Wykonywanie cz ci maszyn w procesach obróbki skrawaniem · Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut...

___________________________________________________________________________ „Projekt wspó finansowany ze rodków Europejskiego Funduszu Spo ecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

i NAUKI

Janusz Górny

Wykonywanie cz ci maszyn w procesach obróbki

skrawaniem

311[20].Z1.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Pa stwowy Instytut Badawczy,

Radom 2005

___________________________________________________________________________ „Projekt wspó finansowany ze rodków Europejskiego Funduszu Spo ecznego” 6

4. MATERIA NAUCZANIA

4.1. Podstawy obróbki skrawaniem: geometria ostrza

skrawaj cego, zjawiska towarzysz ce procesowi skrawania,

parametry skrawania, si y i moc skrawania

4.1.1. Materia nauczania

Rodzaje obróbki skrawaniem

W zale no ci od stopnia zmechanizowania rozró niamy;

• obróbk r czn narz dziami, których ruch g ówny oraz posuwowy s

dokonywane przy pomocy mi ni ludzkich,

• obróbk r czn narz dziami z nap dem mechanicznym, tj. obróbk , w której ruch

g ówny ma nap d mechaniczny, a posuw jest dokonywany przy pomocy mi ni

ludzkich,

• obróbk maszynow , w której ruch g ówny i posuwowy maj nap d mechaniczny.

Zale nie od sposobu kszta towania powierzchni obrabianej rozró niamy: obróbk

zwyk , kszta tow i obwiedniow .

W obróbce zwyk ej ani wymiar, ani kszta t powierzchni obrobionej na ogól nie

zale od kszta tu i wymiaru narz dzia. Szczególnym przypadkiem obróbki zwyk ej,

w której ta ogólna zasada nie znajduje zastosowania, jest obróbka narz dziami

wiertarskimi (wymiar otworu zale y od wymiaru narz dzia).

W obróbce kszta towej narz dziami kszta towymi kszta t powierzchni obrobionej

uzyskujemy w wyniku odwzorowania zarysu cz ci roboczej narz dzia. Wymiary

powierzchni obrobionej zale w tym przypadku od dok adno ci wykonania zarysu

narz dzia, a tak e od jego ustawienia.

Podczas obróbki obwiedniowej kszta t powierzchni obrobionej zale y od kszta tu

zarysu kraw dzi skrawaj cej narz dzia oraz jest wynikiem wzajemnych ruchów (tzw.

odtaczania) narz dzia i cz ci obrabianej. Wymiary powierzchni obrobionej zale w tym

przypadku równie od wzajemnego ustawienia j narz dzia i cz ci obrabianej oraz ich

ruchów.

Geometria ostrzy narz dzi skrawaj cych

Geometria narz dzi do obróbki skrawaniem oraz do rozdzielania materia u, jak równie

do obróbki ciernej wykorzystuje zasad dzia ania klina. Kraw d utworzona z przeci cia si

powierzchni bocznych klina nazywa si kraw dzi tn c lub skrawaj c . Kraw d ta, wraz

z przylegaj cymi fragmentami powierzchni, ograniczaj cych klin o ukszta towanej celowo

geometrii, stanowi ostrze narz dzia (rys.1).


Rys. 1. Kszta t ostrzy narz dzi do oddzielania materia u: a) symetryczny klin,

b) klin z dodatnim k tem natarcia, c) klin z zerowym k tem natarcia

ród o: Dudik K., Górski E.: Poradnik tokarza. WNT, Warszawa 2000

Geometri ostrza nazywa si k ty i d ugo ci okre laj ce kszta t i wymiary cz ci roboczej

narz dzia. Si a F dzia aj ca wzd u osi klina rozk ada si na sk adowe FN, prostopad e do

powierzchni bocznych, których warto zale y od warto ci si y czynnej F i k ta rozwarcia

klina .

2sin2

FFN

Zmniejszanie k ta przy sta ej warto ci si y czynnej F wp ywa na wzrost warto ci si

nacisku jego bocznych cianek na rozdzielany materia , co z kolei powoduje wzrost si tarcia

materia u o powierzchnie boczne klina. Si y tarcia s si ami oporu, które zale w tym

przypadku od kszta tu powierzchni ostrza klina i wspó czynnika tarcia mi dzy klinem

i materia em. Zmniejszaj c k t klina przy tej samej warto ci si y F, mo na pokona

wi ksze opory przeciwko si om skrawania. Praktycznie k t nie mo e by zbyt ma y

z uwagi na to, e narz dzie musi mie odpowiedni wytrzyma o mechaniczn . K t

rozwarcia klina nazywa si k tem ostrza.

W odró nieniu od narz dzi do przecinania narz dzia skrawaj ce maj równie ostrza

w postaci klina (lub zbioru klinów elementarnych) usytuowanego tak (wzgl dem kierunku

ruchu), e podczas skrawania jedna z powierzchni ograniczaj cych zarys klina nie styka si

z powierzchni materia u obrobionego.

Powierzchnia zewn trzna przedmiotu, z której jest zdejmowany naddatek jest

powierzchni obrabian . Powierzchnia przedmiotu powsta a po oddzieleniu naddatku

materia u przez ostrze narz dzia nazywa si powierzchni obrobion .

Powierzchnia narz dzia ograniczaj ca ostrze od strony powierzchni obrobionej nazywa

si powierzchni przy o enia. Powierzchnia przy o enia tworzy zawsze z powierzchni

obrobion k t przy o enia , który powinien mie zawsze warto wi ksz od zera (min.

2 3°; rys. 1 b, c).

Celem takiego kszta towania geometrii ostrza jest zabezpieczenie przed zniszczeniem

struktury geometrycznej powierzchni i utrat dok adno ci wymiarowo-kszta towej, uzyskanej

w procesie skrawania.


W a ciwy k t przy o enia zabezpiecza równie ostrze przed wyst powaniem

dodatkowych drga ostrza i ogranicza wzrost oporów skrawania, które mog si pojawi w

przypadku wyst pienia zerowego lub ujemnego k ta przy o enia, wskutek nadmiernego

starcia narz dzia lub nieprawid owo ukszta towanej powierzchni przy o enia.

Powierzchnia klina ograniczaj ca ostrze od strony styku z materia em oddzielanego

naddatku (po której sp ywa wiór) nazywa si powierzchni natarcia. K t zawarty mi dzy

p aszczyzn prosopad do kierunku ruchu vc narz dzia, a powierzchni natarcia nazywa si

k tem natarcia (rys. 1 b, c).

K ty: przy o enia , ostrza (rozwarcia klina) i natarcia tworz w przekroju

dowoln p aszczyzn odniesienia relacj :

oraz90 ,

gdzie: - k t skrawania.

K t natarcia w zale no ci od wymaga jako ci struktury geometrycznej powierzchni,

warunków skrawania i w asno ci warstwy wierzchniej mo e przyjmowa warto : dodatni ,

zerow i ujemn . Warto k ta natarcia wp ywa w znacznym stopniu na warto si y

skrawania, warto i rozk ad odkszta ce plastycznych oraz temperatur w strefie skrawania,

posta wiórów, itp. Strefa skrawania obejmuje obszar odkszta conej plastycznie i spr y cie

warstwy skrawania o grubo ci ap w wyniku oddzia ywania ostrza narz dzia.

Kszta t ostrzy narz dzi skrawaj cych, rozpatrywany jest jako kszta t bry geometrycznych,

które s wyznaczane z uwzgl dnieniem kierunku ruchu g ównego i posuwowego

w odpowiednim zespole p aszczyzn tworz cych uk ad narz dzia.

Ka de narz dzie sk ada si z cz ci chwytowej i cz ci roboczej (skrawaj cej). Cz

chwytowa s u y do zamocowania narz dzia w obrabiarce w przypadku obróbki mechanicznej,

w obróbce r cznej s u y na ogó do trzymania w r ce. Typowe cz ci chwytowe s

najcz ciej wykonywane z materia u innego ni cz robocza, np. ze stali 55 niestopowej

ulepszanej cieplnie. Cz ci robocze s wykonywane z materia ów narz dziowych.

