of 184 /184
Borys STORCH Podstawy OBRÓBKI SKRAWANIEM Koszalin SPIS TREŚCI

OBRÓBKI SKRAWANIEM - zmp.wm.politechnika.koszalin.pl · 1. Wiadomości ogólne 7 Słowa kluczowe: obróbka skrawaniem – materiały narzędziowe – sztywność OUPN – podstawy

  • Author
    hanhan

  • View
    219

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of OBRÓBKI SKRAWANIEM - zmp.wm.politechnika.koszalin.pl · 1. Wiadomości ogólne 7 Słowa kluczowe:...

Borys STORCH

Podstawy

OBRBKI SKRAWANIEM

Koszalin

SPIS TRECI

1. Wiadomoci oglne ........................................................................................ 7

1.1. Wstp ................................................................................................................... 7 1.2. Podzia i okrelenie obrbki ubytkowej .............................................................. 8 1.3. Narzdzia ........................................................................................................... 13

1.3.1. Geometria czci roboczej narzdzi skrawajcych ..................................... 17 1.3.1.1. Rola i znaczenie ktw ostrza w procesie skrawania ......................... 33

1.3.2. Materiay narzdziowe ............................................................................... 38 1.3.2.1. Stale narzdziowe wglowe ................................................................ 39 1.3.2.2. Stale narzdziowe stopowe ................................................................. 40 1.3.2.3. Stale szybkotnce ................................................................................ 41 1.3.2.4. Spieki twarde ...................................................................................... 45 1.3.2.5. Materiay pokrywane twardymi warstwami........................................ 46 1.3.2.6. Materiay ceramiczne i cermetale ....................................................... 47 1.3.2.7. Materiay supertwarde ........................................................................ 49 1.3.2.8. Materiay kompozytowe ..................................................................... 51 1.3.2.9. Oglne zasady doboru materiaw narzdziowych ............................ 51

1.4. Obrabiarki i ich rola w procesie skrawania ....................................................... 54 1.5. Znaczenie ukadu OUPN ................................................................................... 59

1.5.1. Ukad obrabiarka uchwyt przedmiot narzdzie ................................. 59 1.5.2. Czynniki wejciowe i wyjciowe w obrbce skrawaniem .......................... 70

1.6. Odmiany skrawania ........................................................................................... 73 1.6.1. Struganie i dutowanie ................................................................................ 73 1.6.2. Toczenie ...................................................................................................... 74 1.6.3. Wiercenie obrbka otworw ................................................................... 75 1.6.4. Frezowanie .................................................................................................. 77 1.6.5. Przeciganie ................................................................................................ 80

2. Wiadomoci o oddzielaniu materiau ........................................................ 81 2.1. Formowanie wirw .......................................................................................... 84

2.1.1. Wir i spczanie ......................................................................................... 92 2.1.1.1. Postaci wirw .................................................................................... 92 2.1.1.2. Wspczynnik spczenia ..................................................................... 95

2.2. Siy i moc skrawania ......................................................................................... 96 2.3. Ciepo skrawania ............................................................................................. 103 2.4. Zjawisko narostu ............................................................................................. 110 2.5. Zuycie i trwao ostrza ................................................................................. 116

2.5.1. Model zuycia pomocniczej powierzchni przyoenia ............................. 116 2.6. Pyny obrbkowe chodzce i smarujce ...................................................... 127

2.6.1. Ciecze obrbkowe olejowe ....................................................................... 129 2.6.2. Emulsyjne ciecze obrbkowe ................................................................... 130 2.6.3. Wodorozcieczalne ciecze obrbkowe ..................................................... 131 2.6.4. Lotne rodki obrbkowe ........................................................................... 132

2.7. Zjawiska przykrawdziowe ............................................................................. 135

2.7.1. Skrawanie prostoktne model skrawania ............................................... 135 2.7.1.1. Model si w strefie skrawania swobodnego ...................................... 142 2.7.1.2. Rozkad napre i przemieszcze w materiale obrabianym ............ 145

2.7.2. Skrawanie nieswobodne. Model skrawania .............................................. 151 2.7.2.1. Rozkad si na narou ostrza ............................................................. 155 2.7.2.2. Tworzenie nierwnoci powierzchni obrobionej .............................. 158

3. Charakterystyka warstwy wierzchniej .................................................... 165 3.1. Charakterystyka chropowatoci 2D ................................................................. 166 3.2. Charakterystyka stereometryczna 3D .............................................................. 167

4. Dobr warunkw skrawania .................................................................... 168 4.1. Oglne zasady i tok doboru warunkw obrbki.............................................. 168 4.2. Optymalizacja z uwagi na najwiksz wydajno ........................................... 173 4.3. Optymalizacja z uwagi na trwao ekonomiczn ........................................... 176

5. Spis literatury ............................................................................................ 180

1. Wiadomoci oglne 7

Sowa kluczowe: obrbka skrawaniem materiay narzdziowe sztywno OUPN podstawy formowania wirw zjawiska fizykalne zuycie ostrza WW chropowato powierzchni obrobionej

1. Wiadomoci oglne

Skrypt powicony jest obrbce wirowej. W kolejnych czciach omwione s tematy, ktre stanowi treci wykadw na Wydziale Mechanicznym Politechniki Koszaliskiej.

Na kierunku Mechanika i Budowa Maszyn realizowane s zajcia z przedmiotu Techniki Wytwarzania w rnej liczbie godzin w zalenoci od specjalnoci. Treci programowe wykadw rni si uwzgldniajc specyfik specjalnoci.

1.1. Wstp Rozdzia pierwszy powicony jest wprowadzeniu i zdefiniowaniu poj

stosowanych w obrbce skrawaniem, ktrymi s: budowa i stereometria ostrza, materiay narzdziowe, znaczenie ukadu OUPN, odmiany skrawania.

W rozdziale drugim przedstawiono podstawy formowania wirw oraz zjawisk towarzyszcych skrawaniu, zwaszcza siy i temperatury skrawania, narostu oraz mechaniki tworzenia powierzchni obrobionej poszerzonej o zagadnienia dotyczce: - rozkadu si jednostkowych stycznych i normalnych do powierzchni

zaokrglenia krawdzi skrawajcej w przekroju normalnym, - rozkadu si jednostkowych wzdu krawdzi skrawajcej, gdy naroe ostrza

wykonane jest jako wycinek walca o promieniu r , - rozkadu napre i przemieszcze w strefie skrawania swobodnego. - przebiegu zuywania si powierzchni roboczych ostrza, - chropowatoci powierzchni obrobionej ostrzem ostrym i o wyranych

ladach zuycia. W trzeciej czci przedstawiono opis warstwy wierzchniej dla

charakterystyki z jednego przekroju oraz trjwymiarowej. W kolejnej czwartej czci skryptu omwiono podstawy optymalizacji z uwagi na najwiksz wydajno i trwao ekonomiczn narzdzia.

1. Wiadomoci oglne 8

1.2. Podzia i okrelenie obrbki ubytkowej Technologia maszyn jest nauk o wytwarzaniu wyrobw z materiau

wyjciowego, a jej zadanie polega na badaniu rodkw i procesw produkcji oraz ich optymalizacji. Jest dyscyplin mod, cho zwizan z bardzo star dziaalnoci ludzk. Podlega nieustannemu rozwojowi, tworzc podstawy teoretyczne dla technik wytwarzania, ktre s praktyczn jej realizacj. Na rys.1.1. przedstawiono 7 zagadnie wchodzcych w skad Technologii Maszyn.

Oglnie biorc nadanie ksztatu wyrobowi uzyskiwane jest przez

technologie: formujce przez odksztacenie materiau bez zmian objtoci, ksztatujce przez przyrost materiau polegaj na dodawaniu materiau, ksztatujce przez ubytek materiau polegaj na stopniowym usuwaniu

nadmiaru materiau, z przyjtej wstpnie jego wikszej iloci, zarwno sposobami skrawania, cierania lub erodowania (rys.1.2.).

Obrbka wirowa zdefiniowana jest jako: usuwanie w postaci wirw,

okrelonej objtoci materiau, w celu otrzymania przedmiotu o zadanym wymiarze i ksztacie oraz stereometrycznych i mechanicznych waciwociach warstwy wierzchniej przedmiotu z wykorzystaniem energii mechanicznej. W tej definicji mieci si pojcie skrawania jako sposobu obrbki pojedynczym lub wieloma ostrzami o zdefiniowanej geometrii takich jak: toczenie, struganie, cicie, wiercenie, rozwiercanie, frezowanie, przeciganie, gwintowanie i obrbka k zbatych.

Sposoby obrbki narzdziami z praktycznie niepoliczaln liczb ostrzy i niezdefiniowan ich geometri jak: szlifowanie, gadzenie, dogadzanie, docieranie, polerowanie, strumieniowo cierna, udarowo cierna (zwana ultradwikow), nazwano ciernymi. Jest to dziedzina obrbki ubytkowej o znaczcym rozwoju w ostatnim dziesicioleciu. Dotyczy to coraz powszechniej stosowanego diamentu technicznego oraz wynalezienia nowoczesnych, trwalszych, materiaw narzdziowych, umoliwiajcych obrbk z wysokimi prdkociami (powyej 60 m/s).

FORMOWANIE

odlewanie

KSZTATOWANIE ULEPSZANIE CZENIE MIERZENIE PROJEKTOWANIEI AUTOMATYKAMASZYN I URZ-

DZE TECHNI-CZNYCH

PRZYGOTOWANIEPRODUKCJI

TECHNOLOGIA MASZYN

przerbkaplastyczna

spiekanie

ubytkowe

przyrostowe

cieplne

powokowebez zmian wymiaru

mieszanecieplno chemiczne

pokryciowezmiana wymiaru z udzia-em innego matriau

rozczne

nierozczne

porwnawcze

bezwzgldneprojektowanie i opty-malizacja proceswtechnologicznych

konstruowanie ioptymalizacja urz-

dze technologicznych

czasowo-przestrzenne

kosztowe

Rys.1.1. Podzia w technologii maszyn

9 1. W

iadomoci oglne

1. Wiadomoci oglne 10

KSZTATOWANIE UBYTKOWE

OBRBKAWIROWA

Skrawaniezdefiniowanym ostrzem

cieranieniezdefiniowanym ostrzem Erodowanie

toczenie szlifowanie chemiczne

elektrochemiczne

elektroerozyjne

laserowe

plazmowe

jonowe

gadzenie

dogadzanie

docieranie

polerowanie

obrbka strumieniowo-cieplna

obrbka udarowo-cierna (ultradwikowa)

struganie

frezowanie

przeciganie

gwintowanie

obrbka uzbie

wiercenierozwiercanie

Rys.1.2. Podzia obrbki ubytkowej

Kady z rodzajw obrbki skrawaniem, w zalenoci od poziomu wymaga jej jakoci, mona okreli jako zgrubny, ksztatujcy czy wykaczajcy (rys.1.3.) Wymusza to zastosowanie odpowiednich przyrzdw, obrabiarek, narzdzi i organizacji procesu technologicznego.

Obrbka - zalenie od wymaga

zgrubna ksztatujca wykaczajca

Rys.1.3. Podzia w rodzajach ksztatowania

1. Wiadomoci oglne 11

Rola obrbki wykaczajcej, zgodnie z przewidywaniami, ustawicznie wzrasta. Wprowadzanie coraz doskonalszych materiaw narzdziowych powoduje, e toczenie jest czsto wykaczajc operacj w procesie technologicznym bez potrzeby szlifowania. Brak jest jednak jednoznacznej definicji obrbki wykaczajcej z punktu widzenia mechaniki i teorii skrawania. W literaturze [16], podkrelono, e obrbki wykaczajcej nie mona zatem utosamia z tymi sposobami i odmianami obrbki skrawaniem, ktre umoliwiaj otrzymanie wysokiej gadkoci powierzchni obrobionych, gdy w zasadzie kady ze znanych sposobw obrbki skrawaniem moe by w zalenoci od potrzeb zastoso,wany do wykoczenia przedmiotu. Brak jest w literaturze polskiej podobnego potraktowania zagadnienia obrbki wykaczajcej jak na przykad ujmowaa to norma TGL 0140, ktra podawaa nastpujc definicj: ...toczeniem wykaczajcym jest skrawanie o geometrycznie okrelonej formie ostrza, suce do poprawienia ksztatu, wymiaru, pooenia i powierzchni wstpnie obrobionego przedmiotu, przy czym naley dobra odpowiednio posuw, prdko skrawania, promie naroa ostrza r oraz materia narzdzia tak, aby wysoko nierwnoci miecia si w dopuszczalnym przedziale Rz od 10 do 40m.

Kady z rodzajw ksztatowania inaczej wpywa na koszt wykonania przedmiotu. Procentowy wzrost kosztw, spowodowany wzrostem dokadnoci wymiarowej ma najczciej charakter nieliniowy. Postp techniczny powoduje, e dokadno wykonania przesuwa si (przy tych samych kosztach) do coraz mniejszych wartoci wymiarowych. Dzisiaj mwi si o nanotechnologii i wyrnia si j jako odmian wykonania przedmiotw z dokadnoci do nanometrw w mechanice precyzyjnej. Gdy analizuje si uzyskiwane dokadnoci wyrobu, to widoczna jest ewolucja dotyczca zakresu pojciowego stosowanych nazw. Przykadowo przez okres 100 lat zakres dokadnoci obrbki ultraprecyzyjnej przesun si od; okoo 0.01mm charakterystycznej dla pocztku wieku do 1 nm na jego koniec (rys.1.4.).

