienia naroa na uzyskiwan chropowato powierzchni ródo: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000 Na rysunku powyej wida, e im wikszy promie zaokrglenia naroa, tym nisza chropowato powierzchni po obróbce. 12
Uzyskiwana chropowato ksztatuje si wedug wzoru: gdzie: R t wysoko chropowatoci, f posuw, r promie naroa. R t 2 f 8 r, Zwikszenie promienia zaokrglenia naroa powoduje zwikszenie trwaoci krawdzi skrawajcej, lecz powoduje take wzrost oporów skrawania i karbowanie powierzchni po obróbce. Parametry obróbki 1. Na postawie danych uzyskanych z procesu technologicznego i rysunku przedmiotu obrobionego, naley zminimalizowa ilo przej zgrubnych przyjmujc moliwie du gboko skrawania. 2. Nastpnie w zalenoci od wymaganej dokadnoci obróbki i chropowatoci powierzchni uwzgldniajc moliwoci obrabiarki dobra jak najwikszy posuw. 3. Przy zaoonym okresie trwaoci ostrza dobieramy z nomogramów, tablic parametrów skrawania lub wyliczamy na podstawie wzorów szybko skrawania. Dobierajc warunki skrawania dla obrabiarek CNC, naley uwzgldnia: wysoki koszt maszynogodziny, który powoduje, e ekonomiczny okres trwaoci ostrza znacznie jest zmniejszany przez dobór wyszych parametrów skrawania, obróbk wielonarzdziow, która w warunkach produkcji maoseryjnej zmusza do takiego doboru parametrów skrawania okresu trwaoci narzdzia, aby wymienia narzdzie dopiero po zrealizowaniu zadania produkcyjnego. Geometryczne parametry skrawania gdzie: Grubo h dz warstwy skrawanej jednym ostrzem wynosi: h dz f sin x [ mm], r - poowa kta wierzchokowego narzdzia wieloostrzowego, f - posuw na jedno ostrze. z r Szeroko b D warstwy skrawanej wynosi: w przypadku wiercenia w penym materiale b D d sin xr [ mm], 2 w przypadku wiercenia wtórnego, pogbiania oraz rozwiercania b D ( d d 1) sin xr [ mm]. 2 13
Pole powierzchni przekroju warstwy skrawanej jednym ostrzem wynosi: w przypadku wiercenia w penym materiale A Dz f hdz bd d z [ mm], 2 w przypadku wiercenia wtórnego, pogbiania oraz rozwiercania A Dz f hdz bd ( d d1) z [ mm]. 2 Cakowita powierzchnia przekroju warstwy skrawanej wynosi: w przypadku wiercenia w penym materiale A D f d [ mm], 2 w przypadku wiercenia wtórnego, pogbiania oraz rozwiercania A D f ( d d1) [ mm]. 2 Technologiczne parametry skrawania Do technologicznych parametrów skrawania zalicza si: prdko skrawania, posuw i gboko skrawania. Prdko skrawania c przy obróbce narzdziem wieloostrzowym jest to prdko obwodowa punktu krawdzi skrawajcej pooonego na maksymalnej odlegoci od osi obrotu. Prdko skrawania jest zalena od rednicy narzdzia d oraz jego prdkoci obrotowej n. Dobiera si w zalenoci od rodzaju obróbki, materiau narzdzia i materiau obrabianego. ( d n) v c mm. 1000 Posuwem f nazywamy zazwyczaj przesunicie narzdzia wzdu osi przypadajce na jeden obrót i mierzone w mm/obr. Natomiast posuw przypadajcy na jedno ostrze okrela zaleno f mm f z. Z ostrze Z- ilo ostrzy Podczas obróbki materia jest skrawany jednoczenie przez wszystkie krawdzie skrawajce narzdzia. Gboko skrawania podczas wiercenia w penym materiale wynosi gdzie: d - rednica otworu d a p, 2 14
Przy wierceniu wtórnym otworów, pogbianiu czoowym, pogbianiu stokowym i rozwiercaniu: ( d d a p 1) mm, 2 gdzie: d - kocowa rednica otworu, d 1 - pocztkowa rednica otworu. Siy i moc skrawania Przy toczeniu wzdunym cakowit si F, wywieran przez materia skrawany na ostrze noa tokarskiego (rys. 10), rozkada si na trzy siy skadowe przez jej rzutowanie na trzy wzajemnie prostopade kierunki. Siami tymi s: F c gówna sia skrawania, F f - sia posuwowa, F p - sia odporowa. Rys. 10. Rozkad si przy toczeniu wzdunym ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 Cakowit si F mona wyrazi wzorem: F 2 2 2 Fc F f Fp. Najczciej w przypadku toczenia wzdunego wystpuj nastpujce zalenoci: F ( 0,3 0,6), p F c F ( 0,15 0,4). f F c Siy oddziaywania noa tokarskiego na przedmiot obrabiany s skierowane przeciwnie i maj wpyw na dokadno obróbki. Najwikszy wpyw ma sia odporowa F p, co pokazano na przykadzie toczonego waka (rys. 11). Rys. 11. Siy oddziaywania noa na toczony waek ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 15
Przy maym kcie r przystawienia gównej krawdzi skrawajcej (rys. 11a) sia F N prostopada do tej krawdzi rozkada si na du sil odporow F p i ma si posuwow F f, przez co wystpuje due odginanie toczonego waka i w przypadku jego maej sztywnoci odchyka ksztatu (beczkowato) po obróbce jest znaczna. Przy duym kcie K r (rys. 11b) sia F p jest odpowiednio mniejsza i dlatego odchyka ksztatu waka po obróbce te jest mniejsza. Obliczanie si skrawania -przykad Rozrónia si przyblione i dokadne metody obliczania si skrawania przy toczeniu. Przyblion warto siy skrawania F c mona obliczy ze wzoru: F c kc AD N, gdzie: k c - sia skrawania przypadajca na jednostk powierzchni warstwy skrawanej (opór waciwy skrawania) w N/mm 2, A D - pole powierzchni nominalnego przekroju