Visoka Tehnička Škola Strukovnih Studija u Zrenjaninu

Predmet: Mašinska obrada 1

Tema: Uzdužna obrada na strugu

Studenti: Predmetni nastavnik:Sekereš Norbert 59/09-3 mr.dipl.maš.inž. Dušan JovanićHalas Oskar 39/09-3

1

Sadržaj:

• Uvod u obradu struganjem

• Elementi predmeta obrade

• Geometrija alata

• Elementi režima rezanja

• Obrada otvora na strugu

• Prilozi

• Literatura

2

Uvod u obradu struganjem

Obrada metala struganjem spada u najrasprostranjenije vidove obrade metalarezanjem sa skidanjem strugotine. Zastupljena je u izvođenju najrazličitijih operacijaobrade:

-uzdužna obrada (spoljašnja i unutrašnja);-čeona obrada;-usecanje;-odsecanje;-fazonska obrada;-izrada konusa;-izrada zavojnice;-bušenje;-leđna obrada.Izvođenje ovih operacija se izvodi na univerzalnim, namenskim, specijalnim i

automatskim strugovima.Pri obradi na strugu neposredno učestvuju samo predmet obrade i alat, na čije

međusobne odnose utiče više faktora, a to su:-elementi predmeta obrade,-geometrija alata,-elementi režima rezanja.Broj zahvata i operacija pri izradi struganjem datog mašinskog dela od

polufabrikata zavisi od dimenzija obratka, propisane tačnosti i klase površinsketačnosti.

Svakom zahvatu odgovara određena veličina dodatka za obradu. Na osnovu skupadodataka i dimenzija gotovog dela određuju se dimenzije (prečnik, dužina)pripremka, a zatim se računske mere prilagođavaju standardnim meramapolufabrikata tako što se uzima prva veća standardana mera. Dodaci za obraduodređuju se tabelarno u zavisnosti od proizvodno-tehnoloških uslova, načina izradepripremka, dimenzija i stanja gotovog dela, kao i tačnosti polufabrikata.

Standardne dimenzije nekih polufabrikata koji se koriste pri izboru dimenzijapripremka uzimaju se iz tablica. Zatim se vrši izbor optimalnog oblika i dimenzijastandardnog alata ili konstruisanje i izrada specijalnog. Najčešći karakteristični oblicii mere strugarskih noževa dati su tabelarno ili u katalozima proizvođača alata. Tu senalaze i podaci o ceni alata, kriterijumu zastupljenja, broju oštrenja, poluprečnikuzaobljenja vrha noža, koji su bitni za proračun ekonomskog perioda rezanja ielementa merodavnog režima obrade.

3

Elementi predmeta obrade

Slika-Uzajamnipoložaj predmeta

obrade i alataza slučaj uzdužne

spoljašnje obrade

Delovi sa slike:1.Glavno kretanje (obrtno kretanje predmeta obrade);2.Pomoćno kretanje (pravolinijsko kretanje noža) paralelno osi predmeta obrade;3.Neobrađena površina (površina sa koje treba skinuti predviđeni dodatak za

obradu);4.Površina rezanja (površina koja spaja obrađenu i neobrađenu površinu, a formira

se u samom procesu rezanja);5.Obrađena površina (površina dobijena na predmetu obrade posle svakog prolaza

alata);6.Osnovna ravan (ravan u kojoj leži osnova noža paralelna pravcu pomoćnog

kretanja i pravcu prodiranja, a upravna na pravac vektora brzine rezanja);7.Ravan rezanja (zamišljena ravan koja prolazi kroz glavno sečivo i vektor brzine,

a tangira površinu rezanja).

4

Geometrija alata

U zavisnosti od vrste same operacije kao i od stepena finoće obrade imamo iodgovarajuću geometriju alata.

