Prof. Krzysztof Jemielniak Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Obróbka Skrawaniem - podstawy, dynamika, diagnostyka 2. Pojęcia podstawowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 2 Plan wykładu Obróbka skrawaniem 1.Wstęp 2.Pojęcia podstawowe 3.Geometria ostrza 4.Materiały narzędziowe 5.Proces tworzenia wióra 6.Siły skrawania 7.Dynamika procesu skrawania 8.Ciepło w procesie skrawania, metody chłodzenia 9.Zużycie i trwałość ostrza 10.Diagnostyka stanu narzędzia i procesu skrawania 11.Skrawalność 12.Obróbka materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym Pojęcia podstawowe strony 15-33

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 3 Klasyfikacja obróbki skrawaniem Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia Warunki i parametry skrawania kinematyczne parametry skrawania geometryczne parametry skrawania 2 Pojęcia podstawowe Klasyfikacja obróbki skrawaniem

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 4 Sposoby obróbki skrawaniem Co i jak się rusza jest określone przez sposób obróbki charakteryzowany przez kinematykę obrabiarki, narzędzia i przedmiotu obrabianego: Usunięcie naddatku na obróbkę wymaga złożenia dwóch ruchów: 1.głównego 2.posuwowego 1 2 toczenie 1 2 frezowanie 1 2 wiercenie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 5 Sposoby obróbki skrawaniem cd. Określone przez kinematykę obrabiarki, narzędzia i przedmiotu obrabianego: rozwiercanie przeciąganie, gwintowanie dłutowanie struganie … Przeciąganie narzędzie przedmiot obrabiany grubość warstwy skrawanej CIRP Encyclopedia of Production Engineering

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 6 Udział sposobów obróbki w czasie obróbki w liczbie operacji

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 7 Toczenie wzdłużne Toczenie profilowe Toczenie czołowe Wytaczanie Toczenie rowków i przecinanie Toczenie gwintów Odmiany obróbki skrawaniem – toczenie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 8 Odmiany obróbki skrawaniem – frezowanie Czołowe Walcowo- czołowe Wgłębne Planetarne... i wiele innych

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 9 Rodzaje obróbki skrawaniem Dotyczy fazy procesu produkcyjnego lub dokładności wymiarowo - kształtowej Obróbka wstępna (skórowanie) ma na celu usunięcie zewnętrznej warstwy materiału odlewu, odkuwki itp. Obróbka kształtująca nadaje przedmiotowi żądany kształt Obróbka wykończeniowa zapewnia uzyskanie ostatecznych wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej Zbliżonym podział: obróbka zgrubna, średnio dokładna i bardzo dokładną.

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 10 Obróbka punktowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 11 Obróbka kształtowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 12 Obróbka obwiedniowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 13 Obróbka obwiedniowa CIRP Encyclopedia of Production Engineering

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 14 Skrawanie nieswobodne, swobodne i swobodne ortogonalne wiór przedmiot narzędzie wiór narzędzie przedmiot Swobodne Nieswobodne, ukośne F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer 2011 wiór narzędzie przedmiot Swobodne ortogonalne

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 15 Klasyfikacja obróbki skrawaniem Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia Warunki i parametry skrawania kinematyczne parametry skrawania geometryczne parametry skrawania 2 Pojęcia podstawowe Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 16 Narzędzia skrawające Narzędzie skrawające ma jednoznacznie zdefiniowaną geometrię i jednoznacznie określoną liczbę ostrzy. Narzędzia mogą być jednoostrzowe lub wieloostrzowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 17 Elementy przedmiotu obrabianego i narzędzia Przedmiot obrabiany Narzędzie Powierzchnia skrawania (przejściowa) Powierzchnia obrobiona Powierzchnia obrabiana naddatek na obróbkę Warstwa skrawana wiór Część robocza Część chwytowa

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 18 Krawędzie skrawające i powierzchnie części roboczej narzędzia OSTRZE Powierzchnia natarcia A  Główna krawędź skrawająca Pomocnicza krawędź skrawająca Powierzchnia przyłożenia A  Naroże Pomocnicza powierzchnia przyłożenia A’ 

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 19 Krawędzie skrawające narzędzia na przykładzie noża tokarskiego