poprzecznego warstwy skrawanej w mm 2. Pole A D oblicza si ze wzoru: AD fa p, gdzie: f- posuw noa na jeden obrót przedmiotu obrabianego w mm, a p - strefa czynna krawdzi skrawajcej wgbna (gboko skrawania) w mm. Warto k c mona ustali na podstawie wykresu zamieszczonego na rys. 12. Z wykresu tego wynika, e ze wzrostem pola A D warto k c maleje. We wzorze nie uwzgldniono ksztatu pola powierzchni przekroju A D, co jest istotn wad tej zalenoci. Na przykad przy dwukrotnie wikszym posuwie f i dwukrotnie mniejszej strefie czynnej a p pole A D nie ulegnie zmianie i obliczona na podstawie tego wzoru sia skrawania F c bdzie taka sama. W rzeczywistoci sia ta bdzie mniejsza, poniewa zwikszenie posuwu powoduje wzrost gruboci warstwy skrawanej, co w mniejszym stopniu wpywa na zwikszenie siy skrawania ni zmniejszenie strefy czynnej. Rys. 12. Wartoci siy skrawania K c na jednostk powierzchni warstwy skrawanej ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 16
Z tego wzgldu przyblion, lecz dokadniejsz warto siy F c mona obliczy ze wzoru F k c ' c fa p N gdzie k' - jednostkowa sia skrawania zalena od posuwu f. Wartoci k' c podano w tabl. 1 Tabela 1. warto k' c przy toczeniu ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 Dokadne wartoci siy skrawania F c oraz pozostaych si skadowych F p i F f przy toczeniu oblicza si na podstawie szczegóowych wzorów dla kadej siy skadowej. Wzory te zawieraj bardzo du liczb wspóczynników poprawkowych, uwzgldniajcych wszystkie czynniki majce wpyw na obliczanie wartoci tych si. 17
Korzystanie z tych wzorów jest uciliwe gównie z uwagi na konieczno odnajdywania wspóczynników poprawkowych w licznych tablicach. Dlatego wzory te zostay tu pominite. Tabela 2. Wartoci staej C c oraz wykadników potgowych e c i u e do wzoru ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 Wystarczajco dokadne wartoci siy skrawania F c otrzymuje si przy zastosowaniu wzoru: ec uc F C a f K K K K N, c c p KC rc c cc gdzie: C c, e e, u c wielko staa i wykadniki potgowe podane w tabl. 2; K KC, K rc, K f, K cc wspóczynniki poprawkowe podane w tabl. 3 Wzór ten dotyczy ostrza noa tokarskiego bez oznak zuycia. Po obliczeniu siy skrawania F c mona pozostae siy skadowe F p i F r wyznaczy na podstawie zalenoci. Siy te na ogó nie wymagaj dokadnego obliczania, poniewa nie ma ich we wzorze na moc skrawania. Tabela 3. Wartoci wspóczynników poprawkowych do wzoru ródo: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993 A. Wspóczynnik poprawkowy K n, uwzgldniajcy wpyw kta przystawienia B. Wspóczynnik poprawkowy K rc, uwzgldniajcy wpyw promienia zaokrglenia naroa wierzchoka) ostrza 18
C. Wspóczynnik poprawkowy K jc, uwzgldniajcy wpyw kta natarcia D. Wspóczynnik poprawkowy K a, uwzgldniajcy wpyw cieczy chodzco-smarujcej Obliczanie momentu obrotowego i mocy przy toczeniu Moment obrotowy na wrzecionie tokarki oblicza si ze wzoru M Fc d [ N m], 2 1000 gdzie d - rednica przedmiotu obrabianego w miejscu toczenia (skrawania) w mm. Moc skrawania przy toczeniu wyznacza si z zalenoci P c Fc vc Mn [ kw ]. 60000 9554 Moc pobieran przez silnik napdowy wrzeciennika tokarki oblicza si ze wzoru P s Pc [ kw ], gdzie - wspóczynnik sprawnoci ukadu napdowego tokarki, przyjmowany ok. 0,75. 19
Zjawiska towarzyszce procesowi skrawania Dowiadczalnie stwierdzono, e przebieg tworzenia si wióra jest jednakowy w kadym rodzaju obróbki, tzn. wiór tworzy si w sposób podobny zarówno podczas toczenia, jak frezowania, strugania, itp. Rozpatrzymy przebieg tworzenia si wióra podczas toczenia poprzecznego (ortogonalnego, tj. gdy kt ru = 90) materiau wykazujcego dobr plastyczno, obserwujc miejscow grubo warstwy skrawanej h D w paszczynie P fe. Ostrze noa majce ksztat klina pod dziaaniem siy skrawania F jest wciskane w materia obrabiany. Powierzchnia natarcia A ostrza noa wywiera nacisk na materia obrabiany, powodujc oddzielanie si warstwy skrawanej w postaci elementów wióra. W granicach elementu wióra wystpuj najpierw odksztacenia wykazujce obecno pewnych charakterystycznych linii nachylonych do kierunku ruchu ostrza pod ktem +. S to tzw. linie zgniotu, silnie zakrzywione od strony powierzchni natarcia noa w kierunku przeciwnym kierunkowi spywu wióra. Przeksztacenie warstwy skrawanej w wiór wywouje najintensywniejsze odksztacenie na linii DB. Linia DB przedstawiona na rys.13 wyznacza pooenie paszczyzny, w której wystpuj najwiksze naprenia styczne. Paszczyzna wyznaczona pooeniem linii DB jest nazywana paszczyzn cinania (upania, odrywania, polizgu) i oznacza si j symbolem P sh. Rys. 13. Paszczyzna cinania ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Kt wyznaczajcy pooenie paszczyzny cinania P sh jest nazywany ktem cinania i moe by obliczony z zalenoci: n tg cos sin, w której h wspóczynnik spczenia (zgrubienia) h n h h h c D gdzie: h c grubo wióra w paszczynie P ne prostopadej do powierzchni A, h D grubo warstwy skrawanej. 20