1. Wiadomoci oglne 12

Rys.1.4. Wzrost dokadnoci obrbki

Metody obrbki erozyjnej erodowanie zaliczane s do ksztatowania ubytkowego, jednak rni si od skrawania rodzajem wykorzystywanej energii elektrycznej i postaci oddzielonego materiau. Zamiast wirw jak to ma miejsce w skrawaniu, powstaj produkty topienia i odparowania materiau obrabianego w temperaturze 10000K. Poszczeglne jej odmiany znalazy bardzo konkretne zastosowania. Dotyczy to szczeglnie obrbki materiaw konstrukcyjnych, ktrych nie mona obrobi skrawaniem czy cieraniem, na przykad trudno obrabialnych takich jak: kompozytowych, spiekw twardych, spiekw ceramicznych albo stali austenitycznych. Istotn zalet jest brak obcienia ukadu obrabiarki siami mechanicznymi. Sprzyja to uzyskiwaniu dobrej dokadnoci. Wad jest znaczne, w porwnaniu z obrbk wirow, zuycie energii elektrycznej na jednostk objtoci usunitego materiau.

Stosowany jest take podzia obrbki z uwagi na kinematyk podstawowych ruchw, niezbdnych do oddzielenia warstwy materiau, ktre s okrelone jako (tabela1.):

Tabela 1. Odmiany skrawania z uwagi na wykonywane ruchy

1. Wiadomoci oglne 13

gwny jest to ten z ruchw (narzdzia lub przedmiotu), ktry pozwala na zaistnienie procesu oddzielania, podawany w jednostkach m/min lub m/s. Ma charakter jednorazowy i zanika, jeli nie zostanie wykonany jakikolwiek dodatkowy ruch,

posuwowy ruch (narzdzia lub przedmiotu), ktry suy do podtrzymania procesu skrawania i podawany jest w mm/obr lub w mm/skok. W tabeli 1, pokazano podzia na odmiany skrawania z uwagi na wykonywane

ruchy. Widoczne jest, e niektre skojarzenia ruchw, przedmiotu i narzdzia, nie daj moliwoci tworzenia wirw. W tabeli brak take bardziej zoonych ruchw charakterystycznych dla obrbki k zbatych, na przykad takich, ktre wystpuj podczas przecigania k zbatych.

1.3. Narzdzia Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi narzdzia s czci zwane: 1. chwytow, 2. robocz, 3. czc.

Cz chwytowa suy do ustalania pooenia krawdzi skrawajcej oraz do mocowania narzdzia w celu przeniesienia przez nie obcienia momentem lub siami skrawania. Czci chwytowe maj rne ksztaty. Mog to by powierzchnie walcowe zewntrzne (wierta), wewntrzne (otwory we frezach tarczowych), stokowe zewntrzne (frezy trzpieniowe), wewntrzne (rozwiertaki) lub ksztaty wielobokw; najczciej kwadratw, prostoktw.

1. Wiadomoci oglne 14

Cz robocza obejmuje elementy konstrukcyjne zwizane bezporednio z prac narzdzia, a wic skrawaniem i wykaczaniem obrabianej powierzchni oraz prowadzeniem narzdzia w stosunku do przedmiotu lub przyrzdu obrbkowego.

Cz skrawajca, fragment czci roboczej wykonujcej proces skrawania, skada si z jednego lub wikszej liczby ostrzy skrawajcych, ktrych odpowiednie powierzchnie stykaj si w czasie skrawania albo z powstajcym wirem albo z powstajc powierzchni na przedmiocie.

W obrbce wirowej wyrnia si trzy umowne metody tworzenia powierzchni przedmiotu: punktow, ksztat obrobionej powierzchni jest zbiorem linii bdcych torem

ruchu jednego lub kilku naroy wzgldem przedmiotu (rys.1.5.) ksztatow, powierzchnia obrobiona powstaje w wyniku wspdziaania

toru ruchu narzdzia (zwykle prostego) i ksztatu (zarysu) krawdzi skrawajcej (rys.1.6.),

obwiedniow, zoone, kinematyczne zazbienie przedmiotu i narzdzia z wieloma krawdziami skrawajcymi. Powstajca powierzchnia jest obwiedni zoonego ksztatu i trajektorii ruchu krawdzi skrawajcych (rys.1.7.).

Rys.1.5. Przykady obrbki metod punktow Przedstawione przykady na rys.1.5. a) toczenia wzdunego zewntrzne, b)

toczenia wzdunego wewntrzne, c) toczenia kopiowego, d) strugania paszczyzn, e) frezowania paszczyzn, f) frezowania obwodowego, g)

1. Wiadomoci oglne 15

frezowania czoowego h) frezowania kopiowego, wskazuj, e moliwoci obrbki dotycz powierzchni obrotowych, walcowych oraz o niekoowych przekrojach i innych.

Na kolejnym rysunku (rys.1.6.) zilustrowano przykady powierzchni otrzymanych metod ksztatow. Zastosowane metody ksztatowe pozwalaj wykona powierzchnie: 1) obrotowe (od a do g), 2) walcowe ( od h do m), 3) rubowe (od n do s). Podziay dokonywane s przede wszystkim wedug zasady wskazujcej na zoono ksztatu narzdzia. Frez obwodowy z ostrzami prostymi, nie jest narzdziem ksztatowym w odrnieniu od noa do gwintu zaliczanego do takich narzdzi.

Metodami obwiedniowymi wykonuje si w gwnej mierze powierzchnie o zarysie walcowym i rubowym. Dodatkowa grupa przedmiotw obrabianych metodami obwiedniowymi obejmuje te o ksztacie k zbatych stokowych, limacznice. Na rys.1.7. zebrano przykady obrbki obwiedniowej.

Rys.1.6. Przykady obrbki ksztatowej

p przedmiot, N narzdzie W narzdziach ksztatowych oraz do obrbki obwiedniowej zarysy krawdzi

skrawajcej s zazwyczaj krzywoliniowe. Wykonanie takich zarysw wymaga odpowiedniego wymiarowania. W miejsce dokadnych rozkadw pl tolerancji

1. Wiadomoci oglne 16

uwzgldniajcych zoono ksztatu i kinematyk przyjmuje si w obliczeniach zarysy zastpcze. Dla duej tolerancji krzywoliniowego zarysu przedmiotu moliwe jest jego wykonanie za pomoc prostoliniowej krawdzi skrawajcej. W istocie upraszcza to wykonanie narzdzi wymaga jednak zmniejszenia tolerancji wykonania narzdzia.

W literaturze wyrniono dziewi przypadkw obrbki obwiedniowej, z uwagi na ksztat elementw wsppracujcych: (rys.1.7.) 1. powierzchni walcowej z zbatk a) typu Maaga, b) c) Fellowsa, 2. powierzchni rubowej z zbatk f), g), h), 3. powierzchni walcowych o osiach rwnolegych i prostopadych b), c), k), l),

m), 4. powierzchni rubowych o osiach rwnolegych, jak w 3 ale dodatkowy ruch

rubowy narzdzia, 5. powierzchni walcowej i powierzchni rubowej ale osie skrzyowane, 6. powierzchni rubowych o osiach skonych d), e), i), 7. limaka z ostrzami na linii rubowej ze limacznic t), 8. limaka z ostrzami na powierzchni obrotowej ze limacznic n), 9. koa stokowego z piercieniow zbatk: p) metoda Bilgrama, r) Gleasona,

s) Klingelnberga.

1. Wiadomoci oglne 17

Rys.1.7. Przykady obrbki obwiedniowej P przedmiot, N narzdzie

1.3.1. Geometria czci roboczej narzdzi skrawajcych Stosowane nazwy krawdzi i powierzchni w narzdziach skrawajcych

pokazano na przykadzie noa tokarskiego (rys.1.8.). Powierzchni (lub powierzchnie), po ktrych spywa wir nazwano natarcia A , oraz powierzchni (lub powierzchnie), nad ktr przechodzi powierzchnia

uksztatowana na przedmiocie obrabianym nosi nazw przyoenia A .

1. Wiadomoci oglne 18

Powierzchnia przyoenia pomocnicza 'A styka si z powierzchni obrobion. Wyrnia si gwn krawd skrawajc S w miejscu przecicia pierwszej powierzchni natarcia A z pierwsz powierzchni przyoenia A . W miejscu

przecicia powierzchni natarcia z pierwsz pomocnicz powierzchni przyoenia 'A powstaje pomocnicza krawd skrawajca S .

Rys.1.8. Krawdzie skrawajce i powierzchnie czci roboczej

Dla ujednolicenia opisu postaci narzdzi, w PN 92/M 01002/01 [48],

przedstawiono zasady wymiarowania i ksztatowania bryy ostrza narzdzi skrawajcych z uwzgldnieniem przewidywanej jego pracy. Norma ta definiuje geometri ostrza w dwch ukadach odniesienia: narzdzia (rys.1.9.) przeznaczony do okrelenia geometrii narzdzia dla jego

wykonania i sprawdzenia, wyznaczajcy geometri ostrza narzdzia traktowanego jako brya geometryczna, jednak z uwzgldnieniem przewidywanej jego pracy, za paszczyzny (oznaczane du liter P uzupeniane indeksem) ukadu wymiarowania orientuje si biorc pod uwag elementy bazowe narzdzia stosowane do ich wykonania takie na przykad, jak: o dla narzdzi obrotowych lub podstawa mocowania dla narzdzi z uchwytem o przekroju wieloboku (rys.1.9. i rys.1.10.). Paszczyzna podstawowa rP , dla noa tokarskiego, przechodzi przez rozpatrywany punkt na krawdzi skrawajcej rwnolegle do bazy noa i prostopadle do kierunku ruchu gwnego. Paszczyzna krawdzi skrawajcej sP jest styczna do krawdzi skrawajcej w rozpatrywanym

1. Wiadomoci oglne 19

punkcie krawdzi i prostopada do paszczyzny podstawowej rP . Paszczyzna ortogonalna oP przechodzi przez rozpatrywany punkt krawdzi skrawajcej i jest prostopada do paszczyzn rP i sP . Paszczyzna normalna nP jest prostopada do krawdzi skrawajcej w rozpatrywanym punkcie tej krawdzi. Paszczyzna boczna fP przechodzi przez rozpatrywany punkt krawdzi skrawajcej prostopadle do paszczyzny podstawowej rP i rwnolegle do zamierzonego kierunku ruchu posuwowego. Paszczyzna tylna pP w rozpatrywanym punkcie krawdzi skrawajcej jest prostopada do paszczyzn rP i fP .

roboczym (rys.1.10.) rozpatrujcym geometri ostrza narzdzia w warunkach skrawania. Paszczyzny ukadu roboczego orientuje si biorc pod uwag kierunek wypadkowego ruchu wzgldnego pomidzy narzdziem a przedmiotem, w rozpatrywanym punkcie krawdzi skrawajcej. W przypadku gdy prdko ruchu posuwowego f jest nieznaczna w stosunku do prdkoci ruchu gwnego c , ukad roboczy moe by zastpiony ukadem ustawienia, co prowadzi do istotnych uproszcze obliczeniowych. Na rys.1.10. a i b przedstawiono geometri ostrza w ukadzie roboczym. Z uwagi na przejrzysto ilustracji paszczyzn na rysunku a) pokazano paszczyzny boczn feP i tylni peP . Na drugiej

czci rys.1.10. przedstawiono pooenia paszczyzn seP krawdzi skrawajcej, neP normalnej i ortogonalnej oeP .

Kty w ukadzie narzdzia dla noa tokarskiego ilustruje rys.1.11. natomiast w ukadzie roboczym rys.1.12.

Ukad ustawienia stosowany jest dla powizania, ukadu narzdzia

(wykorzystywanego do okrelania ktw narzdzia poruszajcego si stosownie do zmiany pooenia narzdzia wzgldem obrabiarki) z ukadem roboczym (wykorzystywanym do wyznaczenia ktw roboczych uwzgldniajcym zmiany kierunku ruchu wypadkowego). Ukad ustawienia nie obraca si wraz ze zmian pooenia narzdzia wzdu drogi skrawania ani zmian kierunku ruchu wypadkowego (rys.1.13.).

W PN zebrano zalenoci midzy ktami w ukadzie narzdzia, ktre ilustruje tabela 2.

Wzajemne zwizki ukadu ustawienia i: ukadu narzdzia polegaj na opisie pooenia narzdzia po zamocowaniu

na obrabiarce,

1. Wiadomoci oglne 20

ukadu roboczego polegaj na opisie rzeczywistej geometrii ostrza w ruchu narzdzia wzgldem przedmiotu obrabianego.

Oglnie mwic, stosuje si go celem okrelenia zmiennoci ktw ostrza wzdu krawdzi skrawajcej w odniesieniu do punktu na powierzchni przedmiotu obrabianego. Paszczyzny ukadu ustawienia (rys.1.13.) orientuje si w stosunku do kierunkw ruchu gwnego c i posuwowego f . Przy pokrywaniu si kierunkw ruchw rzeczywistych z kierunkami przyjtymi przy definiowaniu ukadu narzdzia, obydwa ukady zarwno narzdzia jak i ustawienia pokrywaj si. Przesunicie ostrza z osi obrabianego przedmiotu lub jego skrcanie powoduje zmian ktw w ukadzie ustawienia (rys.1.13. a, b).

