1. Klasyfikacja i charakterystyka metod obróbki ubytkowej (wiórowej, ściernej , erozyjnej)
Obróbka ubytkowa – jest częścią procesu ( techniką) wytwarzania elementów maszyn i urządzeń ,w której przedmiot obrabiany uzyskuje wymagane kształty , wymiary i jakości powierzchni przez usuwanie naddatku materiału
Obróbka ubytkowa dzieli się na obróbkę skrawania i obróbkę za pomocą erodowania. Obróbka skrawaniem dzieli się na obróbkę wiórowa i obróbkę ścierna, natomiast obróbka za pomocą erodowania dzieli się na obróbkę elektroerozyjna, obróbkę elektrochemiczna i obróbkę strumieniowo erozyjna.
Obróbka skrawaniem – polega na usuwaniu za pomocą pracy mechanicznej określonej objętości materiału, narzędziami zaopatrzonymi w klinowe ostrza skrawające.
Obróbka wiórowa – obróbka dokonywana narzędziami o określonej liczbie i kształcie ostrzy skrawających, naddatek na obróbkę zaś jest usuwany w postaci wiórów widocznych okiem. (toczenie, wiercenie, struganie, frezowanie, przeciąganie, dłutowanie)
Obróbka ścierna – dokonywana licznymi drobnymi ostrzami o nieustalonej ściśle liczbie i kształcie, naddatek jest usuwany w postaci licznych wiórów. Obróbka wykańczająca pozwala na zebranie naddatku (szlifowanie, gładzenie, obróbka strumieniowo - ścierna, obróbka udarowo – ścierna.
Obróbka erozyjna – polega na usuwaniu określonej objętości materiału przez wykorzystanie procesu erozji. Polega na obróbce materiału wywołując w nim ubytki. Obróbka ta zachodzi za pomocą elektrody , za pomocą strumieni lub za pomocą płynu.
2. Mechanizm niszczenia materiału w procesie obróbki skrawaniem
Przyczyny zurzycia ostrza:
-mechaniczne zurzycie ostrza
-ścieranie machaniczne – zaczepianie nierówności jednej powierzchni o drugą
-dorażne zurzycie wytrzymałościowe-gdy na skutek działających sił występuje przekroczenie wytrzymałości ostrza
-zmęczeniowe –utrzta spójności na skutek zmęczenia
Objawy: wyszczerbienia , wykruszenia , wyłamania , pęknięcia
Adhezyjne zurzycie ostrza – występuje w określonych warunkach skrawania . Jego objawem jest powstawanie narostów tarcia , szczepień itp. Warunkiem wystąpienia są odpowiednio wysokie naciski jednostkowe oraz niezbyt wysoka temp.
Dyfuzyjne zurzycie ostrza – występuje w wysokiej temp.,polega na zgrzewaniu się czątek materiału ostrza i materiału obrabianego , przez co ostrze traci swe własności
Chemiczne zurzycie ostrza – tworzenie się na powierzchni ostrza związków chemicznych z ośrodkiem ktore są słabo związane z materiałem ostrza i łatwo ścierają się np. Powstawanie powłoki tlenków
1)Krzywa zurzycia ostrza a) materiał ścierny niewielkie prędkości skrawania , b) śradnia prędkość skrawania , mała intensywność chłodzenia , c) duże szybkości skrawania
2)Krzywa typowa zurzycia ostrza – t=0-t1-wystepuje zurzycie ostrza , t1-t2-umiarkowane zurzycie ostrza , t2-zwiekszenie zurzycia ostrza
3. Omówić proces powstawania wióra oraz zjawiska fizyczne występujące w strefie skrawania.
W procesie powstawania wióra następuje oddzielenie przez ostre narzędzia materiału warstwy skrawanej. W materiale powstają odkształcenia sprężyste i plastyczne , przy zmiennych i wysokich temp. obszaru skrawania , przy ciśnieniu tarcia , przy zjawisku spęczniania i utwardzania wióra , ścieraniu się ostrza .