Kt zawarty midzy liniami zgniotu a paszczyzn cinania P sh jest nazywany ktem zgniotu; przyjmuje on wartoci w granicach od 0 do 30 o. Warto kta zaley od rodzaju materiau obrabianego - im materia jest bardziej cigliwy, tym kt ten jest wikszy. Przy obróbce materiaów kruchych kt jest równy zeru. Rodzaje wiórów Ksztat wióra zaley od rodzaju materiau obrabianego, a dla danego materiau od warunków skrawania i geometrii ostrza noa. Rozrónia si wióry wstgowe, schodkowe i odpryskowe. Wiór wstgowy jest to wiór cigy prosty lub zwijajcy si w spiral o bardzo duej nieraz dugoci. Elementy wióra wstgowego s poczone z sob do mocno. Wiór wstgowy odznacza si bardzo gadk powierzchni od strony powierzchni obrobionej i chropowat od strony zewntrznej, bez widocznych linii podziau na elementy. Wiór wstgowy powstaje przy skrawaniu z duymi prdkociami mikkich cigliwych metali, przy maych i rednich przekrojach warstwy skrawanej. Powstawaniu wióra wstgowego sprzyja normalizowanie i wyarzanie materiau obrabianego, jak równie obecno w nim skadników stopowych. Wiór schodkowy ma wyranie zaznaczone elementy, poczone z sob sabiej ni w wiórze wstgowym. Powierzchnia wióra od strony obrobionej jest bardziej chropowata ni w przypadku wióra wstgowego. Wiór schodkowy jest form przejciow midzy wiórem wstgowym a odpryskom; powstaje on przy skrawaniu z rednimi i maymi prdkociami materiaów cigliwych redniej twardoci, przy duych przekrojach skrawania i maych ktach natarcia. Rys. 14. Rodzaje wiórów ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 21
Wiór odpryskowy skada si z oddzielnych, niepoczonych z sob elementów, majcych powierzchni poszarpan od strony powierzchni obrobionej i powierzchnie podziau przypadkowe, nierówne. Wiór odpryskowy powstaje przy obróbce materiaów kruchych (twarde eliwo, brz). Na rodzaj wióra powstajcego podczas skrawania wpywaj, poza wymienionymi, jeszcze inne czynniki. Im mniejszy jest kt skrawania, tym atwiej tworzy si wiór wstgowy i odwrotnie powikszenie kta skrawania powoduje powstawanie wióra schodkowego. Im wikszy jest przekrój poprzeczny warstwy skrawanej, tym atwiej wiór wstgowy przeksztaca si w schodkowy. Ksztat przekroju poprzecznego warstwy skrawanej równie ma wpyw na rodzaj powstajcego wióra. Im wikszy jest stosunek gbokoci skrawania posuwu i im mniejszy kt przystawienia tym atwiej powstaj wióry wstgowe. W celu otrzymania gadkiej powierzchni w toczeniu wykaczajcym materiaów kruchych dymy do otrzymywania wióra schodkowego lub wstgowego. Poniewa ze wzgldów wytrzymaociowych nie mona zbytnio zmniejszy kta skrawania, osiga si to przez zmniejszenie przekroju warstwy skrawanej, zmian ksztatu tego przekroju lub zwikszenie prdkoci skrawania. Wspóczynnik spczania (zgrubiania) wióra W warstwie wierzchniej obrobionej czci i w wiórze pozostaj trwae lady odksztace plastycznych, przejawiajce si zmian wasnoci fizycznych mechanicznych i strukturalnych materiau. Zmiany wystpujce w wiórze w rónych warunkach skrawania okrela charakter zjawisk zachodzcych w warstwie wierzchniej obrabianej czci. Znajomo tych zmian ma istotne znaczenie przy wyciganiu wniosków, dotyczcych waciwoci warstwy wierzchniej obrobionej czci. Jedn z wanych cech charakteryzujcych odksztacenia plastyczne w warstwie wierzchniej obrabianej czci wspóczynnik spczania. Rys. 15. Powstawanie wióra ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Przekrój wióra róni si od przekroju warstwy skrawanej na skutek zmian ksztatu, jakim ulega wiór podczas tworzenia si i oddzielania. Warstwa skrawana zostaje podczas skrawania spczona (zgrubiona) i wskutek tego przekrój wióra jest wikszy od jej przekroju. Poniewa objto wióra i warstwy skrawanej s równe, zatem wraz ze zwikszeniem si przekroju zmniejsza si dugo wióra. Wspóczynnikiem spczania h nazywamy stosunek przekroju wióra do przekroju warstwy skrawanej. równy l dugoci warstwy skrawanej, do dugoci wióra: 22
gdzie: A w - przekrój wióra, A d - przekrój warstwy skrawanej, l - dugo warstwy skrawanej, l w - dugo wióra. w h, d lw Warto tych odksztace, a wic i warto wspóczynnika spczania (zgrubiania) wióra, zaley od obrabianego materiau, narzdzia i warunków skrawania. Wspóczynnik spczania (zgrubiania) materiaów cigliwych jest wikszy. Materiay twarde i kruche maj wspóczynniki spczania (zgrubienia) mniejsze; dla materiaów bardzo twardych i kruchych wspóczynnik ten moe by równy jednoci. Im wikszy jest kt natarcia noa, tym mniejszym odksztaceniom ulega wiór podczas tworzenia si i oddzielania, i tym mniejszy jest wspóczynnik spczania. Ponadto maleje on ze wzrostem gruboci warstwy skrawanej (przy tym samym przekroju), tzn. wraz ze zmniejszeniem si stosunku gbokoci skrawania do posuwu. Ze wzrostem prdkoci skrawania wspóczynnik spczenia (zgrubiania) równie maleje. Na przykad dla stali chromoniklowej o R m = 1400 MPa przy zmianie prdkoci skrawania z 20 na 150m/min warto