1. Wiadomoci oglne 21

Rys.1.9. Paszczyzny ukadu narzdzia

1. Wiadomoci oglne 22

a)

b)

Rys.1.10. Podstawowe paszczyzny w ukadzie roboczym

1. Wiadomoci oglne 23

Rys.1.11. N tokarski. Kty w ukadzie narzdzia

Tabela 2. Zalenoci midzy ktami w ukadzie narzdzia

oosr ,,, ,,, nnsr ,,, fpfp ,,, gbrr

r =

pp

ffr tgctg

tgctgtg

=

rgrb

rgrbr sintgsinctg

costgcosctgtg

s ===

frpr

frprs

tgcostgsin

ctgcosctgsintg

)(

)( +=

=

+=

rrg

b

rrr

costgtg

costg

o = sno costgtg +

+=

fr

pro

ctgsin

ctgcosctg )( +

=rr

bo sin

tgtg

o

=s

no cos

tgtg += frpro tgsintgcostg )( += rrgo sintgtg

n =

s

on cos

tgtg +

+=

sfr

prn

cos)ctgsin

ctg(cosctg )( +

=rrs

bn sincos

tgtg

n = son costgtg sfr

prn

cos)tgsin

tg(costg

+

+=

)( += rrsgn sincostgtg

p +

+=

sr

orp

tgsin

ctgcosctg

+

+

=

sr

s

nrp

tgsincosctgcosctg

= brp ctgsinctg

24 1. W

iadomoci oglne

Tabela 2. Zalenoci midzy ktami w ukadzie narzdzia c.d.

f

=

sr

orftgcos

ctgsinctg

=

sr

s

nrf

tgcoscosctgsinctg

= brf ctgcosctg

p +

+=

sr

orp

tgsin

tgcostg

=

sr

s

nrp

tgsincostg

costg

= grp tgsintg

f =

sr

orftgcos

tgsintg

=

sr

s

nrf

tgcoscostg

sintg

= grf tgcostg

r ( ) =+

s

orr tg

ctgtg ( )=+

s

nrr sin

ctgtg =

p

fr tg

tgtg

r ( )

=+

s

orr tg

tgtg )(

=+

s

nrr sin

tgtg

=

f

pr tg

tgtg

)1b

+= s2

o2

b tgctgctg +

= s2

s2n

2b tg

cos

ctgtg += f2p2b ctgctgctg

) 1g += s2o2g tgtgtg +

= s

2

s2n

2

g tgcos

tgtg += f

2p

2g tgtgtg

1) Znaki ktw b i g okrela si na podstawie konwersji wg 5.3. PN 92/M. 01002/01 [48].

25 1. W

iadomoci oglne

1. Wiadomoci oglne 26

Rys.1.12. N tokarski. Kty w ukadzie roboczym

1. Wiadomoci oglne 27

Rys.1.13. Zwizki geometryczne w ukadzie ustawienia dla a) paszczyzn b) geometrii ostrza

Zmiany ktw narzdzia na kty robocze i odwrotnie, czyli oglne zasady

konwersji, opisuje druga cz normy PN92/M. 01002/02 [48]. Ukad narzdzia porusza si wraz z narzdziem skrawajcym. W zalenoci za od zmiany kierunku ruchu wypadkowego zmienia si pooenie ukadu roboczego. Podstawow spraw jest zdefiniowanie osi wsprzdnych ukadw odniesienia.

W ukadzie narzdzia zaoonej paszczyzny bocznej f osie opisuj krawdzie przecicia odpowiednich paszczyzn i dla )PP(X prf (podstawowej i tylnej), )PP(Y fpf (tylnej i bocznej), )PP(Z rff (bocznej i podstawowej). Zwroty dodatnie osi:

Xf w miar oddalania si od powierzchni obrobionej lub naroa, Yf przeciwny do zaoonego ruchu gwnego, Zf w miar oddalania si od powierzchni przejciowej.

Osie w ukadzie roboczym f e stanowi linie przecicia par )PP(X perefe , )PP(Y fepefe , )PP(P refefe .Przyjto za zwroty dodatnie dla osi:

Xfe oddalanie si od powierzchni obrobionej lub naroa odniesienia,

1. Wiadomoci oglne 28

Yfe ruch przeciwny do zaoonego ruchu wypadkowego, Zfe oddalanie si od powierzchni przejciowej.

Transformacj prost stanowi wyraenia wyznaczajce kt roboczy jako funkcj ktw narzdzia, ktw ustawczych i ktw ruchu. Transformacj odwrotn stanowi wyraenie przedstawiajce kt narzdzia jako funkcj ktw roboczych, ktw ustawczych i ktw ruchu. Przyjto konwencj oznaczania ktw midzy osiami ukadu narzdzia

)Z,Y,X( fff oraz ukadu roboczego )Z,Y,X( fefefe (tabela 3.). Tabela 3. Zasada opisywania ktw transformacji

osie Xfe Yfe ZfeXf kt(1.1) kt(1.2) kt(1.3) Yf kt(2.1) kt(2.2) kt(2.3) Zf kt(3.1) kt(3.2) kt(3.3)

Osie ukadu ustawienia )Z,Y,X( mmm tworz najczciej kty z osiami ukadu narzdzia i roboczego, ktrych cosinusy s pomocnicze dla wyliczenia ktw midzy osiami ukadu narzdzia. Korzystajc z tablicy cosinusw ktw (zawartych w tabeli 4) mona wyznacza te kty dla dowolnych przypadkw. Tabela 4. Kosinusy ktw pomocniczych

)Z,Xcos()Z,Xcos()Y,Xcos()Y,Xcos()X,Xcos()X,Xcos()1,1cos( mfemfmfemfmfemf ++=)Z,Xcos()Z,Ycos()Y,Xcos()Y,Ycos()X,Xcos()X,Ycos()1,2cos( mfemfmfemfmfemf ++=

)Z,Xcos()Z,Zcos()Y,Xcos()Y,Zcos()X,Xcos()X,Zcos()1,3cos( mfemfmfemfmfemf ++=)Z,Ycos()Z,Xcos()Y,Ycos()Y,Xcos()X,Ycos()X,Xcos()2,1cos( mfemfmfemfmfemf ++=)Z,Ycos()Z,Ycos()Y,Ycos()Y,Ycos()X,Ycos()X,Ycos()2,2cos( mfemfmfemfmfemf ++=

)Z,Ycos()Z,Zcos()Y,Ycos()Y,Zcos()X,Ycos()X,Zcos()2,3cos( mfemfmfemfmfemf ++=)Z,Zcos()Z,Xcos()Y,Zcos()Y,Xcos()X,Zcos()X,Xcos()3,1cos( mfemfmfemfmfemf ++=)Z,Zcos()Z,Ycos()Y,Zcos()Y,Ycos()X,Zcos()X,Ycos()3,2cos( mfemfmfemfmfemf ++=

)Z,Zcos()Z,Zcos()Y,Zcos()Y,Zcos()X,Zcos()X,Zcos()3,3cos( mfemfmfemfmfemf ++=

Gdy paszczyzna robocza Pfe pokrywa si z paszczyzn Pf w ukadzie

narzdzia sytuacje typowe dla: wikszoci operacji wytaczania i toczenia powierzchni walcowych, wiercenia i podobnych obrbek, frezowania.

przez podstawienie wartoci ktw pomocniczych do oglnych wzorw konwersji otrzymuje si zalenoci (1.1):

1. Wiadomoci oglne 29

)2,3sin(coscos)2,2cos(sinsin rssse = ,

)2,2cos(coscos)2,3sin(sinsincos

tanrss

rsre +

=

, (1.1)

[ ])2,2cos(cossin)2,3sin()cossin(sincos

1sin snrsnse

ne += .

Transformacj odwrotn, polegajc na tym, e znany jest obrt ukadu roboczego a zadaniem jest wyliczenie ktw w ukadzie narzdzia, wykorzystuje si do sprawdzania granicznych warunkw kinematyki ruchu z uwagi na geometri ostrza. W normie proponowane s wzory konwersji w oparciu o metod macierzow, bardziej przydatn w zastosowaniach komputerowych.

Ukad z rys.1.14. nazywano ukadem (O) osi wsprzdnych. Osie tego ukadu wyznaczaj krawdzie przecicia paszczyzn:

PzPX sro (podstawowej i krawdzi skrawajcej), PzPY oso (krawdzi skrawajcej i ortogonalnej), PzPZ roo (ortogonalnej i podstawowej)

W tym ukadzie wsprzdnych brane s pod uwag dwie charakterystyczne linie. Pierwsza jest krawdzi skrawajc, a druga lini przecicia paszczyzny Pn z powierzchni natarcia w okrelonym punkcie na tej krawdzi.

nsnsn

sscoscossinsinsin

0sincosG

=

Rys.1.14. Cosinusy kierunkowe

Cosinusy kierunkowe tych dwu linii: - krawdzi skrawajcej: )0,sin,(cos ss ,

1. Wiadomoci oglne 30

-- linii przecicia paszczyzny Pn z powierzchni natarcia A : )cos,cossin,sinsin( nsnsn ,

tworz macierz G:

nsnsn

sscoscossinsinsin

0sincosG

= (1.2)

odpowiednio dla ukadu osi eG :

nesenesene

sesee coscossinsinsin

0sincosG

= (1.3)

Widoczne jest, e transformacja macierzy G do macierzy eG polega na

obrocie ukadu wsprzdnych wok jednej z jego osi. Na przykad, dla danego punktu A )1,1,0( w ukadzie wsprzdnych ZYX 111 , gdy pokrywaj si pocztki wsprzdnych oraz jedna z osi XX 12 = dla x kta midzy osiami Y1 i Y2 , to wsprzdne punktu w nowym ukadzie otrzymuje si z wymnoenia jednowierszowej macierzy wsprzdnych oraz macierzy transformacji Tx (rys.1.15.):

Y1

Y2

X1, X2

x

x

A(0,1,1)

Z1Z2

Rys.1.15. Obrt elementarny wok osi X

1. Wiadomoci oglne 31

xcosxsinxsinxcos0xcosxsin0xsinxcos0

001110110 Tx ++==

(1.4)

gdzie: Tx macierz transformacji przy obrocie wok osi X , natomiast macierze transformaty wok osi Y i Z maj posta:

ycos0ysin010

ysin0ycosTy

= =zT

1000zcoszsin0zsinzcos

(1.5)

Jeli zamierza si wykona kolejne transformacje, wwczas ostateczna macierz transformacji jest iloczynem macierzy transformacji elementarnych

T,T,T zyx . Polska norma PN92/M.01002/02 opisuje kilka formu wzajemnych transformacji podajc jednoczenie postacie transformat:

z ukadu O do ukadu f ,

rr

rr

sin0cos010

cos0sin

rT

= (1.6)

z ukadu f do ukaduustawienia,

Gcos0Gsin010

Gsin0GcosTG

=

1000HcosHsin0HsinHcos

TH

= oraz

LcosLsin0LsinLcos0

001TL =

(1.7)

gdzie G, H i L to kty ustawcze: G poziomy, odpowiada obrotowi wok osi Ym w ukadzie ustawienia,

wyznaczany w paszczynie podstawowej ukadu narzdzia Pr , zawarty midzy zaoon paszczyzn Pf w jej pooeniu zerowym i zaoon paszczyzn robocz kocow.

H pionowy, odpowiada obrotowi wok osi Z, wyznaczany midzy osi mY ukadu ustawienia a jej rzutem na zaoon paszczyzn robocz fP .

1. Wiadomoci oglne 32

L obrotu, odpowiada obrotowi wok osi Xf ukadu narzdzia, zawarty midzy paszczyzn Pr w jej pooeniu zerowym i kocowym. Pooeniem zerowym okrelono ukad osi Z,Y,X , wyznaczony dla kadego

typu obrabiarki. Przy pooeniu zerowym narzdzia wzgldem obrabiarki paszczyzny ukadu narzdzia Z,Y,X fff pokrywaj si z paszczyznami ukadu obrabiarki Z,Y,X . Gdy paszczyzna Pf pokrywa si z kierunkiem posuwu to system staych osi ukadu ustawienia Z,Y,X mmm pokrywa si take z osiami ukadu narzdzia Z,Y,X fff . z ukadu ustawienia do ukadu f

Mcos0Msin010Msin0Mcos

TM

=

1000NcosNsin0NsinNcos

TN

= oraz

TcosTsin0TsinTcos0

001TT = (1.8)

gdzie M, N, T to kty ruchu: M poziomego, odpowiada obrotowi ukadu pomocniczego wok osi Ym , dla

toczenia powierzchni walcowych i wikszoci innych operacji 0M = . Naley uwzgldnia go podczas obrbki powierzchni stokowych.

N pionowego, odpowiada obrotowi wok osi Z, zawarty jest midzy osi Ym ukadu ustawienia i jej rzutem na paszczyzn robocz Pfe . W wikszoci przypadkw, kt ruchu pionowego jest rwny zeru. Dla toczenia gdy rozpatrywany punkt krawdzi skrawajcej znajduje w odlegoci h poniej osi obrotu to kt N wyznacza si z zalenoci:

dh2Nsin =

(1.9)

d rednica toczenia.