Rozróżniamy wióry:
-ścinane , gdy występuje przekroczenie wytrzymałości materiału na ścinanie
- odrywane , gdy występuje przekroczenie wytrzymałości na rozciąganie materiału
- Spęczanie wióra – zmiana wymiarowa wióra w stosunku do wymiarów warstwy skrawanej z której wiór powstał. Długość wióra jest krótsza od dł. warstwy skrawanej l , natomiast pole przekroju poprzecznego wióra jest większa od pola przekroju warstwy skrawanej.
- zjawisko utwardzania obróbkowego – materiał warstwy skrawanej rozdziela się na dwa strumienie , z których jeden przechodzi górą do wióra a drugi zostaje wciśnięty pod ostrze w głąb materiału przedmiotu . Powoduje to utwardzanie powierzchniowe.
- graniczne linie powstawania odkształcenia plastycznego
- rzeczywista praca ostrza z zaokrągloną krawędzią
-odpryskowe – przy obróbce materiałów trudnych nie wystepuje plastyczne płynięcie segmentu w płaszczyźnie poślizgu , gdyż granica oporu plastycznego poślizgu jest stosunkowo niska , a nacisk noża tak szybko wzrasta , że następuje oderwanie segmentu od warstwy skrawanej.
- wstęgowe – obróbka materiałów plastycznych. Warstwa skrawana zamieniana w wióry przesówa się po powierzchni natarcia noża
- schodkowe – skrawanie ze średnią prędkością materiałów o średniej twardości
4.Warunki i parametry charakteryzujące proces obróbki skrawaniem
Warunki skrawania – dane charakteryzujące:
Obrabiarke , przedmiot obrabiany , narzędzie , sposób mocowania , warunki chłodzenia , prędkośc ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego , wymiary charakterystyczne warstwy skrawanej.
Parametry:
geometryczne - określają charakterystyczne wielkości geometryczne dotyczące przedmiotu obrabianego narzędzia i warstwy skrawanej są to: średnica skrawania, średnica narzędzia, szerokość skrawania, głębokość skrawania nominalne pole przekroju poprzecz. warstwy skrawanej (F=ap*f) Resztowe pole przekroju poprz. warstwy skrawanej (Fr) rzeczywiste pole pow. przekroju poprz. warstwy skrawanej (Fe=F-Fr) grubośc warstwy skrawanej g średnia wartosć warstwy skrawanej, szerokość warstwy skrawanej.
kinematyczne - są to: prędk. ruchu głównego, prędk. ruchu posuwowego, ruch główny charakteryzuje prędkośc obrotowa n, ruch posuwowy charakteryzuje (zależnie od sposobu obróbki) parametr: posów na obrót(mm/obr), posów czasowy (mm/min), posuw na podwójny, posuw na ostrze(mm/ostrze).
dynamiczne - siły: wypadkowa siła skrawania, rozkładana na 3 składowe główną albo styczną, oporową,- promieniową i posuwową.
Cechy techniczno-użytkowe
sztywność, dokładność kinematyczna i geometryczna, dobre własności dynamiczne
przeznaczenie produkcyjne- (zakres stosowania obrabiarek w przemyśle):
obrabiarki: ogólnego przeznaczenia, specjalne o zawężonych zakresie możliwych robót .
Możliwości obróbkowe: określają operacje możliwych do wykonania, mamy tu obrabiarki: uniwersalne – różnorodność operacji, produkcyjne – większa wydajność od obr. uniw. mniejszy zakres robót, stosowane w produkcji seryjnej, uproszczone – jeszcze bardziej zawężony zakres operacji.
wydajność obróbki: objętościowa, powierzchniowa, jednostkowa.
5. Omówić wskaźniki charakteryzujące wydajność procesu skrawania . Podać wzór na wydajność powierzchniową lub objętościową skrawania.