h spada z 3,5 do 1,5. Zmiany wspóczynnika spczania (zgrubiania) wióra w okrelonych warunkach s zwizane ze zmianami innych wielkoci charakteryzujcych proces skrawania. Ze wzrostem tego wspóczynnika zwikszaj si: gboko zgniotu. l Rys. 16. Wykres wspóczynnika spczania wióra od prdkoci skrawania ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Zjawisko amania i zwijania si wiórów Rodzaj i posta wióra tworzcego si podczas skrawania wpywaj tylko na chropowato powierzchni. Wiór wstgowy moe przybra posta spltanych kbów oplatajcych cz obrabian i imak noowy, co stanowi due niebezpieczestwo dla robotnika, a poza tym moe spowodowa uszkodzenie czci obrabianej, narzdzia i obrabiarki. Tu w wielu przypadkach konieczne jest zastosowanie pewnych rodków wpywajcych na zmian postaci tworzcego si wióra. 23
Przy wyrobie stali automatowych celowo wprowadza si do ich skadu siark i fosfor, a przy wyrobie mosidzów automatowych i lekkich stopów - oów, dziki czemu przy obróbce tych materiaów powstaje wiór nie wstgowy, lecz odpryskowy. Poza tym przez nadanie odpowiedniego ksztatu czci roboczej noa uatwia si zwijanie wióra wstgowego oraz kierowanie w podanym kierunku lub rozdrabnianie (amanie). Wklsa powierzchnia natarcia noa powoduje zwijanie si wióra i uatwia jego spywanie. Pochylenie krawdzi skrawajcej noa powoduje powstawanie wióra rubowego. amacze wiórów w postaci specjalnych nakadek umocowanych mechanicznie lub w postaci schodkowych wgbie na ostrzu nad spywajcemu wiórowi ksztat wstgi rubowej lub ami go. Rozdrobnienie wióra ma szczególnie due znaczenie w obróbce z duymi prdkociami skrawania, podczas której tworzy si dua masa wiórów, nagrzanych do bardzo wysokiej temperatury. Usuwanie ich przez tokarza (kiedy schodz w postaci dugiej, rozgrzanej wstgi) jest niewygodne i niebezpieczne. Wióry pokruszone zajmuj poza tym mniej miejsca, dziki czemu ich transport jest atwiejszy. Zjawisko deformacji warstwy wierzchniej i tarcia podczas skrawania. Utwardzanie wierzchniej warstwy czci obrabianej Podczas skrawania, na skutek nacisków, w wierzchniej warstwie materiau obrabianego nastpuj zmiany ksztatu i pooenia krysztaów, co moe spowodowa powane zmiany strukturalne. W obszarze skrawania powstaj odksztacenia plastyczne, których rezultatem jest zgniot. Rys. 17. Zjawisko deformacji warstwy wierzchniej ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Zgniot jest przyczyn powstawania napre wasnych w warstwie wierzchniej obrabianej czci. Warto napre wasnych i ich znak oraz gboko przenikania zale od warunków obróbki. Naprenia wasne skupione w warstwie wierzchniej mog wywiera zarówno dodatni, jak i ujemny wpyw na wasnoci uytkowe czci. Badania wpywu napre wasnych na wytrzymao zmczeniow wykazuj, e gdy naprenia wasne oraz naprenia wywoane siami zewntrznymi maj znaki przeciwne, to moe nastpi zwikszenie wytrzymaoci zmczeniowej, natomiast znaki napre wasnych i napre od si zewntrznych s jednoimienne, wówczas sumujc si obniaj wytrzymao zmczeniow. 24
Tarcie spywajcego wióra o powierzchni natarcia noa oraz tarcie noa o powierzchni obrabian powoduj wzrost temperatury. Oddziaywanie temperatury moe równie spowodowa zmiany struktury warstwy wierzchniej w porównaniu ze struktur rdzenia obrabianej czci. Sporód zmian wystpujcych w warstwie wierzchniej szczególnie wane jest zjawisko umocnienia obrabianej czci, przejawiajce si duym przyrostem twardoci, tj. utwardzeniem warstwy przypowierzchniowej. Na rysunku przedstawiono wyniki pomiarów mikrotwardoci w rónych miejscach czci obrabianej i wióra. Widzimy, e wiór uzyskuje najwiksz twardo w punktach przylegajcych do powierzchni natarcia noa. Przyrost twardoci wióra i warstwy zewntrznej materiau obrabianego jest tym wikszy, im bardziej cigliwy jest materia. Materiay twarde i kruche, w których odksztacenia plastyczne s bardzo mae, utwardzaj si bardzo nieznacznie lub wcale si nie utwardzaj. Zwikszenie prdkoci skrawania zmniejsza utwardzenie. Ciecz smarujco-chodzca równie powoduje zmniejszenie utwardzenia. Utwardzenie powierzchni obrobionej nie zawsze jest zjawiskiem podanym, zwaszcza jeeli odksztacenia powoduj jednoczenie drobne pknicia i chropowato. Powierzchnia taka jest mniej odporna na zuycie i korozj. Czasem utwardzenie powstae w jednej operacji utrudnia skrawanie podczas nastpnych operacji. Narost W obróbce materiaów cigliwych czsto mona zaobserwowa na powierzchni natarcia noa, tu przy krawdzi skrawajcej, niewielk warstw metalu obrabianego silnie przylegajc do noa i sprawiajc wraenie jakby zgrzany z noem. Warstwa ta, zwana narostem, tworzy si z materiau obrabianego. Jej wysoko dochodzi do kilku milimetrów. Twardo narostu: przekracza twardo metalu, z którego powsta. Narost powstaje natychmiast po rozpoczciu skrawania: ustawicznie si powiksza i czciowo zanika. Okresy, w których zachodz zjawiska tworzenia si i zaniku narostu, s bardzo krótkie (uamki sekundy). Rys. 18. Etapy