Obробка Metalowy - Notatki PDF

KLASYFIKACJA OBRÓBKI UBYTKOWEJ - Skrawaniem: wiórowa i ścierna (o zdefiniowanej lub niezdefiniowanej geometrii) - Erodowaniem: elektroerozyjna, elektrochemiczna, strumieniowo-erozyjna OBRÓBKA SKRAWANIEM – część procesu wytwarzania elementów maszyn, w której przedmiot obrabiany uzyskuje wymagane ksz...

KLASYFIKACJA OBRÓBKI UBYTKOWEJ - Skrawaniem: wiórowa i ścierna (o zdefiniowanej lub niezdefiniowanej geometrii) - Erodowaniem: elektroerozyjna, elektrochemiczna, strumieniowo-erozyjna OBRÓBKA SKRAWANIEM – część procesu wytwarzania elementów maszyn, w której przedmiot obrabiany uzyskuje wymagane kształty, wymiary i jakość powierzchni poprzez usuwanie warstw naddatku materiału ostrzem narzędzia (następuje to w wyniku dekohezji materiału, czyli burzenia spójności, ostrzem w kształcie klina). Usuwany materiał nazywamy wiórem. SPOSOBY SKRAWANIA – toczenie, wiercenie, rozwiercanie, frezowanie, przeciąganie … ODMIANY SKRAWANIA – toczenie wzdłużne/poprzeczne/wytaczanie…; frezowanie czołowe/walcowe… RODZAJE SKRAWANIA – obróbka zgrubna, średnio-dokładna, dokładna, bardzo dokładna ======================================================================= KRYTERIA DOBORU MATERIAŁU NARZĘDZIOWEGO - wymagana okresowa lub wymiarowa trwałość ostrza - własności materiału obrabianego - rodzaj obróbki - względy techniczno-ekonomiczne HSS – STALE SZYBKOTNĄCE - najbardziej wytrzymały materiał narzędziowy - drugi pod względem częstości stosowania - traci właściwości przy ok. 550ºC - cena 122 zł/kg - Duża ciągliwość i odporność na zginanie WĘGLIKI SPIEKANE 70-96% węglików metali wysokotopliwych (W, Ta, Ti, Nb) + Co jako osnowa PODZIAŁ WĘGLIKÓW SPIEKANYCH (WC+Co) [ze względu na średnią średnicę] - gruboziarniste 3-10 μm - standardowe 1,5-3 μm - drobnoziarniste 0,5-1,5 μm - ultradrobnoziarniste 1200°C!, a wiór odprowadza 90-98% Q Nie wolno stosować cieczy chłodzących dla stali o twardości >55HRC WPŁYW MATERIAŁU OBRABIANEGO NA TEMPERATURĘ SKRAWANIA - im mniejsza przewodność cieplna tym wyższa T. Praktycznie im większa twardość lub wytrzymałość na rozciąganie tym T wyższa - Duża pojemność cieplna wióra sprzyja unoszeniu znacznych ilości Q („chłodzące działanie wióra”) - Rodzaj wióra. Dla odpryskowego T większa niż dla wstęgpwego WPŁYW PARAMETRÓW PROCESU NA TEMPERATURĘ SKRAWANIA - wraz ze wzrostem Vc wzrasta T - wzrost posuwu zwiększa grubość warstwy skrawanej i ilość Q na jednostkę masy ostrza , T maleje - przy zwiększaniu ap zwiększa się szerokość i obwód wióra, co wpływa na dużą ilość Q oddawanego przez wiór, zwiększa tzw. „chłodzące działanie wióra” 𝑧 𝑥 𝑡 = 𝐶𝑡 ⋅ 𝑉𝑐 𝑡 ⋅ 𝑓 𝑦𝑡 ⋅ 𝑎𝑝𝑡 SIŁA SKRAWANIA – siła, z jaką ostrze narzędzia oddziałuje na materiał warstwy skrawanej, powodując przetwarzanie jej w wiór. Jest ona niezbędna do pokonania oporu, jaki stawia materiał przeciwko jego odkształceniom sprężystym i plastycznym oraz niszczeniu jego spójności RODZAJE SIŁ I MOMENTÓW - Stałe – toczenie, wiercenie, gwintowanie… - Okresowo zmienne – wynikające z nierównomiernego