W zale no ci od rodzaju obróbki i przeznaczenia narz dzia mog by jednoostrzowe (no e

tokarskie) lub wieloostrzowe (frezy, przeci gacze, rozwiertaki, pi ki, tarcze cierne).

Cz skrawaj ca narz dzia mo e by utworzona z klina o sta ej geometrii lub mo e by

zbiorem klinów elementarnych o zmiennej geometrii, tworz cych ca o . Kraw d

skrawaj ca mo e by ostra lub zaokr glona ma ym promieniem o odpowiedniej warto ci (np.

p ytki wymienne z w glików spiekanych). Kraw dzie skrawaj ce mog by prostoliniowe lub

mog mie z o one kszta ty (rys. 2). Powierzchnia cz ci roboczej zawieraj ca pomocnicz

kraw d skrawaj c nazywa si pomocnicz powierzchni przy o enia. Je eli mi dzy

powierzchni przy o enia a powierzchni pomocnicz przy o enia znajduje si jeszcze jedna

(lub wi cej) powierzchnia, to powierzchni t nazywa si przej ciow powierzchni

przy o enia.

Ukszta towanie powierzchni natarcia i przy o enia mo e przybiera ró ne formy

geometryczne (rys. 3). Wierzcho ek no a (naro e) jest utworzony przez przeci cie si

powierzchni natarcia z wyst puj cymi w danej cz ci skrawaj cej ostrza powierzchniami

przy o enia okre lonego rodzaju. Zarys geometryczny wierzcho ka ma wp yw na parametry

struktury geometrycznej powierzchni (rys. 1 b).


Rys. 2. Elementy geometrii ostrza: a) powierzchnie, b) elementy zwi zane z kraw dzi skrawaj c


Rys. 3. Ukszta towanie powierzchni: natarcia - a) p aska, b) p aska ze cinem, c) wkl s a,

d) wkl s a ze cinem, e) schodkowa; przy o enia - a), d) i e) bez cinowa, b) cinowa, c) dwu cianowa



Geometria ostrza i jej wp yw na obróbk

K t natarcia ( )

K t natarcia ma du y wp yw na opór skrawania, formowanie wióra, temperatur

skrawania oraz trwa o narz dzia. Zwi kszenie k ta natarcia w kierunku dodatnim (+)

poprawia ostro kraw dzi skrawaj cej, lecz powoduje obni enie jej wytrzyma o ci. Z kolei

zwi kszenie k ta natarcia w kierunku ujemnym (-) powoduje zwi kszenie oporu skrawania.

K t natarcia nale y zwi kszy w kierunku ujemnym dla materia ów twardych oraz

w przypadku, gdy wymagana jest podwy szona wytrzyma o kraw dzi skrawaj cej, np. przy

obróbce przerywanej i skórowaniu surowych powierzchni.

Zwi kszenie k ta natarcia w kierunku dodatnim stosuje si dla materia ów mi kkich

i atwo obrabialnych oraz, gdy przedmiot obrabiany lub obrabiarka maj ma sztywno .

Rys. 4. K t natarcia


K t przy o enia ( )

K t przy o enia zapobiega tarciu powierzchni przy o enia o powierzchni przedmiotu

obrabianego. Zwi kszenie k ta przy o enia powoduje zmniejszenie zu ycia ciernego na

powierzchni przy o enia, przy równoczesnym obni eniu trwa o ci kraw dzi skrawaj cej. K t

przy o enia nale y zmniejszy dla materia ów twardych oraz, gdy kraw d skrawaj ca musi

mie wysok wytrzyma o .

Zwi kszenie k ta przy o enia zaleca si dla materia ów mi kkich oraz w przypadku, gdy

materia obrabiany utwardza si przez zgniot.

Rys. 5. Zale no zu ycia powierzchni przy o enia od k ta przy o enia



K t przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej

K t przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej i k t naro a powoduj obni enie

obci e udarowych i maj wp yw na si odporu i grubo wióra.

Przy tym samym posuwie zmniejszenie k ta przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej

powoduje zwi kszenie d ugo ci styku kraw dzi skrawaj cej narz dzia i zmniejszenie grubo ci

wióra. W rezultacie si a skrawania jest roz o ona na kraw dzi skrawaj cej o wi kszej

d ugo ci, co zwi ksza trwa o narz dzia. Ponadto im mniejszy jest k t przystawienia g ównej

kraw dzi skrawaj cej, tym mniejsze jest zwijanie wióra.

K t przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej nale y zwi kszy w przypadku obróbki

wyka czaj cej z ma g boko ci skrawania, gdy przedmiot obrabiany jest cienki i d ugi

oraz, gdy obrabiarka ma ma sztywno . Zmniejszenie k ta przystawienia g ównej kraw dzi

skrawaj cej zaleca si podczas obróbki twardych materia ów, kiedy wytwarza si wysoka

temperatura, oraz podczas obróbki zgrubnej przedmiotu o du ej rednicy.

Rys. 6. Wp yw k ta przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej na przekrój warstwy skrawanej


K t przystawienia pomocniczej kraw dzi skrawaj cej

K t przystawienia pomocniczej kraw dzi skrawaj cej zapobiega zu yciu narz dzia

i wynosi zwykle 5°-15°. Zmniejszenie tego k ta powoduje zwi kszenie wytrzyma o ci

kraw dzi skrawaj cej, ale jednocze nie zwi kszenie jej temperatury. Im mniejszy k t

przystawienia pomocniczej kraw dzi skrawaj cej, tym wi ksza si a reakcji, co mo e

powodowa karbowanie powierzchni i drgania podczas obróbki. Zaleca si stosowanie

ma ego k ta podczas obróbki zgrubnej, a wi kszego k ta podczas obróbki wyka czaj cej.

Rys. 7. K t przystawienia pomocniczej kraw dzi skrawaj cej



Pochylenie kraw dzi skrawaj cej

Pochylenie kraw dzi skrawaj cej oznacza pochylenie powierzchni natarcia. Podczas

obróbki ci kiej na pocz tku kraw d skrawaj ca podlega bardzo du ym obci eniom.

Pochylenie kraw dzi skrawaj cej zapobiega tym obci eniom i p kni ciu narz dzia. Zalecany

k t pochylenia podczas toczenia wzd u nego wynosi 3°-5°, a podczas toczenia poprzecznego

10°-15°.

Rys. 8. Pochylenie kraw dzi skrawaj cej


Ujemny k t pochylenia kraw dzi skrawaj cej powoduje sp yw wióra w kierunku

przedmiotu obrabianego, a dodatni w kierunku przeciwnym.

Ponadto ujemny k t pochylenia powoduje zwi kszenie wytrzyma o ci kraw dzi

skrawaj cej, ale jednocze nie zwi kszenie oporów skrawania. Stwarza to dogodne warunki do

wyst pienia karbowania.

Promie zaokr glenia naro a

Promie zaokr glenia naro a wp ywa na trwa o kraw dzi skrawaj cej i jako

powierzchni po obróbce (rys. 9). Ogólnie zalecany promie zaokr glenia naro a wynosi

2 - 3-krotno posuwu.

Rys. 9. Wp yw promienia naro a na uzyskiwan chropowato powierzchni


Na rysunku powy ej wida , e im wi kszy promie zaokr glenia naro a, tym ni sza

chropowato powierzchni po obróbce.


Uzyskiwana chropowato kszta tuje si wed ug wzoru:

tr

fR

8

2

,

gdzie: Rt – wysoko chropowato ci,

f – posuw,

r – promie naro a.

Zwi kszenie promienia zaokr glenia naro a powoduje zwi kszenie trwa o ci kraw dzi

skrawaj cej, lecz powoduje tak e wzrost oporów skrawania i karbowanie powierzchni po

obróbce.

Parametry obróbki

1. Na postawie danych uzyskanych z procesu technologicznego i rysunku przedmiotu

obrobionego, nale y zminimalizowa ilo przej zgrubnych przyjmuj c mo liwie du

g boko skrawania. 2. Nast pnie w zale no ci od wymaganej dok adno ci obróbki i chropowato ci

powierzchni uwzgl dniaj c mo liwo ci obrabiarki dobra jak najwi kszy posuw.

