1

Prof. Krzysztof Jemielniak

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

k.jemielniak@wip.pw.edu.plhttp://www.cim.pw.edu.pl/kjemiel

ST 149, tel. 234 8656

ObrObróóbka bka SkrawaniemSkrawaniem

Część 1

Pojęcia podstawowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Regulamin przedmiotu „Obróbka Skrawaniem”

1. Przedmiot składa się z dwóch jednostek dydaktycznych – wykładu i laboratorium, obu zaliczanych w trakcie zajęć.

2. Każda z nich oceniana jest punktowo w skali 0-50,

3. Zaliczenie z wykładu odbędzie się na ostatnim wykładzie. W trakcie wykładów będą krótkie sprawdziany, wynik których będzie wchodził do dorobku punktowego studenta, nie podwyższając progu.

4. Do zaliczenia przedmiotu potrzebne jest zdobycie min. 25 punktów w ramach każdej z tych jednostek

5. Ocena z przedmiotu jest jedna, według kryteriów:• 0- 49 2• 50-59 3• 60-69 3,5• 70-79 4• 80-89 4,5• 90-100 5

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Plan wykładu

1. Pojęcia podstawowe

2. Geometria ostrza

3. Materiały narzędziowe

4. Proces tworzenie się wióra

5. Siły, moc i ciepło w procesie skrawania

6. Drgania w procesie skrawania

7. Zużycie i trwałość ostrza, dobór warunków skrawania

8. Zaliczenie

Pojęcia podstawowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Strona www

http://www.cim.pw.edu.pl/obskra/

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Obróbka skrawaniem

Celem obróbki skrawaniem jest nadanie przedmiotowi obrabianemu żądanego

kształtu, wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej przez usunięcie materiału.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Obróbka skrawaniem

Skrawanie polega na usuwaniu z przedmiotu obrabianego cienkiej warstwy materiału, która zamieniana jest na wiór

przez klinowo ukształtowane otrze

2

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Dawno temu, w „przodującym ustroju”...

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

... i dziś

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Zalety obróbki skrawaniem

• możliwość wytwarzania szerokiego spektrum kształtów przy stosunkowo niewielkich zmianach narzędzi, i oprzyrządowania

• wyższa dokładność obróbki niż możliwa do uzyskania dzięki odlewaniu lub kuciu,

• możliwość uzyskania zadanej charakterystyki warstwy wierzchniejlub określonej kierunkowości śladów obróbki na wybranych lub wszystkich powierzchniach przedmiotu obrobionego

• przedmiot obrabiany może mieć wewnętrzne i zewnętrzne kształty nieosiągalne przy pomocy innych techniki wytwarzania

• umożliwia obróbkę wykańczającą części po obróbce termicznej

• często obróbka skrawaniem jest najbardziej ekonomicznymsposobem wytwarzania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Przykład – obróbka z pełnego materiału

materiał obrabiany: Al6061T6

frezowanie i wiercenieZalety w stosunku do odlewu:• krótszy czas wdrożenia

nowego modelu• większa elastyczność na

zmiany konstrukcyjne• lepsza jakość wyrobu

58 kg

3 kg

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Wady obróbki skrawaniem

• nieuchronne marnowanie (przerabianie na wióry) części materiału

• zwykle więcej czasu zajmuje kształtowanie przedmiotu przy pomocy obróbki skrawaniem niżprzez odlewanie czy kucie

• przy niewłaściwie dobranych warunkach skrawania, może powodować niekorzystne zmiany właściwości warstwy wierzchniej

• skrawanie jest zasadniczo energo- i kapitało- oraz pracochłonne

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Sposoby obróbki skrawaniem

Określone przez kinematykęobrabiarki, narzędzia i przedmiotu obrabianego:

• toczenie,

• wiercenie,

• frezowanie,

• dłutowanie,

• przeciąganie,

• szlifowanie

• i inne.

3

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Udział sposobów obróbki

w czasie obróbki w liczbie operacji

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Toczenie wzdłużne

Toczenie kształtowe

Toczenie czołowe

Wytaczanie

Toczenie rowków i przecinanie

Toczenie gwintów

Odmiany obróbki skrawaniem – toczenie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Odmiany obróbki skrawaniem – frezowanie

Czołowe

Walcowo-czołowe Wgłębne

Planetarne ... i wiele innych

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Rodzaje obróbki skrawaniemDotyczy fazy procesu produkcyjnego lub dokładności wymiarowo - kształtowej

Obróbka wstępna (skórowanie) ma na celu usunięcie zewnętrznej warstwy materiału odlewu, odkuwki itp.

Obróbka kształtująca nadaje przedmiotowi żądany kształt

Obróbka wykańczająca zapewnia uzyskanie ostatecznych wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej

Zbliżonym podział: obróbka zgrubna, średnio dokładna i bardzo dokładną.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Skrawanie nieswobodne, swobodne i swobodne ortogonalne

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Obróbka punktowa

4

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Obróbka kształtowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Obróbka obwiedniowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Narzędzia skrawające

Narzędzie skrawające ma jednoznacznie zdefiniowaną geometrię i jednoznacznie

określoną liczbę ostrzy.

Narzędzia mogą byćjednoostrzowe

lub wieloostrzowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Elementy przedmioty obrabianego i narzędziaPrzedmiotobrabiany

Narzędzie

Powierzchnia skrawania (przejściowa)

Powierzchnia obrobiona

Powierzchnia obrabiana

naddatek na obróbkę

Warstwa skrawana

wiór

Część robocza

Część chwytowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Krawędzie skrawające i powierzchnie części roboczej narzędzia

OSTRZE

Powierzchnia natarcia Aγ

Główna krawędź skrawająca

Pomocnicza krawędźskrawająca

Powierzchnia przyłożenia Aα

Naroże

Pomocnicza powierzchnia

przyłożenia A’α

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Krawędzie skrawające narzędzia na przykładzie noża tokarskiego

5

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Warunki skrawaniaCałokształt czynników

wpływających na proces obróbki

Właściwości mechaniczne

Stan materiału

Struktura

Utwardzenie

wtrącenia

Przewodnośćcieplna

Skład chemiczny

Materiał obrabiany

Narzędzievc fParametry skrawania

Materiał ostrza

Chłodzenie

Sposób obróbki

Obrabiarka

Geometria ostrza

Mocowanie przedmiotu

Czynnik ludzki

Warunki skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Parametry skrawania

Kinematyczne parametry skrawania:wielkości charakteryzujące prędkości ruchów narzędzia i przedmiotu obrabianego

aeap

fz

Geometryczne parametry skrawania:wielkości charakteryzujące wielkośćnaddatku i wymiary warstwy skrawanej

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Kinematyczne parametry skrawania

Usunięcie naddatku na obróbkę wymaga złożenia dwóch ruchów:1. głównego 2. posuwowego

toczenie wzdłużne

toczenie poprzeczne

frezowanie czołowe

frezowanie walcowe

wiercenie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Ruch główny

prędkość skrawania vc [m/min]

prędkość obrotowa n [obr/min]

πDnvc = ––––

1000

2Lnvc = ––––

1000

1000vcn= –––––πD

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Ruch główny

O procesie skrawania nie decyduje prędkośćobrotowa n, lecz prędkość skrawania vc!

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Ruch główny – frezy kuliste i z płytkami okrągłymi

1000nDv e

cπ

=

6

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Prędkość skrawania frezem walcowo-czołowym i kulistym - przykład

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Ruch posuwowy

vf

f

n

vf

n

f

Vf

Vf [mm/min] – prędkość posuwuf [mm/obr] - posuw

vf = f n

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Posuw na ostrze

fzfz

fz

vf

nzvzff f

z == vf = n z fz

ffz

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Prędkości ruchu głównego i posuwowego na przykładzie freza walcowego

ϕ+

ϕ=

ϕ+

ϕ=η

cos

sincossin

f

cfc

f

vvvv

vtg

W przypadku, gdy ruch główny jest prostopadły do posuwowego (np. toczenie, wiercenie), zależność ta upraszcza się do:

tg vvf

cη=

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Geometryczne parametry skrawania

Pole resztkoweRzeczywiste pole przekroju porzecznego warstwy skrawanej

AD AD – nominalne pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej AD=apfz

f = fz

f – posuw fz – posuw na ostrze

fz=f/zz – liczba ostrzy

a p

ap – głębokośćskrawania

b D

bD – nominalna szerokość warstwy skrawanej

hD – nominalna grubość warstwy skrawanej

hD = AD/bD

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Grubość i szerokość warstwy skrawanej

rz sinfh κ⋅=

r

p

sina

bκ

=

h – grubość warstwy skrawanej

b – szerokość warstwy skrawanej

ap – głębokość skrawania

f – posuw

fz – posuw na ostrze

κr – kąt przystawienia

7

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Znaczenie grubości i szerokości warstwy skrawanej

b1

h1

f

ap

h2

b2f

ap

AD = f ap = h b

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Grubość WS przy skrawaniu narożem

rε

ap

fz

W obróbce bierze udział tylko zaokrąglona część krawędzi skrawającej

bD

22pD xab += ( ) 2

pp2

p22 ara2arrx −=−−= εεε

xap

pD ar2b ε=

ε

=r2a

fh pzD

Niech rε=1.6mm, ap=0.2mm, fz=0.1mm/obr

Ile wynosi nominalna grubość warstwy skrawanej?0.025mm!

D

zp

D

DD b

fabAh ==

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Grubość i szerokość warstwy skrawanej przy wierceniu, powiercaniu i rozwiercaniu

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Głębokość skrawania, szerokość frezowania

ap – głębokość skrawaniaae – szerokość frezowania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Głębokość skrawania, szerokość frezowania

ap – szerokość frezowaniaae – głębokość skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Głębokość skrawania, szerokość frezowania

a e– głęb

okość sk

rawania

ap – szerokość frezowania

a p– głę

bokość

skrawania

a e– sze

rokość

frezo

wania

ap – zawsze wzdłuż osi frezaae – zawsze prostopadle do osi freza

8

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu

Przy frezowaniu grubość warstwy skrawanej jest zmienna!

fzfz

fz

fz

fz

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

a e

fz=hmax

Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu

h=fz

b=

a p

hm

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu

hm=Aϕ/lϕ Aϕ=fz ae

lϕ = ϕ D/2

ϕ= ϕ1+ϕ2 = arcsin(2ae1/D)+arcsin(2ae2/D)

hm=–––––2fz ae

ϕ D

+

=

Da2arcsin

Da2arcsinD

af2h2e1e

ezm

lϕ

fz

Aϕ

ae

ae1

ae2

ϕϕ2

ϕ1

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

fz

ae

4. Walcowe (ae<0.1D)

Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu

+

=

Da2arcsin

Da2arcsinD

fa2h2e1e

zem

fz

ae

1. ae symetryczne

fz

ae

2. ae =D

fz

ae

3. walcowo-czołowe

=

DaarcsinD

fahe

zem

ϕ ϕ2

ϕ1

lϕ

fz

Aϕ

ae

ae1

ae2

π= z

mf2h

−+π

=1

Da2arcsin

2D

fa2he

zem

Dafh e

zm =

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technologii Maszyn

Jakieś pytania?