Slika-Elementi strugarskog noža

Delovi sa slike:1.Grudna površina (preko koje se odvodi strugotina);2.Leđna glavna površina (okrenuta prema površini rezanja);3.Leđna pomoćna površina (okrenuta prema obrađenoj površini);4.Glavno sečivo (linija preseka grudne i leđne glavne površine);5.Pomoćno sečivo (dobijeno u preseku grudne i leđne pomoćne površine);6.Vrh alata (dobijen u preseku glavnog i pomoćnog sečiva).

5

Slika-Uglovi strugarskog nožaγ-grudni ugaoα-glavni leđni ugaoβ-ugao klina pomoćnog sečivaε-ugao vrhaχ-glavni napadni ugaoγ1-pomoćni grudni ugaoα1-pomoćni leđni ugaoβ1-ugao klina pomoćnog sečivaλ-ugao nagiba glavnog sečivaAko je λ pozitivno strugotina skreće prema obrađenoj površini. Ako je λ negativno

strugotina skreće od obrađene površine, a ako je λ=0 strugotina će se zavijati u viduspirale.

Slika-Uticaj ugla nagibasečiva na odvođenje

strugotine

6

Elementi režima rezanja

Da bi se proces stvaranja strugotine odvijao kontinualno na strugu potrebno je dapostoji ravnomerno obrtno kretanje pripremka i ravnomerno kretanje sečiva alataparalelno sa osom pripremka ili upravno na osu pripremka.

Osnovni elementi režima rezanja su:δ-dubina rezanjas-koraka-debljina strugotineb-širina strugotineA-poprečni presek strugotineV-brzina rezanjaF-otpori rezanjatg-glavno vreme.

Slika-Elementi režima rezanja

-Dubina rezanja-

Dubina rezanja predstavlja rastojanje između obrađene i neobrađene površinepredmeta obrade mereno u pravcu normalno na osu predmeta obrade kod uzdužneobrade.

Slika-Dubinarezanja kod uzdužne

obrade

-Korak-

Korak predstavlja veličinu pomeranja sečiva alata u odnosu na osu obrade za jedanobrt predmeta obrade. Ovo pomeranje je uglavnom pravolinijsko.

7

U zavisnosti od smera kretanja noža korak može biti:-uzdužni (kretanje alata paralelno osi predmeta obrade);-poprečni (kretanje alata je upravno na osu predmeta obrade);-nagibni (kretanje alata pod uglom u odnosu na osu predmeta obrade).Na veličinu koraka utiče veliki broj faktora vezanih za karakteristike mašine, alata

i predmeta obrade.Pri proračunavanju koraka preporučuju se sledeći redosled aktivnosti. Proučavanje proizvodne operacije i proizvodnog radnog mesta u celini, a sa

glrdišta mehanike procesa rezanja (analize otpora rezanja) i geometrije obrade(dubina rezanja, dužina rezanja, prečnik obrade...).

8

-Širina strugotine-

Širina strugotine predstavlja rastojanje između obrađene i neobrađene površinemerene po površini rezanja, tj. dužina sečiva alata koja je u zahvatu sa materijalom.

Slika-Veličine koje karakterišu poprečni presekstrugotine

δ-dubina rezanjaχ-napadni ugao 9˂ 00

-Debljina strugotine-

Debljina strugotine predstavlja rastojanje između dva uzastopna položaja površinerezanja mereno u pravcu upravnom na reznu ivicu u ravni grudne površine.

Debljina strugotine utiče na specifično opterećenje sečiva kao i toplotnoopterećenje.

Promenom napadnog ugla χ možemo uticati na promenu debljine i širinestrugotine, a da debljina rezanja i pomak ostanu nepromenjeni.

-Poprečni presek strugotine-

Poprečni presek strugotine može biti:-normalan;-stvaran.Normalan presek strugotine An odovara proizvodu iz dubine rezanja δ i pomaka ili

proizvodu iz debljine strugotine i širine strugotine b.

Stvarni presek strugotine As je manji od normalnog preseka An usled postojanjapomoćnog sečiva.

