Dr inż. Joanna Kossakowska
[email protected] ST 107, tel. 22 234 8535
Regulamin przedmiotu „ Obróbka Skrawaniem” 1. Zaliczenie z wykładu oceniane jest punktowo w skali 0-25
Obróbka Skrawaniem Część 1
2. Do zaliczenia przedmiotu potrzebne jest zdobycie min. 12,5 punków 3. Ocena z przedmiotu jest jedna, według kryteriów: • • • • • •
0-50% 51-60% 61-70% 71-80% 81-90% 91-100%
2 3 3,5 4 4,5 5
Pojęcia podstawowe A poza tym w trakcie wykładów z Obróbki Skrawaniem będą zadania, za które można będzie zdobyć dodatkowe punkty wchodzące do dorobku, a nie podnoszące progu ☺
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Strona www
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Plan wykładu „Podstawy obróbki skrawaniem 1. Pojęcia Pojęcia podstawowe podstawowe 2. Geometria ostrza 3. Materiały narzędziowe 4. Proces tworzenie się wióra
OBSKA
5. Siły, moc i ciepło w procesie skrawania
Frez.Arka
6. Zużycie i trwałość ostrza 7. Skrawalność materiałów konstrukcyjnych
8. Zaliczenie
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
1
Obróbka skrawaniem
Obróbka skrawaniem
Celem obróbki skrawaniem jest nadanie przedmiotowi obrabianemu żądanego kształtu, wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej przez usunięcie materiału. Skrawanie polega na usuwaniu z przedmiotu obrabianego cienkiej warstwy materiału, która zamieniana jest na wiór przez klinowo ukształtowane otrze Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Dawno temu, w „przodującym ustroju”...
... i dziś
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
2
Zalety obróbki skrawaniem • • •
•
Produkcja seryjna
możliwość wytwarzania szerokiego spektrum kształtów przy stosunkowo niewielkich zmianach narzędzi, i oprzyrządowania wyższa dokładność obróbki niż możliwa do uzyskania dzięki odlewaniu lub kuciu, możliwość uzyskania zadanej charakterystyki warstwy wierzchniej lub określonej kierunkowości śladów obróbki na wybranych lub wszystkich powierzchniach przedmiotu obrobionego przedmiot obrabiany może mieć wewnętrzne i zewnętrzne kształty nieosiągalne przy pomocy innych techniki wytwarzania
•
Ford T jest prawdopodobnie najważniejszym samochodem w historii ludzkości.
•
Stanowił kamień milowy zarówno w dziedzinie myśli konstrukcyjnej, jak i rozwoju społecznego.
•
Konstrukcja podwozia była tak prosta, że prawie każdy amerykański farmer mógł je własnoręcznie naprawić.
•
Ford jako pierwszy: •
wykorzystał taśmę produkcyjną w przemyśle samochodowym,
•
wprowadził pięciodniowy tydzień pracy
•
zaproponował godziwe stawki - 5 dolarów za dzień pracy było sumą, która pozwalała pracownikom Forda na zakup samochodów Forda.
•
W miarę wzrostu sprzedaży, Henry Ford obniżał cenę egzemplarza, co oczywiście napędzało sprzedaż i znów obniżało cenę
•
umożliwia obróbkę wykańczającą części po obróbce termicznej
•
często obróbka skrawaniem jest najbardziej ekonomicznym sposobem wytwarzania
w 1925 roku Ford T kosztował zaledwie 260 dolarów.
• „Możecie wybrać dowolny kolor samochodu, pod warunkiem, że będzie czarny", lakier czarny najszybciej wysychał, poziom produkcji rzędu 9000 samochodów dziennie
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Przykład – obróbka z pełnego materiału
Skrzydła samolotów
materiał obrabiany: Al6061T6 frezowanie i wiercenie Zalety w stosunku do odlewu: •
krótszy czas wdrożenia nowego modelu
•
większa elastyczność na zmiany konstrukcyjne
•
prostsza organizacja produkcji
•
niższe koszty wytworzenia wyrobu
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
3
Wirnik kompresora silnika lotniczego – obróbka z pełnego materiału
Wady obróbki skrawaniem • nieuchronne marnowanie (przerabianie na wióry) części materiału • zwykle więcej czasu zajmuje kształtowanie przedmiotu przy pomocy obróbki skrawaniem niż przez odlewanie czy kucie • przy niewłaściwie dobranych warunkach skrawania, może powodować niekorzystne zmiany właściwości warstwy wierzchniej • skrawanie jest zasadniczo energo- i kapitało- oraz pracochłonne
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Sposoby obróbki skrawaniem Określone przez kinematykę obrabiarki, narzędzia i przedmiotu obrabianego: •
toczenie,
•
wiercenie,
•
frezowanie,
•
przeciąganie,
•
dłutowanie,
•
i inne.