naddatku obróbkowego – toczenie, zmienna liczba ostrzy skrawających jednocześnie: frezowanie, przeciąganie - Tętniące – występują przy skrawaniu przerywanym – toczenie powierzchni przerywanej, struganie i dłutowanie przedmiotu o małej długości, frezowanie jednym ostrzem 𝐹 𝐹 𝐹𝑐 = 𝑘𝑐 𝑎𝑏 = 𝑘𝑐 𝑎𝑝 𝑓 [𝑁] 𝑘𝑐 = 𝐴𝑐 = 𝑏 𝑐 [𝑃𝑎, 𝑀𝑃𝑎] 𝐷 𝐷 PRZEBIEG ZMIENNOŚCI SIŁ SKŁADOWYCH W FUNKCJI PARAMETRÓW SKRAWANIA MOC SKRAWANIA – iloczyn skalarny wektorów siły i prędkości przyjętych w tym samym punkcie i w tej samej chwili dla danej operacji i określonych warunków skrawania 𝑉𝑐 𝑎𝑝 𝑓𝑘𝑐 - toczenie : 𝑃𝑐 = [𝑘𝑊] 60⋅103 𝑉 𝐷𝑓𝑘 𝑐 - wiercenie : 𝑃𝑐 = 240⋅10𝑐 [ 3 𝑘𝑊 ] 𝑎𝑝 𝑎𝑒 𝑉𝑓 𝑘𝑐 - frezowanie : 𝑃𝑐 = [𝑘𝑊 ] 60⋅106 PRZYLEGANIE/PRZYCZEPNOŚĆ – zjawisko powierzchniowego wiązania się ze sobą różnych materiałów. ADHEZJA – wynik przyciągania między cząsteczkami stykających się ze sobą ośrodków, a więc występuje tym silniej im większa jest powierzchnia kontaktu materiałów. Jest odpowiedzialna za: - powstawanie narostu - zmiany przebarwienia na narzędziach głównie powlekanych - zużycie adhezyjne ostrza PRZECIWDZIAŁANIE ADHEZJI - zwiększyć Vc - zmniejszyć Vf - zwiększyć T otoczenia - zmniejszyć kąt natarcia - zmniejszyć tarcie (chłodziwo zastosować) DYFUZJA – zjawisko polegające na samorzutnym wyrównaniu się składu w układach wieloskładnikowych, bez żadnych makroskopowych ruchów materii. Jest związana z chaotycznymi ruchami cieplnymi cząsteczek w wyniku których cząsteczki jednej substancji przenikają pomiędzy cząsteczkami drugiej. Jest odpowiedzialna za: - rozpuszczenie ostrzy diamentowych w stali - ubytki masy ostrza - zużycie dyfuzyjne ostrza PRZECIWDZIAŁANIE: - zastosować narzędzia z powłoką przeciwzużyciową - zmienić rodzaj powłoki ======================================================================= „Trwałość i zużycie ostrza” Procesy tribologiczne występujące w strefach styku ostrza z przedmiotem obrabianym i wiórem prowadzą do zużycia, a w następstwie do nagłej stopniowej utraty zdolności skrawnych ostrza. Zużycie ostrza przejawia się w formie ubytku jego materiału przez starcie, wyszczerbienia i wykruszenia krawędzi skrawającej lub wyłamania ostrza. Ze względu na sposób narastania zużycia wyróżnia się zużycie ciągłe i skokowe GEOMETRYCZNE WSKAŹNIKI ZUŻYCIA BEZPOŚREDNIE dla powierzchni przyłożenia VBB – średnia szerokość pasma zużycia VBBmax – największa szerokość pasma zużycia VBN - wyżłobienie VBC – szerokość pasma zużycia naroża dla powierzchni natarcia KT – największa głębokość rowka KM – odległość między początkowym położeniem krawędzi skrawającej a miejscem pomiaru KT KB – największa odległość między początkowym położeniem krawędzi skrawającej a tylnym obrzeżem rowka KF – odległość rowka od krawędzi skrawającej inne: KE – cofnięcie naroża wyszczerbienia, wykruszenia, wyłamania, pęknięcia, zużycie katastroficzne, odkształcenia, odpuszczenia materiału WSKAŹNIKI POŚREDNIE w grupie wskaźników fizycznych - wzrost odkształceń plastycznych, sił i momentu skrawania - wzrost T - wzrost amplitudy drgań w