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 20 Klasyfikacja obróbki skrawaniem Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia Warunki i parametry skrawania kinematyczne parametry skrawania geometryczne parametry skrawania 2 Pojęcia podstawowe Warunki i parametry skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 21 Warunki skrawania Całokształt czynników wpływających na proces obróbki Właściwości mechaniczne Stan materiału Struktura Utwardzenie wtrącenia Przewodność cieplna Skład chemiczny Materiał obrabiany Narzędzie vcvc f Parametry skrawania Materiał ostrza Chłodzenie Sposób obróbki Obrabiarka Geometria ostrza Mocowanie przedmiotu Czynnik ludzki Warunki skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 22 Parametry skrawania Kinematyczne parametry skrawania: wielkości charakteryzujące prędkości ruchów narzędzia i przedmiotu obrabianego aeae apap fzfz Geometryczne parametry skrawania: wielkości charakteryzujące wielkość naddatku i wymiary warstwy skrawanej

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 23 Klasyfikacja obróbki skrawaniem Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia Warunki i parametry skrawania kinematyczne parametry skrawania geometryczne parametry skrawania 2 Pojęcia podstawowe kinematyczne parametry skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 24 Kinematyczne parametry skrawania Usunięcie naddatku na obróbkę wymaga złożenia dwóch ruchów: 1.głównego 2.posuwowego toczenie wzdłużne toczenie poprzeczne frezowanie czołowe frezowanie walcowe wiercenie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 25 Ruch główny prędkość skrawania v c [m/min] prędkość obrotowa n [obr/min] v c [m/min] n [obr/min]

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 26 Ruch główny O procesie skrawania nie decyduje prędkość obrotowa n, lecz prędkość skrawania v c !

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 27 Ruch główny – frezy kuliste i z płytkami okrągłymi

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 28 Prędkość skrawania frezem walcowo- czołowym i kulistym - przykład

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 29 Ruch posuwowy vfvf f n vfvf n f VfVf V f [mm/min] – prędkość posuwu f [mm/obr] - posuw v f = f n fzfz

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 30 Posuw na ostrze fzfz fzfz fzfz vfvf v f = n z f z f fzfz

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 31 Klasyfikacja obróbki skrawaniem Elementy przedmiotu obrabianego, narzędzia Warunki i parametry skrawania kinematyczne parametry skrawania geometryczne parametry skrawania 2 Pojęcia podstawowe geometryczne parametry skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 32 Geometryczne parametry skrawania Pole resztkowe ADAD A D – nominalne pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej A D =a p f z f = f z f – posuw f z – posuw na ostrze f z =f/z z – liczba ostrzy apap a p – głębokość skrawania bDbD b D – nominalna szerokość warstwy skrawanej h D – nominalna grubość warstwy skrawanej h D = A D /b D Rzeczywiste pole przekroju porzecznego warstwy skrawanej rr

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 33 Grubość i szerokość warstwy skrawanej h – grubość warstwy skrawanej b – szerokość warstwy skrawanej a p – głębokość skrawania f – posuw f z – posuw na ostrze  r – kąt przystawienia

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 34 Znaczenie grubości i szerokości warstwy skrawanej b1b1 h1h1 f h2h2 b2b2 f a p A D = f a p = h b O procesie skrawania decyduje nie posuw i głębokość skrawania lecz grubość i szerokość warstwy skrawanej! przekrój warstwy skrawanej CIRP Encyclopedia of Production Engineering rr rr

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 35 Grubość WS przy skrawaniu narożem W obróbce bierze udział tylko zaokrąglona część krawędzi skrawającej rr apap f bDbD x apap Niech r  =1.6mm, a p =0.2mm, f=0.1mm/obr Ile wynosi nominalna grubość warstwy skrawanej? 0.025mm!

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 36 Głębokość skrawania przy frezowaniu a p – osiowa głębokość skrawania a e – promieniowa głębokość skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 37 Głębokość skrawania przy frezowaniu a p – osiowa głębokość skrawania a e – promieniowa głębokość skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 38 Głębokość skrawania przy frezowaniu aeae apap apap aeae a p – zawsze wzdłuż osi frezu – osiowa głębokość skrawania a e – zawsze prostopadle do osi frezu - promieniowa głębokość skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 39 Głębokość skrawania przy frezowaniu a p – zawsze wzdłuż osi frezu – osiowa głębokość skrawania a e – zawsze prostopadle do osi frezu - promieniowa głębokość skrawania