3. Przy za o onym okresie trwa o ci ostrza dobieramy z nomogramów, tablic parametrów

skrawania lub wyliczamy na podstawie wzorów szybko skrawania.

Dobieraj c warunki skrawania dla obrabiarek CNC, nale y uwzgl dnia :

wysoki koszt maszynogodziny, który powoduje, e ekonomiczny okres trwa o ci ostrza

znacznie jest zmniejszany przez dobór wy szych parametrów skrawania,

obróbk wielonarz dziow , która w warunkach produkcji ma oseryjnej zmusza do

takiego doboru parametrów skrawania – okresu trwa o ci narz dzia, aby wymienia

narz dzie dopiero po zrealizowaniu zadania produkcyjnego.

Geometryczne parametry skrawania

Grubo hdz warstwy skrawanej jednym ostrzem wynosi:

][sin mmxfh rzdz ,

gdzie:

r - po owa k ta wierzcho kowego narz dzia wieloostrzowego,

f - posuw na jedno ostrze.

Szeroko bD warstwy skrawanej wynosi:

w przypadku wiercenia w pe nym materiale

][sin2

mmxd

b rD ,

w przypadku wiercenia wtórnego, pog biania oraz rozwiercania

][sin2

)( 1 mmxdd

b rD .


Pole powierzchni przekroju warstwy skrawanej jednym ostrzem wynosi:


][2

mmzf

dbhA DDzDz ,


][2

)( 1 mmzf

ddbhA DDzDz .

Ca kowita powierzchnia przekroju warstwy skrawanej wynosi:


][2

mmf

dAD ,


][2

)( 1 mmf

ddAD .

Technologiczne parametry skrawania Do technologicznych parametrów skrawania zalicza si : pr dko skrawania, posuw

i g boko skrawania.

Pr dko skrawania c przy obróbce narz dziem wieloostrzowym jest to pr dko

obwodowa punktu kraw dzi skrawaj cej po o onego na maksymalnej odleg o ci od osi

obrotu. Pr dko skrawania jest zale na od rednicy narz dzia d oraz jego pr dko ci

obrotowej n. Dobiera si w zale no ci od rodzaju obróbki, materia u narz dzia i materia u

obrabianego.

mmnd

vc1000

)(.

Posuwem f nazywamy zazwyczaj przesuni cie narz dzia wzd u osi przypadaj ce na

jeden obrót i mierzone w mm/obr. Natomiast posuw przypadaj cy na jedno ostrze okre la

zale no

ostrze

mm

Z

ff z .

Z- ilo ostrzy

Podczas obróbki materia jest skrawany jednocze nie przez wszystkie kraw dzie

skrawaj ce narz dzia. G boko skrawania podczas wiercenia w pe nym materiale wynosi

2

da p ,

gdzie: d - rednica otworu


Przy wierceniu wtórnym otworów, pog bianiu czo owym, pog bianiu sto kowym

i rozwiercaniu:

mmdd

a p2

)( 1 ,

gdzie: d - ko cowa rednica otworu,

d1 - pocz tkowa rednica otworu.

Si y i moc skrawania Przy toczeniu wzd u nym ca kowit si F, wywieran przez materia skrawany na ostrze

no a tokarskiego (rys. 10), rozk ada si na trzy si y sk adowe przez jej rzutowanie na trzy

wzajemnie prostopad e kierunki. Si ami tymi s : Fc – g ówna si a skrawania, Ff - si a

posuwowa, Fp - si a odporowa.

Rys. 10. Rozk ad si przy toczeniu wzd u nym

ród o: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993

Ca kowit si F mo na wyrazi wzorem:

222

pfc FFFF .

Najcz ciej w przypadku toczenia wzd u nego wyst puj nast puj ce zale no ci:

cp FF )6,03,0( ,

cf FF )4,015,0( .

Si y oddzia ywania no a tokarskiego na przedmiot obrabiany s skierowane przeciwnie

i maj wp yw na dok adno obróbki. Najwi kszy wp yw ma si a odporowa Fp, co pokazano na

przyk adzie toczonego wa ka (rys. 11).

Rys. 11. Si y oddzia ywania no a na toczony wa ek



Przy ma ym k cie r przystawienia g ównej kraw dzi skrawaj cej (rys. 11a) si a FN

prostopad a do tej kraw dzi rozk ada si na du sil odporow Fp i ma si

posuwow Ff, przez co wyst puje du e odginanie toczonego wa ka i w przypadku jego ma ej

sztywno ci odchy ka kszta tu (beczkowato ) po obróbce jest znaczna.

Przy du ym k cie Kr (rys. 11b) si a Fp jest odpowiednio mniejsza i dlatego odchy ka

kszta tu wa ka po obróbce te jest mniejsza.

Obliczanie si skrawania -przyk ad

Rozró nia si przybli one i dok adne metody obliczania si skrawania przy toczeniu.

Przybli on warto si y skrawania Fc mo na obliczy ze wzoru:

NAkF Dcc ,

gdzie: kc - si a skrawania przypadaj ca na jednostk powierzchni warstwy skrawanej (opór

w a ciwy skrawania) w N/mm2,

AD - pole powierzchni nominalnego przekroju poprzecznego warstwy skrawanej

w mm2.

Pole AD oblicza si ze wzoru:

pD faA ,

gdzie: f- posuw no a na jeden obrót przedmiotu obrabianego w mm,

ap - strefa czynna kraw dzi skrawaj cej wg bna (g boko skrawania) w mm.

Warto kc mo na ustali na podstawie wykresu zamieszczonego na rys. 12. Z wykresu

tego wynika, e ze wzrostem pola AD warto kc maleje.

We wzorze nie uwzgl dniono kszta tu pola powierzchni przekroju AD, co jest istotn

wad tej zale no ci. Na przyk ad przy dwukrotnie wi kszym posuwie f i dwukrotnie

mniejszej strefie czynnej ap pole AD nie ulegnie zmianie i obliczona na podstawie tego wzoru si a

skrawania Fc b dzie taka sama.

W rzeczywisto ci si a ta b dzie mniejsza, poniewa zwi kszenie posuwu powoduje

wzrost grubo ci warstwy skrawanej, co w mniejszym stopniu wp ywa na zwi kszenie si y

skrawania ni zmniejszenie strefy czynnej.

Rys. 12. Warto ci si y skrawania Kc na jednostk powierzchni warstwy skrawanej



Z tego wzgl du przybli on , lecz dok adniejsz warto si y Fc mo na obliczy ze wzoru

NfakF pcc '

gdzie k' - jednostkowa si a skrawania zale na od posuwu f . Warto ci k'c podano w tabl. 1

Tabela 1. warto k'c przy toczeniu ród o: Brodowicz W., Grzegórski Z.: Technologia budowy

maszyn. WSiP, Warszawa 1993

Dok adne warto ci si y skrawania Fc oraz pozosta ych si sk adowych Fp i Ff przy

toczeniu oblicza si na podstawie szczegó owych wzorów dla ka dej si y sk adowej. Wzory te

zawieraj bardzo du liczb wspó czynników poprawkowych, uwzgl dniaj cych wszystkie

czynniki maj ce wp yw na obliczanie warto ci tych si .


Korzystanie z tych wzorów jest uci liwe g ównie z uwagi na konieczno odnajdywania

wspó czynników poprawkowych w licznych tablicach. Dlatego wzory te zosta y tu pomini te.

Tabela 2. Warto ci sta ej Cc oraz wyk adników pot gowych ec i ue do wzoru ród o: Brodowicz W.,

Grzegórski Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993

Wystarczaj co dok adne warto ci si y skrawania Fc otrzymuje si przy zastosowaniu

wzoru:

NKKKKfaCF cccrcKC

ucec

pcc ,

gdzie: Cc, ee, uc wielko sta a i wyk adniki pot gowe podane w tabl. 2; KKC, Krc, K f, Kcc

wspó czynniki poprawkowe podane w tabl. 3

Wzór ten dotyczy ostrza no a tokarskiego bez oznak zu ycia. Po obliczeniu si y

skrawania Fc mo na pozosta e si y sk adowe Fp i Fr wyznaczy na podstawie zale no ci.