Udział sposobów obróbki
w czasie obróbki
w liczbie operacji
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
4
Przykłady tokarek – tokarka konwencjonalna
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Przykłady frezarek Frezarka pionowa
Przykłady tokarek – tokarka sterowana numerycznie (CNC)
Przykłady wiertarek Frezarka pozioma
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
5
Koncentracja sposobów obróbki na jednej maszynie – centrum obróbcze
Odmiany obróbki skrawaniem – toczenie
Toczenie wzdłużne
Toczenie czołowe
Wytaczanie
Toczenie gwintów Toczenie rowków i przecinanie
Toczenie kształtowe
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Odmiany obróbki skrawaniem – frezowanie Czołowe – frezowanie płaszczyzn
Walcowo-czołowe – frezowanie wgłębień i uskoków
Odmiany obróbki skrawaniem – wiercenie Wiercenie ogólne Wiercenie stopniowe i z fazowaniem
Wiercenie – inne metody Frezowanie rowków
Frezowanie profilowe Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
... i wiele innych
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
6
Rodzaje obróbki skrawaniem Dotyczy fazy procesu produkcyjnego lub dokładności wymiarowo - kształtowej
Skrawanie nieswobodne, swobodne i swobodne ortogonalne
Obróbka wstępna (skórowanie) ma na celu usunięcie zewnętrznej warstwy materiału odlewu, odkuwki itp. Obróbka kształtująca nadaje przedmiotowi żądany kształt
Obróbka wykończeniowa zapewnia uzyskanie ostatecznych wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej Zbliżonym podział: obróbka zgrubna, średnio dokładna i bardzo dokładną. Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Obróbka punktowa
Obróbka kształtowa
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
7
Obróbka obwiedniowa
Narzędzia skrawające Narzędzie skrawające ma jednoznacznie zdefiniowaną geometrię i jednoznacznie określoną liczbę ostrzy. Narzędzia mogą być jednoostrzowe
lub wieloostrzowe
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Elementy przedmiotu obrabianego i narzędzia Przedmiot obrabiany
Powierzchnia skrawania (przejściowa) Powierzchnia obrobiona
Warstwa skrawana naddatek na obróbkę
Krawędzie skrawające i powierzchnie części roboczej narzędzia Główna krawędź skrawająca
Powierzchnia natarcia Aγ
wiór
Powierzchnia przyłożenia Aα
Pomocnicza krawędź skrawająca Powierzchnia obrabiana Część robocza
Pomocnicza powierzchnia przyłożenia A’α
OSTRZE
Naroże
Narzędzie Część chwytowa
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
8
Krawędzie skrawające narzędzia na przykładzie noża tokarskiego
Warunki skrawania Sposób obróbki
Parametry skrawania
vc
Narzędzie
f
Geometria ostrza
Materiał obrabiany Skład chemiczny
Właściwości mechaniczne
Materiał ostrza
Przewodność cieplna
wtrącenia
Stan materiału
Utwardzenie
Warunki skrawania Całokształt czynników wpływających na proces obróbki
Struktura
Czynnik ludzki Obrabiarka Mocowanie przedmiotu
Chłodzenie
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Parametry skrawania
Kinematyczne parametry skrawania Usunięcie naddatku na obróbkę wymaga złożenia dwóch ruchów: 1. głównego 2. posuwowego wiercenie
Kinematyczne parametry skrawania: wielkości charakteryzujące prędkości ruchów narzędzia i przedmiotu obrabianego
toczenie poprzeczne
Geometryczne parametry skrawania: wielkości charakteryzujące wielkość naddatku i wymiary warstwy skrawanej
ae fz
ap toczenie wzdłużne frezowanie walcowe frezowanie czołowe
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
9
Ruch główny
Ruch główny prędkość skrawania vc [m/min] prędkość obrotowa n [obr/min]
n (obr/min) vc (m/min)
πDn vc = –––– 1000
2Ln vc = –––– 1000
1000vc n= ––––– πD
O procesie skrawania nie decyduje prędkość obrotowa n, lecz prędkość skrawania vc!
