plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

Transkrypt

KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN – ODDZIAà W POZNANIU
Vol. 29 nr 2
Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji
2009
HUBERT LATOĝ, WITOLD ROZWADOWSKI, ROBERT POLASIK
TOCZENIE SKOĝNE STALI OSTRZEM SPECJALNYM
Z DWIEMA KRAWĉDZIAMI SKRAWAJĄCYMI
W artykule porównano rezultaty toczenia ostrzem tzw. skojarzonym i ostrzem tradycyjnym.
Ostrze skojarzone ma dwie krawĊdzie skrawające i dwie odrĊbne powierzchnie natarcia, po których
podczas skrawania spáywają dwa róĪne wióry, przy czym powierzchnia obrobiona ksztaátowana byáa
skrawaniem skoĞnym. Przy staáej prĊdkoĞci skrawania vc = 75 m/min, na sucho i z cieczą obróbkową,
toczono próbki ze stali C45 mocowane w przyrządzie tokarskim. Dla posuwów 0,19, 0,45
i 0,75 mm/obr mierzono parametry chropowatoĞci obrobionej powierzchni oraz skáadowe siáy caákowitej. Parametr Ra powierzchni obrobionej ostrzami skojarzonymi zawieraá siĊ w przedziale
0,20÷0,54 Pm, zaĞ ostrzami tradycyjnymi w przedziale 1,16÷14,0 Pm. Z pozostaáych czynników
wyraĨne róĪnice wystĊpowaáy tylko w wartoĞciach siáy posuwowej, na korzyĞü skrawania ostrzem
skojarzonym.
Sáowa kluczowe: skoĞne skrawanie, chropowatoĞü powierzchni, skáadowe siáy caákowitej
1. WPROWADZENIE
Istota omawianego skrawania polega na tym, Īe do konwencjonalnych ostrzy
wprowadza siĊ czĊĞü jednokrawĊdziową nie wiĊkszą niĪ czĊĞü odpowiadająca
krawĊdzi skrawającej o promieniu rH, pozostaáa czĊĞü ostrza jest taka jak obecnie
powszechnie stosowana [10]. Dwie niezaleĪne powierzchnie natarcia są konieczne, aby zapewniü niezbĊdną wartoĞü kąta ostrza ȕn, a to z kolei powinno
zapewniü niezbĊdną wytrzymaáoĞü ostrza. Omawiane ostrza mogą siĊ przyczyniü
do zwiĊkszenia wydajnoĞci obróbki wykoĔczeniowej dziĊki stosowaniu wiĊkszych posuwów przy zachowaniu tej samej chropowatoĞci. Wznios ' z rys. 1 zapewnia rozgraniczenie obszaru powstawania dwóch wiórów oraz skrawania
quasi-ortogonalnego od skoĞnego. Na skrawanie skoĞne pozostaje niewielki
Wydziaá Mechaniczny Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego
Prof. dr hab. inĪ.
w Bydgoszczy.
Dr inĪ.
Praca naukowa finansowana przez Ministra Nauki i Szkolnictwa WyĪszego ze Ğrodków na
naukĊ w latach 2007-2009 jako projekt badawczy wáasny nr N 503 009 32/1572.
H. LatoĞ, W. Rozwadowski, R. Polasik
32
naddatek apII, uzaleĪniony od Ğrednicy obrobionej i kąta Os, co przedstawiono na
rys. 2. Z rysunku 2 wynika, Īe gdy maáe są naddatki na skrawanie skoĞne i maáe
Ğrednice, to wznios ǻ mieĞci siĊ w zakresie wartoĞci, które nie powinny wywoáywaü znacznego wzrostu skáadowej odporowej siáy caákowitej. Przy wiĊkszych
Ğrednicach i naddatkach na czĊĞü wykoĔczeniową ostrza wznios ǻ wzrasta do
znacznych wartoĞci.