Si y te na ogó nie wymagaj dok adnego obliczania, poniewa nie ma ich we wzorze na moc

skrawania.

Tabela 3. Warto ci wspó czynników poprawkowych do wzoru ród o: Brodowicz W., Grzegórski

Z.: Technologia budowy maszyn. WSiP, Warszawa 1993

A. Wspó czynnik poprawkowy Kn, uwzgl dniaj cy wp yw k ta przystawienia

B. Wspó czynnik poprawkowy Krc, uwzgl dniaj cy wp yw promienia zaokr glenia naro a

wierzcho ka) ostrza


C. Wspó czynnik poprawkowy KjC, uwzgl dniaj cy wp yw k ta natarcia

D. Wspó czynnik poprawkowy Ka, uwzgl dniaj cy wp yw cieczy chodz co-smaruj cej

Obliczanie momentu obrotowego i mocy przy toczeniu

Moment obrotowy na wrzecionie tokarki oblicza si ze wzoru

][10002

mNdF

M c ,

gdzie d - rednica przedmiotu obrabianego w miejscu toczenia (skrawania) w mm.

Moc skrawania przy toczeniu wyznacza si z zale no ci

][955460000

kWMnvF

P cc

c .

Moc pobieran przez silnik nap dowy wrzeciennika tokarki oblicza si ze wzoru

][ kWP

P c

s ,

gdzie - wspó czynnik sprawno ci uk adu nap dowego tokarki, przyjmowany ok. 0,75.


Zjawiska towarzysz ce procesowi skrawania Do wiadczalnie stwierdzono, e przebieg tworzenia si wióra jest jednakowy w ka dym

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 k t ru= 90) materia u wykazuj cego dobr plastyczno , obserwuj c

miejscow grubo warstwy skrawanej hD w p aszczy nie Pfe. Ostrze no a maj ce kszta t

klina pod dzia aniem si y skrawania F jest wciskane w materia obrabiany. Powierzchnia

natarcia A ostrza no a wywiera nacisk na materia obrabiany, powoduj c oddzielanie si

warstwy skrawanej w postaci elementów wióra.

W granicach elementu wióra wyst puj najpierw odkszta cenia wykazuj ce obecno

pewnych charakterystycznych linii nachylonych do kierunku ruchu ostrza pod k tem + . S

to tzw. linie zgniotu, silnie zakrzywione od strony powierzchni natarcia no a w kierunku

przeciwnym kierunkowi sp ywu wióra. Przekszta cenie warstwy skrawanej w wiór wywo uje

najintensywniejsze odkszta cenie na linii DB. Linia DB przedstawiona na rys.13 wyznacza

po o enie p aszczyzny, w której wyst puj najwi ksze napr enia styczne. P aszczyzna

wyznaczona po o eniem linii DB jest nazywana p aszczyzn cinania ( upania, odrywania,

po lizgu) i oznacza si j symbolem Psh.

Rys. 13. P aszczyzna cinania

ród o: Brodowicz W.: Skrawanie i narz dzia. WSiP, Warszawa 1998

K t wyznaczaj cy po o enie p aszczyzny cinania Psh jest nazywany k tem cinania

i mo e by obliczony z zale no ci:

nh

ntgsin

cos,

w której h – wspó czynnik sp czenia (zgrubienia)

D

ch

h

h

gdzie: hc – grubo wióra w p aszczy nie Pne prostopad ej do powierzchni A ,

hD – grubo warstwy skrawanej.


K t zawarty mi dzy liniami zgniotu a p aszczyzn cinania Psh jest nazywany k tem

zgniotu; przyjmuje on warto ci w granicach od 0 do 30o. Warto k ta zale y od rodzaju

materia u obrabianego - im materia jest bardziej ci gliwy, tym k t ten jest wi kszy. Przy

obróbce materia ów kruchych k t jest równy zeru.

Rodzaje wiórów Kszta t wióra zale y od rodzaju materia u obrabianego, a dla danego materia u – od

warunków skrawania i geometrii ostrza no a. Rozró nia si wióry wst gowe, schodkowe

i odpryskowe.

Wiór wst gowy jest to wiór ci g y prosty lub zwijaj cy si w spiral o bardzo du ej nieraz

d ugo ci. Elementy wióra wst gowego s po czone z sob do mocno. Wiór wst gowy

odznacza si bardzo g adk powierzchni od strony powierzchni obrobionej i chropowat od

strony zewn trznej, bez widocznych linii podzia u na elementy. Wiór wst gowy powstaje

przy skrawaniu z du ymi pr dko ciami mi kkich ci gliwych metali, przy ma ych i rednich

przekrojach warstwy skrawanej. Powstawaniu wióra wst gowego sprzyja normalizowanie

i wy arzanie materia u obrabianego, jak równie obecno w nim sk adników stopowych.

Wiór schodkowy ma wyra nie zaznaczone elementy, po czone z sob s abiej ni

w wiórze wst gowym. Powierzchnia wióra od strony obrobionej jest bardziej chropowata ni

w przypadku wióra wst gowego. Wiór schodkowy jest form przej ciow mi dzy wiórem

wst gowym a odpryskom; powstaje on przy skrawaniu z rednimi i ma ymi pr dko ciami

materia ów ci gliwych redniej twardo ci, przy du ych przekrojach skrawania i ma ych

k tach natarcia.

Rys. 14. Rodzaje wiórów



Wiór odpryskowy sk ada si z oddzielnych, niepo czonych z sob elementów, maj cych

powierzchni poszarpan od strony powierzchni obrobionej i powierzchnie podzia u

przypadkowe, nierówne. Wiór odpryskowy powstaje przy obróbce materia ów kruchych

(twarde eliwo, br z).

Na rodzaj wióra powstaj cego podczas skrawania wp ywaj , poza wymienionymi, jeszcze

inne czynniki. Im mniejszy jest k t skrawania , tym atwiej tworzy si wiór wst gowy

i odwrotnie — powi kszenie k ta skrawania powoduje powstawanie wióra schodkowego.

Im wi kszy jest przekrój poprzeczny warstwy skrawanej, tym atwiej wiór wst gowy

przekszta ca si w schodkowy. Kszta t przekroju poprzecznego warstwy skrawanej równie

ma wp yw na rodzaj powstaj cego wióra. Im wi kszy jest stosunek g boko ci skrawania

posuwu i im mniejszy k t przystawienia tym atwiej powstaj wióry wst gowe.

W celu otrzymania g adkiej powierzchni w toczeniu wyka czaj cym materia ów kruchych

d ymy do otrzymywania wióra schodkowego lub wst gowego. Poniewa ze wzgl dów

wytrzyma o ciowych nie mo na zbytnio zmniejszy k ta skrawania, osi ga si to przez

zmniejszenie przekroju warstwy skrawanej, zmian kszta tu tego przekroju lub zwi kszenie

pr dko ci skrawania.

Wspó czynnik sp czania (zgrubiania) wióra

W warstwie wierzchniej obrobionej cz ci i w wiórze pozostaj trwa e lady odkszta ce

plastycznych, przejawiaj ce si zmian w asno ci fizycznych mechanicznych i strukturalnych

materia u.

Zmiany wyst puj ce w wiórze w ró nych warunkach skrawania okre la charakter zjawisk

zachodz cych w warstwie wierzchniej obrabianej cz ci. Znajomo tych zmian ma istotne

znaczenie przy wyci ganiu wniosków, dotycz cych w a ciwo ci warstwy wierzchniej

obrobionej cz ci. Jedn z wa nych cech charakteryzuj cych odkszta cenia plastyczne

w warstwie wierzchniej obrabianej cz ci wspó czynnik sp czania.