tworzenia si narostu ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Narost powstaje najczciej podczas skrawania metali mikkich cigliwych, natomiast prawie si nie tworzy podczas skrawania metali kruchych i twardych. Nie tworzy si on równie przy bardzo maej prdkoci skrawania, nie przekraczajcej 1 m/min, w zakresie prdkoci skrawania 10 35 m/min jej zwikszenie powoduje zwikszenie narostu. W zakresie prdkoci 40 60 m/min narost zaczyna zanika, zmniejszajc si wraz ze wzrostem prdkoci. Przy prdkoci skrawania 80 120 m/min narost zanika cakowicie. Zwikszenie gruboci warstwy skrawanej (przy nie zmienionych innych warunkach) przesuwa maksimum krzywej narostu do obszaru mniejszych prdkoci skrawania, powodujc zwikszenie narostu. Zwikszenie kta natarcia (przy nie zmienionych innych warunkach) przesuwa maksimum narostu do obszaru wikszych prdkoci skrawania, powodujc zmniejszenie narostu. 25
Narost wpywa ujemnie na jako powierzchni obrobionej, gdy cigle odrywajce si jego czci oblepiaj powierzchni obrobion, tworzc na niej rodzaj uski lub pozostawiajc wgnioty. Ponadto zmieniajca si wysoko wystajcego poza krawd skrawajc narostu powoduje powstawanie nierównoci na powierzchni obrobionej oraz odchyek ksztatu. Aby zapobiec tworzeniu si narostu, naley skrawa albo z bardzo maymi prdkociami skrawania (1-2 m/min), albo z bardzo duymi (powyej 80 m/mm). Najczciej jest stosowany drugi sposób, moliwy do zrealizowania dziki zastosowaniu narzdzi nakadanych pytkami z wglików spiekanych. Przeciwdziaa powstawaniu narostu mona równie przez zastosowanie cieczy smarujco-chodzcej lub zmian parametrów geometrycznych czci roboczej narzdzia. Zjawiska cieplne i metody pomiaru temperatury skrawania (ciepo wytwarzane podczas skrawania i jego odprowadzanie) Ciepo wytwarzane podczas skrawania metali ma wpyw na trwao narzdzia, na wasnoci warstwy wierzchniej obrabianej czci i na dokadno obróbki. ródem ciepa jest praca skrawania, obejmujca szereg prac skadowych: prac odksztace plastycznych warstwy skrawanej (spczanie), prac oddzielania warstwy skrawanej od podstawowej masy materiau obrabianego, prac odksztacania wióra (zginania) podczas jego spywania, prac tarcia wióra o powierzchni natarcia noa oraz prac tarcia noa o powierzchni materiau obrabianego. Ilo ciepa wydzielajcego si w cigu 1 minuty mona obliczy wg wzoru F Q c [ kj / min] 1000 w którym: F - sia skrawania w N. V c prdko skrawania w m/min. Ciepo wydziela si w miejscach wykonywania pracy, w iloci równowanej tej pracy. Praca odksztace plastycznych warstwy skrawanej i praca oddzielania wióra stanowi gówn cz pracy skrawania i dlatego najwiksza ilo ciepa wywizuje si w warstwie skrawanej w pobliu krawdzi skrawajcej narzdzia. Wydzielajce si ciepo powoduje wzrost temperatury otoczenia. Temperatura rozpatrywanego miejsca jest zalena od iloci ciepa wydzielanego i odprowadzanego w jednostce czasu i jest róna w rónych miejscach. Najwysz temperatur w strefie wióra i narzdzia zaobserwowano w pobliu krawdzi skrawajcej. 26
Rys. 19. Ciepo wywizujce si w warstwie skrawanej ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 Ciepo wywizujce si w warstwie skrawanej odpywa w kierunku materiau obrabianego i w kierunku narzdzia. Strumie ciepa pyncy w kierunku materiau obrabianego jest stale przecinany przez nó, tak e stosunkowo niewielka jego ilo przechodzi do materiau obrabianego. Najwiksza ilo ciepa zuywa si na ogrzewanie wióra i razem z wiórem jest usuwana. Cienka warstwa zewntrzna czci obrabianej nagrzewa si do do wysokiej temperatury w pobliu krawdzi skrawajcej noa. Ilo wywizujcego si tu ciepa jest jednak niewielka i jest ono szybko wchaniane przez mas materiau, tak, e cz obrabiana ogrzewa si nieznacznie. Nó ogrzewa si do silnie w pobliu krawdzi skrawajcej. Cz ciepa jest odprowadzana przez trzonek noa. W typowych warunkach skrawania ok. 75% caej iloci wytwarzajcego si ciepa powoduje ogrzewanie si wiórów, ok. 20% ogrzewanie noa, ok. 4% ogrzewanie czci obrabianej i ok. 1% rozprasza si przez promieniowanie. Czynniki wpywajce na temperatur skrawania Temperatura czci roboczej noa zaley od parametrów skrawania, rodzaju materiau obrabianego, geometrii ostrza narzdzia, materiau, z jakiego jest ono wykonane oraz od warunków chodzenia. Najwikszy wpyw na temperatur skrawania ma prdko skrawania. Wzrost temperatury nie jest proporcjonalny do prdkoci skrawania, pocztkowo temperatura wzrasta szybko, a po przekroczeniu pewnej okrelonej dla danych warunków prdkoci (np. 400 m/min) intensywno wzrostu temperatury maleje. Posuw wpywa na wzrost temperatury w mniejszym stopniu ni prdko skrawania. Najmniejszy wpyw na wzrost temperatury skrawania wywiera gboko skrawania. Punkt zetknicia si wióra o najwyszej temperaturze z powierzchni natarcia oddala si od krawdzi skrawajcej w miar zwikszania gbokoci skrawania. Dlatego temperatura skrawania wzrasta wolniej ni przy zwikszaniu prdkoci. Dugo czynnej krawdzi skrawajcej wzrasta wolniej przy zwikszeniu gbokoci skrawania, co równie sprzyja intensywniejszemu odprowadzaniu ciepa od krawdzi skrawajcej. 27