Rys. 1. Przykáady ostrzy skojarzonych przeznaczonych do skoĞnego skrawania [10]: a – krawĊdĨ skrawająca czĊĞci jednokrawĊdziowej ostrza, b – krawĊdĨ
skrawająca czĊĞci tradycyjnej ostrza, c – powierzchnia natarcia ostrza jednokrawĊdziowego, d – powierzchnia natarcia ostrza tradycyjnego
Fig. 1. Associate tool point examples for oblique
cutting [10]: a – cutting edge of rectilinear tool point
part, b – cutting edge of traditional tool point part,
c – rectilinear tool point rake face, d – traditional tool
point rake face
a pII, mm
14
1.0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,30
0,25
0,20
0.15
0,10
12
, mm
''mm
10
8
6
4
0,05
2
80
90
10
0
11
0
12
0
13
0
14
0
15
0
16
0
70
60
50
40
20
30
0
10
0
d,d,mm
mm
Rys. 2. ZaleĪnoĞü naddatku apII na wykoĔczeniowe skoĞne skrawanie od wzniosu ǻ i Ğrednicy
obrobionej d dla Os = 45°
Fig. 2. Height ǻ vs. machined diameter d and finishing oblique cutting allowance apII for Os = 45°
Toczenie skoĞne stali ostrzem specjalnym z dwiema krawĊdziami skrawającymi
33
2. CEL I ZAKRES BADAē
Celem prezentowanych badaĔ byáa weryfikacja zalet skoĞnego skrawania
[1 – 9] ostrzami skojarzonymi podczas toczenia powierzchni zewnĊtrznych na
sucho i z uĪyciem páynu obróbkowego. W celach porównawczych ostrzami
konwencjonalnymi skrawano stal C45.
Porównywano parametry chropowatoĞci obrobionej powierzchni i skáadowe
siáy caákowitej wystĊpujące podczas toczenia ostrzami z wĊglików spiekanych
o dwóch odmianach ksztaátu. Gáównym parametrem zmiennym byá posuw.
OkreĞlano nastĊpujące parametry chropowatoĞci obrobionej powierzchni: Ra, Rz,
Rt, Rk, Rp, Rq, Pt, Rpk*, Rpk, Rvk, Rvk* oraz skáadowe siáy caákowitej: Fc, Fp, Ff,
a ponadto obserwowano i archiwizowano powstające wióry. Stosowano ostrza
skojarzone z dwiema powierzchniami natarcia i ostrza handlowe o rH = 0,8 mm.
Ostrzami handlowymi byáy páytki TNMM 160408 S30S. Wszystkie badane
ostrza mocowano w tej samej oprawce – typ PTTNR produkcji PAFANA.
Ostrza skojarzone do skoĞnego skrawania ksztaátowano we wáasnym zakresie na
ostrzarce do narzĊdzi firmy Aghaton z uĪyciem Ğciernic z nasypem diamentowym (rys. 1).
Toczenie badano na tokarce uniwersalnej TUD-50 (produkcji polskiej) w dobrym stanie technicznym, o sterowaniu konwencjonalnym. Do pomiaru parametrów chropowatoĞci obrobionej powierzchni i rejestracji profilogramów wykorzystano profilografometr T2000 fimy Hommelwerke (2D). Skáadowe siáy caákowitej mierzono za pomocą siáomierza typ 9257B firmy Kistler.
Próbki materiaáu obrabianego miaáy wymiary 25u25u10, dogodne do badaĔ
stanu powierzchni obrobionej. Mocowano je w przyrządzie, aby zapewniü potrzebną ĞrednicĊ toczenia. Dla zmniejszenia uderzenia podczas wejĞcia ostrza
w materiaá obrabiany próbki fazowano pod kątem 20° do stycznej do powierzchni obrobionej.
Na skrawanie ostrzami skojarzonymi znaczący wpáyw wywiera zarówno sposób ostrzenia, jak i ustawienie skraju krawĊdzi skrawającej do skrawania quasi-ortogonalnego ponad oĞ przedmiotu obrabianego. Są dwa zasadnicze sposoby
ustawienia ostrzy do skoĞnego skrawania:
zachowanie okreĞlonego wzniosu ' naroĪa ostrza ponad wzniosem osi káów
tokarki z jednoczesnym zapewnieniem równolegáoĞci rzutu krawĊdzi do skoĞnego
skrawania na páaszczyznĊ Pr do osi obrotu powierzchni toczonej; wtedy țrN’ = 0;
przyjĊcie wzniosu ' = 0, aby naroĪe ostrza byáo (tradycyjnie) w osi káów
tokarki, a wáaĞciwe ustawienie uzyskaü przez wprowadzenie ujemnego pomocniczego kąta przystawienia țrN’.