Rys. 15. Powstawanie wióra


Przekrój wióra ró ni si od przekroju warstwy skrawanej na skutek zmian kszta tu, jakim

ulega wiór podczas tworzenia si i oddzielania. Warstwa skrawana zostaje podczas skrawania

sp czona (zgrubiona) i wskutek tego przekrój wióra jest wi kszy od jej przekroju. Poniewa

obj to wióra i warstwy skrawanej s równe, zatem wraz ze zwi kszeniem si przekroju

zmniejsza si d ugo wióra. Wspó czynnikiem sp czania h nazywamy stosunek przekroju

wióra do przekroju warstwy skrawanej. równy l d ugo ci warstwy skrawanej, do d ugo ci

wióra:


wd

w

hl

l,

gdzie: Aw- przekrój wióra,

Ad- przekrój warstwy skrawanej,

l - d ugo warstwy skrawanej,

lw - d ugo wióra.

Warto tych odkszta ce , a wi c i warto wspó czynnika sp czania (zgrubiania) wióra,

zale y od obrabianego materia u, narz dzia i warunków skrawania.

Wspó czynnik sp czania (zgrubiania) materia ów ci gliwych jest wi kszy. Materia y

twarde i kruche maj wspó czynniki sp czania (zgrubienia) mniejsze; dla materia ów bardzo

twardych i kruchych wspó czynnik ten mo e by równy jedno ci.

Im wi kszy jest k t natarcia no a, tym mniejszym odkszta ceniom ulega wiór podczas

tworzenia si i oddzielania, i tym mniejszy jest wspó czynnik sp czania. Ponadto maleje on ze

wzrostem grubo ci warstwy skrawanej (przy tym samym przekroju), tzn. wraz ze

zmniejszeniem si stosunku g boko ci skrawania do posuwu. Ze wzrostem pr dko ci

skrawania wspó czynnik sp czenia (zgrubiania) równie maleje. Na przyk ad dla stali

chromoniklowej o Rm = 1400 MPa przy zmianie pr dko ci skrawania z 20 na 150m/min

warto h spada z 3,5 do 1,5.

Zmiany wspó czynnika sp czania (zgrubiania) wióra w okre lonych warunkach s

zwi zane ze zmianami innych wielko ci charakteryzuj cych proces skrawania. Ze wzrostem

tego wspó czynnika zwi kszaj si : g boko zgniotu.

Rys. 16. Wykres wspó czynnika sp czania wióra od pr dko ci skrawania


Zjawisko amania i zwijania si wiórów

Rodzaj i posta wióra tworz cego si podczas skrawania wp ywaj tylko na chropowato

powierzchni. Wiór wst gowy mo e przybra posta spl tanych k bów oplataj cych cz

obrabian i imak no owy, co stanowi du e niebezpiecze stwo dla robotnika, a poza tym mo e

spowodowa uszkodzenie cz ci obrabianej, narz dzia i obrabiarki. Tu w wielu przypadkach

konieczne jest zastosowanie pewnych rodków wp ywaj cych na zmian postaci tworz cego

si wióra.


Przy wyrobie stali automatowych celowo wprowadza si do ich sk adu siark i fosfor,

a przy wyrobie mosi dzów automatowych i lekkich stopów - o ów, dzi ki czemu przy

obróbce tych materia ów powstaje wiór nie wst gowy, lecz odpryskowy. Poza tym przez

nadanie odpowiedniego kszta tu cz ci roboczej no a u atwia si zwijanie wióra wst gowego

oraz kierowanie w po danym kierunku lub rozdrabnianie ( amanie). Wkl s a powierzchnia

natarcia no a powoduje zwijanie si wióra i u atwia jego sp ywanie. Pochylenie kraw dzi

skrawaj cej no a powoduje powstawanie wióra rubowego.

amacze wiórów w postaci specjalnych nak adek umocowanych mechanicznie lub

w postaci schodkowych wg bie na ostrzu nad sp ywaj cemu wiórowi kszta t wst gi

rubowej lub ami go. Rozdrobnienie wióra ma szczególnie du e znaczenie w obróbce

z du ymi pr dko ciami skrawania, podczas której tworzy si du a masa wiórów, nagrzanych

do bardzo wysokiej temperatury. Usuwanie ich przez tokarza (kiedy schodz w postaci

d ugiej, rozgrzanej wst gi) jest niewygodne i niebezpieczne. Wióry pokruszone zajmuj poza

tym mniej miejsca, dzi ki czemu ich transport jest atwiejszy.

Zjawisko deformacji warstwy wierzchniej i tarcia podczas skrawania. Utwardzanie

wierzchniej warstwy cz ci obrabianej

Podczas skrawania, na skutek nacisków, w wierzchniej warstwie materia u obrabianego

nast puj zmiany kszta tu i po o enia kryszta ów, co mo e spowodowa powa ne zmiany

strukturalne. W obszarze skrawania powstaj odkszta cenia plastyczne, których rezultatem

jest zgniot.

Rys. 17. Zjawisko deformacji warstwy wierzchniej


Zgniot jest przyczyn powstawania napr e w asnych w warstwie wierzchniej obrabianej

cz ci. Warto napr e w asnych i ich znak oraz g boko przenikania zale od

warunków obróbki.

Napr enia w asne skupione w warstwie wierzchniej mog wywiera zarówno dodatni,

jak i ujemny wp yw na w asno ci u ytkowe cz ci. Badania wp ywu napr e w asnych na

wytrzyma o zm czeniow wykazuj , e gdy napr enia w asne oraz napr enia wywo ane

si ami zewn trznymi maj znaki przeciwne, to mo e nast pi zwi kszenie wytrzyma o ci

zm czeniowej, natomiast znaki napr e w asnych i napr e od si zewn trznych s

jednoimienne, wówczas sumuj c si obni aj wytrzyma o zm czeniow .


Tarcie sp ywaj cego wióra o powierzchni natarcia no a oraz tarcie no a o powierzchni

obrabian powoduj wzrost temperatury. Oddzia ywanie temperatury mo e równie

spowodowa zmiany struktury warstwy wierzchniej w porównaniu ze struktur rdzenia

obrabianej cz ci.

Spo ród zmian wyst puj cych w warstwie wierzchniej szczególnie wa ne jest

zjawisko umocnienia obrabianej cz ci, przejawiaj ce si du ym przyrostem twardo ci,

tj. utwardzeniem warstwy przypowierzchniowej.

Na rysunku przedstawiono wyniki pomiarów mikrotwardo ci w ró nych miejscach

cz ci obrabianej i wióra. Widzimy, e wiór uzyskuje najwi ksz twardo w punktach

przylegaj cych do powierzchni natarcia no a. Przyrost twardo ci wióra i warstwy zewn trznej

materia u obrabianego jest tym wi kszy, im bardziej ci gliwy jest materia . Materia y twarde

i kruche, w których odkszta cenia plastyczne s bardzo ma e, utwardzaj si bardzo

nieznacznie lub wcale si nie utwardzaj . Zwi kszenie pr dko ci skrawania zmniejsza

utwardzenie. Ciecz smaruj co-ch odz ca równie powoduje zmniejszenie utwardzenia.

Utwardzenie powierzchni obrobionej nie zawsze jest zjawiskiem po danym,

zw aszcza je eli odkszta cenia powoduj jednocze nie drobne p kni cia i chropowato .

Powierzchnia taka jest mniej odporna na zu ycie i korozj . Czasem utwardzenie powsta e

w jednej operacji utrudnia skrawanie podczas nast pnych operacji.

Narost

W obróbce materia ów ci gliwych cz sto mo na zaobserwowa na powierzchni natarcia

no a, tu przy kraw dzi skrawaj cej, niewielk warstw metalu obrabianego silnie

przylegaj c do no a i sprawiaj c wra enie jakby zgrzany z no em.

Warstwa ta, zwana narostem, tworzy si z materia u obrabianego. Jej wysoko dochodzi

do kilku milimetrów. Twardo narostu: przekracza twardo metalu, z którego powsta .

Narost powstaje natychmiast po rozpocz ciu skrawania: ustawicznie si powi ksza

i cz ciowo zanika. Okresy, w których zachodz zjawiska tworzenia si i zaniku narostu, s

bardzo krótkie (u amki sekundy).