1. Wiadomoci oglne 33

T obrotowego, odpowiada obrotowi wok osi Xfe , wyznaczany w paszczynie Pfe a zawarty midzy paszczyzn Z,X mm ukadu ustawienia i paszczyzn podstawow robocz Pre . W toczeniu, gdy kierunek ruchu gwnego pokrywa si z osi Ym ukadu ustawienia to kt T jest ktem midzy kierunkiem ruchu gwnego i kierunkiem ruchu wypadkowego:

dftanT

= (1.10)

1.3.1.1. Rola i znaczenie ktw ostrza w procesie skrawania

Parametry geometryczne ostrza wpywaj w zasadniczy sposb na przebieg i wyniki procesu skrawania, a w szczeglnoci na: odksztacenia warstwy skrawanej, opr i siy skrawania, zuycie i trwao ostrza, sposb i przebieg tworzenia wira, wytrzymao ostrza, temperatur skrawania, chropowato powierzchni i naprenia warstwy wierzchniej przedmiotu obrabianego.

Dobr geometrii ostrza przeprowadza si z uwzgldnieniem wytrzymaoci ostrza, zminimalizowania si skrawania i tarcia oraz sterowania zachowaniem wirw, na co silny wpyw maj: waciwoci materiau obrabianego i materiau ostrza, warunki obrbki, rodzaj obrabiarki, sztywno ukadu OUPN. Mona optymalizowa geometri ostrza z uwagi na wymienione czynniki lub przyj wartoci ktw ostrza z poradnikw doboru warunkw skrawania, ktre s take stosowane przez rnych producentw gotowych narzdzi. Gotowe narzdzia nie zawsze maj ostrza o optymalnej geometrii s jednak poprzez unifikacj typw przyjt przez grupy producentw, tasze od indywidualnych wyrobw.

Podstawowe kty ostrza wpywajce na proces skrawania, to: 1. Kt przyoenia n , zmienia opory ruchu wpywa bezporednio na

tarcie powierzchni przyoenia o przedmiot powierzchni ostrza po powierzchni przedmiotu obrabianego. Od wartoci kta przyoenia zale: odksztacenia w warstwie wierzchniej przedmiotu obrabianego, siy skrawania, chropowato powierzchni obrobionej, intensywno zuycia i trwao oraz wytrzymao ostrza. Zalecane wartoci ktw przyoenia mieszcz si w granicach 126 oo , mniejsze wartoci od 6o do 8o stosuje si do obrbki zgrubnej.

2. Kt natarcia n , wpywa decydujco na tworzenia si wira, opr i siy skrawania, naprenia i odksztacenia w strefie skrawania, drgania, temperatur, zuycie i trwao ostrza, dokadno obrbki. Przedzia zalecanych wartoci ktw natarcia zawiera si: od 300 oo dla narzdzi ze stali szybkotncych, od 1015 oo dla narzdzi ze spiekw twardych.

1. Wiadomoci oglne 34

Wiksze wartoci ktw natarcia stosuje si dla obrbki stopw lekkich, aluminium i magnezu:

do 30o dla narzdzi ze stali szybkotncej, do 10o dla narzdzi ze spiekw twardych. Mniejsze wartoci ktw natarcia zalecane s przy skrawaniu stali twardych i

eliw: 100 oo dla narzdzi ze stali szybkotncej, 015 oo dla narzdzi ze spiekw twardych.

3. Kt przystawienia r , wpywa na wytrzymao ostrza, zmienia parametry warstwy skrawanej, siy i temperatur skrawania, chropowato powierzchni, drgania, zuycie i trwao ostrza. Wartoci kta r zale od sztywnoci ukadu OUPN. Dla duej sztywnoci ukadu OUPN kt r mona przyjmowa od 5030 oo . Dla sztywnych przedmiotw obrabianych,

gdy stosunek dugoci przedmiotu l do jego rednicy d, wynosi 6dl gdy

12dl= wwczas kt r zwikszamy do 70,60 oo . Dla przedmiotw

wiotkich, gdy 12dl to naley zwiksza kt do 90,80 oo .

4. Kt przystawienia pomocniczy r , wpywa gwnie na zmiany stereometryczne powierzchni obrobionej, wytrzymao i trwao ostrza. Zalecane wartoci pomocniczego kta przystawienia wynosz odpowiednio: 105 oo podczas skrawania przedmiotw sztywnych, 1510 oo podczas obrbki przy maej sztywnoci ukadu OUPN oraz 21 oo dla przecinakw i narzdzi ksztatowych.

5. Kt pochylenia gwnej krawdzi skrawajcej s , zmienia ksztat i kierunek spywu wira, wpywa na odsunicie od sabego wierzchoka punktu obcienia siami skrawania, przy rozpoczynaniu pracy wcinania ostrza. Znaczc rol odgrywa przy poprawianiu rwnomierno skrawania powierzchni przerywanych. Zalecane wartoci kta s wynosz: 2015 oo przy maej sztywnoci OUPN, 50 oo podczas skrawania przedmiotw sztywnych i rwnomiernym

naddatku, 1210 oo przy skrawaniu ostrzami o ujemnych ktach natarcia

wykonanych ze spiekw twardych,

1. Wiadomoci oglne 35

3010 oo przy skrawaniu materiaw trudnoobrabialnych z nierwnomiernym naddatkiem.

Oprcz omwionych ktw istotnymi elementami konstrukcyjnymi ostrza s: Zaokrglenie krawdzi skrawajcej

Ostrze w skrawaniu swobodnym prostoktnym ma atwo definiowaln geometri z uwagi na to, e ograniczone jest tylko przez jedn powierzchni natarcia i przyoenia, ktre przecinajc si tworz zwykle prostoliniow krawd skrawajc. Powierzchni, ktr jest zaokrglenie na przejciu z powierzchni natarcia do powierzchni przyoenia, nazywa si zaokrgleniem krawdzi skrawajcej. Jest to ostrze techniczne, dlatego, mimo i z definicji krawd przecicia dwch powierzchni jest zbiorem ich punktw wsplnych, to krawd rzeczywista jest zaokrglon powierzchni o promieniu rn . Geometri takiego ostrza w dostatecznym stopniu okrela si w paszczynie prostopadej do krawdzi skrawajcej.

W ukadzie skrawania nieswobodnego z udziaem pomocniczej krawdzi skrawajcej, geometria ostrza jest nieco trudniejsza do opisania. Uksztatowanie geometrycznej bryy wierzchoka narzdzia, dla ostrzy zdefiniowanych, polega na zgodnym z zaleceniami konstrukcyjnymi przeszlifowaniu lub zaformowaniu kta przystawienia r i promienia zaokrglenia naroa ostrza r . Otrzymana krawd skrawajca jest najczciej krzywoliniowa. Wymiary i podstawowe nazwy warstwy skrawanej pokazano na rys.1.16.

Rys.1.16. Wymiary warstwy skrawanej przy toczeniu

Naroe

1. Wiadomoci oglne 36

Naroe nazywamy stosunkowo ma cz krawdzi skrawajcej ostrza w miejscu przejcia gwnej krawdzi skrawajcej w pomocnicz krawd skrawajc. Moe by ono: rzeczywistym przeciciem tych krawdzi naroe ostre, prostoliniowym naroe cite, krzywoliniowym naroe zaokrglone, zwane czasem zaokrgleniem

naroa o promieniu r , wyznaczonym w rzucie na paszczyzn podstawow. Czsto spotykan nazw jest take okrelenie przejciowa krawd skrawajca.

Wierzchoek

Wierzchokiem nazywamy cz ostrza najdalej wysunit wzdu jego osi lub prostopadle do niej, utworzon przez zaamanie gwnej krawdzi skrawajcej.

Praktyczne wykorzystanie wiedzy o geometrycznych wielkociach ostrza skrawajcego przedstawione zostanie na przykadzie wpywu ktw narzdzia

n , s i n na niektre zjawiska dotyczce mechaniki skrawania i wytrzymaoci ostrza. Jeli podzieli si umownie stref skrawania na cztery czci w sposb pokazany na rys.1.17., to mona przez odpowiednie uksztatowanie n , s dwch podstawowych ktw, dotyczcych pooenia powierzchni natarcia, sterowa kierunkiem spywu wira do kadej z nich.

Racjonalny dobr tych ktw n i n wpywa rwnie na wytrzymao ostrza, zalen od jego przekroju jak to zilustrowano na rys.1.18.

Rys.1.17. Sterownie za pomoc ktw n , s kierunkiem spywu wirw

1. Wiadomoci oglne 37

Rys.1.18. Wpyw ktw n i n na wytrzymao ostrza

Uksztatowanie ostrza zdefiniowane w:

1. noach tokarskich, 2. frezach, 3. wiertach, 4. pogbiaczach, 5. rozwiertakach, 6. przecigaczach

mona uporzdkowa, z uwagi na kt przystawienia r oraz warto promienia zaokrglenia naroa r , na sze grup (tabela 5.). Podobiestwa pracy narzdzi dla kadej z tych grup, obejmuje zarwno zagadnienia transformacji geometrii ostrza, wpywu ktw ostrza na mechanik oddzielania wira od powierzchni obrabianej, przebiegu zuycia ostrza, tworzenia si powierzchni obrobionej. Tabela 5. Uksztatowanie ostrza

1. Wiadomoci oglne 38

r r

r < 900

r = 900

r > 9 00

r = 0

operacja: 1,2,3

operacja:4,5

operacja:1,6

r > 0

operacja:1,2

operacja:1,3,5

operacja:1,2

W dalszych rozdziaach przyblione zostan wspomniane podobiestwa oraz omwione zostan moliwoci ich praktycznego wykorzystania.

1.3.2. Materiay narzdziowe Do wyrobu narzdzi skrawajcych wykorzystuje si rne materiay

narzdziowe. Wyrniki stosowane do oceny jakoci materiau to: wytrzymao na zginanie, cigliwo, twardo, odporno na wysokie temperatury. Do chwili obecnej znane s rne materiay, a to: stale narzdziowe wglowe, stale narzdziowe stopowe, spieki twarde metali trudno topliwych w praktyce nazywane spiekami, spieki na osnowie ceramicznej zwane cermetalami, materiay super twarde azotek boru, diament oraz materiay zwane kompozytowymi. Materiay takie jak: diament czy azotek boru s mniej wytrzymae na zginanie ni stal szybkotnca, ktra za to traci szybko sw wytrzymao w wyszych temperaturach. Inynieria materiaowa, ktrej rola ronie w ostatnim dziesicioleciu, zajmuje si opracowaniem takiego materiau, ktry czyby razem najlepsze wasnoci (rys.1.19.).

1. Wiadomoci oglne 39

Rys.1.19. Kierunki rozwoju materiaw narzdziowych

1.3.2.1. Stale narzdziowe wglowe

Stale narzdziowe wglowe (0,6 1,3%C) o twardoci w stanie hartowanym od 58 do 62 HRC, w temperaturze okoo 200oC, szybko trac wasnoci skrawne. Dzieli si te stale na pytko hartujce si, oznaczone jako: N7E, N8E, N9E, N10E, N11E, N12 oraz stale gboko hartujce si, oznaczone jako; N5, N6, N7, N8, N9, N10, N11 i N12. Narzdzia z tych stali o niewielkich rozmiarach do 1 mm lub duej zmiennoci przekroju, w czasie obrbki cieplnej, ulegaj duym odksztaceniom. Wykonuje si z tych stali narzdzia takie jak: pilniki, wierta, frezy, rozwiertaki, gwintowniki, przebijaki, duta, piy tamowe do drewna, narzdzia kowalskie itd. Wicej szczegw na temat tych stali zawiera PN 86/H 85020 [48].

1. Wiadomoci oglne 40

1.3.2.2. Stale narzdziowe stopowe

Dodatki stopowe w tych stalach poprawiaj wasnoci skrawne podnoszc ich twardo od 61 do 64 HRC przy zawartoci wgla od 0,75 do 2,0%. Stale te oprcz wgla C, niewielkich iloci manganu Mn i krzemu Si oraz szkodliwych domieszek fosforu P i siarki S, zawieraj inne skadniki stopowe, jak chrom Cr, nikiel Ni, a take wolfram W, molibden Mo, wanad V, kobalt Co. Narzdzia wykonane z tych stali posiadaj zdolnoci skrawne w temperaturach od 260 do 650oC. Stale narzdziowe stopowe dzielimy na: stale do pracy na zimno, stale do pracy na gorco oraz stale szybkotnce (punkt 1.3.2.3).

Spord stali narzdziowych stopowych, ktrych skad okrelono w PN 86/H 85023 [48], wyrni naley takie ich gatunki jak: NC6 - gwintowniki, narzynki, rozwiertaki, frezy ,wierta maszynowe,

sprawdziany, matryce, wykrojniki, NC10 - wykrojniki, piercienie do przecigania, noe, sprawdziany, przebijaki,

walce kunicze, NC11 - cigada, piercienie do przecigania, wykrojniki, gwintownice, noe,

matryce, stemple do wyciskania, NC11LV - przecigacze, frezy, obcinarki, rozwiertaki, wykrojniki, narzdzia tnce

do papieru, marmuru i tworzyw sztucznych, NMV - sprawdziany, narzdzia pomiarowe, dugie gwintowniki i narzynki,

rozwiertaki, wykrojniki, noe talerzowe i tarczowe, frezy, stemple, NZ3 - przebijaki, przecinaki, matryce, narzdzia do obrbki drewna, stemple,

gradownice, NW1 - noe do drewna, papieru, tytoniu, gumy, wierta, spirale, piy i piki,

stemple,

WCL - formy do odleww pod cinieniem, wkadki matrycowe, na bardzo

obcione czci pras, WCLV - wkadki matrycowe, matryce i stemple do wyciskania, walce oporowe,

WNL - matryce kunicze, kowada, stemple,

1. Wiadomoci oglne 41

WWN1 - matryce, formy cinieniowe, cigada na gorco,

WWS1 - formy cinieniowe, stemple, matryce, noe do cicia na gorco.