Površina neravnina Ao ne prelazi vrednost 2% od An.

9

Oblik poprečnog preseka strugotine zavisi od oblika sečiva i njegovog položaja uodnosu na predmet obrade.

Za slučaj kada je sečivo u obliku radijusa tada se napadni ugao χ menja duž sečiva.

Slika-Poprečni preseci strugotine

-Brzina rezanja-

Pod brzinom rezanja podrazumevamo veličinu relativnog pomeranja tačke rezneivice alata u odnosu na površinu rezanja. Pri obradi na strugu brzina rezanjapredstavlja obimnu brzinu predmeta obrade. Najčešće se izražava u m/min.

Pri obradi na strugu sve tačke sečiva su na različitom prečniku, što uslovljavapromenljivost brzine rezanja duž sečiva.

Kao rezultat u slučaju uzdužne obrade se pod brzinom rezanja V uvekpodrazumeva brzina koja odgovara najvećem prečniku predmeta obrade. Pripoznatom broju obrtaja n i prečniku obrade D brzina rezanja iznosi:

Za pojedine operacije struganja u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji brzinarezanja se najčešće bira iz tablica preporučenih vrednosti. Pri izboru brzine rezanja iztablica ne uzima se u obzir čitav niz veličina, pa je ovaj način određivanja brzinerezanja približan. Iz tih razloga se u uslovima serijske i masovne proizvodnje brzinarezanja određuje na osnovu proširenih izraza, koji pored elementa obrade (korak idubina rezanja) i postojanosti alata, sadrže i čitav niz korekcionih faktora kojima sedefiniše uticaj geometrije alata, vrste alatnog materijala, kriterijuma zatupljenja idrugih veličina na brzinu rezanja.

U slušaju uzdužne obrade na strugu brzina rezanja se proračunava pomoćusledećeg izraza:

Ako se umesto postojanosti alata T u date izraze uvrsti ekonomična postojanost

10

alata Te, radi se o ekonomičnoj brzini rezanja, tj. brzini rezanja kojom se ostvarujeminimalana vrednost obrade.

Pri uzdužnoj obradi brzina rezanja ima stalnu vrednost u jednom zahvatu. Naperiferiji predmeta obrade brzina rezanja ima maksimalnu vrednost Vmax, a u centrubrzina rezanja je jednaka nuli V=0.

Slika-Preporučena brzina za grubu obradu

Slika-Brzine pri rezanju

Slika-Preporučena brzina za finu obradu

Brzina rezanja se može odrediti i preko Valihs Dabringhausovog dijagrama.

Slika- Valihs Dabringhausov dijagram

11

-Otpori rezanja-

Rezanje nastaje pri prodiranju reznog klina alata u materijal obratka pod dejstvommehaničke sile. U zoni kontakta između radnih površina alata i materijala dolazi doplastičnog deformisanja, razaranja i odvođenja sloja materijala koji predstavljastrugotinu. Rezultujuća sila rezanja sastoji se od sile stvaranja strugotine, silekontaktnog trenja između strugotine i grudne površine alata i sile trenja između leđnepovršine alata i obrađene površine obratka koja može značajno rasti pri habanjupovršine intenzitetom, pravcem i smerom. U procesu obrade, kao rezultat promenedubine rezanja i promene mehaničkih svojstava materijala obratka, dolazi dopromene pravca i intenziteta rezultujuće sile rezanja.

Sila koja je po intenzitetu i pravcu jednaka sili rezanja, a suprotnog je smera iopterećuje rezni klin alata, naziva se otpor rezanja. Rezultujući otpor rezanja moće serazložiti na tri komponente u tri mežusobno normalna pravca O-XYZ, osa OZ sepoklapa sa pravcem brzine rezanja, projekcija rezultujućeg otpora na nju-glavni otporrezanja F1, a kod obrade gde je glavno obrtno kretanje i tangencijalni otpor rezanja.