Rys. 18. Etapy tworzenia si narostu


Narost powstaje najcz ciej podczas skrawania metali mi kkich ci gliwych, natomiast

prawie si nie tworzy podczas skrawania metali kruchych i twardych. Nie tworzy si on

równie przy bardzo ma ej pr dko ci skrawania, nie przekraczaj cej 1 m/min, w zakresie

pr dko ci skrawania 10÷35 m/min jej zwi kszenie powoduje zwi kszenie narostu. W zakresie

pr dko ci 40÷60 m/min narost zaczyna zanika , zmniejszaj c si wraz ze wzrostem

pr dko ci. Przy pr dko ci skrawania 80÷120 m/min narost zanika ca kowicie.

Zwi kszenie grubo ci warstwy skrawanej (przy nie zmienionych innych warunkach)

przesuwa maksimum krzywej narostu do obszaru mniejszych pr dko ci skrawania,

powoduj c zwi kszenie narostu.

Zwi kszenie k ta natarcia (przy nie zmienionych innych warunkach) przesuwa maksimum

narostu do obszaru wi kszych pr dko ci skrawania, powoduj c zmniejszenie narostu.


Narost wp ywa ujemnie na jako powierzchni obrobionej, gdy ci gle odrywaj ce si

jego cz ci oblepiaj powierzchni obrobion , tworz c na niej rodzaj uski lub pozostawiaj c

wgnioty. Ponadto zmieniaj ca si wysoko wystaj cego poza kraw d skrawaj c narostu

powoduje powstawanie nierówno ci na powierzchni obrobionej oraz odchy ek kszta tu.

Aby zapobiec tworzeniu si narostu, nale y skrawa albo z bardzo ma ymi pr dko ciami

skrawania (1-2 m/min), albo z bardzo du ymi (powy ej 80 m/mm). Najcz ciej jest

stosowany drugi sposób, mo liwy do zrealizowania dzi ki zastosowaniu narz dzi

nak adanych p ytkami z w glików spiekanych.

Przeciwdzia a powstawaniu narostu mo na równie przez zastosowanie cieczy

smaruj co-ch odz cej lub zmian parametrów geometrycznych cz ci roboczej narz dzia.

Zjawiska cieplne i metody pomiaru temperatury skrawania

(ciep o wytwarzane podczas skrawania i jego odprowadzanie)

Ciep o wytwarzane podczas skrawania metali ma wp yw na trwa o narz dzia, na

w asno ci warstwy wierzchniej obrabianej cz ci i na dok adno obróbki. ród em ciep a jest

praca skrawania, obejmuj ca szereg prac sk adowych:

prac odkszta ce plastycznych warstwy skrawanej (sp czanie),

prac oddzielania warstwy skrawanej od podstawowej masy materia u obrabianego,

prac odkszta cania wióra (zginania) podczas jego sp ywania,

prac tarcia wióra o powierzchni natarcia no a oraz prac tarcia no a o powierzchni

materia u obrabianego.

Ilo ciep a wydzielaj cego si w ci gu 1 minuty mo na obliczy wg wzoru

min]/[1000

kJF

Q c

w którym: F - si a skrawania w N.

Vc— pr dko skrawania w m/min.

Ciep o wydziela si w miejscach wykonywania pracy, w ilo ci równowa nej tej pracy.

Praca odkszta ce plastycznych warstwy skrawanej i praca oddzielania wióra stanowi

g ówn cz pracy skrawania i dlatego najwi ksza ilo ciep a wywi zuje si w warstwie

skrawanej w pobli u kraw dzi skrawaj cej narz dzia. Wydzielaj ce si ciep o powoduje

wzrost temperatury otoczenia. Temperatura rozpatrywanego miejsca jest zale na od ilo ci

ciep a wydzielanego i odprowadzanego w jednostce czasu i jest ró na w ró nych miejscach.

Najwy sz temperatur w strefie wióra i narz dzia zaobserwowano w pobli u kraw dzi

skrawaj cej.


Rys. 19. Ciep o wywi zuj ce si w warstwie skrawanej


Ciep o wywi zuj ce si w warstwie skrawanej odp ywa w kierunku materia u

obrabianego i w kierunku narz dzia. Strumie ciep a p yn cy w kierunku materia u

obrabianego jest stale przecinany przez nó , tak e stosunkowo niewielka jego ilo

przechodzi do materia u obrabianego. Najwi ksza ilo ciep a zu ywa si na ogrzewanie

wióra i razem z wiórem jest usuwana.

Cienka warstwa zewn trzna cz ci obrabianej nagrzewa si do do wysokiej temperatury

w pobli u kraw dzi skrawaj cej no a. Ilo wywi zuj cego si tu ciep a jest jednak niewielka

i jest ono szybko wch aniane przez mas materia u, tak, e cz obrabiana ogrzewa si

nieznacznie. Nó ogrzewa si do silnie w pobli u kraw dzi skrawaj cej. Cz ciep a jest

odprowadzana przez trzonek no a.

W typowych warunkach skrawania ok. 75% ca ej ilo ci wytwarzaj cego si ciep a

powoduje ogrzewanie si wiórów, ok. 20% ogrzewanie no a, ok. 4% ogrzewanie cz ci

obrabianej i ok. 1% rozprasza si przez promieniowanie.

Czynniki wp ywaj ce na temperatur skrawania

Temperatura cz ci roboczej no a zale y od parametrów skrawania, rodzaju materia u

obrabianego, geometrii ostrza narz dzia, materia u, z jakiego jest ono wykonane oraz od

warunków ch odzenia.

Najwi kszy wp yw na temperatur skrawania ma pr dko skrawania. Wzrost

temperatury nie jest proporcjonalny do pr dko ci skrawania, pocz tkowo temperatura wzrasta

szybko, a po przekroczeniu pewnej okre lonej dla danych warunków pr dko ci (np. 400

m/min) intensywno wzrostu temperatury maleje.

Posuw wp ywa na wzrost temperatury w mniejszym stopniu ni pr dko skrawania.

Najmniejszy wp yw na wzrost temperatury skrawania wywiera g boko skrawania.

Punkt zetkni cia si wióra o najwy szej temperaturze z powierzchni natarcia oddala si od

kraw dzi skrawaj cej w miar zwi kszania g boko ci skrawania. Dlatego temperatura

skrawania wzrasta wolniej ni przy zwi kszaniu pr dko ci. D ugo czynnej kraw dzi

skrawaj cej wzrasta wolniej przy zwi kszeniu g boko ci skrawania, co równie sprzyja

intensywniejszemu odprowadzaniu ciep a od kraw dzi skrawaj cej.


Zwi kszanie k ta natarcia do pewnej granicy powoduje obni enie temperatury

skrawania, gdy przy zwi kszeniu k ta natarcia zmniejsza si praca odkszta cania wióra,

a tym samym i ilo wydzielonego ciep a.

Zwi kszanie promienia zaokr glenia wierzcho ka no a do pewnej warto ci sprzyja

odprowadzaniu ciep a, a tym samym powoduje obni enie temperatury kraw dzi no a.

Zmniejszenie k ta przystawienia przy niezmienionej g boko ci skrawania

niezmienionym posuwie powoduje zwi kszenie szeroko ci warstwy skrawanej, a tym samym

polepsza warunki odprowadzania ciep a powoduj c obni enie temperatury cz ci skrawaj cej

no a.

Wp yw materia u obrabianego na temperatur skrawania zale y od w a ciwego mu oporu

skrawania i w asno ci cieplnych (ciep o w a ciwe i przewodno cieplna).

Ciecze ch odz co-smaruj ce

Zastosowanie cieczy ch odz co-smaruj cej wywiera dodatni wp yw na obróbk ,

poniewa :

zmniejsza tarcie wióra o powierzchni natarcia no a oraz jego powierzchni przy o enia

powierzchni obrabian ,

zwi ksza intensywno odprowadzania ciep a wywi zuj cego si w strefie skrawania, co

ma dodatni wp yw na trwa o narz dzia,

wymywa i usuwa drobne wióry, poch ania py , itp.,

sprzyja zmniejszeniu si y skrawania (przy zastosowaniu cieczy ch odz co-smaruj ce

z dobrymi w a ciwo ciami smarnymi).