W badaniach stosowano drugi sposób ustawienia ostrzy, a wiĊc wznios
ǻ = 0,0 mm. Pozostaáe wielkoĞci staáe to: Ğrednica toczenia d = 110 mm,
n = 227 obr/min (vc = 78 m/min), ap = 1,0 mm. Geometria ostrza do skoĞnego
34
skrawania w ukáadzie technologicznym páytki byáa nastĊpująca: Os = 45°, Įpá = –4°,
țrt’ = –7°.
3. WYNIKI BADAē I ICH OMÓWIENIE
Przykáady profilogramów powierzchni obrobionych pokazano na rys. 3,
a w tablicach 1 i 2 zestawiono wyniki pomiarów parametrów chropowatoĞci
powierzchni obrobionej badanymi ostrzami.
Dla zobrazowania róĪnic pomiĊdzy skrawaniem ostrzami skojarzonymi
i handlowymi oraz toczeniem na sucho i z páynem obróbkowym niektóre wyniki
z tablicy 1 i 2 przedstawiono na rys. 4 – 8.
Rys. 3. Profilogramy powierzchni obrobionych
Fig. 3. Machined surface profilograms
35
Tablica 1
WartoĞci parametrów chropowatoĞci powierzchni toczonej na sucho
w zaleĪnoĞci od posuwu f [mm/obr]
Feedrate in mm per rev. influence on roughness parameters values of dry machined surface
Nr pr.
f
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
Rvk*
3,53
4,79
11,30
0,60
0,51
2,47
0,32
0,28
1,07
0,25
0,30
0,62
0,85
0,65
0,96
2,07
21,2
56,4
1,03
17,6
44,8
1,50
1,5
0,2
2,36
2,0
0,3
Ostrze skojarzone
113
114
115
0,19
0,47
0,75
0,21
0,20
0,42
1,49
1,37
2,44
2,12
1,80
4,48
0,75
0,75
1,17
0,94
0,87
3,16
0,27
0,25
0,59
Páytka handlowa TNMM160408
116
117
118
0,19
0,47
0,75
1,16
6,3
13,8
6,21
29,2
62,1
8,14
30,7
67,4
4,10
8,3
15,3
4,32
21,6
51,7
1,41
7,6
17,1
10,95
39,2
100,3
WartoĞci
parametrów,
WartoĞü
parametrów,
um
Pm
Ostrze skojarzone, obróbka na sucho
15
f=0,19
10
f=0,47
5
f=0,75
0
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
Rvk*
Parametry chropowatoĞci
WartoĞci
WartoĞü parametrów,
parametrów,
um
Pm
Ostrze skojarzone, obróbka z cháodzeniem
8
6
f=0,19
4
f=0,47
2
f=0,75
0
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
Rvk*
Rys. 4. Wpáyw posuwu f ostrza skojarzonego (Dpá = –4q, N’r pá = –7q) na chropowatoĞü powierzchni
Fig. 4. Machining feedrate f influence on roughness parameters, using monolithic associative tool
points for oblique cutting (Dpá = –4q, N’r pá = –7q)
36
Tablica 2
WartoĞci parametrów chropowatoĞci powierzchni toczonej z cieczą obróbkową
w zaleĪnoĞci od posuwu f [mm/obr]
Feedrate in mm per rev. influence on roughness parameters values of surface machined with
coolant
Nr pr.