Wydajnością skrawania nazywamy umowną wielkośc charakteryzującą objętość lub ciężar warstwy skrawanej , pole powierzchni obrabianej lub jej długość skrawania w jednostce czasu.
Wydajność skrawania objętościowa Qv określa obj warstwy skrawanej w jednostce czasu dla przypadku toczenia Qv=1000f*v=1000gpv (mm3/min)
Wydajność skrawania powierzchniowa Qp określa pole powierzchni obrabianej w jednostce czasu
Qp=1000pv (mm2/min)
Wydajność skrawania liniowa Ql , długośc powierzchni obrobionej w jednostce czasu odpowiada ona prędkości posuwu czasowego Ql=p*n ( mm/min)
Każdą wydajność skrawania odmierzoną do mocy skrawania Na nazywamy właściwą wydajnością skrawania .
Wydajność procesu skrawania zależy od dobranych parametrów skrawania. Przy doborze parametrów uwzględniamy: - wymagania technologiczne- dokładność kształtowo wymiarowa i powierzchniowa
- ograniczenia możliwości obróbkowych
- ekonomia wytwarzania( mniejsze zurzycie materiałow , wysoka wydajność procesu , koszt jednostkowy)
6. Przekrój warstwy skrawanej przy toczeniu (rysunek) podaj związki po między parametrami technologicznymi i geometrycznymi warstwy skrawanej.
Warstwa skrawana -- charakteryzuje się ją w przekroju prostopadłym do wektora szybkości skrawania i przechodzącym przez wierzchołek ostrza.
b- szer warstwy skrawanej
a- grubość warstwy skrawanej , mierzona prostopadle do szekokości bc
g- głębokośc skrawania , mierzona prostopadle do wektora głównego i posuwowego
p-posuw na obrót
r-promień zaokrąglenia
F nominalna powierzchnia warstwy skrawanej
c-kąt przystawania
Frz- rzezczywista powierzchnia warstwy skrawanej
Fr- resztowa powierzchnia warstwy skrawanej
Fr=F-Frz
7. Narysować i omówić elementy geometryczna warstwy skrawanej przy wierceniu i powiercaniu
-wiercenie
-powiercanie
g-głębokość skrawania g=d/2
d-średnica wywierconego otworu
p-posów –odległość o jaką przesunie sie każdy punkt krawędzi skrawającej w kierunku wiercenia podczas jednego obrotu .W skrawaniu biorą udział jednocześnie dwie krawędzie skrawające
p1=p2=p/2 mm
c- kąt przystawienia
a2-grubość warstwy skrawanej przez każdą z krawędzi skrawającą a2=p*sinc
b-szerokość warstwy skrawanej b=g/sinc =d/ 2*sinc
Całkowite pole przekroju warstwy skrawanej przy wierceniu F=(p*d)/2=2*a*b
Całkowite pole przekroju warstwy skrawanej przy powiercaniu g=(d-do)/2 F=[p*(d – do)]/2
8. Materiały narzędziowe i ich krótka charakterystyka (rodzaje , gatunki, własności, zastosowanie.)
Cechy : wysoka twardość, duża odporność na sieranie, odporność na działanie wysokich temperatur przez dłuższy czas, odporność na zmienne obciążenia, dobra zdolność do tłumienia drgań.
Stale narzędziowe węglowe C(0,7 – 1,3 %) temp. Pracy 170-180 stopni Celsjusza, zastosowanie : pilniki, młotki, punktaki, rysiki. Stale te przeważnie posiadają strukturę cementytu kulkowego. Wady materiału to tracenie twardości w temp powyżej 200, niska hartowność, stosuje się te stale głownie do obróbki ręcznej – przy małych prędkościach skrawania.