grupie wskaźników technologicznych - wzrost chropowatości powierzchnia - przekroczenie tolerancji wymiarowo-kształtowej - powstanie zadziorów na krawędziach - zmiana postaci kształtu wióra ZUŻYCIE ŚCIERNE (MECHANICZNE) – następuje wskutek przekroczenia doraźnej lub zmęczeniowej wytrzymałości ostrza, bądź działania sił tarcia ZUŻYCIE ADHEZYJNE – występuje praktycznie w całym zakresie stosowanych prędkości skrawania, z tym, że największa intensywność pokrywa się ze strefą powstania stabilnego narostu UTLENIANIE – podstawowy mechanizm zużycia chemicznego. Występuje w podobnym zakresie T jak dyfuzja ZUŻYCIE DYFUZYJNE – wywołuje przenikanie atomów z materiału ostrza do materiału obrabianego ( i odwrotnie) wskutek ich ruchu cieplnego PRZYCZYNY ZUŻYCIA - siły mechaniczne - zmienne siły skrawania - zmienna cyklicznie temperatura - podwyższona temperatura - adhezja - dyfuzja - procesy chemiczne PRZEBIEG ZUŻYCIA OA – krótkotrwały okres zużycia przyspieszonego. Jest wynikiem naturalnego procesu docierania się elementów, polegającego na usuwaniu ostrych nierówności AB – najdłuższy okres o stałej intensywności zużycia, w którym ustalają się warunki normalnej pracy narzędzia BC – powtórny okres zużycia przyspieszonego, który eliminuje narzędzie z pracy (ostrze stępione), użytkowanie może prowadzić do zużycia katastroficznego STĘPIENIE OSTRZA – ostrze, w którym zużycie osiągnęło określoną granicę, czyli nastąpiło zużycie dopuszczalne KRYTERIA STĘPIENIA - Fizykalne – uwzględniają jedynie możliwości skrawne narzędzia - Ekonomiczne – uwzględniają optymalne, pod względem wydajności, wykorzystanie narzędzia w całym okresie użytkowania, mając na uwadze liczbę wykonywanych zabiegów technologicznych - Technologiczne – odnoszą się do wymagań obróbki rozpatrywanym narzędziem - Geometryczne – wskaźniki bezpośrednie TRWAŁOŚĆ OSTRZA T [min] – łączny czas skrawania narzędzia w ustalonych warunkach obróbki do chwili stępienia ostrza. Nie jest wielkością stałą i trzeba ją uznać za zmienną losową! ŹRÓDŁA ZMIENNOŚCI TRWAŁOŚCI -zmiany twardości materiału obrabianego nawet w jednej partii - zmiany właściwości materiału ostrza, jego stereometrii i sposób przygotowania powierzchni - drgania - zmiana charakterystyk WW ZALEŻNOŚĆ TAYLORA 𝐶𝑇 𝑇= [min] 𝑉𝑐𝑠 CT – globalna obrabialność dla zastosowanej kombinacji materiałów s – miara wpływu prędkości skrawania na okres trwałości 𝐶𝑇 𝑇= 𝑒 𝑉𝑐𝑠 𝑎𝑝𝑇 𝑓 𝑢𝑇 OKRESOWA PRĘDKOŚĆ SKRAWANIA 𝐶𝑣 𝑉𝑐𝑇 = 𝑒 [𝑚⁄𝑚𝑖𝑛] 𝑇 𝑚 𝑎𝑝𝑣 𝑓 𝑢𝑣 ======================================================================= „Warstwa wierzchnia” WARSTWA WIERZCHNIA – zewnętrzna warstwa materiału ograniczona rzeczywistą powierzchnią przedmiotu, obejmująca tę powierzchnię oraz część materiału w głąb od powierzchni rzeczywistej, która wskazuje zmienione cechy fizyczne i niekiedy chemiczne w stosunku do cech materiału rdzenia. KONSTYTUOWANIE – (warstwy wierzchniej) dobór warunków obróbki, które pozwalają uzyskać warstwę wierzchnią o żądanej grubości i wymaganych właściwościach STREFY: - WARSTWY WIERZCHNIEJ – określona część warstwy wierzchniej wyodrębniona ze względu na występowanie cechy fizycznej materiału właściwej dla tej części - PRZYPOWIERZCHNIOWA – przylegająca bezpośrednio do powierzchni rzeczywistej, nie mająca właściwej sobie struktury - UKIERUNKOWANIA – strefa, w której występuje ukierunkowanie ziaren - EFEKTÓW CIEPLNYCH – strefa, w której na skutek procesów cieplnych nastąpiły zmiany wielkości ziaren, przemiany fazowe, reakcje chemiczne … - ZGNIOTU – strefa, w której nastąpiło odkształcenie plastycznego - NAPRĘŻENIOWA – strefa, w której zachodzą zmiany będące przyczyną naprężeń własnych PARAMETRY OCENY WW - Geometryczne: chropowatość, falistość, ślady obróbkowe, udział materiałowy - Fizyczne: rozkład mikrotwardości, rozkład naprężeń, mikrostruktura CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI – zbiór nierówności powierzchni rzeczywistej, umownie określanych jako odchyłki profilu zmierzonego od linii odniesienia w granicach odcinka, na którym nie uwzględnia się odchyłek kształtu i falistości. - Rz – najwyższa wysokość chropowatości - Rt – całkowita wysokość profilu chropowatości - Ra – średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości FALISTOŚĆ – zbiór nierówności będących przypadkowymi lub zbliżonymi do okresowo powtarzających się wzniesień, których odstępy znacznie przewyższają odstępy chropowatości. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA CHROPOWATOŚĆ - Właściwości narzędzia: materiał, bicie ostrzy, promień naroża, kształt - Właściwości przedmiotu obrabianego: kształt i geometria, twardość materiału - Zjawiska związane z procesem: tarcie w strefie skrawania, zmienność sił, drgania, formowanie wióra - Parametry i warunki skrawania: kinematyka procesu, szybkość wierszowania, geometria ostrza, warunki chłodzenia, głębokość skrawania, prędkość posuwowa i skrawania ALE NAJBARDZIEJ POSUW!!! Przybliżony wzór na teoretyczną wysokość chropowatości dla toczenia narzędziami z promieniem naroża r 𝑓2 𝑅𝑧𝑡 = 8𝑟 Dla frezowania frezem o średnicy D 𝐷 𝐷2 − 𝑓𝑧2 𝑅𝑡0 = −√ 2 4 KRZYWA UDZIAŁU MATERIAŁU – (krzywa Abotta) jest sposobem opisu zróżnicowania właściwości profilu lub powierzchni, zmieniających się wraz z jego głębokością. Krzywa przedstawia udział materiałowy jako funkcję wysokości cięcia. KIERUNKOWOŚĆ STRUKTURY Rodzaj kierunkowości Odmiana kierunkowości Sposoby obróbki Jednokierunkowa Równoległa Struganie, dłutowanie, przeciąganie Prostopadła Tłoczenie wzdłużne, wytaczanie, rozwiercanie, struganie dłutowanie, przeciąganiem szlifowanie obwodowe Współśrodkowa Toczenie czołowe, pogłębianie, frezowanie czołowe Wielokierunkowa Skrzyżowana Frezowanie czołowe, gładzenie Nieuporządkowana Skrobanie, docieranie, obróbka w pojemnikach Promieniowa Szlifowanie czołowe Bezkierunkowa Punktowa Obróbka elektroiskrowa, stumieniowo-ścierna, niektóre odlewy, o. ultradźwiękowa PRZYKŁAD KOMPLEKSOWEJ CHARAKTERYSTYKI WARSTWY WIERZCHNIEJ - fotografia powierzchni - profilogram - krzywa nośności - zgład metalograficzny - wykres mikrotwardości - wykres naprężeń