Zwikszanie kta natarcia do pewnej granicy powoduje obnienie temperatury skrawania, gdy przy zwikszeniu kta natarcia zmniejsza si praca odksztacania wióra, a tym samym i ilo wydzielonego ciepa. Zwikszanie promienia zaokrglenia wierzchoka noa do pewnej wartoci sprzyja odprowadzaniu ciepa, a tym samym powoduje obnienie temperatury krawdzi noa. Zmniejszenie kta przystawienia przy niezmienionej gbokoci skrawania niezmienionym posuwie powoduje zwikszenie szerokoci warstwy skrawanej, a tym samym polepsza warunki odprowadzania ciepa powodujc obnienie temperatury czci skrawajcej noa. Wpyw materiau obrabianego na temperatur skrawania zaley od waciwego mu oporu skrawania i wasnoci cieplnych (ciepo waciwe i przewodno cieplna). Ciecze chodzco-smarujce Zastosowanie cieczy chodzco-smarujcej wywiera dodatni wpyw na obróbk, poniewa: zmniejsza tarcie wióra o powierzchni natarcia noa oraz jego powierzchni przyoenia powierzchni obrabian, zwiksza intensywno odprowadzania ciepa wywizujcego si w strefie skrawania, co ma dodatni wpyw na trwao narzdzia, wymywa i usuwa drobne wióry, pochania py, itp., sprzyja zmniejszeniu siy skrawania (przy zastosowaniu cieczy chodzco-smarujce z dobrymi waciwociami smarnymi). Stosowane s równie ciecze chodzco-smarujce zawierajce dodatki aktywne zmniejszajce opór skrawania. Jako dodatki stosuje si kwasy organiczne (np. stearynowy, olejowy) lub ich sole. Zastosowanie przy toczeniu aktywnych cieczy chodzco-smarujcych umoliwia zmniejszenie siy skrawania o 20 30% w porównaniu z obróbk bez cieczy. Podstawowym dziaaniem cieczy moe by smarowanie albo chodzenie zaley to od warunków skrawania. Najwikszy efekt dziaania cieczy chodzco-smarujcej uzyskuje si przy duych przekrojach warstwy skrawanej, tj. w warunkach obróbki zgrubnej. Ciecze stosowane przy skrawaniu metali mona podzieli na trzy podstawowe grupy, a mianowicie: wodne roztwory mineralnych elektrolitów, emulsje oraz oleje. Wodne roztwory mineralnych elektrolitów maj dobre wasnoci chodzce oraz zabezpieczaj cz obrabian i obrabiark przed korozj. Emulsje skadaj si z wody, oleju i myda. Drobne czstki oleju, pokryte trwa i wytrzyma bonk emulgatora (myda), s zawieszone w wodzie. Ciecze tej grupy tworz na powierzchni metalu powoki, zapewniajce dobre smarowanie przy jednoczesnym silnym dziaaniu chodzcym. Oleje maj sabe wasnoci chodzce i najczciej s stosowane z dodatkami powierzchniowo aktywnymi. Wybór cieczy smarujco-chodzcej uzalenia si od nastpujcych czynników: rodzaju materiau obrabianego, rodzaju obróbki (zgrubna czy wykaczajca), prdkoci skrawania oraz rodzaju materiau, z którego jest wykonane ostrze narzdzia. Do obróbki zgrubnej narzdziami wykonanymi ze stali stopowej oraz szybkotncej, przy duych prdkociach skrawania, stosuje si ciecze o dobrych wasnociach chodzcych. 28
4.1.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s podstawowe parametry skrawania? 2. Od czego zale sia i moc skrawania? 3. Od czego zaley chropowato obrabianej powierzchni? 4. Przy obróbce, jakich materiaów powstaje wiór odpryskowy? 5. Jakie zadania ma ciecz chodzco-smarujca? 4.1.3. wiczenia wiczenie 1 Dobierz prdko skrawania dla obróbki detalu wskazanego przez nauczyciela. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z dokumentacj technologiczn wykonania detalu, 2) zidentyfikowa materia, z którego wykonany jest element, 3) okreli przekrój warstwy skrawanej, 4) w normatywach wyszuka wykres prdkoci skrawania, 5) odczyta z wykresu warto prdkoci skrawania, 6) krótko uzasadni wyszukan warto. Wyposaenie stanowiska pracy: poradniki i normatywy, dokumentacja technologiczna, literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia. wiczenie 2 Oblicz moc skrawania. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z dokumentacj technologiczn wykonania detalu, 2) zidentyfikowa materia, z którego wykonany jest element, 3) okreli przekrój warstwy skrawanej, 4) w normatywach wyszuka wykres gównej siy skrawania od przekroju warstwy skrawania, 5) odczyta z wykresu warto gównej siy skrawania, 6) w normatywach wyszuka wykres mocy skrawania w zalenoci od siy skrawania Fc i szybkoci skrawania, 7) z wykresu odczyta warto mocy w zalenoci od prdkoci skrawania, 8) krótko uzasadni obliczon warto. 29
Wyposaenie stanowiska pracy: poradniki i normatywy, dokumentacja technologiczna, literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 4.1.4. Sprawdzian postpów Tak Nie Czy potrafisz: 1) dobra podstawowe parametry skrawania? 2) poda najwaniejsze parametry geometryczne narzdzi skrawajcych? 3) obliczy prdko skrawania? 4) okreli wpyw parametrów skrawania na jako obróbki? 5) opisa zjawiska towarzyszce skrawaniu? 30
4.2. Klasyfikacja, ukady konstrukcyjne i kinematyczne obrabiarek 4.2.1. Materia nauczania Obrabiark nazywa si maszyn technologiczn do ksztatowania przedmiotów z rónych materiaów konstrukcyjnych za pomoc zamocowanych w niej narzdzi. W zalenoci od metody ksztatowania przedmiotów na obrabiarce rozrónia si obrabiarki do obróbki plastycznej i skrawajce. Obrabiarki skrawajce s stosowane do nadawania obrabianemu przedmiotowi wymaganego ksztatu przez oddzielenie nadmiaru materiau w postaci wiórów. Do obrabiarek tych nale: tokarki, wiertarki, frezarki, strugarki, szlifierki i inne. W zalenoci od zastosowania rozrónia si obrabiarki: ogólnego przeznaczenia umoliwiajce wykonywanie rónorodnych prac w produkcji jednostkowej i maoseryjnej, specjalizowane przewidziane do wykonywania okrelonych robót w wszym zakresie, np.: tokarko-kopiarki, frezarki, specjalne stosowane w okrelonych gaziach przemysu, np. tokarki dla kolejnictwa do obróbki kó wagonowych, tokarki dla przemysu hutniczego do obróbki walców hutniczych, itp. Klasyfikacja obrabiarek 1. Skrawajce: a) tokarki: uchwytowe, kowe, tarczowe, rewolwerowe, karuzelowe, zataczarki, b) wiertarki: stoowe, stojakowe, wspórzdnociowe, c) frezarki: poziome, pionowe, wiertarko-frezarki, d) wytaczarki, e) piy, f) strugarki: poprzeczne, wzdune, dutownice g) przecigarki, h) szlifierki: do paszczyzn, do otworów, dogadzarki, docieraczki, polerki, 31
Ukad konstrukcyjny obrabiarki Wszystkie zespoy, mechanizmy, urzdzenia i elementy wchodzce w skad obrabiarki tworz jedn cao konstrukcyjn. Wszystkie te zespoy, mechanizmy, urzdzenia i elementy speniaj w obrabiarce okrelone funkcje i w zalenoci od tego, do jakich zada s one przeznaczone, mona je podzieli na nastpujce grupy: 1. róda napdu (silniki) i zespoy napdowe przetwarzajce energi dostarczan z zewntrz obrabiarki (najczciej elektryczn) na energie mechaniczn, suc do wykonywania pracy przez organy robocze obrabiarki; 2. Mechanizmy przekadniowe przenoszce ruch i energi od róde napdu do organów roboczych; 3. Organy robocze wykonujce ruchy niezbdne dla przeprowadzenia obróbki, jak równie ruchy pomocnicze; 4. Urzdzenia do ustalania i zamocowywania przedmiotu obrabianego i narzdzi (uchwyty, oprawki narzdziowe, imaki noowe, koniki itp.); 5. Elementy none i wice suce do czenia wszystkich zespoów, urzdze i elementów obrabiarki w jedn cao konstrukcyjn (korpusy, kaduby, oa, stojaki, podstawy, pyty, belki itp.); 6. Urzdzenia sterujce przeznaczone do rcznego lub automatycznego kierowania prac poszczególnych zespoów i ca obrabiark; 7. Urzdzenia kontrolno-pomiarowe suce do kontroli wymiarów obróbkowych lub stopnia zuycia ostrza narzdzia; 8. Urzdzenia nastawcze suce do dokadnego ustawienia narzdzia wzgldem przedmiotu obrabianego oraz urzdzenia korygujce to ustawienie dla zmniejszenia bdu obróbkowego wynikajcego ze wzrastajcego zuycia ostrza narzdzia lub z niedokadnoci wykonania mechanizmów przekadniowych.; 9. Urzdzenia do zabezpieczenia pracy robotnika obsugujcego obrabiark oraz do zabezpieczania elementów obrabiarki przed ich zniszczeniem w wyniku nadmiernego obcienia bd nieprawidowego wczenia do pracy; 10. Urzdzenia do smarowania obrabiarki oraz do chodzenia narzdzia; 11. Urzdzenia dodatkowe i pomocnicze (podajniki do samoczynnego podawania przedmiotów obrabianych lub automatycznej wymiany narzdzi, urzdzenia wentylacyjne i owietleniowe, urzdzenia do odprowadzania wiórów itp.) Wikszo z wymienionych powyej mechanizmów i urzdze wystpuje w kadej obrabiarce, nie mniej jednak niektóre z nich stosowane s tylko w obrabiarkach o najnowoczeniejszych konstrukcjach, jak np. urzdzenia do kontroli stopnia zuycia ostrza lub automatycznej wymiany narzdzi. Ponadto zastosowanie niektórych z urzdze zaley od technologicznego przeznaczenia obrabiarki. Jako przykad mona przytoczy urzdzenie do pochaniania pyu szlifierskiego, które wystpuj w szlifierkach, a niepotrzebne s np. w tokarkach lub frezarkach. Zespoy robocze obrabiarki Zadaniem zespoów roboczych obrabiarki jest przeniesienie ruchu ze róda napdu (silnika) na ostatnie czony przeznaczone do zamocowania przedmiotu obrabianego lub narzdzia. Przykadem zespoów roboczych tokarki s: wrzeciennik z ostatnim czonem wrzecionem, na którym znajduje si uchwyt do zamocowania waka toczonego oraz skrzynka posuwowa i suport z ostatnim czonem imakiem noowym do zamocowania noa tokarskiego. W przypadku frezarki zespoami roboczymi s: skrzynka prdkoci 32