f
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
Rvk*
4,14
4,41
6,42
0,59
0,60
1,71
0,31
0,30
1,07
0,26
0,41
0,52
0,77
0,91
0,93
3,28
21,7
59,4
2,02
17,6
42,1
1,08
0,1
0,0
1,36
0,1
0,0
Ostrze skojarzone
119
120
121
0,19
0,47
0,75
0,21
0,24
0,54
1,54
1,72
3,29
2,04
2,27
4,28
0,74
0,87
1,76
0,93
1,08
2,58
0,27
0,31
0,71
Páytka handlowa TNMM160408
122
123
124
0,19
0,47
0,75
1,64
8,6
14,0
8,20
34,5
62,5
9,53
35,3
69,7
5,34
14,7
17,5
5,52
23,8
54,0
1,99
10,1
17,2
13,41
48,3
106,5
WartoĞü parametrów,
WartoĞci
parametrów,
Pm
um
Páytka TNMM 160408, obróbka na sucho
120
100
80
60
40
20
0
f=0,19
f=0,47
f=0,75
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
WartoĞci
WartoĞü
parametrów,
parametrów,
Pm um
Páytka TNMM160408, obróbka z cháodzeniem
150
f=0,19
100
f=0,47
50
f=0,75
0
Ra
Rz
Rt
Rk
Rp
Rq
Pt
Rpk*
Rpk
Rvk
Rvk*
Rys. 5. Wpáyw posuwu f páytki TNMM 160408 na parametry chropowatoĞci powierzchni
Fig. 5. Machining feedrate f influence on roughness parameters, for TNMM 160408 conventional
insert
37
Parametr Rz
Parametr Ra
70
12
A
10
B
8
C
6
D
4
2
0
0,19
0,47
60
WartoĞci parametru, um
14
WartoĞü parametrów, Pm
WartoĞci
parametru, um
WartoĞü
parametrów,
Pm
16
50
A
40
B
30
C
D
20
10
0
0,75
0,19
Posuw f, mm/obr
0,47
0,75
Posuw f, mm/obr
Rys. 6. Wpáyw posuwu f na parametr Ra; A –
ostrze skojarzone, obróbka na sucho; B – ostrze
skojarzone, obróbka z cháodzeniem; C – páytka
TNMM160408, obróbka na sucho; D – páytka
TNMM160408, obróbka z cháodzeniem
Fig. 6. Feedrate f influence on Ra roughness
parameter values: A – monolithic associative tool
points for oblique cutting, dry machining; B –
monolithic associative tool points for oblique
cutting, with coolant; C – TNMM160408 insert,
dry machining; D – TNMM160408 insert, with
coolant
Rys. 7. Wpáyw posuwu f na parametr Rz; A –
Fig. 7. Feedrate f influence on Rz roughness parameter values: A – monolithic associative tool
coolant
Parametr Rt
80
70
WartoĞci parametru, um
WartoĞü parametrów, Pm
Rys. 8. Wpáyw posuwu f na parametr Rt; A –
Fig. 8. Feedrate f influence on Rt roughness
parameter values: A – monolithic associative tool
coolant
60
A
50
B
40
C
30
D
20
10
0
0,19
0,47
0,75
Posuw f, mm/obr
WartoĞci wszystkich prezentowanych parametrów chropowatoĞci powierzchni są znacznie mniejsze podczas skojarzonego skrawania skoĞnego niĪ podczas
skrawania tradycyjnego, co jest podstawową zaletą tego sposobu toczenia.
38
Wyniki pomiarów skáadowych siáy skrawania zestawiono w tablicach 3 i 4.
Są to wartoĞci maksymalne skáadowych podczas ksztaátowania powierzchni
obrobionej.