1.3.2.3. Stale szybkotnce

Stalami szybkotncymi nazywa si stale wykazujce wysokie wasnoci skrawne przy prdkociach skrawania i przekrojach wirw wywoujcych nagrzewanie si ostrza do 6500C. Osigaj twardo po hartowaniu 64 do 66 HRC i z niewielkimi zmianami zachowuj j do temperatur od 550 do 650oC. Zawarto wgla zmienia si od 0,75 do 1,45%. Dodatki stopowe stanowi rny udzia procentowy w stopie i alfabetycznie najczciej s to:

Chrom zawarto jego suy jednorodnoci i drobnoziarnistoci struktury oraz zwikszeniu odpornoci stali na cieranie, a udzia procentowy chromu mieci si w granicach od 3,5 do okoo 4,5%,

Kobalt podwysza odporno na wysokie temperatury, zmniejsza wraliwo na przegrzania, zmniejsza zmiany objtociowe stali po obrbce cieplnej. Zawarto jego w stopie wynosi 5% lub 10,5%,

Molibden suy gwnie do zastpowania drogiego wolframu, zawarto jego waha si od 0,7 do 10%.

Wanad przyczynia si do powstawania drobnoziarnistej budowy stali, w wysokiej temperaturze przeciwdziaa rozrostowi ziarn, zwiksza gboko hartowania, zwiksza twardo ostrza, zmniejsza krucho odpuszczania. Zawarto wanadu w stali waha si od 1 do 4,8%, w szczeglnych przypadkach siga 9,0% zastpujc wolfram.

Wolfram zawarto tego pierwiastka waha si od 1,3 do 19% i dalsze zwikszanie jego udziau blokuje rozrost ziaren szczeglnie gdy ograniczona jest zawarto wanadu,

Naley zaznaczy, e pierwiastki stopowe takie jak: kobalt, molibden, wanad oraz wolfram tworz w stalach stopowych gwnie wgliki, ktre w znaczcy sposb polepszaj wasnoci mechaniczne tych wanie stali.

Polska Norma PN 86/H 85022 [48] podaje skad chemiczny tych stali. Podkrelono w niej, e stal SW7M jest zalecan w miejsce dotychczas powszechnie stosowanej SW18. Przewaaj tu wzgldy ekonomiczne zwizane z cen wolframu i jego znaczeniem strategicznym. Zastpienie wolframu molibdenem sprzyja otrzymaniu stali o mniejszej segregacji i wikszym rozdrobnieniu wglikw, co poprawia wasnoci mechaniczne stali. W praktyce okazao si jednak, e jest podatna ona na odwglenia i przez to trudna w

1. Wiadomoci oglne 42

przygotowaniu dobrych narzdzi. Wykorzystuje si j gwnie na wierta, rozwiertaki, nawiertaki i gwintowniki, czyli na narzdzia do obrbki otworw.

W stali SW12, dla poprawienia twardoci i trwaoci podwyszono zawarto wgla do 1,15%. Wzrost zawartoci wgla wymaga zwikszenia zawartoci wanadu. Zmniejszono, zatem zawarto wolframu o, okoo 30%, ale prawie dwukrotnie podwyszono udzia wanadu. Stal SW12, w badaniach laboratoryjnych wykazywaa oczekiwane wasnoci. W praktycznych zastosowaniach bya trudna w przygotowaniu z niej narzdzi z uwagi na du skonno do przypale szlifierskich. Ponadto, obserwowano do duy rozrzut trwaoci ostrzy wykonanych z tej stali [40]. Stale SK5, SK5V, SK10V, SK5M i SK8M to stale kobaltowe i kobaltowo wanadowe. Oglnie charakteryzuj si one skonnoci do odwglania i utrudnion szlifowalnoci. Rekompensuj one te niedostatki podwyszon trwaoci ostrzy i wzrostem wydajnoci obrbki w wyniku podwyszenia prdkoci skrawania.

Najwaniejsze gatunki stali szybkotncych oraz najpopularniejsze ich zastosowania podaje tabela 6.

Zbadano przydatno gatunkw stali szybkotncych; SW18, SW12, SK5 i SK5V, na noe tokarskie; zdzieraki proste, noe boczne oraz przecinaki [40]. Wieloparametrowa ocena wykazaa, e stale kobaltowe SK5 i SK5V maj najlepsze wasnoci skrawne w kadym rodzaju narzdzi. W ciszych warunkach pracy, jakie maj miejsce przy przecinaniu korzystniejsze jest stosowanie stali SK5V ni stali SK5.

1. Wiadomoci oglne 43

Tabela 6. Gatunki stali szybkotncych Gatunek stali Cechy charakterystyczne Przykady zastosowania Znak cecha

SWl2 W5 stal o dobrej cigliwoci; skrawno lepsza ni SWl8; dua odporno na cieranie; wydajno wiksza ni rednia

stal na narzdzia do obrbki zgrubnej i wykaczajcej oglnego przeznaczenia, do obrbki materiaw o redniej wytrzymaoci

frezy wierta, narzdzia do gwintowania, segmenty, brzeszczoty pi, frezy limakowe

SWl8 W4 stal o dobrej cigliwoci; mao wraliwa na warunki hartowania, z tego wzgldu moe by hartowana przy mniej dokadnym pomiarze temperatury; wydajno rednia

jak SW12 oraz noe tokarskie, strugarskie

SW2M5 M1 stal o duej cigliwoci i dobrej odpornoci na cieranie

stal na narzdzia do obrbki materiaw o redniej wytrzymaoci przy rednich wydajnociach (szybkociach skrawania)

wierta krte, nawiertaki, gwintowniki, piy do metali, frezy do gwintowania, narzdzia do obrbki plastycznej na zimno

SW7M M2 stal o bardzo dobrej cigliwoci, o duej odpornoci na cieranie; wydajno dua; skonna do odwglenia i przegrzewania przy hartowaniu

stal uniwersalna nadajca si na narzdzia o duej wydajnoci i duej cigliwoci, na narzdzia naraone na skrcanie, do obrbki materiaw o wytrzymaoci powyej 830 MPa

wierta krte, narzdzia do nacinania gwintw, segmenty do pi tarczowych, przecigane frezy do gwintowania, frezy zataczane, rozwiertaki, narzdzia do obrbki k zbatych

SK5 K2 stal o duej cigliwoci; duej odpornoci na cieranie; wydajno dua; skonna do odwglenia

stal na narzdzia do obrbki zgrubnej i wykaczajcej materiaw o duej wytrzymaoci, do obrbki na automatach

noe oprawkowe do gwintowania, przecinaki, narzdzia do obrbki k zbatych

SK5M K4 stal o dobrej cigliwoci; duej odpornoci na odpuszczanie; wydajno bardzo dua, wiksza ni stali SK5

stal na narzdzia do obrbki materiaw trudno skrawalnych, twardych i ze stali austenitycznych, do obrbki w cikich warunkach zestaww koowych, obrczy, walcw, wyrobw z eliwa itd.

noe strugarskie, tokarskie, frezy, wierta specjalne, narzdzia do obrbki k zbatych, noe ksztatowe

1. Wiadomoci oglne 44

Tabela 6. Gatunki stali szybkotncych c.d.SK5MC K5 stal o dobrej cigliwoci i

odpornoci na cieranie; wydajno dua

stale na narzdzia do obrbki stali konstrukcyjnych ulepszonych cieplnie oraz stali kwaso i aroodpornych

narzdzia trzpieniowe i nasadowe, frezy limakowe pracujce w szczeglnie cikich warunkach

SK8M K8 stal o duej cigliwoci; duej odpornoci na cieranie i odpuszczanie; wydajno bardzo dua

stal na narzdzia do obrbki zgrubnej i wykaczajcej, jak rwnie na automatach przy duych szybkociach skrawania, do obrbki stali twardych i austenitycznych

frezy, noe ksztatowe

SK5V K3 stal o mniejszej cigliwoci, bardzo duej odpornoci na odpuszczanie, skonna do odwglenia; szlifowanie utrudnione; wydajno bardzo dua

stal na narzdzia do obrbki wykaczajcej materiaw o duej wytrzymaoci i austenitycznych, na narzdzia do pracy na automatach, do obrbki materiaw nieelaznych

noe tokarskie i przecinaki, noe ksztatowe, rozwiertaki, frezy, koa do cicia, take do prac przy niedostatecznym chodzeniu, dutaki, narzdzia do automatw

SK10V K6 stal o mniejszej cigliwoci i bardzo duej odpornoci na cieranie i odpuszczanie, skonna do odwglenia; szlifowanie utrudnione

stal na narzdzia do obrbki zgrubnej i wykaczajcej, a take na automatach i uszczarkach, materiaw o duej wytrzymaoci przy duych szybkociach skrawania, do obrbki stali nierdzewnych i austenitycznych

wysoko wydajne frezy, noe tokarskie i strugarskie

Trwaj badania nad opracowaniem stali szybkotncych o coraz

doskonalszych wasnociach skrawnych. Poszukiwania te kieruj si na: 1. wprowadzaniu do stali taniego azotu, nawet do 0.4%, ktry tworzy

wglikoazotki wanadu, wolframu i molibdenu w wyniku tego ronie twardo i odporno na podwyszone do 550 C temperatury,

2. podwyszeniu do 2% zawartoci krzemu, ktry rozpuszczajc si w wglikach molibdenu wypiera z siatki wolfram i molibden, ktre reaguj z wglem zwikszajc ilo ich wglikw,

3. elektroulowe przetapianie, eliminujce niekorzystny wpyw na skrawno narzdzi, pasmowego rozkadu i segregacji grawitacyjnej duych wglikw w stopach stali [40],

1. Wiadomoci oglne 45

4. spiekanie proszkw stali o mikronowych wymiarach okoo do 7 m otrzymywanych przez rozpylanie stopionej stali szybkotncej w prni za pomoc wody. w wyniku ujednolicona zostaje struktura i poprawia si obrabialno w stanie zmikczonym oraz szlifowalno tych stali w stanie hartowanym (metoda ASEA STORA),

5. pokrywania twardymi warstwami azotkw lub wglikw, szczeglnie korzystne rezultaty uzyskuje si dla duych narzdzi ksztatowych.

1.3.2.4. Spieki twarde

Spiekane wgliki metali trudnotopliwych produkuje si ponad 60 lat. Skadaj si one z wysokotopliwych wglikw wolframu WC , tytanu TiC , tantalu TaC i niobu NbC (65 do 98%) oraz kobaltu metalu wicego. Producenci, a jest ich bardzo wielu, mog zmienia skady tych materiaw. Wysza zawarto wglikw podwysza twardo materiau i odporno na cieranie. Wzrostowi zawartoci kobaltu towarzyszy wiksza mikko, ale za to wysza wytrzymao, szczeglnie na zginanie. Twardo spiekw dochodzi do 92 HRA i do temperatury okoo 870oC, nie obserwuje si zauwaalnej utraty wasnoci skrawnych. Do temperatury 1270C zachowuj na tyle du twardo, e moliwe jest dalsze skrawanie. Podstawowe gatunki spiekanych wglikw metali trudnotopliwych wedug PN93/M 01006 [48], stosowanych na narzdzia do obrbki metali, to: grupa P (kolor niebieski) do obrbki stopw elaza, dajcych wir dugi,

stali i staliwa, eliwa sferoidalnego lub niektrych stali kwasoodpornych z uwagi na to, e s odporne na tworzenie rowka na powierzchni natarcia. Zawieraj wiksze iloci wglika tytanu TiC oraz tantalu TaC , przez co staj si odporne na tworzenie rowka na powierzchni natarcia. Dua zawarto wglikw powoduje jednak nisz wytrzymao, a zmiany odpornoci na cieranie s wypadkow odmiennych wpyww TiC i TaC . Wysza zawarto TaC , wpywa na obnienie odpornoci na cieranie, czyli odwrotnie ni dziaa wglik tytanu TiC . Oznaczenia gatunku pytek to P01, P10, P20, P20, P30, P40 i P50.

grupa K (kolor czerwony) wykazuj najwysz wytrzymao dla danej twardoci. Uywane s do skrawania stopw elaza, dajcych wir elementowy, poniewa s odporne na cieranie powierzchni przyoenia. Szczeglnie polecane s do obrbki eliwa, metali nieelaznych, stali kwasoodpornych, aroodpornych i niemetali takich jak: szko, ceramika oraz niektrych stali hartowanych. O jakoci tych wglikw decyduj; wielko ziaren wglika wolframu oraz zawarto kobaltu, z ktrych gwnie zbudowane s spiekane wgliki metali trudnotopliwych. Drobniejsze ziarno wglika powoduje spadek wytrzymaoci z jednoczesnym wzrostem twardoci materiau narzdziowego. Mniejsza

1. Wiadomoci oglne 46

zawarto kobaltu sprzyja wyszej twardoci, ale obnia wytrzymao. Podstawowe gatunki to K01, K10, K20, K30 i K40.

grupa M (kolor ty) do obrbki stopw elaza dajcych wir dugi lub krtki oraz metali nieelaznych, Wasnoci tej grupy spiekw s wyporodkowane z tych dla P i K. S oznaczone jako M10, M20, M30 i M40. Uniwersalno zastosowa nie moe, z zaoenia, spenia wszystkich oczekiwa, w znaczcy sposb ogranicza jednak liczb rnych narzdzi w magazynach warsztatowych.

Zasad doboru jest, aby do obrbki wykaczajcej wybiera gatunki z niszymi wartociami liczbowymi. Im nisza prdko skrawania tym wysza warto cyfrowa w oznaczeniu pytki.

W sprzeday spotyka si spieki, w postaci pytek skrawajcych. Producenci tych pytek d do poprawienia wasnoci skrawnych swoich produktw, gwnie przez: 1. nanoszenie twardych warstw na materia wglikowy podraa cen wyrobu

o okoo 30%, 2. nanoszenia warstw z kompozytw, 3. stosowanie submikronowych wglikw, ktre maj wymiary tysicznych

czci mikrometra i poprawiaj wytrzymao wglikw spiekanych, 4. stosowanie obrbki cieplnej modyfikujcej skad spieku, powodujc

wprawdzie wzrost ceny o okoo 20% ale moliwej do zrealizowania przez uytkownika. Trwao ostrza wzrasta o okoo 100%,

5. zastpowanie drogiego wolframu i kobaltu stopami niklu i molibdenu.

Naley podkreli, e niektre z tych ulepsze maj ograniczony czas oddziaywania do pierwszego ostrzenia. Narzdzia, w ktrych wglik spiekany jest osadzony w sposb trway i musi by przeostrzony, korzyci jakie daje spiek mog by mniejsze. Wyranie zyskuje si jednak w przypadku narzdzi z wymiennymi ostrzami skrawajcymi.

1.3.2.5. Materiay pokrywane twardymi warstwami

Aby osign lepsze wasnoci wszystkich materiaw narzdziowych naleaoby podwyszy zawarto wgla w niektrych z nich albo doprowadzi do 100 procentowej zawartoci fazy wglikowej lub innych, rwnie twardych, zwizkw takich jak krzemki, borki, azotki lub tlenki. Prowadzi to wwczas do wzrostu twardoci i odpowiednio odpornoci na cieranie, ale wywouje spadek wytrzymaoci na zginanie, wzrasta wraliwo na obcienia dynamiczne i podatno na pkanie. Wida wyranie, e nie mona pogodzi tak odmiennych oczekiwa drog jedynie prostego zwikszania zawartoci skadnikw stopu. Zrodzi si przed laty pomys nakadania na wytrzymae rdzenie cienkich warstw o znacznej wytrzymaoci, takich jak: wgliki azotu, azotki tytanu, krzemki, borki i tlenki. Warstwy s niezwykle cienkie, kilkumikronowe, gdy z rozwaa

1. Wiadomoci oglne 47

teoretycznych wynika, e im ciesza jest warstwa naniesiona na wytrzymae podoe tym mniejsze s w niej naprenia i jest ona bardziej podatna. Wyjania to zjawisko demonstrowane na przykadzie szklanej rurki. Gdy ma ona rednic 5 mm, to przy prbie zginania atwo pka. Natomiast dla rurki o rednicy 0.5 mm mona zaobserwowa duo wiksz podatno na zginanie. Wiadomo, e twardo tych warstw w temperaturze pokojowej dochodzi do 3000 HV i dla tlenkw czy borkw spada do 800 do 900 HV w temperaturze 1000C.

Ograniczone zastosowanie pokrywanych wieloostrzowych pytek skrawajcych dotyczy obrbki materiaw wykazujcych powinowactwo z warstw TiC i TiN , a szczeglnie stopw Al , stali austenitycznych, stali tytanowych itp.

1.3.2.6. Materiay ceramiczne i cermetale

Podstawowym skadnikiem tej grupy materiaw jest tlenek aluminium OAl 32 , ktry jest osnow dla tlenkw innych metali wapnia, manganu,

magnezu, cyrkonu. Twardo dochodzi do 90 do 95 HRA i odporno na dziaanie wysokich temperatur nawet do 1270C. Materia na ceramik jest tani, jednak wykonanie z niego materiau narzdziowego wymaga drogiej technologii, w wyniku, czego ceny s porwnywalne do cen spiekanych wglikw metali trudnotopliwych, a nawet wysze. Zachowanie materiaw ceramicznych wyrnia si tym, e w przypadku skrawania stali nie powoduje zjawiska zespawania z wirem. Przy nagrzewaniu nie utlenia si i nie wykazuje skonnoci do tworzenia narostu w czasie skrawania wikszoci wykorzystywanych materiaw konstrukcyjnych. Jednak, przy obrbce stopw aluminiowych, ma ograniczone zastosowanie z tego samego powodu, ktry zauwaa si w stosunku do wykorzystania wglikw spiekanych przy obrbce materiaw z zawartoci wgla. Powodem jest powinowactwo chemiczne sprzyjajce zjawisku adhezji, sczepianiu wzajemnym materiaw w miejscu styku, w wysokich temperaturach i znacznych naciskach.

Wykorzystanie moliwoci skrawnych materiaw ceramicznych wymaga: 1. stosowania nowoczesnych obrabiarek dysponujcych moc napdu

gwnego przynajmniej kilkunastu kilowatw poniewa moliwe jest, przy posuwie do okoo 0,5 mm i gbokoci skrawania do 5 mm, stosowanie prdkoci skrawania do 2 krotnie wyszych ni dla wglikw spiekanych,

2. unikania zbyt duych naddatkw, szczeglnie nierwnomiernych, zalecane stosowanie do obrbki wykaczajcej z uwagi na fakt, e wytrzymao na zginanie jest 2 do 3 krotnie mniejsza ni wglikw,

3. rozwizania problemu usuwania znacznej iloci wirw, szczeglnie w postaci cigej, wstgowej, ktrego moe powstawa kilkaset metrw na minut, a ktry niszczy powierzchni obrobion, w wyniku kilkakrotnego jej porysowania.

1. Wiadomoci oglne 48

Obecnie wiatowe zapotrzebowanie na ceramiczne materiay narzdziowe ocenia si na okoo 5% wszystkich materiaw narzdziowych. Norma PN 93/M01006 [48] podaje podzia materiaw ceramicznych na grupy: - CA tlenkowe zawierajce gwnie OAl 32 , - CM ceramika mieszana zawierajca oprcz OAl 32 dodatki innych

tlenkw, zwykle 3040% TiC , a czasem take TiN , co pozwala uzyska w porwnaniu z czyst ceramik tlenkow wiksz twardo i wytrzymao na zginanie oraz mniejsz krucho, co w efekcie zmniejsza zuycie cierne i erozyjne,

- CN zawierajce gwnie azotek krzemu NSi 43 , charakteryzujcy si du przewodnoci ciepln )Km/(W3630 i bardzo ma rozszerzalnoci ciepln, co zwiksza odporno na wielokrotne nage zmiany temperatury i pozwala na zastosowanie cieczy obrbkowej.

- CC ceramiczne materiay powlekane. Mona spotka na rynku gatunki ceramiki: 1. cyrkonowa OAl 32 +(od 3 do 15%) OZr 2 lub prawie czysto cyrkonowa

o zawartoci do 90% OZr 2 2. wglikowokrzemowa OAl 32 +SiC , 3. wglikowoborowa OAl 32 + CB4 , 4. azotku boru OAl 32 + BN , 5. prawie czysta ceramika od 97 do 99,5 % 6. azotku krzemu OAl 32 + NSi 43 7. czarna tytanowa OAl 32 +(od 10 do 40%) TiC + TiN .

Czsto wykorzystywane s trzy spord wymienionych gatunkw ceramiki: cyrkonowa, czysta ceramika oraz tytanowa. Tworzywa na bazie azotku krzemu nie wytrzymuj prdkoci skrawania powyej 350 m/min, gdy wykazuj wzrost aktywnoci chemicznej wzgldem elaza. Tworzywa na bazie OAl 32 z dodatkiem azotkw i wglikw tytanu znajduj zastosowanie w skrawaniu z uwagi na dobre wasnoci wytrzymaociowe i dobr przewodno ciepln. Krajowe produkty oznaczone jako TA (ceramika z zawartoci itru, lantanu, cyrkonu pierwiastkw ziem rzadkich drogich dodatkw) i TW (kompozytowe tworzywa wglikowotlenkowe na bazie OAl 32 ) s badane i ocenia si, e s porwnywalne z odpowiednikami zagranicznymi. Ceramika TA wymaga, po jej spieczeniu w temperaturze okoo 1700C i wczeniejszym izostatycznym sprasowaniu pod cinieniem 300 MPa, przeszlifowania wszystkich powierzchni pytek trjktnych, kwadratowych i okrgych, w takiej postaci spotykanych w handlu. Podraa to o okoo 20% cen pytek surowych. Pytki TW wykonywane s w technologii spiekania prniowego przy

1. Wiadomoci oglne 49

zmiennym kontrolowanym cinieniu. Twardoci ich dochodz do 1900 HV, s wysze o okoo 200 HV ni gatunku TA , natomiast dwukrotnie bardziej odporne na zuycie cierne. Zalecane parametry skrawania: prdko skrawania 300 do 500 m/min, posuw 0.3 mm/obr i gboko skrawania do 3 mm. Pytki TW przeznaczone s do obrbki wykaczajcej stali narzdziowych i stopowych o twardoci do 60 HRC.

Kolejnym krokiem w rozwoju spiekw ceramicznych jest sialon o wzorze sumarycznym AlONSi 75 (sialon

' ) i waciwociach fizycznych oraz mechanicznych zblionych do NSi 43 , a chemicznych do OAl 32 . Sialon zastosowany do obrbki eliwa i stopw niklu pozwala na istotne zwikszenie prdkoci skrawania (do 1000 m/min) przy posuwach w zakresie

obr/mm125,0 [29]. W poowie lat osiemdziesitych, dziki osigniciom inynierii materiaowej,

powstay spieki ceramiczne wzmocnione wiskerami (Whiskerit) wglika krzemu SiC [29]. Wiskery to nitkowate monokrysztay metali lub niemetali, odznaczajce si prawie bezdefektow budow krystaliczn, co powoduje, e ich wytrzymao mechaniczna jest znacznie wiksza od normalnych krysztaw tego materiau. Optymalna zawarto wiskerw w spieku ceramicznym wynosi 20%, a jako materia bazowy suy OAl 32 , wzgldnie NSi 43 .

Kolejnymi materiaami narzdziowymi s cermetale. Cermetal jest materiaem spiekanym zoonym z dwch typw skadnikw z ktrych jeden to ceramiczny, najczciej OAl 32 , z bardzo du kruchoci i twardoci okoo 94 HRA, odpornoci w wysokich temperaturach, odpornoci na utlenianie, drugi za, to stop metalu, podatnego, takiego jak wolfram, tytan lub innych. W wyniku otrzymuje si materia o wasnociach troch gorszych z uwagi na odporno ciern, ale o lepszej wytrzymaoci na zginanie i zmniejszonej kruchoci. Nie wykrystalizowa si jeszcze wyrany obszar zastosowa tych materiaw. Zalecenia dotycz raczej dokadnej obrbki stali o twardoci do 60 65 HRC i eliw o twardoci do 550 600 HB z prdkociami skrawania od 750 do 1000 m/min i przekrojach warstwy skrawanej mm55,0af 2p = .

1.3.2.7. Materiay supertwarde

Diament oraz regularny azotek boru zaliczane s, wedug PN93/M01006 [48], do materiaw supertwardych. Diament polikrystaliczny oznaczono jako DP a polikrystaliczny azotek boru jako BN . Diament monokrystaliczny stosowny jest w wyjtkowych wypadkach, gdy w temperaturze 900C przemienia si w grafit i reaguje z elazem. Diament syntetyczny polikrystaliczny, otrzymywany jest jako spiek diamentu monokrystalicznego w kobaltowej osnowie. Nie wolno stosowa go do obrbki elaza i jego stopw.

1. Wiadomoci oglne 50

Polecane za s do skrawania metali nieelaznych ich stopw, materiaw ceramicznych, organicznych (rys.1.20.).

Diamenty szczeglnie zalecane s do obrbki stopw aluminium zawierajcych krzem. Znajdujce si w tym stopie obok siebie warstwy mikkiego roztworu krzemu w aluminium i czystego krzemu powoduj, e zmiennych obcie krawdzi nie wytrzymuj materiay narzdziowe kruche, cierne dziaanie krzemu wyklucza stosowanie materiaw mao odpornych na takie zuycie. Dostarczany w postaci ksztatek kilkumilimetrowych do osadzenia w pytkach ze spiekw twardych.