Stosowane s równie ciecze ch odz co-smaruj ce zawieraj ce dodatki aktywne

zmniejszaj ce opór skrawania. Jako dodatki stosuje si kwasy organiczne

(np. stearynowy, olejowy) lub ich sole. Zastosowanie przy toczeniu aktywnych cieczy

ch odz co-smaruj cych umo liwia zmniejszenie si y skrawania o 20÷30% w porównaniu

z obróbk bez cieczy.

Podstawowym dzia aniem cieczy mo e by smarowanie albo ch odzenie – zale y to od

warunków skrawania. Najwi kszy efekt dzia ania cieczy ch odz co-smaruj cej uzyskuje si

przy du ych przekrojach warstwy skrawanej, tj. w warunkach obróbki zgrubnej.

Ciecze stosowane przy skrawaniu metali mo na podzieli na trzy podstawowe grupy,

a mianowicie: wodne roztwory mineralnych elektrolitów, emulsje oraz oleje. Wodne roztwory

mineralnych elektrolitów maj dobre w asno ci ch odz ce oraz zabezpieczaj cz obrabian

i obrabiark przed korozj . Emulsje sk adaj si z wody, oleju i myd a. Drobne cz stki oleju,

pokryte trwa i wytrzyma b onk emulgatora (myd a), s zawieszone w wodzie.

Ciecze tej grupy tworz na powierzchni metalu pow oki, zapewniaj ce dobre smarowanie

przy jednoczesnym silnym dzia aniu ch odz cym.

Oleje maj s abe w asno ci ch odz ce i najcz ciej s stosowane z dodatkami

powierzchniowo aktywnymi.

Wybór cieczy smaruj co-ch odz cej uzale nia si od nast puj cych czynników: rodzaju

materia u obrabianego, rodzaju obróbki (zgrubna czy wyka czaj ca), pr dko ci skrawania

oraz rodzaju materia u, z którego jest wykonane ostrze narz dzia. Do obróbki zgrubnej

narz dziami wykonanymi ze stali stopowej oraz szybkotn cej, przy du ych pr dko ciach

skrawania, stosuje si ciecze o dobrych w asno ciach ch odz cych.


4.1.2. Pytania sprawdzaj ce

Odpowiadaj c na pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze .

1. Jakie s podstawowe parametry skrawania?

2. Od czego zale si a i moc skrawania?

3. Od czego zale y chropowato obrabianej powierzchni?

4. Przy obróbce, jakich materia ów powstaje wiór odpryskowy?

5. Jakie zadania ma ciecz ch odz co-smaruj ca?

4.1.3. wiczenia

wiczenie 1

Dobierz pr dko 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) okre li przekrój warstwy skrawanej,

4) w normatywach wyszuka wykres pr dko ci skrawania,

5) odczyta z wykresu warto pr dko ci skrawania,

6) krótko uzasadni wyszukan warto .

Wyposa enie stanowiska pracy:

poradniki i normatywy,

dokumentacja technologiczna,

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

wiczenie 2

Oblicz moc skrawania.



1) zapozna si z dokumentacj technologiczn wykonania detalu,

2) zidentyfikowa materia , z którego wykonany jest element,

3) okre li przekrój warstwy skrawanej,

4) w normatywach wyszuka wykres g ównej si y skrawania od przekroju warstwy

skrawania,

5) odczyta z wykresu warto g ównej si y skrawania,

6) w normatywach wyszuka wykres mocy skrawania w zale no ci od si y skrawania Fc

i szybko ci skrawania,

7) z wykresu odczyta warto mocy w zale no ci od pr dko ci skrawania,

8) krótko uzasadni obliczon warto .



poradniki i normatywy,


literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.

4.1.4. Sprawdzian post pów Tak Nie

Czy potrafisz:

1) dobra podstawowe parametry skrawania?

2) poda najwa niejsze parametry geometryczne narz dzi skrawaj cych?

3) obliczy pr dko skrawania?

4) okre li wp yw parametrów skrawania na jako obróbki?

5) opisa zjawiska towarzysz ce skrawaniu?


4.2. Klasyfikacja, uk ady konstrukcyjne i kinematyczne

obrabiarek

4.2.1. Materia nauczania

Obrabiark – nazywa si maszyn technologiczn do kszta towania przedmiotów

z ró nych materia ów konstrukcyjnych za pomoc zamocowanych w niej narz dzi.

W zale no ci od metody kszta towania przedmiotów na obrabiarce rozró nia si obrabiarki do

obróbki plastycznej i skrawaj ce.

Obrabiarki skrawaj ce s stosowane do nadawania obrabianemu przedmiotowi

wymaganego kszta tu przez oddzielenie nadmiaru materia u w postaci wiórów. Do obrabiarek

tych nale : tokarki, wiertarki, frezarki, strugarki, szlifierki i inne.

W zale no ci od zastosowania rozró nia si obrabiarki:

ogólnego przeznaczenia umo liwiaj ce wykonywanie ró norodnych prac w produkcji

jednostkowej i ma oseryjnej,

specjalizowane przewidziane do wykonywania okre lonych robót w w szym zakresie,

np.: tokarko-kopiarki, frezarki,

specjalne – stosowane w okre lonych ga ziach przemys u, np. tokarki dla kolejnictwa do

obróbki kó wagonowych, tokarki dla przemys u hutniczego do obróbki walców

hutniczych, itp.

Klasyfikacja obrabiarek

1. Skrawaj ce: a) tokarki:

uchwytowe, k owe, tarczowe, rewolwerowe, karuzelowe, zataczarki,

b) wiertarki: sto owe, stojakowe, wspó rz dno ciowe,

c) frezarki: poziome, pionowe, wiertarko-frezarki,

d) wytaczarki, e) pi y, f) strugarki: poprzeczne, wzd u ne, d utownice g) przeci garki, h) szlifierki:

do p aszczyzn, do otworów, dog adzarki, docieraczki, polerki,


Uk ad konstrukcyjny obrabiarki Wszystkie zespo y, mechanizmy, urz dzenia i elementy wchodz ce w sk ad obrabiarki

tworz jedn ca o konstrukcyjn . Wszystkie te zespo y, mechanizmy, urz dzenia i elementy

spe niaj w obrabiarce okre lone funkcje i w zale no ci od tego, do jakich zada s one

przeznaczone, mo na je podzieli na nast puj ce grupy:

1. ród a nap du (silniki) i zespo y nap dowe przetwarzaj ce energi dostarczan

z zewn trz obrabiarki (najcz ciej elektryczn ) na energie mechaniczn , s u c do

wykonywania pracy przez organy robocze obrabiarki;

2. Mechanizmy przek adniowe przenosz ce ruch i energi od róde nap du do organów

roboczych;

3. Organy robocze wykonuj ce ruchy niezb dne dla przeprowadzenia obróbki, jak

równie ruchy pomocnicze;

4. Urz dzenia do ustalania i zamocowywania przedmiotu obrabianego i narz dzi

(uchwyty, oprawki narz dziowe, imaki no owe, koniki itp.);

5. Elementy no ne i wi ce s u ce do czenia wszystkich zespo ów, urz dze

i elementów obrabiarki w jedn ca o konstrukcyjn (korpusy, kad uby, o a, stojaki,

podstawy, p yty, belki itp.);

6. Urz dzenia steruj ce przeznaczone do r cznego lub automatycznego kierowania prac

poszczególnych zespo ów i ca obrabiark ;

7. Urz dzenia kontrolno-pomiarowe s u ce do kontroli wymiarów obróbkowych lub

stopnia zu ycia ostrza narz dzia;

8. Urz dzenia nastawcze s u ce do dok adnego ustawienia narz dzia wzgl dem

przedmiotu obrabianego oraz urz dzenia koryguj ce to ustawienie dla zmniejszenia

b du obróbkowego wynikaj cego ze wzrastaj cego zu ycia ostrza narz dzia lub z

niedok adno ci wykonania mechanizmów przek adniowych.;

9. Urz dzenia do zabezpieczenia pracy robotnika obs uguj cego obrabiark oraz do

zabezpieczania elementów obrabiarki przed ich zniszczeniem w wyniku nadmiernego

obci enia b d nieprawid owego w czenia do pracy;

10. Urz dzenia do smarowania obrabiarki oraz do ch odzenia narz dzia;

11. Urz dzenia dodatkowe i pomocnicze (podajniki do samoczynnego podawania

przedmiotów obrabianych lub automatycznej wymiany narz dzi, urz dzenia

wentylacyjne i o wietleniowe, urz dzenia do odprowadzania wiórów itp.)

