MODELOWANIE I ANALIZA PROCESÓW MIKROSKRAWANIA I MIKROSZLIFOWANIA prof. dr hab. inż. Wojciech Kacalak dr inż. Tomasz Królikowski Politechnika Koszalińska MODELOWANIE I ANALIZA PROCESÓW MIKROSKRAWANIA I MIKROSZLIFOWANIA XXXII NAUKOWA SZKOŁA OBRÓBKI ŚCIERNEJ KOSZALIN 2009

STREFA MIKROSKRAWANIA Nieciągłość procesu tworzenia wióra nie jest odstępstwem od stanu stabilnego, wywołanego zakłóceniami, lecz jest stanem stabilizowanych fluktuacji, stanowiących typową cechę procesu.

ZMIENNOŚĆ PRZEKROJÓW WARSTW SKRAWANYCH Zmienność zagłębienia ziaren ściernych w materiał obrabiany jest niekorzystną, choć nieuniknioną cechą procesów mikroskrawania. Energia właściwa obróbki zależy nie tylko od średnich wartości parametrów warstw skrawanych, ale także od zakresu zmienności i rozkładu wartości tych parametrów. Mogłoby się wydawać, iż zwiększanie zróżnicowania zagłębień jest energetycznie korzystne. Byłoby tak, z uwagi na nieliniową zależność siły od przekroju warstwy skrawanej (np. w zależności potęgowej z wykładnikiem mniejszym od jedności), gdyby nie zjawisko wypływek, oznaczających wydatkowanie energii bez usuwania materiału, a jedynie z osłabieniem jego połączenia z obrabianą powierzchnią.

Wniosek poprzedni można wyrazić następująco: SKUTKI ENERGETYCZNE Wniosek poprzedni można wyrazić następująco: Dla znacznego zróżnicowania przekrojów warstw skrawanych (w porównaniu z przekrojami o małym rozproszeniu względem średniej), zysk energetyczny ze skrawania z dużymi przekrojami jest większy niż strata dla pozostałych przypadków, gdy przekroje są mniejsze od średniej. Jednak podczas skrawania z przekrojami mniejszymi od średniej powstaje relatywnie więcej wypływek, a to oznacza, że nie usunięto oczekiwanej objętości materiału obrabianego i potrzebna będzie energia na usuwanie powstałych wypływek.

Rozproszenie przekrojów warstw skrawanych POGLĄDOWE ZALEŻNOŚCI Energia Energia szlifowania obliczona z uwzględnieniem zależności energii od przekroju warstw skrawanych Duża plastyczność materiału Dodatkowa energia szlifowania konieczna do usuwania wypływek obliczona z uwzględnieniem mniejszych oporów usuwania wypływek Mała plastyczność materiału Rozproszenie przekrojów warstw skrawanych

BOCZNE WYPŁYWKI Warto zauważyć, że boczne wypływki, zwłaszcza podczas mikroskrawania w warunkach dużej wartości oporów tarcia obrabianego materiału o powierzchnię ostrza, mają postać podobną do postaci tworzącego się mikrowióra. Można zatem stwierdzić, co potwierdzono w badaniach eksperymentalnych, iż spotyka się dwie formy wypływek bocznych materiału, tworzonych po obydwu stronach śladu mikroskrawania: jedna forma to typowa wypływka w postaci plastycznego wypiętrzenia materiału, a druga to boczny, wywinięty łukowo mikrowiór. W tym drugim przypadku, w przekroju poprzecznym do kierunku ruchu ostrza, „wypływka” jest „pusta” w środku.

Symulacja mikroskrawania : nr ziarna 320, głębokość szlifowania 0,6 mm.

MODELOWANIE (1)

MODELOWANIE (2)

MODELOWANIE (3)

MODELOWANIE (4)

WNIOSKI Zwiększenie szerokości warstwy skrawanej (bez wzrostu jej grubości) zwiększa długość drogi niekorzystnych bocznych przepływów materiału, co przez zwiększenie oporów tego przepływu, również korzystnie pomniejsza tendencję do tworzenia wypływek po obu stronach śladu skrawania. Z wcześniejszych prac autorów niniejszego opracowania wynika ponadto, iż obserwacje budowy wiórów wykazały, że częstotliwość mikronieciągłości w procesie tworzenia wióra sięga kilku MHz, a więc przekracza częstości uzyskiwane przez wymuszenie w układach mechanicznych. Może to przyczyniać się do korzystnego lokalnego obniżenia granicy wytrzymałości obrabianego materiału. Ten kierunek badań może być ważny dla rozwoju nanotechnologii.

WNIOSKI Analizując procesy obróbki z niewielkimi zagłębieniami ostrzy należy zwrócić także uwagę na to, że lokalne ugięcia ziaren mogą być porównywalne z wartościami zagłębień. Kąt natarcia ziaren o kształcie wielościennym wskutek przemieszczeń kątowych ziaren ulega zmniejszeniu. Obserwuje się to zwłaszcza podczas stosowania narzędzi o podatnych spoiwach. Zwiększanie współczynnika tarcia, wywołane np. usunięciem atmosfery z otoczenia strefy mikroskrawania (mikroskrawanie w próżni) i/lub zmniejszenie plastyczności skrawanego materiału (mikroskrawanie w niskich temperaturach np. temperaturze skraplania azotu), ogranicza przepływ materiału w kierunku prostopadłym do toru ostrza, co zwiększa efektywność mikroskrawania.

Dziękuję za uwagę DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