Zakres zastosowa narzdzi skrawajcych

z regularnego azotku boru i diamentu

Metale Niemetale

Stopy metalinieelaznych

stopy Alstopy Nistopy Mgstopy Cu stopy Ti

Stopyelaza

niestopowe (mikkie)lniskostopowe (mikkie)wysokostopowe (mikkie)niskostopowe (twarde) wysokostopowe (twarde)

Materiaynieorganiczne

szkokamieceramikaferrytyczne cermetalewgliki spiekane

Materiayorganiczne

drewnotwarda gumamikka gumatworzywa sztuczne (umocnione wknem)

Materiay narzdziowe

CBN Diament

Rys.1.20. Zakresy zastosowania materiaw supertwardych [48]

Regularny azotek boru jest otrzymywany przez spiekanie

monokrystalicznego, regularnego azotku boru, otrzymywanego syntetycznie, w osnowie kobaltowej. Jest drugim (po diamencie) najtwardszym materiaem narzdziowym. Ma wiksz odporno chemiczn i przy cinieniu atmosferycznym odporny jest na utlenianie nawet do temperatury 2200C. Warstwa azotku boru, jest czona dyfuzyjnie z podoem z twardych spiekw i najczciej jako dwustronna pytka, typu sandwich, o rnych ksztatach. Zalet jest moliwo obrbki stali (w tym nawet hartowanych do 70 HRC), eliw o twardociach do 95 HSh po utwardzeniu. Na rys.1.20. pokazano jak szeroki jest obszar zastosowania materiaw supertwardych. S one jednak wzgldnie

1. Wiadomoci oglne 51

drogie. Ronie jednak poda tych materiaw i naley oczekiwa, e spada bdzie ich cena.

Now technologi wytwarzania narzdzi do obrbki twardych materiaw jest pokrywanie ostrzy warstw polikrystalicznego diamentu (PKD) gruboci kilku do kilkunastu mikrometrw. Stosowane jest m.in. pokrywanie metod PVD i metod wzrostu warstwy diamentowej [29].

Zaawansowane s rwnie prby wytwarzania pokry z CBN, a nawet z CBN/PKD, ktre okrela si jako materiay narzdziowe XXI wieku.

1.3.2.8. Materiay kompozytowe

Najnowoczeniejsz grup materiaw narzdziowych s tak zwane kompozyty. Przykadem kompozytu jest budowa drewna, gdzie molekuy celulozy s faz dyspersyjn. W zalenoci od jej rozoenia mamy do czynienia z tym samym materiaem, ale o zdecydowanie rnej wytrzymaoci mechanicznej. Nazwa ta odnosi si do takich materiaw narzdziowych, ktre maj roztworzone w osnowie, (jako fazy dyspersyjne) znane z bardzo duej twardoci, otrzymywane drog techniczn, polikrysztay diamentu, azotku boru ( RAB 43,6% Bi i 56,4% N). Pynne, wczeniej stopione dodatki, ograniczaj koncentracj napre w wyniku krawdziowego nacisku dwch, o duej twardoci, ziaren (whiskers). Dodatki te speniaj jeszcze jedno zadanie. Musz zapewni, przez swoj dobr zwilalno, poczenie z drug warstw kompozytu, ktrej zadaniem jest najczciej usztywnienie spieku oraz stworzenie moliwoci przylutowania ksztatki do korpusu narzdzia. Tlenek aluminium jest ciszy ni dodatki w nim rozpuszczone. Trwaj prace nad wykorzystaniem zjawiska, grawitacyjnego wzbogacania w OAl 32 , tylko wybranych powierzchni ksztatki.

Dowiadczenia wskazuj na korzystny wpyw na wasnoci spieku diamentowego dodatku tytanu, z uwagi na dobre oddziaywanie na faz diamentow oraz na intensyfikacj dyfuzyjnego poczenia warstwy diamentowej z podstaw wglikow. Dla warstw z azotkiem boru wykorzystuje si podoa z wglika wolframu z 11% zawartoci kobaltu lub z molibdenu. Z powodzeniem mona stosowa te materiay narzdziowe do obrbki materiaw o twardoci powyej 50 HRC.

Technologia lutowania, ksztatek twardych materiaw, czyni rwnie postpy wskazujce na przyszo i rozwj ich wykorzystania. Powane nadzieje budz prognozy zastosowanie, jako fazy dyspersyjnej, wkien wglowych uoonych warstwowo. Zmieni to przewodno ciepln kompozytu oraz wytrzymao mechaniczn.

1.3.2.9. Oglne zasady doboru materiaw narzdziowych

Wybr na narzdzia poszczeglnych materiaw narzdziowych okrela z jednej strony osigana podczas skrawania temperatura, czyli wybr materiau z

1. Wiadomoci oglne 52

uwagi na jego waciwoci i warunki skrawania, z drugiej za strony moce dostpne w napdach gwnych obrabiarki.

Popularno narzdzi ze spiekw twardych pozwala kierowa si nastpujcymi kryteriami: aby unikn wyszczerbie krawdzi naley korzysta z tych gatunkw, ktre

zawieraj mniej kobaltu, oglnie s to spieki twarde z nisz numeracj, dlatego zalecane gatunki to P10 i K10,

zawarto wglika tantalu, korzystnie wpywa na wytrzymao krawdzi skrawajcej przy obrbce zgrubnej i dynamicznej, wiksza zawarto wglika tytanu zalecana jest dla ostrzy wykazujcych zuycie rowkowe na powierzchni natarcia. Naley uywa wglikw z grupy P, w przypadku dominujcego zuycia ciernego naley korzysta z wglikw spiekanych K.

Nie mona pomin przy wyborze waciwego materiau na narzdzie zagadnienia ekonomiki. Koszt wykonania narzdzia lub cena jego nabycia musi uwzgldnia wydajno produkcji, odporno na zuycie, czyli trwao. Przy doborze materiau narzdziowego nie mona zastosowa jednej uniwersalnej zasady. W przypadku innych materiaw ni spieki twarde naley uwzgldnia kilka oglnych zasad postpowania: twardo materiau narzdziowego powinna by co najmniej o 30HRC

wiksza od twardoci materiau obrabianego, dobieranie materiau czci roboczej narzdzia wedug danych

katalogowych w ktrych zalecane s gatunki materiaw narzdziowych pod ktem rodzaju materiau skrawanego, parametrw skrawania, jakoci obrbki (rys.1.21.)

naley sprawdzi wydajno obrbki i korygowa z uwzgldnieniem trwaoci i zapotrzebowania mocy skrawania,

w przypadku gdy konstruktor zastosuje nowy materia konstrukcyjny to technolog dobiera materia narzdziowy i warunki obrbki przez analogi do znanego materiau konstrukcyjnego o zblionych waciwociach.

1. Wiadomoci oglne 53

Rys.1.21. Zalecenia dotyczce doboru materiau narzdziowego [48]

1. Wiadomoci oglne 54

1.4. Obrabiarki i ich rola w procesie skrawania Obrabiarki to maszyny technologiczne suce do wytwarzania elementw

bdcych skadowymi innych maszyn i urzdze. Na obrabiark skada si wiele systemw oraz podsystemw technologicznych. Podsystemy te peni okrelone zadania w procesie oddzielania naddatku obrbkowego z materiau wyjciowego.

Zadania podsystemw skadajcych si na obrabiark zwizane s, jak to definiuje si niezmiennie od dziesitkw lat (Kaczmarek [48]), z moliwociami: 1. poprawnego mocowania przedmiotu obrabianego i narzdzia i wzajemnego

ich orientowania, 2. rwnomiernej i dokadnej realizacji ruchw gwnego i pomocniczych przez

czas trwania obrbki, 3. korzystnego poboru mocy przy penym wykorzystaniu moliwoci

obrabiarki.

Analizujc obrabiark atwo mona wyrni ukady: 1. nony s to elementy konstrukcji mechanicznej: oa, ramiona czce lub

zawierajce wszystkie pozostae systemy, 2. napdowy realizujcy wykonanie ruchw gwnych i pomocniczych

elementw mocowania przedmiotu lub narzdzia, 3. sterowania rozwizanie umoliwiajce wybr wiadomy pooenia

wzgldem siebie powierzchni przedmiotu i narzdzi, parametrw skrawania itp.,

4. pomiaru i nadzoru suce do ledzenia przebiegu obrbki, kontroli wyrobw, wymiany zuytych narzdzi,

5. uchwytowe i przyrzdy suce do mocowania i ustalania przedmiotw obrabianych i narzdzi wraz z magazynami narzdziowymi,

6. zasilania hydraulicznego napdw i cieczy obrbkowych, 7. magazynowania gotowych elementw i usuwania odpadw produkcyjnych

wirw, kocwek i odpadkw.

Nieodzownym elementem wyposaenia obrabiarki s take roboty produkcyjne pomiarowe, podajniki transportowe itp.

Charakterystyczny jest znaczny przyrost mocy we wspczesnych obrabiarkach. W napdzie gwnym dochodzi on do 150 kW mocy, za w napdach posuwu do 5 kW i wicej. Zwizane to jest z dostosowaniem obrabiarek do skrawania z prdkociami dochodzcymi do 1000m/min. Napdy elektryczne pozwalaj zmienia w sposb cigy prdko obrotow.

Obrabiarka ma swj udzia w sumarycznym bdzie wykonania, ktrego miar jest rnica pomidzy wymiarami i waciwociami zadanymi przez

1. Wiadomoci oglne 55

konstruktora i stwierdzonymi na gotowym wyrobie. Mona zmniejszy ten udzia przez minimalizowanie: stereometrycznego oddziaywania bdnie wykonanych elementw

obrabiarki powodujcych z kolei: bdy ustalania przedmiotu obrabianego wzgldem narzdzia, bdy ustalania narzdzia wzgldem obrabiarki,

kinematycznego oddziaywania wadliwie realizujcego ruchy ukadu napdowego,

cieplnych i dynamicznych przemieszcze elementw obrabiarki spowodowanych realizacj obrbki.

Obrabiarki do metali dzieli si (rys.1.22.) wedug: 1. stopnia uniwersalnoci,

a) uniwersalne przeznaczone do obrbki rnych powierzchni przedmiotw o odmiennych ksztatach (uniwersalne frezarki, tokarki, wiertarki),

b) produkcyjne do wykonywania okrelonej operacji na rnych przedmiotach (tokarki przecinarki, tokarki wielonoowe, nakieczarki)

c) specjalizowane do obrbki przedmiotw tej samej klasy (do waw korbowych, obrbki k kolejowych),

d) specjalne obrbka w okrelonej operacji (do toczenia ksztatowego, gwintowania, obrbki czopw)

2. poziomu automatyzacji, a) ze sterowaniem rcznym, b) pautomaty tylko podawanie przedmiotu rczne, c) automaty, d) sterowane numerycznie, e) elastyczne systemy produkcyjne.

1. Wiadomoci oglne 56

Oglny podzia obrabiarek

Ze wzglduna przeznaczenie

Ze wzgldu na moliwociobrbkowe

ogl

nego

prz

ezna

czen

ia

spec

jaliz

owan

e

spec

jaln

e

uniw

ersa

lne

prod

ukcy

jne

upro

szcz

one

niea

utom

atyc

zne

cz

ciow

oza

utom

atyz

owan

e

z au

tom

atyz

owan

ymcy

klem

pra

cy

w p

eni

zau

tom

atyz

owan

e

do sz

czeg

lny

chza

da

tech

nolo

gicz

nych

do o

brb

ki p

rzed

mio

tw

okrel

onym

i met

odam

i

obra

biar

ki sp

ecja

lne

brano

we

obra

biar

ki sp

ecja

lne

prze

dmio

tow

e

obra

biar

ki sp

ecja

lne

oper

acyj

ne

obra

biar

ki c

ile

spec

jaln

e

W zalenoci od stopniaautomatyzacji

Rys.1.22. Oglny podzia obrabiarek

Coraz czciej przy omawianiu dokadnoci obrbki wyrnia si obrabiarki normalne lub precyzyjne o podwyszonej dokadnoci np. do toczenia diamentowego. Koncentrowanie prac skrawania pogbia podzia obrabiarek (tabela 7.) z uwagi na liczb wyrnionych mechanizmw wykonawczych na: jedno i wielowrzecionowe, wielosuportowe, zespoowe skadajce si z kilku jednostek obrbkowych. Denie do duej elastycznoci w zmianie profilu produkcji, szczeglnie dla jednostkowych wyrobw, spowodowao powstanie Elastycznych Systemw Obrbki w skrcie ESP. Wyposaone s one w pewne podstawowe obrabiarki nadzorowane o bogatych zestawach narzdziowych i sterowane za pomoc wysokoefektywnego programu. Pojawiajce si oprogramowania zawieraj pakiety, ktre pozwalaj wykona rysunek wyrobu, nastpnie w sposb automatyczny zdetalowa go i zwymiarowa, opracowa optymalny proces technologiczny z uwzgldnieniem: narzdzi, liczby przej i parametrw skrawania, wykona pomiar w czasie obrbki lub po jej zakoczeniu. Takie zintegrowane systemy produkcyjne przypieszaj faz przygotowania produkcji oraz skracaj czas jednostkowy potrzebny na wykonanie wyrobu.