Wi kszo z wymienionych powy ej mechanizmów i urz dze wyst puje w ka dej

obrabiarce, nie mniej jednak niektóre z nich stosowane s tylko w obrabiarkach

o najnowocze niejszych konstrukcjach, jak np. urz dzenia do kontroli stopnia zu ycia ostrza

lub automatycznej wymiany narz dzi. Ponadto zastosowanie niektórych z urz dze zale y od

technologicznego przeznaczenia obrabiarki. Jako przyk ad mo na przytoczy urz dzenie do

poch aniania py u szlifierskiego, które wyst puj w szlifierkach, a niepotrzebne s np.

w tokarkach lub frezarkach.

Zespo y robocze obrabiarki Zadaniem zespo ów roboczych obrabiarki jest przeniesienie ruchu ze ród a nap du

(silnika) na ostatnie cz ony przeznaczone do zamocowania przedmiotu obrabianego lub

narz dzia. Przyk adem zespo ów roboczych tokarki s : wrzeciennik z ostatnim cz onem –

wrzecionem, na którym znajduje si uchwyt do zamocowania wa ka toczonego oraz skrzynka

posuwowa i suport z ostatnim cz onem – imakiem no owym do zamocowania no a

tokarskiego. W przypadku frezarki zespo ami roboczymi s : skrzynka pr dko ci


z wrzecionem, w którym mocowany jest trzpie frezarski z narz dziem-frezem oraz skrzynka

posuwowa i mechanizmy nap du sto u, na którym mocowany jest przedmiot obrabiany.

Ostatnie cz ony zespo ów roboczych obrabiarki wykonuj dane ruchy niezb dne do

przeprowadzenia procesu obróbki, tzn. ruchy g ówne i ruchy posuwowe. Z tego wzgl du

cz ony te nazywane s organami roboczymi lub wykonawczymi.

Niezale nie od ruchów g ównych i posuwowych – niezb dnych do wykonywania procesu

skrawania i kszta towania powierzchni obrabianej – organy robocze obrabiarki musz

zapewnia równie wykonywanie ruchów pomocniczych, maj cych na celu: odpowiednie

ustawienie narz dzia wzgl dem przedmiotu obrabianego lub odwrotnie – przedmiotu

wzgl dem narz dzia; wg bianie narz dzia w materia obrabiany (np. wcinanie freza

wielokrotnego w materia na pe n wysoko zarysu frezowanego gwintu); wycofywanie

narz dzia do po o enia wyj ciowego po sko czonej obróbce.

Uk ad kinematyczny obrabiarki Uk ad kinematyczny tworz mechanizmy s u ce do nadania zespo om roboczym

obrabiarki ruchów niezb dnych do wykonania procesu roboczego. Mechanizmy te to

najcz ciej a cuchy kinematyczne stanowi ce zbiór powi zanych ze sob spójnie par

kinematycznych utworzonych z przek adni z batych i pasowych, a niekiedy rubowych,

krzywkowych, korbowych, itp.

W a cuchach kinematycznych mo na wyró ni :

a cuchy nap dowe doprowadzaj ce nap d do zespo ów roboczych obrabiarki w celu

nadania im wymaganej pr dko ci. Wyró nia si tu: a cuch ruchu g ównego (nadaj cy

pr dko skrawania - v) i a cuchy ruchu posuwowego (nadaj ce odpowiedni posuw -

p),

a cuchy kszta towania (w obrabiarkach konwencjonalnych cz ce dwa ruchy

kszta towania w celu uzyskania ruchu z o onego).

Rys. 20. Schemat kinematyczny tokarki k owej

ród o: Paderewski K.: Obrabiarki. WSiP, Warszawa 1996

Typy i zasady wykonywania schematów kinematycznych s opisane w PN--82/M-01088.

W zale no ci od przeznaczenia stosuje si trzy typy schematów kinematycznych:

strukturalne, funkcjonalne i zasadnicze.


Schematy te ró ni si stopniem uszczegó owienia przedstawianych elementów oraz

zasadami rysowania. Podstawowe cechy i wymagania rysunkowe poszczególnych schematów

kinematycznych zestawiono w tabl. 4.Tabela 4. Podzia schematów kinematycznych ród o: Paderewski K.: Obrabiarki. WSiP,

Warszawa 1996

4.2.2. Pytania sprawdzaj ce

Odpowiadaj c na pytania, sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze .

1. Co to jest obrabiarka?

2. Jak sklasyfikowa obrabiarki skrawaj ce?

3. Jaki jest podzia schematów kinematycznych?

4. Co zawieraj schematy kinematyczne?


4.2.3. wiczenia

wiczenie 1

Dokonaj podzia u obrabiarek skrawaj cych w zale no ci od zastosowania.



1) zapozna si z katalogami obrabiarek,

2) dokona podzia u obrabiarek ze wzgl du na zastosowanie,

3) opisa zastosowanie obrabiarek,

4) zaprezentowa wykonane wiczenie


katalogi maszyn,

dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obs ugi obrabiarek,


wiczenie 2

Dokonaj analizy schematu kinematycznego wybranej obrabiarki.



1) zapozna si z DTR i instrukcj obs ugi obrabiarki,

2) odszuka schemat kinematyczny obrabiarki,

3) na podstawie schematu dokona podzia u mechanizmów tokarki na zespo y funkcjonalne,

4) opisa funkcj , budow i zasad dzia ania poszczególnych zespo ów obrabiarki.


Dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obs ugi ró nego rodzaju obrabiarek,


wiczenie 3

Dobierz obrabiark do wykonania zadanej operacji technologicznej.



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 obs ugi obrabiarek,

5) na podstawie wymaganych parametrów wskaza konkretn obrabiark ,

6) krótko uzasadni dobór.




Dokumentacja Techniczno-Ruchowa i instrukcje obs ugi obrabiarek,

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia.

4.2.4. Sprawdzian post pów Tak Nie

Czy potrafisz:

1) sklasyfikowa podstawowe obrabiarki?

2) dokona podzia u schematów kinematycznych obrabiarek?

3) dokona analizy uk adu kinematycznego obrabiarki?


4.3. Toczenie: no e tokarskie, tokarki, mocowanie przedmiotów

obrabianych, prace wykonywane na tokarkach

4.3.1 Materia nauczania

No e tokarskie

No e tokarskie s narz dziami jednoostrzowymi stosowanymi do obróbki powierzchni

zewn trznych i wewn trznych o kszta tach obrotowych.

Wyró nia si no e:

punktowe, które kszta tuj obrabiany przedmiot jedynie w wyniku wzajemnych ruchów

narz dzia i przedmiotu,

kszta towe o z o onym zarysie kraw dzi skrawaj cej, której kszta t odwzorowuje si

bezpo rednio na przedmiocie obrabianym,

obwiedniowe, które kszta tuj obrabiany przedmiot w wyniku zarówno wzajemnych

ruchów narz dzia i przedmiotu, jak i w wyniku odwzorowania zarysu kraw dzi

skrawaj cej.

Rys. 21. Podzia no y tokarskich


No e tokarskie

No e punktowe No e kszta towe No e obwiedniowe

No e imakowe No e do g owic

rewolwerowych

No e o ruchu

promieniowym

No e o ruchu

stycznym

czone

w sposób

trwa y

jednolite sk adane pro

mien

iow

e

styczn

e

jedno

lite

czone

w sp

osó

b trw

ay

skad

ane

py

tkow

e

su

pko

we

kr

ko

we

Wykonywanie cz ci maszyn w procesach obróbki skrawaniem · Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut...

Documents

Transcript of Wykonywanie cz ci maszyn w procesach obróbki skrawaniem · Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut...