Podstawy obróbki skrawaniem
1. Wstęp
Przez techniki wytwarzania rozumie się wszystkie rodzaje obróbek stosowanych do kształtowania elementów maszyn, metody nadawania im określonych właściwości użytkowych, pomiarów i kontroli jakości wyrobów, a także sposoby łączenia i spajania elementów oraz ich montaż.
Do najważniejszych technik wytwarzania zalicza się: obróbkę skrawaniem, obróbkę erozyjną, odlewnictwo, obróbkę plastyczną, obróbkę cieplną, spawanie i zgrzewanie, przetwórstwo tworzyw sztucznych oraz metody pomiarów i kontroli wyrobów. Kształtowanie części maszyn metodami obróbki skrawaniem (tj. przez toczenie, frezowanie, wiercenie, struganie, przeciąganie itp.) obejmuje ok. 70 % wszystkich technik wytwarzania. Udział obróbki skrawaniem w przemyśle maszynowym wynosi obecnie ok. 50 %.
2. Zasada obróbki skrawaniem
Obróbka skrawaniem (skrawanie) polega na oddzieleniu od przedmiotu obrabianego warstwy materiału o określonej grubości zwanej naddatkiem w celu nadania mu żądanego kształtu i wymiarów, często również w połączeniu z nadaniem warstwie wierzchniej określonych właściwości. Oddzielenie warstwy skrawanej od materiału jest powodowane przez klinowe ostrze narzędzia, przesuwające się z określoną prędkością VC względem przedmiotu obrabianego. Nacisk wywierany przez ostrze narzędzia wywołuje miejscowe odkształcenie sprężyste i plastyczne materiału, prowadzące do pokonania sił wiązania cząsteczkowego i oddzielenie materiału w postaci wióra. Mechanizm niszczenia materiału polega głównie na ścinaniu.
Rys. 1. Zasada procesu skrawania: 1-przedmiot obrabiany (materiał), 2-ostrze narzędzia, 3 warstwa skrawana, 4-wiór, VC - prędkość skrawania, aP – głębokość skrawania, a,g - kąty ostrza noża: przyłożenia i natarcia
W zależności od osiąganej dokładności wymiarowo-kształtowej i chropowatości powierzchni rozróżnia się: obróbkę zgrubną, kształtującą, wykańczającą i bardzo dokładną.
3. Geometryczne i technologiczne parametry skrawania
Przebieg i wyniki skrawania zależą od:
· warunków skrawania, tj. czynników związanych z obrabiarką, narzędziem, przedmiotem obrabianym i otoczeniem;
· parametrów skrawania: geometrycznych, związanych z geometrią ostrzy narzędzi i przekrojem warstwy skrawanej oraz technologicznych, do których zalicza się prędkość skrawania VC, prędkość posuwu Vf ( posuw f) oraz głębokość skrawania aP .
Rys. 2. Schemat procesu toczenia: VC – prędkość toczenia, Vf – prędkość posuwu, aP – głębokość skrawania, b,f,h – przekrój warstwy skrawanej, 1,2,3- powierzchnia obrabiana, obrobiona i przejściowa
W praktyce zamiast prędkości posuwu używane są posuwy:
· obrotowy f w mm/obr – jest to droga o jaką przesunie się narzędzie równolegle do osi obrotu w czasie jednego obrotu (np. podczas toczenia i wiercenia);
· minutowy ft w mmm/min – jest to prędkość ruchu posuwowego (np. frezowanie);
· na ostrze fZ - stosowany w przypadku narzędzi wieloostrzowych i odpowiada on przesunięciu przedmiotu obrabianego przypadającemu na jedno ostrze narzędzia. Posuw fZ można przeliczyć na posuw minutowy ft wg wzoru:
ft =fZ n i
gdzie: n – prędkość obrotowa narzędzia w obr/min, i – liczba ostrzy skrawających narzędzia.
4. Rodzaje wiórów
W zależności od własności materiału obrabianego i warunków skrawania mogą powstawać wióry przedstawione na rys. 3.
Rys. 3. Klasyfikacja kształtów wiórów wg PN-ISO 3685
Za najbardziej korzystne postacie wiórów uważa się wióry odpryskowe (otrzymywane przy obróbce materiałów kruchych, np. żeliwa) oraz segmentowe (obróbka materiałów o średniej twardości ze średnimi prędkościami skrawania). Wióry te (rys. 4) jest łatwo usunąć z przestrzeni skrawania i łatwo magazynować. Wióry wstęgowe często oplatają się wokół narzędzi i elementów obrabiarki. Grozi to wtedy okaleczeniem operatora lub awarią obrabiarki. Szczególnie jest to niedopuszczalne przy obróbce automatycznej bez stałego dozoru. W zasadzie stosując odpowiednie parametry skrawania i odpowiednią geometrię ostrzy noży można uzyskać wióry odpryskowe lub segmentowe. W przypadku trudności w uzyskaniu tych wiórów można stosować łamacze wiórów w postaci specjalnych nakładek na ostrza skrawające lub rowków wzdłuż krawędzi skrawających. Pozwalają one podzielić wiór wstęgowy na krótkie odcinki (rys. 5).
Rys. 4. Zwyczajowe postacie wiórów: a) odpryskowy, b) schodkowy (segmentowy), c) wstęgowy
Rys. 5. Rodzaje łamaczy wiórów: a) w postaci nakładki, b) w postaci rowka wzdłuż krawędzi skrawającej
5. Geometria noży skrawających
Geometrię narzędzi skrawających określa położenie powierzchni, lini oraz kąty ostrzy. Główne jej elementy to:
· powierzchnia natarcia (rys. 6) – jest to powierzchnia po której spływa wiór,
· główna powierzchnia przyłożenia – jest to powierzchnia narzędzia stykająca się z materiałem obrabianym w pewnym obszarze powierzchni skrawania,
· główna krawędź skrawająca – powstaje z przecięcia powierzchni natarcia i przyłożenia,
· kąty ostrza - największe znaczenie ma kąt natarcia g (rys.7) i kąt przyłożenia a. Od kata natarcia zależy sposób spływania wióra z ostrza skrawającego. Im większa wartość kata natarcia, tym mniejsza jest potrzebna energia do odkształcenia wióra. Przy toczeniu kat natarcia przyjmuje się od -15° do +30°. Jednocześnie następuje jednak zmniejszenie wytrzymałości ostrza. Zerowy kąt natarcia przyjmuje się w narzędziach kształtowych, gdyż upraszcza to ich ostrzenie. Natomiast ujemny kat natarcia stosuje się dla noży z ostrzami z węglików spiekanych, którymi można obrabiać materiały z bardzo dużymi prędkościami skrawania. Kąt przyłożenia a wpływa na zmniejszenie oporów tarcia pomiędzy narzędziem a materiałem obrabianym. Zwykle wynosi on kilka stopni (3-5°).
Rys. 6. Elementy budowy noża tokarskiego
Rys. 7. Oznaczenie kata natarcia g noża tokarskiego
6. Materiały narzędziowe
Materiały na narzędzia skrawające powinny odznaczać się dużą twardością, dobrą odpornością na ścieranie oraz zdolnością do zachowania tych własności w wysokich temperaturach (do ok. 850 °C).Twardość ostrza skrawającego powinna być o ok. 20 HRC większa od twardości obrabianego materiału. Na narzędzia do obróbki wiórowej stosowane są m.in.: stale narzędziowe węglowe i stopowe (63-65 HRC), stale szybkotnące (ok. 65 HRC), węgliki spiekane i materiały ceramiczne.
Z węglików spiekanych wykonuje się płytki, które wlutowuje się lub mocuje mechanicznie do korpusów narzędzi. W ich skład wchodzą węgliki pierwiastków trudnotopliwych (wolframu, tytanu) spojone osnową kobaltową. Ich twardość wynosi 65 – 70 HRC. Można nimi skrawać z dużymi prędkościami, gdyż dużą twardość i odporność na ścieranie zachowują do temp. ok. 1000 °C. Nowoczesne noże tokarskie z takimi wymiennymi płytkami przedstawiono na rys. 8. Płytki takie mogą być dodatkowo powlekane dyfuzyjnie kilkoma warstwami powłok TiC, TiN, Ti(C,N) i Al2O3 o łącznej grubości kilkunastu mikrometrów. Niemniej tak cienkie powłoki powodują znaczny wzrost ich odporności na zużycie. dochodzący nawet do 5 razy. Takimi płytkami można wtedy o wiele dłużej obrabiać lub przeprowadzić obróbkę bardzo intensywną. Stąd są polecane szczególnie do stosowania na obrabiarkach CNC lub centrach obróbkowych.
Rys. 8. Nóż tokarski składany z wymienną płytka z węglików spiekanych: 1- trzonek, 2- śruba zaciskowa, 3- płytka wieloostrzowa, 4- płytka podporowa, 5- łamacz wiórów
Schemat obróbki nożami tokarskimi
Ostrzenie noży wcale nie jest takie trudne i po nabyciu odrobiny wprawydaje zupełnie niezłe rezultaty. Pamiętaj, że w pierwszej kolejności ostrzymy powierzchnię natarcia, następnie główną powierzchnię przyłożenia i na końcu pomocniczą powierzchnię przyłożenia.
oto zaczerpnięte z poradnika ,,Obróbki skrawaniem,,E.T.Geisler
Aby powierzchnia obrabiana była gładka należy: 1) -stosować jak najmniejszy posuw... 2) -stosować noże zaokrąglone o jak największym promieniu zaokrąglenia 3) -dawać jak największy kąt przystawienia 4) -dawać .. .. .. natarcia ... 5) -stosować ciecz chłodzącą -smarującą ( chłodzenie mniej ważne) 6) -stosować narzędzia odpowiednio odpuszczone 7) -należy skrawać z szybkościami możliwie odległymi od ,, krytycznych,, 8)-wskazane stosowanie ostrza nie ze stali szybkotnącej tylko z węglika te pierwsze powodują narosty 9) - usuwać wszystkie przyczyny drgań.
1. Budowa i podział noży tokarskich.
Typowy nóż tokarski przedstawiono na rys. l. Składa się on z dwu zasadniczych części:
- chwytu i części roboczej:
a) chwyt - służy do zamocowania narzędzia w imaku tokarki
b) część robocza narzędzia jest ukształtowana przez kilka powierzchni (rys.1).
Rys. l.
Rys.1 Powierzchnie ostrza tokarskiego.
Rys. 2. Krawędzie ostrza noża tokarskiego.
AB- główna krawędź skrawająca, CD- pomocnicza krawędź skrawająca, CB- przejściowa krawędź skrawająca, W- wierzchołek noża tokarskiego.
Zazwyczaj w wierzchołku noża tokarskiego przejściowa krawędź skrawająca przybiera postać łuku o promieniu zaokrąglenia r.
Rys. 3. Powierzchnia natarcia i przyłożenia: a) płaska powierzchnia natarcia i bezścinowa powierzchnia przyłożenia, b) ostrze z płaską powierzchnią natarcia ze ścinem oraz jednościnową powierzchnią przyłożenia, c) ostrze z wklęsłą powierzchnią natarcia i dwuścinową powierzchnią przyłożenia.
Przyjmując jako podstawę podziału przeznaczenie noży tokarskich, rozróżnia się:
¨ Noże do obtaczania, zwane obtaczakami,
¨ Noże do wytaczania, zwane wytaczakami,
¨ Noże do toczenia kształtowego, zwane nożami kształtowymi.
Wymienione w tej grupie noże w większości przypadków wykonuje się w dwóch odmianach przeznaczonych do różnych rodzajów obróbki. Pierwszą odmianę stanowią noże służące do operacji wstępnej, zwane zdzierakami, a drugą- noże służące do obróbki wykańczającej, zwane wykańczakami.
Rys. 4 Noże tokarskie do obtaczania: a) lewy, b) prawy.
Rys. 5. Noże do wytaczania: a) powierzchni stożkowych, b) powierzchni walcowych.
Rys. 6. Noże do przecinania odsadzone: a) w lewo, b) obustronnie, c) w prawo.
Rys. 7. Noże tokarskie: a) jednolity, b) z nakładką z węglików spiekanych, c) zgrzewany (część robocza ze stali szybkotnącej, trzonek- ze stali konstrukcyjnej).
Rys.8. Noże kształtowe.
Rys.9. Noże wygięte: a) lewy, b) prawy.
Rys. 10. Nóż oprawkowy.
2. Geometria ostrza noża tokarskiego:
a) układ odniesienia kątów noży tokarskich.
Rys. 11. Układ odniesienia kątów noży.Pr - płaszczyzna podstawowa, Ps - płaszczyzna krawędzi skrawającej, ...
borowik61