Stale narzędziowe stopowe – chrom – zwiększa odporność na ścieranie, zwiększa hartowność, - mangan – wzrost hartowności stali, wyższa wytrzymałość na ściskanie oraz zmęczeniowa. – Wolfram – tworzy twarde węgliki, - Wand – zapobiega rozrostowi ziarna zwiększa hartowność.
Stale narzędziowe szybkotnące – duża odporność na ścieranie i chłodzenie do wysokich temp. 570-630. składniki stopowe to wolfram, molibden, chrom, Wand, kobalt. Kobalt wpływa na działanie na wysokie temp. Bardzo dobra hartowność trudniej obrabiane na gorąco (np. SW18, SW9, SK5) Zastosowanie: wiertła, przeciągacze, pogłębiacze, frezy walcowe.
Węgliki spiekane – duża twardość ostrza. Składniki materiałowe: węglik wolframu, węglik tytanu, węglik tantalu, kobalt. Rodzaje spieków :- wolframowe, tytanowe (mogą pracować w wysokich temp. 750 – 950. duża twardość mała udarność.
Spiekane tlenki glinu AL2O3 z dodatkami CaO, MgO, MnO, Cr2O zalety : duża twardość, odporność na działanie temp., wytrzymałość na ściskani, nie tworzy nalotów, brak materiałów szkodliwych. Wady : mała wytrzymałość na zginanie, rozciąganie, udarność. Służą do obróbki materiałów trudnoskrawalnych.
Cermentale – składają się z rożnych typów składników – ceramiczne – metaliczne-spoiwo. Wady : niskie własności wytrzymałościowe. Stosowane w lekkich warunkach pracy.
Diamenty i azotki boru – super twarde materiały narzędziowe:
9. Narysować i zdefiniować układ płaszczyzn stosowany do określenia narzędzia w układzie odniesienia wg ISO
Układ odniesienia narzędzia na przykładzie noża tokarskiego
Pr – płaszczyzna podstawowa płaszczyzna przechodząca przez rozpatrywany punkt równoległy do podstawy narzędzia i prostopadła do kierunku ruchu głównego
Ps – płaszczyzna krawędzi skrawającej, płaszczyzna styczna do płaszczyzny przechodzącej przez rozpatrywany punkt styczna do GKS i prostopadła do Pr
Po – płaszczyzna przekroju głównego, płaszczyzna przechodząca przez rozpatrywany punkt, prostopadła do Pr i prostopadła do Ps
Pf – płaszczyzna boczna, płaszczyzna przechodząca przez rozpatrywany punkt, prostopadła do Pr, równoległa do kierunku posuwu f
Pp – płaszczyzna tylna, płaszczyzna przechodząca przez rozpatrywany punkt, prostopadła do Pf i prostopadła do Pr
Pg – płaszczyzna największego spadku powierzchni natarcia
Pn – płaszczyzna normalna prostopadła do GKS i prostopadła do Pr
10. Narysować I omówić geometrie ostrza na przykładzie dowolnego noża tokarskiego , przedstawiając go w układzie odniesienia wg ISO
e - kąt naroża
Pr - płaszczyzna podstawowa
Pf - płaszczyzna boczna
Pn - płaszczyzna normalna
Pp - płaszczyzna tylna
Pb - płaszczyzna największego spadku
Po - płaszczyzna głównego przekroju
lS - kąt pochylenia krawędzi skrawającej
a - kąt przyłożenia
b - kąt ostrza
g - kąt natarcia
kr - kąt przystawienia
11. Narysować nóż zdzierak prosty prawy o geometrii Hr`= 3°, λ = -10° w układzie odniesienia wg ISO
12. Narysować nóż przecinak o geometrii Hr = 90°, Hr`= 3°, λ = 5°, γn = 20° przedstawiając go w układzie wg ISO
13. Rola i znaczenie geometrii ostrza (kątów) w procesie skrawania.
Przyjmowane wartości kątów zależą od rodzaju materiału narzędzia, właściwości materiału obrabianego oraz pozostałych warunków obróbki.