Tabela 7. Podzia obrabiarek

Obrabiarki Podgrupy i typy

Tokarki

Tokarki kowe Tokarki rewolwerowe Tokarki tarczowe i karuzelowe

Tokarki produkcyjne

Tokarki uniwersalne

Z gowic o osi pionowej

Z gowic o osi poziomej

O skonej osi gowicy

Z oem wzdunym

Z oem poprzecznym Pytowe

Jednostojakowe Dwustojakowe

Frezarki

Frezarki wspornikowe Frezarki bezwspornikowe

Poziome Pionowe Narzdziowe oowe

wzdune

Uniwersalne Zwyke Uniwersalne Zwyke Jednostojakowe Dwustojakowe Wiertarki Wiertarki stoowe i supowe Wiertarki stojakowe

Strugarki i przecigarki

Strugarki wzdune Strugarki poprzeczne Strugarki pionowe (dutownice) Jednostoja

kowe Dwustoja

kowe

Wytaczarki

Wytaczarki poziome Wytaczarki pionowe

Dwuwrzecionowe

Trzywrzecionowe

Pionowe Poziome Jednostoja

kowe Dwustoja

kowe Przecinarki Przecinarki ramowe Przecinarki tamowe

Obrabiarki do uzbie

Obrabiarki do k zbatych walcowych Dutownica

obwiedniowa typu Fellowsa

Dutownica obwiedniowa typu

Maaga Frezarki obwiedniowe

Szlifierki do uzbie

Typu Niles Typu Maaga

Szlifierki Szlifierki do wakw Szlifierki do otworw Szlifierki do paszczyzn

Szlifierki kowe Szlifierki bezkowe Szlifierki zwyke Szlifierki bezkowe

Pracujce obwodem ciernicy

Pracujce czoem ciernicy

57 1. W

iadomoci oglne

Tabela 7. Podzia obrabiarek c.d.

Podgrupy i typy

Tokarki uchwytowe Pautomaty i automaty tokarskie Tokarki wielonoowe

Jednowrzecionowe Wielowrzecionowe

Jednowrzecionowe Wielowrzecionowe

Poziome Bramowe Piono

we Wzdune i poprzeczne Rewolwerowe

Wielowrzecionowe

Frezarki kopiarki Frezarki grawerki Frezarki do rowkw wpustowych

Wiertarki promieniowe Wiertarki rewolwerowe Wiertarki wielowrzecionowe

Przecigarki wewntrzne Przecigarki zewntrzne Przecigarki uniwersalne

Poziome Pionowe

Wytaczarki wsprzdnociowe Wytaczarkofrezarki

Przecinarki tarczowe Przecinarki cierne

Obrabiarki do k zbatych stokowych

Strugarki typu Gleasona

Frezarki Klingelnberga

Obrabiarki typu Gleasona do k o

ukowokoowej linii zbw

Frezarki typu FiatMammano Obrabiarki typu Oerlikon

Osekownice Docierarki Polerki O duym skoku

narzdzia (honownice)

O ruchu oscylacyjnym Jednotarczowe Dwutarczowe

58 1. W

iadomoci oglne

1. Wiadomoci oglne 59

1.5. Znaczenie ukadu OUPN W rozdziale omwiono wpyw obcienia na odksztacenie elementw

ukadu obrabiarka, przyrzdy i uchwyty, przedmiot obrabiany oraz narzdzia (w skrcie OUPN). Przebiegowi obrbki towarzysz obcienia: siowe, drgania oraz siy pochodzce od rozszerzalnoci liniowej elementw OUPN w wyniku ich nierwnomiernego nagrzewania.

Wynik obrbki zaley nie tylko od pierwotnej dokadnoci rodkw wytwarzania, ale take od aktualnego stanu ich zuycia i rozregulowania. W niniejszym rozdziale omwiono udzia wybranych zakce w powstawaniu bdu obrbki i o ile to byo moliwe wskazano na metody ograniczenia ich roli.

1.5.1. Ukad obrabiarka uchwyt przedmiot narzdzie Podczas skrawania towarzyszce mu zjawiska powoduj pojawienie si:

Si w ukadzie OUPN pochodzcych od dynamiki elementw ruchomych i si skrawania, od mocowania narzdzi i przedmiotw, od przyspiesze, ciaru i rozoenia wirujcych mas, a wywoujce odksztacenia plastyczne oraz spryste. Wszystkie one powoduj odksztacenia elementw OUPN w rnych kierunkach. Kierunki odksztace maj niejednakowy wpyw na dokadno ksztatu i wymiaru. Najwiksze zmiany wymiarw i ksztatu powoduj te siy, ktre dziaaj prostopadle do powierzchni obrabianej. Miar sztywnoci liniowej elementu jest stosunek siy F do spowodowanego ni odksztacenia f:.

=mN

fFj (1.11)

Stosunek odwrotny nazywany jest podatnoci. Wiedza o dziaajcych obcieniach statycznych i statycznej podatnoci OUPN rozumianej jako suma podatnoci poszczeglnych jego elementw w kierunku prostopadym do osi toczenia nie pozwala przewidzie jego reakcji w dynamicznych warunkach pracy. Moliwa jest jednak ocena rzdu wielkoci odchyek w konsekwencji bdw wykonania.

Prostopade do osi przemieszczenie ostrza f r powoduje bd o wartoci rf2 na rednicy, za w kierunku stycznym do waka bd rednicy mona wyznaczy, korzystajc z danych na rys.1.23.

1. Wiadomoci oglne 60

Rys.1.23. Wpyw przemieszczenia ostrza na bd wykonania Jak bowiem wida:

( )222 yRfR +=+ po rozwiniciu: ( ) ( ) 0yyR2f 22 = (1.12)

W zdecydowanej wikszoci przypadkw yR >> , dlatego mona pomin

czon ( )2y , wtedy:

Df

R2fy

22=

= (1.13)

przemieszczenie o warto 0,05 mm dla przedmiotu o rednicy 100 mm wywoa bd rednicy okoo 0,00005 mm. W kierunku promieniowym takiemu samemu przemieszczeniu odpowiada bd 0,1 mm, niezalenie od rednicy toczenia.

Powyszy przykad dowodzi, e w kierunku prostopadym do powierzchni obrabianej okoo 2000 razy jest wikszy efekt bdu ni w kierunku stycznym.

Ciepa, ktrego rdem s silniki elektryczne i hydrauliczne napdu, trce o siebie elementy kinematyki (ruby i nakrtki) oraz proces skrawania. Rny jest udzia wymienionych rde. Konstruktorzy obrabiarek staraj si tak je rozmieszcza, aby ograniczy wpyw cieplnych odksztace na decydujce o dokadnoci obrbki wzy konstrukcyjne obrabiarek. Na przykad: w szlifierkach systemy chodzenia i oczyszczania pynw obrbkowych umieszczono poza korpusem obrabiarki. Pozostaje jednak rdo ciepa zwizane ze skrawaniem. Produkty pracy narzdzi, w postaci wirw, ogrzanych do wysokiej temperatury przekazuj ciepo do elementw obrabiarki. Nagrzewanie to jest nierwnomierne z uwagi na ilo powstajcego ciepa zmienn w czasie. Wiadomo, e metrowy prt ogrzany o 1oC lub waek o

1. Wiadomoci oglne 61

rednicy 100 mm ogrzany o 10oC zmieniaj wymiary o 12 m. W wyniku elementy obrabiarki, decydujce o dokadnoci obrbki (wrzeciennik, wrzeciono wraz z uchwytem, konik), zajmuj przypadkowe wzgldem siebie pooenie. Podobnie dzieje si z przedmiotem, ktry nagrzewa si w przypadku obrbki wielonarzdziowej (na nowoczesnych obrabiarkach jest to bardzo czsto stosowane) znacznie bardziej ni obrabiarka, a zatem musi si wyduy wicej ni pozwala na to rozstaw kw. Jeli obrabiarka nie jest wyposaona w podatny docisk konika (na przykad hydrauliczny) wystpi wtedy siy w ukadzie przedmiot obrabiarka, ktre odksztacaj konik i wrzeciono tokarki. Jedn z prostszych metod zapobiegania wpywom cieplnych odksztace elementw obrabiarki jest obrbka po jej uprzednim nagrzaniu i waciwym schadzaniu strefy skrawania.

a) Podatno obrabiarki

Sztywno konstrukcyjna caej obrabiarki zaley od sztywnoci jej elementw skadowych i sztywnoci stykowej. Jeeli przyjrze si konstrukcji suportu tokarki to widoczna jest dua liczba ruchomych wzgldem siebie elementw. Kady z nich moe odksztaca si, we waciwy dla siebie sposb, pod dziaajcymi siami. Okazao si jednak, e wskutek tak duej liczby pocze stykowych midzy widocznymi na rys.1.24. wydawaoby si sztywnymi elementami rwnowan sztywnoci charakteryzuje si graniastosup o wymiarach 2003535 .

Rys.1.24. Konstrukcja suportu tokarki

Sumaryczne odksztacenie obrabiarki nie jest najczciej proporcjonalne do

wartoci obcienia. W poczeniach rubowych wystpuj czsto, zalenie od rozwizania konstrukcyjnego, znaczne naprenia wstpne o przeciwnych znakach ni kierunek obcienia. W tym zakresie napre mona uwaa, e sztywno obrabiarki niewiele zaley od obcienia. Wysoka sztywno obrabiarki jest wymagana w skrawaniu duych przekrojw wira przy obrbce zgrubnej, a w obrbce wykaczajcej przy stosowaniu narzdzi wraliwych na

1. Wiadomoci oglne 62

wykruszenia (np. ceramicznych), lub granicznych warunkach skrawania. Obrbka zgrubna, mimo dopuszczalnych duych odchyek, powoduje wystpienie znacznych bardzo zmiennych si skrawania. Przy braku dostatecznej sztywnoci obrabiarka ulega szybkiemu zuyciu. Obrbce wykaczajcej za towarzysz zwykle znaczne prdkoci skrawania, z czym zwizane s prdkoci obrotowe dochodzce do kilku tysicy na minut. Wystpujce wtedy obcienia dynamiczne mog uniemoliwi uzyskanie wysokiej dokadnoci obrbki, w granicznych warunkach obrbki, gdy elementy wykonawcze obrabiarki zajmuj skrajne pooenia (np. przy maksymalnym wysuniciu pinoli z konika tokarki lub wierceniu duych otworw na wiertarce promieniowej z kracowo wysunitym wrzeciennikiem).

Odksztacenia zespow wykonawczych obrabiarki czsto zale od ich pooenia i zmienne s w czasie obrbki. Midzy ich podatnoci, ktra bezporednio wpywa na wzajemne pooenie przedmiotu obrabianego i narzdzia, a bdami ksztatu i wymiaru wyznacza si czstkowe zalenoci.

Na rys.1.25. przedstawiono wykresy przemieszcze czstkowych w kierunku zgodnym z kierunkiem przemieszczenia osi wrzeciona, przy staej sile obciajcej i tak: a) f w dla wrzeciona, b) f s zespou suportu, c) f k zespou konika, przemieszczenie osi ka konika oraz d) f p odksztacenie spryste waka o staej rednicy w zalenoci od

pooenia narzdzia na dugoci toczenia w kach. Sumaryczne przemieszczenie pokazano na rysunku e). Jak to pokazano na przykadzie tokarki, d bd na rednicy mona wyliczy jako sum:

)f+f+f+(f2=d pskw (1.14)

przemieszcze czstkowych, w kadym punkcie pooenia siy Fp wzdu drogi toczenia. W uproszczeniu mona zapisa je jako:

lxlFm

lxlff pk0kk

=

= (1.15)

1. Wiadomoci oglne 63

fw

z

fwo

fk

fs

fp

f

fk0

fs0

z

z

z

WRZECIONO KONIKz l

0

0

0

0

0

b)

a)

c)

d)

e)

Rys.1.25. Krzywe przemieszcze czstkowych i sumarycznych

1. Wiadomoci oglne 64

lxlFm

lxlff pw0ww

=

= , (1.16)

gdzie: mw i mk podatnoci wrzeciona i konika, f 0w , f 0k wartoci pocztkowe przemieszczenia, sia F znajduje si przy kocwce wrzeciona i przy kle konika,

Odksztacenie spryste gadkiego waka mona wyznaczy z zalenoci:

( ) 22pp xl

xlIE3

Ff

= , (1.17)

to przy ustalonej, (niezalenej od pooenia siy Fp ) sztywnoci suportu:

pss Fmf = (1.18)

otrzymuje si wyraenie na bd rednicowy jako sum uwzgldnionych przemieszcze czstkowych:

( )

+++= 2x

l

2x1

IE31

smlxl

kmlx

wmF2d p (1.19)

Widoczna jest, cho tylko teoretyczna w znacznym uproszczeniu, moliwo wyznaczenia bdu na rednicy toczenia w kadym pooeniu siy Fp . Naley, jak wynika z zalenoci, zna podatnoci mw i mk . Opisane w literaturze (Kaczmarek [20, 21]) wnioski dotyczce przedstawionych rozwaa, wskazuj, e (rys.1.26.): gdy podatno przedmiotu jest wiksza ni podatno wrzeciona i konika to

pojawia si skonno do powstawania bdu beczkowatoci przy czym jeeli: a) mm wk > , wtedy rednica jest mniejsza przy kocwce wrzeciona, b) mm kw = , wypuko jest symetryczna, c) mm kw > , to rednica jest wiksza przy kocwce wrzeciona

gdy podatno przedmiotu jest mniejsza ni podatno wrzeciona i konika to pojawia si skonno do powstawania bdu wklsoci przy czym jeeli: d) mm wk > , wtedy rednica jest mniejsza przy kocwce wrzeciona, e) mm kw = , wklso jest symetryczna, f) mm kw > , to rednica jest wiksza przy kocwce wrzeciona.

1. Wiadomoci oglne 65

Rys.1.26. Bdy ksztatu zalene od podatnoci konika i wrzeciona

W podobny sposb mona analiz