Tablica 3
Skáadowe siáy caákowitej [N] podczas toczenia na sucho stali C45 ostrzem skojarzonym do skoĞnego
skrawania: wartoĞci bezwzglĊdne oraz w stosunku do toczenia ostrzem handlowym
Components of C45 steel total cutting force in N. Machining conditions: monolithic associative tool
points for oblique cutting, dry machining: absolute values, in relation to commercial turning tool
f
Skáadowe siáy
caákowitej
(wartoĞci
bezwzglĊdne)
Fcs
Fps
Ffs
Fs
0,19
0,47
0,75
693
356
320
842
1176
566
325
1345
1664
817
212
1866
Stosunek skáadowych
siáy caákowitej w toczeniu ostrzem skojarzonym do tych skáadowych w toczeniu
ostrzem tradycyjnym
Fcs/Fc
Fps/Fp
Ffs/Ff
Fs/F
f
0,19
0,47
0,75
1,16
1,12
1,19
1,15
0,93
0,88
0,63
0,89
0,96
0,86
0,46
0,70
ĝrednia
1,02
0,95
0,76
0,91
Tablica 4
Skáadowe siáy caákowitej [N] podczas toczenia z cieczą stali C45 ostrzem skojarzonym do skoĞnego skrawania: wartoĞci bezwzglĊdne oraz w stosunku do toczenia ostrzem handlowym
Components of C45 steel total cutting force in N. Machining conditions: monolithic associative tool
points for oblique cutting, with coolant: absolute values, in relation to commercial turning tool
f
Skáadowe siáy
caákowitej
(wartoĞci
bezwzglĊdne)
Fcs
Fps
Ffs
Fs
0,19
0,47
0,75
634
337
303
779
1108
512
290
1255
1581
795
288
1793
Stosunek skáadowych
siáy caákowitej w toczeniu ostrzem skojarzonym do tych skáadowych w toczeniu
ostrzem tradycyjnym
Fcs/Fc
Fps/Fp
Ffs/Ff
Fs/F
f
0,19
0,47
0,75
0,98
0,95
0,99
0,91
0,83
0,72
0,55
0,84
0,85
0,83
0,50
0,92
ĝrednia
0,89
0,83
0,68
0,91
Z tablic 3 i 4 wynika, Īe w wiĊkszoĞci przypadków skoĞne skojarzone skrawanie odbywa siĊ z mniejszymi skáadowymi siáy skrawania niĪ skrawanie
ostrzami handlowymi. Wyjątek stanowi skrawanie na sucho ze stosunkowo maáym posuwem (0,19). Dotyczy to takĪe skáadowej Fp – wzrost jej wartoĞci podczas skoĞnego skrawania ostrzami jednokrawĊdziowymi byá gáównym przeciwwskazaniem w szerszym stosowaniu tego skrawania. Prawdopodobnie
w ostrzach skojarzonych jest to efekt skrawania tylko ostrzami o prostoliniowych krawĊdziach skrawających, podczas gdy ostrza handlowe mają krzywoli-
39
niową krawĊdĨ skrawającą. SkoĞne skrawanie ograniczono tu do niezbĊdnego
zakresu wymaganego do uksztaátowania powierzchni obrobionej.
Páyn obróbkowy áatwiej wnika do strefy skrawania podczas skrawania
ostrzem skojarzonym. Jego oddziaáywanie przy stosowanej prĊdkoĞci skrawania
vc = 75 m/min byáo niewielkie, ale pojawiáa siĊ tendencja do niewielkiego
zmniejszenia siáy caákowitej i jej skáadowych, gdy stosowano ostrza skojarzone.
Dla przyjĊtych warunków badaĔ okreĞlono wartoĞci skáadowych siáy skrawania:
– ostrze handlowe podczas skrawania na sucho: Fp § 0,51Fc i Ff § 0,37Fc,
skrawania z cieczą obróbkową: Fp § 0,53Fc i Ff § 0,39Fc,
– ostrze skojarzone podczas skrawania skoĞnego na sucho: Fp § 0,50Fc
i Ff § 0,29Fc, skrawania z cieczą obróbkową: Fp § 0,50Fc i Ff § 0,30Fc.
WartoĞci te wskazują na ogólną zamiennoĞü stosowania badanych ostrzy.
WyraĨne róĪnice na korzyĞü ostrzy skojarzonych wystĊpują w wartoĞciach skáadowej posuwowej Ff, co wynika z oddziaáywania skoĞnej powierzchni natarcia
czĊĞci jednokrawĊdziowej ostrza.
4. PODSUMOWANIE
Otrzymane wyniki i przeprowadzone analizy wykazują, Īe podczas skrawania stali C45 w przyjĊtych warunkach stosowanie ostrzy skojarzonych z wĊglików spiekanych nie powoduje wzrostu siá skrawania w stosunku do dotychczasowego toczenia wykoĔczeniowego, a jednoczeĞnie w caáym zakresie posuwów
otrzymuje siĊ znacznie mniejszą chropowatoĞü powierzchni. PoniewaĪ istnieje
moĪliwoĞü stosowania wiĊkszych posuwów, moĪna zwiĊkszyü wydajnoĞü toczenia wykoĔczeniowego. Badane ostrza umoĪliwiają stosowanie kątów przystawienia takich jak w ostrzach tradycyjnych, co znacznie rozszerza moĪliwoĞci
technologiczne skoĞnego skrawania.