Kat przyłożenia αo – mały wpływ na opór skrawania. Im ten kąt jest mniejszy tym większa siła tarcia; udział tarcia od strony powierzchni przyłożenia w wypadkowej sile skrawania jest niewielki.
Kąt natarcia γo - duży wpływ na sile skrawania, na wytrzymałość ostrza, przebieg przekształcenia warstwy w wiór naprężenia i odkształcenia występujące w strefie skrawania, opory skrawania, drgania dokładność odróbki, przebieg zużycia ostrza, jego trwałość. Wartość kata natarcia zawiera się w dużych granicach i zależy od materiału ostrza i przedmiotu obrabianego.
Kąt pochylenia głównej krawędzi ostrza λ – wpływa na kierunek spływu wióra, sposób wcinania ostrza w material obrabiany, wytzymalosc ostrza, sily skrawania, dokladnosc obrobki. Wartosc tego kąta zalezy od sztywnosci przedmiotu obrabianego, rownomienosc skrawanego naddatku. Podczas skrawania przedmiotów sztywnych – λ = 0¸-5°, podczas skrawani przedmiotów malo sztywnych λ = 15 ¸ 20°, podczas skrawania przy nierownomiernym naddatku λ = -10 ¸ 30°, zmiana kąta λ sprzyja zmianie kierunku splywu wiora.
Kąt przystawienia Hr – wplywa na wytrzymaolosc wierzcholka ostrza, dokladnosc obróbki siły skrawania, drgania, chropowatosc powierzchni, temperature skrawania, intensywnosc zuzycia i trwalosc ostrza. Zaleznie od warunkow obrobki przyjmuje się
H = 30° - przy duzych kontach natrcia i duzej sztywnosci przedmiotu obrabianego.
H = 45° - dostateczna sztywnosc przedmiotu, sztywnosc obrabiarki, sztywnosc zamocowania
H = 60-75° - obróbka namało sztywnej obrabiarce przy przy niesztywnym zamocowaniu i przedmiocie
H = 90° - toczenie na automatach wielonozowych, toczenie przedmiotów długich o małej srednicy,toczenie powierzchni czolowych
Kąt przystawienia pomocniczy Hr` - wpływa na chropowatosc powierzchni i wytrzymałosc ostrza. Wartosc tego kata zalezy od wielu czynników:
1-2° - najczesciej w nozach
5-10° - przy obróbce przedmiotów dostatecznie sztywnych
45° - najczesciej w nozach wygietych.
14. Zdefiniowac kat λs w układzie nazedzia. Wskazac strzalka na szkicu nazedzia przyblizony kierunek splywu wiora po powierzchni natarcia noza zdzieraka prostego prawego o geomertrii:
Kąt λs definiowany jest w plaszczyznie skrawania Ps jest to kąt między krawedzia skrawającą, a płaszczyzną podstawową Pr.
Kąt λs jest dodatni gdy wierzcholek ostrza, jest najwyzszym punktem krawędzi.
Kąt λs jest zerowy, gdy wszystkie punkty krawedzi leza w tej samej odleglosci od plaszczyzny podstawowej.
Kąt λs jest ujemny, gdy wierzcholek ostrza jest najnizszym punktem krawedzi skrawajacej
15. Geometria ostrza wiertła krętego ( kąty i położenie płaszczyzn ) w układzie narzędzia wg ISO
16. Geometria ostrza rozwiertaka wykańczającego ( kąty i płaszczyzny ) w układzie narzędzia wg ISO
Geometria rozwiertaka wykanczaka trzpieniowego
17. Geometria ostrzy freza walcowego, ( kąty i położenie płaszczyzn ) w układzie narzędzia wg ISO
20. Narysuj przekrój warstwy skrawanej przy toczeniu, wierceniu i frezowaniu walcowym i zaznacz na tych rys. grubość wióra.
a-grubość warstwy s...
dawiddd93