Osa OY je normalna na obrađenu površinu a projekcija rezultujućeg otpora na nju-otpor prodiranja F2, osa OX poklapa se sa pravcem brzine pomoćnog kretanja aprojekcija rezultujućeg otpora-otpor pomoćnog kretanja F3. Na osnovu komponentiotpora rezanja moguće je odrediti karakteristike procesa: korisnu snagu rezanja,tačnost obrade, naprezanje reznog alata i njegovu deformaciju, toplotu razvijenu uobradnom sistemi i dr. Poznavanje vrednosti komponenata otpora omogućavaodređivanje deformacija elemenata obradnog sistema, temperaturnih deformacijaalata i dinamičkog ponašanja obradnog sistema.

Pojedine komponente otpora rezanja, kao tehnološke veličine daju se prekofunkcija obradljivosti: a-dubina rezanja, S-korak, V- brzina rezanja, parametraobradljivosti i parcijalnih popravnih koeficijenata koji uzimaju u obzir: fizičko-mehanička svojstva materijala alata i obratka, geometriju reznog klina alata, sredstvoza hlađenje i podmazivanje (SPH) i dr.

Prva naučno zasnovana istraživanja utvrđivanja matematičkog modela sile rezanjaizveo je Kroneberg i K.O.Zvorikin koji u opštem slučaju ima oblik:

Ks-specifični otpor rezanjaa, b-dubina i širina rezanja strugotinep, q-parametri obradljivosti Radi pojednostavljenja određivanja komponenti otpora rezanja, najpre su materijali

obratka razvrstani u odgovarajuće grupe, a potom za odgovarajuće izabranepredstavnike, izvršena su eksperimentalna istraživanja i na osnovu njih formiranimatematički modeli komponente glavnog otpora rezanja F1 pri struganju:

CF1-konstanta, a(mm)-dubina rezanja, S(mm/o)-korak, V(m/min)-brzina rezanja,

12

kF1-popravni koeficijent koji je proizvod parcijalnih popravnih koeficijenata iuzima u obzir jačinu materijala obratka, geometriju alata i dr:

Koeficijent CF i eksponenti x i y zavise od mehaničkih osobina materijala koji seobrađuje čije su vrednosti date tabelarno.

Rezultujući otpor:

Rezultujući otpor razlažemo na trimeđusobno upravne komponente: Fx, Fy, Fz

koje se poklapaju sa pravcima koordinatnihosa (x, y, z).

Pri određenim uslovima režima rezanja(χ=45o, λ=0o, γ=15o) postoji približnazavisnost između komponenata otpora:

Slika-Komponente otpora rezanja pri ‚struganju

Komponente otpora prodiranja i otpora pomoćnog kretanja (F2, F3) nastajurazlaganjem otpora F23 u ravni grudne površine alata koji je kolinearan sa pravcemodvođenja strugotine. Otpor rezanja F23 može se odrediti približno:

Za određivanje pravca odvođenja strugotine pogodno je koristiti dva položajasečiva alata koji odgovarsju koraku S.

13

Slika-Prikaz određivanja ugla odvođenja strugotine (v)Na osnovu ∆ACK određuje se korak:

k, k1-napadni i pomoćni ugao sečiva

Iz ∆AGC može se izračunati hipotenuza:odnosno:

Iz ∆ABC na osnovu sinusne teoreme sledi:

Imajući u vidu da je ∆ABC=v, a ∆ACB=π-∆BAC-v=k+k1-v, AB=a/sink, dobija seizraz za određivanje ugla odvođenja strugotine:

Za određivanje komponenti otpora rezanja F2 i F3 potrebno je analizirati uticajgrudnog ugla (γ) i ugla nagiba glavnog sečiva (λ) na njih.