LITERATURA
[1] Grzesik W., Podstawy skrawania materiaáów metalowych, Warszawa, WNT 1998.
[2] Grzesik W., Wpáyw warunków toczenia noĪami z prostoliniową krawĊdzią na ksztaátowanie
wáasnoĞci warstwy wierzchniej, praca doktorska, Politechnika Wrocáawska, Instytut Technologii Budowy Maszyn 1981.
[3] Kawalec M., Obróbka na twardo materiaáów metalowych, w: Konferencja „Innowacyjne
technologie w budowie maszyn”, targi „Innowacje – Technologie – Maszyny Polska”, salon
„Mach–Tool 2005”, MiĊdzynarodowe Targi PoznaĔskie, PoznaĔ 2005, materiaáy na CD.
[4] LatoĞ H., Zastosowanie ostrzy o prostoliniowych krawĊdziach do obróbki powierzchni ksztaátowych, Zeszyty Naukowe ATR w Bydgoszczy, 1978, z. nr 51, Mechanika nr 19, s. 170.
40
[5] LatoĞ H., NoĪe tokarskie o prostoliniowej krawĊdzi bez naroĪy do toczenia dokáadnego,
w: III Ogólnokrajowa konferencja narzĊdziowa „Rozwój narzĊdzi skrawających i pomiarowych”, Warszawa 1980, s. 144 – 149.
[6] LatoĞ H., NoĪe tokarskie o prostoliniowej krawĊdzi bez naroĪy do toczenia dokáadnego,
Mechanik, 1980, nr 12, s. 661 – 662.
[7] LatoĞ H., Mikoáajczyk T., Badanie wpáywu kąta pochylenia krawĊdzi skrawającej Os na
minimalną gruboĞü warstwy skrawanej, Archiwum Technologii Budowy Maszyn, 1990, z. 8,
s. 417 – 423.
[8] LatoĞ H., Szczepaniak Z., Badanie moĪliwoĞci obniĪenia minimalnej gruboĞci warstwy
skrawanej podczas skoĞnego skrawania z duĪymi kątami Os, Archiwum Technologii Maszyn
i Automatyzacji, 1993, nr 11, s. 199 – 205.
[9] Wen D. H., Zheng L., Li Z. Z., Hu R. S., On the prediction of chip flow angle in non-free
oblique cutting, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of
Engineering Manufacture, 2004, vol. 218.
[10] Zgáoszenia patentowe: P-380548 PL, P-384231 PL.
Praca wpáynĊáa do Redakcji 16.03.2009
Rezenzent: prof. dr hab. inĪ. Mieczysáaw Kawalec
STEEL TURNING, USING ORIGINAL MONOLITHIC
ASSOCIATIVE TOOL POINTS FOR OBLIQUE CUTTING
Summary
Turning results of traditional and oblique cutting tools were shown and compared in this paper.
Oblique cutting tool points with two different major cutting edges and two separated rake faces
connected them – with different chip flow during machining was presented. Surface was finished
by oblique-part of the tool. Turning conditions were: cutting speed vc = 75 m per min., with and
without (dry) cooling, material of cutting part – C45 steel, feedrate range – from 0,19 to 0,75 mm
per rev. Measured parameters: Ra roughness parameter and total cutting force components. Ra
roughness parameter values, using monolithic associative tool points for oblique cutting machining
were in range from 0,2 to 0,54 Pm and in range from 1,16 to 14,0 Pm – using traditional, market
inserts. Of all other factors only feedrate force component had different values – depending on tool
– with the benefit of monolithic associative tool points for oblique cutting.
Key words: oblique cutting, surface roughness, cutting force components

plik Adobe PDF / Get full paper - Adobe PDF file

Transkrypt

Podobne dokumenty

podstawy technologiczne wielokryterialnej optymalizacji procesów

Brzeszczot bimetaliczny HSS