z wrzecionem, w którym mocowany jest trzpie frezarski z narzdziem-frezem oraz skrzynka posuwowa i mechanizmy napdu stou, na którym mocowany jest przedmiot obrabiany. Ostatnie czony zespoów roboczych obrabiarki wykonuj dane ruchy niezbdne do przeprowadzenia procesu obróbki, tzn. ruchy gówne i ruchy posuwowe. Z tego wzgldu czony te nazywane s organami roboczymi lub wykonawczymi. Niezalenie od ruchów gównych i posuwowych niezbdnych do wykonywania procesu skrawania i ksztatowania powierzchni obrabianej organy robocze obrabiarki musz zapewnia równie wykonywanie ruchów pomocniczych, majcych na celu: odpowiednie ustawienie narzdzia wzgldem przedmiotu obrabianego lub odwrotnie przedmiotu wzgldem narzdzia; wgbianie narzdzia w materia obrabiany (np. wcinanie freza wielokrotnego w materia na pen wysoko zarysu frezowanego gwintu); wycofywanie narzdzia do pooenia wyjciowego po skoczonej obróbce. Ukad kinematyczny obrabiarki Ukad kinematyczny tworz mechanizmy suce do nadania zespoom roboczym obrabiarki ruchów niezbdnych do wykonania procesu roboczego. Mechanizmy te to najczciej acuchy kinematyczne stanowice zbiór powizanych ze sob spójnie par kinematycznych utworzonych z przekadni zbatych i pasowych, a niekiedy rubowych, krzywkowych, korbowych, itp. W acuchach kinematycznych mona wyróni: acuchy napdowe doprowadzajce napd do zespoów roboczych obrabiarki w celu nadania im wymaganej prdkoci. Wyrónia si tu: acuch ruchu gównego (nadajcy prdko skrawania - v) i acuchy ruchu posuwowego (nadajce odpowiedni posuw - p), acuchy ksztatowania (w obrabiarkach konwencjonalnych czce dwa ruchy ksztatowania w celu uzyskania ruchu zoonego). Rys. 20. Schemat kinematyczny tokarki kowej ródo: Paderewski K.: Obrabiarki. WSiP, Warszawa 1996 Typy i zasady wykonywania schematów kinematycznych s opisane w PN--82/M-01088. W zalenoci od przeznaczenia stosuje si trzy typy schematów kinematycznych: strukturalne, funkcjonalne i zasadnicze. 33
Schematy te róni si stopniem uszczegóowienia przedstawianych elementów oraz zasadami rysowania. Podstawowe cechy i wymagania rysunkowe poszczególnych schematów kinematycznych zestawiono w tabl. 4. Tabela 4. Podzia schematów kinematycznych ródo: Paderewski K.: Obrabiarki. WSiP, Warszawa 1996 4.2.2. Pytania sprawdzajce Odpowiadajc na pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Co to jest obrabiarka? 2. Jak sklasyfikowa obrabiarki skrawajce? 3. Jaki jest podzia schematów kinematycznych? 4. Co zawieraj schematy kinematyczne? 34
4.2.3. wiczenia wiczenie 1 Dokonaj podziau obrabiarek skrawajcych w zalenoci od zastosowania. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z katalogami obrabiarek, 2) dokona podziau obrabiarek ze wzgldu na zastosowanie, 3) opisa zastosowanie obrabiarek, 4) zaprezentowa wykonane wiczenie Wyposaenie stanowiska pracy: katalogi maszyn, dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obsugi obrabiarek, literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia. wiczenie 2 Dokonaj analizy schematu kinematycznego wybranej obrabiarki. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z DTR i instrukcj obsugi obrabiarki, 2) odszuka schemat kinematyczny obrabiarki, 3) na podstawie schematu dokona podziau mechanizmów tokarki na zespoy funkcjonalne, 4) opisa funkcj, budow i zasad dziaania poszczególnych zespoów obrabiarki. Wyposaenie stanowiska pracy: Dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obsugi rónego rodzaju obrabiarek, literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia. wiczenie 3 Dobierz obrabiark do wykonania zadanej operacji technologicznej. Sposób wykonania wiczenia Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z dokumentacj technologiczn danego detalu, 2) zidentyfikowa potrzebn obrabiark, 3) na podstawie dokumentacji technologicznej wynotowa istotne wymagane parametry obrabiarki, 4) zapozna si z DTR i instrukcjami obsugi obrabiarek, 5) na podstawie wymaganych parametrów wskaza konkretn obrabiark, 6) krótko uzasadni dobór. Wyposaenie stanowiska pracy: dokumentacja technologiczna, 35
Dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obsugi obrabiarek, literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia. 4.2.4. Sprawdzian postpów Tak Nie Czy potrafisz: 1) sklasyfikowa podstawowe obrabiarki? 2) dokona podziau schematów kinematycznych obrabiarek? 3) dokona analizy ukadu kinematycznego obrabiarki? 36
4.3. Toczenie: noe tokarskie, tokarki, mocowanie przedmiotów obrabianych, prace wykonywane na tokarkach 4.3.1 Materia nauczania Noe tokarskie Noe tokarskie s narzdziami jednoostrzowymi stosowanymi do obróbki powierzchni zewntrznych i wewntrznych o ksztatach obrotowych. Wyrónia si noe: punktowe, które ksztatuj obrabiany przedmiot jedynie w wyniku wzajemnych ruchów narzdzia i przedmiotu, ksztatowe o zoonym zarysie krawdzi skrawajcej, której ksztat odwzorowuje si bezporednio na przedmiocie obrabianym, obwiedniowe, które ksztatuj obrabiany przedmiot w wyniku zarówno wzajemnych ruchów narzdzia i przedmiotu, jak i w wyniku odwzorowania zarysu krawdzi skrawajcej. Noe tokarskie Noe punktowe Noe ksztatowe Noe obwiedniowe Noe imakowe Noe do gowic rewolwerowych Noe o ruchu promieniowym Noe o ruchu stycznym jednolite czone w sposób trway skadane promieniowe styczne jednolite czone w sposób trway skadane krkowe supkowe pytkowe Rys. 21. Podzia noy tokarskich ródo: Brodowicz W.: Skrawanie i narzdzia. WSiP, Warszawa 1998 37