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Ruch główny – frezy kuliste i z płytkami okrągłymi
vc =
Prędkość skrawania frezem walcowoczołowym i kulistym - przykład
π Den 1000
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
10
Ruch posuwowy
Posuw na ostrze Vf [mm/min] – prędkość posuwu
f
f [mm/obr] - posuw
Vf
vf
f fz
n
fz
f n
vf = f n
fz =f z =
vf
• •
vf = n z fz
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Frezowanie przeciwbieżne
• •
vf nz
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Prędkości ruchu głównego i posuwowego na przykładzie freza walcowego
Siły skierowane do góry Przedmiot ma tendencję do odrywania się od imadła Niekorzystny rozkład sił przy wyjściu narzędzia z materiału W niektórych zastosowaniach korzystne ze względu na trwałość ostrza (obróbka płytkami ceramicznymi)
Prędkości ruchu głównego i posuwowego na przykładzie freza walcowego
Frezowanie współbieżne
Frezowanie współbieżne
•
•
•
siła posuwowa normalna skierowana jest pionowo w dół i dociska obrabiany detal do stołu frezarki grubość warstwy skrawanej jest największa na początku i najmniejsza pod koniec pracy Zazwyczaj korzystniejsze niż frezowanie przeciwbieżne
vf
fz
fz
tg η= Frezowanie przeciwbieżne
v f sin ϕ vc +v f cosϕ
=
W przypadku, gdy ruch główny jest prostopadły do posuwowego (np. toczenie, wiercenie), zależność ta upraszcza się do:
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
sinϕ vc +cosϕ vf
v tg η= f vc
11
Geometryczne parametry skrawania
Grubość i szerokość warstwy skrawanej h – grubość warstwy skrawanej
Rzeczywiste pole przekroju porzecznego warstwy skrawanej
b – szerokość warstwy skrawanej
Pole resztkowe
ap – głębokość skrawania f – posuw fz – posuw na ostrze
AD
ap – głębokość skrawania
κr – kąt przystawienia
AD – nominalne pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej AD=apfz
h = fz ⋅sinκ r
bD – nominalna szerokość warstwy skrawanej f = fz
hD – nominalna grubość warstwy skrawanej
hD = AD/bD
f – posuw fz – posuw na ostrze fz=f/z z – liczba ostrzy
b=
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Znaczenie grubości i szerokości warstwy skrawanej f f b2
sinκr
Grubość WS przy skrawaniu narożem W obróbce bierze udział tylko zaokrąglona część krawędzi skrawającej
hD = ap
ap b1
ap
bD
ap
x
A D ap f z = bD bD
ap 2
bD = ap + x 2
x 2 = rε − (rε − ap ) = 2aprε − ap 2
2
hD = fz
ap 2rε
2
rε
h2
h1 AD = f ap = h b
O procesie skrawania decyduje nie posuw i głębokość skrawania lecz grubość i szerokość warstwy skrawanej!
fz
bD = 2rεap
Niech rε=1.6mm, ap=0.2mm, fz=0.1mm/obr Ile wynosi nominalna grubość warstwy skrawanej?
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
0.025mm!
12
Głębokość skrawania, szerokość frezowania
Głębokość skrawania, szerokość frezowania
ap – głębokość skrawania ae – szerokość frezowania
ap – szerokość frezowania ae – głębokość skrawania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Głębokość skrawania, szerokość frezowania
Głębokość skrawania, szerokość frezowania
ap – zawsze wzdłuż osi frezu – osiowa głębokość frezowania
ap – zawsze wzdłuż osi frezu – osiowa głębokość frezowania
ae – zawsze prostopadle do osi frezu - promieniowa głębokość frezowania
ae – zawsze prostopadle do osi frezu - promieniowa głębokość frezowania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
13
Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu fz
Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu
fz
b=ap
fz
h=fz
fz
ae
fz=hmax
fz
Przy frezowaniu grubość warstwy skrawanej jest zmienna!
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu
Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu
ϕ1 ϕ
hm=Aϕ/lϕ
fz
ϕ1 ϕϕ 2
Aϕ=fz ae
ae1
lϕ
ϕ2
ae2
ae
lϕ = ϕ D/2 2fz ae hm=––––– ϕD
Aϕ
lϕ
ae2
ae
2a e fz 2a 2a D arcsin e1 + arcsin e 2 D D
hm =
a e fz a D arcsin e D
hm =
2fz π
4. Walcowe (ae<0.1D)
3. walcowo-czołowe
2 fz a e 2a 2a D arcsin e1 + arcsin e 2 D D
ae
ae
Aϕ
hm =
fz
ae1
ϕ= ϕ1+ϕ2 = arcsin(2ae1/D)+arcsin(2ae2/D)
hm =
2. ae =D
1. ae symetryczne
fz
fz
hm =
fz
2a e fz π 2a D + arcsin e − 1 D 2
fz
hm = fz
ae D
ae ae
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
14
Jakieś pytania?
Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
15