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 40 Średnia grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu Grubość warstwy skrawanej jest wymiarem tej warstwy prostopadłym do krawędzi skrawającej Grubość warstwy skrawanej determinuje siły skrawania, trwałość ostrza, formowanie wióra i usuwanie wiórów Przy frezowaniu grubość warstwy skrawanej jest zmienna! h

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 41 Grubość warstwy skrawanej to wymiar tej warstwy prostopadły do krawędzi skrawającej ale… przy frezowaniu jest on zmienny, stąd… Średnia grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu hmhm średnia grubość warstwy skrawanej h m

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 42 aeae f z =h max Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu h=f z b=a p hmhm

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 43 Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu h m =A  / l  A  = f z a e l  =  D /2  =  1 +  2 = arcsin(2a e1 /D)+arcsin(2a e2 /D) h m = ––––– 2f z a e  D ll fzfz AA aeae a e1 a e2  22 11 UWAGA! Kąt w radianach a nie w stopniach! Np. arcsin(0.5)= 0.524, a nie 30º

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 44 fzfz aeae 4. Walcowe ( a e <0.1 D ) Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu fzfz aeae 1. a e symetryczne fzfz aeae 2. a e =D fzfz aeae 3. walcowo-czołowe  22 11 ll fzfz AA aeae a e1 a e2

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 45 Grubość warstwy skrawanej przy frezowaniu f z = h max h max

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 46 Średnica frezu D = 60 mm Kąt przystawienia  r = 70° Promieniowa głębokość frezowania a e = 40 mm posuw na ząb f z = 0,2 mm/ostrze Pytanie: wyznaczyć średnią grubość WS Zadanie a e /D=0.667>0.1 =0.13 Średnica frezu D = 40 mm Kąt przystawienia  r = 45° Promieniowa głębokość frezowania a e = 15 mm posuw na ząb f z = 0,2 mm/ostrze Pytanie: wyznaczyć średnią grubość WS

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 47 Zadanie =0.218 =1146 v f =1499 mm/min Średnica frezu D = 50 mm Kąt przystawienia  r = 45° Promieniowa głębokość frezowania a e = 20 mm Średnia grubość WS h m = 0,15 mm Liczba ostrzy z = 6 Prędkość skrawania v c =180 m/min Pytanie: wyznaczyć posuw minutowy Średnica frezu D = 60 mm Kąt przystawienia  r = 75° Promieniowa głębokość frezowania a e = 30 mm Średnia grubość WS h m = 0,25 mm Liczba ostrzy z = 5 Prędkość skrawania v c =180 m/min Pytanie: wyznaczyć posuw minutowy

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 48 aeae frezowanie zgrubne r  =1.2 mm, a p =2 mm f z =0.1mm/ostrze, v c =40m/min frezowanie wykończeniowe r  =0.8 mm, a p =0.3 mm f z =0.06 mm/ostrze, v c =50m/min 5 mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm 13 mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm Nazwa części: wspornik zawieszenia silnika, materiał: Inconel 718, Narzędzie: frez  30,  r =90°, z=5, Zadanie Nazwa części: wspornik zawieszenia silnika, materiał: Inconel 718, Narzędzie: frez  20,  r =90°, z=3, aeae frezowanie zgrubne r  =1.6 mm, a p =2 mm f z =0.1mm/ostrze, v c =30m/min frezowanie wykończeniowe r  =0.8 mm, a p =0.2 mm f z =0.08 mm/ostrze, v c =40m/min 3 mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm 15 mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm n = ??? obr/min v f = ??? mm/min h m = ??? mm aeae apap

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 49 Zadanie 6 – rozwiązanie, znajdowanie b D i h D max a p =3 f z =0.13 r  =1.2 rr bDbD r   apap bDbD x a p =0.3 f z =0.06 Frezowanie zgrubne Frezowanie wykończeniowe

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 50 Zadanie 6 - rozwiązanie aeae frezowanie zgrubne r  =1.2 mm, a p =3 mm f z =0.13mm/ostrze, v c =40m/min 1.n = 1000v c /  /D=424 obr/min 2.v f = n f z z = 276 mm/min 3.h max = mm frezowanie wykończeniowe r  =0.8 mm, a p =0.3 mm f z =0.06 mm/ostrze, v c =40m/min 1.n = 1000v c /  /D=531 obr/min 2.v f = n f z z = 1 59 mm/min 3.h max = mm 5 mm h m =0.048h m = mm h m =0.073h m =0.013

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 51 Jakieś pytania?