Na sledećoj slici prikazano je razlaganje otpora rezanja F23 pri uglovima γ=0 iλ=0 u odgovarajućem koordinatnom sistemu: osa OT-tangira ili sadrži glavno sečivo;osa ON-normalna na glavno sečivo i sadrži grudnu površinu alata Aγ; osa OZ-sadrživektor brzine rezanja i upravna je na prethodne dve ose.

Komponenta sile rezanja F23 se može razložiti u po dve međusobno normalnekomponente za izabrane pravce, odnosno pri γ=0:

14

v-ugao odvođenja strugotine

Za slučaj grudnog ugla γ 0, grudna površina alata A҂ γ rotiranjem oko ose OTzauzme položaj Aγ1. Komponenta Fτ1 ne menja vrednost a komponenta Fn1 se rotira itime dovodi do promene vrednosti komponenti na osi ON-Fn2 (ravan H) i komponenteFz2 na osi OZ. Vrednost razmatranih komponenti otpora rezanja određuje se:

Slika-Razlaganje komponente otpora rezanja F23 pri γ 0 i λ=0҂

Za slučaj da su grudni ugao i ugao nagiba glavnog sečiva različiti od nule (γ 0 i҂λ 0) ҂ razlaganje komponente otpora rezanja F23 se izvodi prema sledećoj slici. U ovomslučaju grudna površina alata Aγ zajedno sa odgovarajućim komponentama otporarezanja Fn2, Fτ2, Fz2 rotira oko ose ON za ugao nagiba glavnog sečiva (λ).

Slika-Razlaganje komponente otpora rezanja pri γ 0 i λ 0҂ ҂

15

Na osnovu trougla sila slede relacije:

Komponenta sile rezanja F23 kao rezultanta može se razložiti u međusobnonormalne komponente za izabrani koordinatni sistem O NTZ:

Dobijene komponente otpora rezanja zadovoljavaju i uslov razlaganja vektoraotpora rezanja F23, odnosno:

Na sledećoj slici prikazane su komponente otpora rezanja Fn, Fτ, Fzz za slučajspoljašnje uzdužne obrade na strugu, i uočava se da komponenta Fzz zavisi odgrudnog ugla i ugla nagiba reznog sečiva i da utiče na komponentu glavnog otporarezanja F1. Kako su komponente otpora rezanja u horizontalnoj ravni međusobnopovezane sa napadnim uglom noža (k), to se na osnovu sledeće slike dobijajuzavisnosti:

Slika-Šemakomponenti otpora

rezanja priuzdužnom struganju

16

Na osnovu zavisnosti, matematički model određivanja komponenti otpora rezanjau kooredinatnom sistemu X, Y, Z, definiše se preko:

Slika-Prikaz dejstva komponenti F1,, F2

,, F3

, na predmet obrade

Ako na sečivo dejstvuje glavni otpor rezanja F1 onda će na mestu rezanja naobradak delovati sila F1

, koja je jednaka po vrednosti otporu rezanja F1 samosuprotnog smera.

Redukcijom sile F1, na centar obradka dobićemo moment MoF1

, i silu savijanja uvertikalnoj ravni obradka.

Da bi se odvijao proces rezanja neophodno je da MOF1, bude savladan sa obrtnim

momentom koji prenosi glavno vreteno.Prema tome mora biti ispunjen uslov:

17

Veličina obrtnog momenta MO koji opterećuje glavno vreteno u procesu rezanjaizračunava se:

Pk-korisna sila na glavnom vretenu (W)n-broj obrtaja glavnog vretena (s-1)Prema tome sila F1 služi za određivanje dinamičkog opterećenja mehanizma

prenosnika za glavno kretanje.Sila F2

,=F2 ali je suprotnog smera. Komponenta F2, savija obradak u horizontalnoj

ravni, što ima za posledicu pojavu vibracija. Slaganjem F1, i F2

, dobijamo rezultujućusilu RF=F1

,2+F2,2 koja utiče na tačnost obađene površine. Komponenta F3

, teži dapredmet obrade izbaci iz centra. Veličina momenta u horizontalnoj ravni izazvanasilom F3

, iznosi:

Obrada otvora na strugu

Obrada otvora na strugu se izvodi uzdužnom obradom. Osnovna karakteristikauzdužne obrade je u tome što je pravac pomoćnog kretanja paralelan osi predmetaobrade.

Uzdužna obrada se deli na grubu i završnu, što zahteva upotrebu odgovarajućegnoža i režima obrade.

Pri uzdužnoj obradi unutrašnjih površina nož 1 senajčešće upotrebljava ali samo za otvorene šupljine, dok seza obradu zatvorenih površina koristi nož 2.

Slika-Uzdužna unutrašnjaobrada na strugu

Slika-Alati za unutrašnju uzdužnu obradu

18

Prilozi

Slika-Gruba i fina spoljašnja uzdužna

obrada sa dodacima za obradu Slika-Gruba i fina spoljažnja uzdužna obrada sa dodacima za obradu

Slika-Spoljašnja uzdužna obrada kosimrezanjem (6), spoljažnja uzdužna obrada

pravim rezanjem (7)

Slika-Tehnološki parametri uzdužne obrade

Slika-Otporirezanja pri uzdužnojobradi struganjem

19

Slika-Levi, desni i poprečni strugarski noževi

Slika-Spoljšnja i unutrašnja uzdužnaobrada

20

Slika-Komponente rezultujućeg otporarezanja kod uzdužne obrade

Slika-Glavna kretanja kodunutrašnje i spoljašne uzdužne

obrade

Slika-Primeri spoljašnje uzdužne obrade

21

Slika-Preporučeni dodaci za grubu uzdužnu obradu na strugu δ1(mm)

Slika-Preporučeni dodaci za finu uzdužnu obradu na strugu δ2(mm)

Slika-Dodaci za grubu i finu unutrašnju obradu na strugu δ1 i δ2

22

23

Literatura:

• Dušan Jovanić, Mašinska obrada 1, Visoka Tehnička školastrukovnih studija u Zrenjaninu 2010.• Joko Stanić, Mašinska obrada 1 (priručnik za proračun merodavnihrežima obrade rezanjem), Mašinski fakultet Beograd 1997.• Lazić M., Tehnologija obrade metala rezanjem, Mašinski fakultetKragujevac 2002.• P. Stanković, Mašinska obrada-obrada metala rezanjem, Beograd1991.• Ljubodrag Tanović, Teorija i simulacija procesa obrade, Mašinskifakultet Beograd 2007.• Bogdan Nedić, Mašine alatki-Projektovanje prenosnika mašina alatki(skripte), Mašinski fakultet Kragujevac 2008.• Bogdan Nedić, Miodrag Lazić, Proizvodne tehnologije-Obradametala rezanjem (predavanja), Mašinski fakultet Kragujevac 2007.• Miodrag Lazić, Proizvodne tehnologije, Mašinski fakultetKragujevac.• Fakultet tehniških nauka Novi Sad, Projektovanje tehnološkihprocesa.• Seminarski rad, Konvencionalni postupci obrade.• www.obrada-metala-rezanjem.com• www.obrada-metala-skidanjem-strugotine.com• www.tehnologija-obrade-rezanjem.com• http://automatizacija1.etf.rs/poglavlja/Rezanje%201.htm.• http://www.maf.unssa.rs.ba/Nastavni%20materijali/Treca%20godina/Alati%20i%20pribori/C3A7~1.PDF.• http://www.vizijadanas.com/strugarska_obrada.html.• http://www.masfak.ni.ac.rs/sitegenius/article.php?aid=266.• http://lamp.ftn.uns.ac.rs/nastava/masinstvo_u_inzenjerstvu_zastite_zivotne_sredine/literatura/II%20kolokvijum/Masinske%20tehnologije%20i%20njihov%20uticaj%20na%20ZS.pdf.

24