Dobór narzędzi i parametrów skrawania

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
Wydział Nowych Technologii i Chemii
KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII
DOBÓR NARZĘDZI I
PARAMETRÓW SKRAWANIA
Techniki Wytwarzania
 Budowa narzędzi tokarskich
Ć1:
 System narzędziowe
 Procedura doboru
 Przykład realizacji
Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski
Koncepcji doboru narzędzia
Idea koncepcji doboru narzędzia skrawającego uwzględnia jego przeznaczenie oraz rodzaj
materiału obrabianego. Standard ISO dzieli materiały obrabiane na 6 podstawowych grup:
ISO
P
Stal - materiały dające długi wiór, takie jak stal, odlewy staliwne oraz
martenzytyczno-ferrytyczne.
HB 180
02.1
ISO
M
Stal nierdzewna - austenityczne stale nierdzewne, tytan.
HB 180
05.21
ISO
K
Żeliwo - materiały dające krótki wiór, takie jak żeliwa szare,
sferoidalne.
HB 220
08.2
ISO
N
Aluminium – materiały ciągliwe, takie jak aluminium i jego stopy.
HB 75
30.21
ISO
S
Stopy żaroodporne – stopy na bazie niklu, chromu, kobaltu.
HB 350
20.22
ISO
H
Stal hartowana – materiały trudnoskrawalne po obróbce cieplnej,
takie jak stal hartowana, ulepszana ciepnie.
HRC 60
04.1
W każdym oznaczeniu ISO, numery od 01 do 50,
określające wymagania odnośnie obróbki, związane
z poziomem wytrzymałości i odporności na œ
ścieranie.
Np. niskie numery odpowiadają wysokiej odporność
na œ
ścieranie i niskiej wytrzymałość, a wysokie na
odwrót.
2
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Budowa noża tokarskiego
Narzędzia tokarskie firmy SANDVICK Coromant są narzędziami o konstrukcji składanej.
Podstawowe elementy to:
1. trzonek (oprawka),
2. płytka skrawająca,
3. system mocowania (śruby mocujące, podkładki, płytki mocujące,…)
3
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Oznaczenia płytek
4
wg ISO 1832:1991
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Rodzaje oprawek
5
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Systemy narzędziowe
System narzędzi T-Max P
Płytki ujemne. Zalecany jako pierwszy wybór przy
operacjach toczenia zewnętrznego od zgrubnego do
wykańczającego. Również zalecany przy obróbce dużych
otworów. Z centralnym otworem do mocowania
zapewniający szybką i dokładną wymianę.
· system Coro Turn RC mocowanie sztywne,
· system T-Max P
System narzędzi T-Max U
Płytki dodatnie. Zalecany jako pierwszy wybór w operacjach
wytaczania i kształtowania oraz do toczenia małych detali. System
mocowania œ
śrubą zapewnia stabilność oraz niezakłócony odpływ
wióra.
· system Coro Turn 107 - mocowanie śrubą,
· system Coro Turn 111,
· system Coro Turn TR (do toczenia profilowego).
6
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Systemy mocowania płytek
System mocowania sztywnego Coro Turn RC
Zalecany jako pierwszy wybór przy operacjach toczenia
zewnętrznego, od zgrubnego do wykańczającego, płytkami
ujemnymi. Zalecany również przy obróbce dużych otworów.
Centralny otwór mocujący zapewnia szybką i dokładną wymianę
płytki.
System mocowania Coro Turn 107
Do mocowania płytek skrawających wykorzystuje śrubę
przechodzącą przez otwór w płytce. Zalecany do obróbki
małych, długich i smukłych przedmiotów. System dostępny dla
wszystkich kształtów płytek i różnych kątów przystawienia.
7
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Toczenie powierzchni zewnętrznych
8
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Toczenie powierzchni wewnętrznych
  10 mm
  0.3 mm
  20 mm
9
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Dobór płytki i parametrów skrawania
1. Dobór
płytki i
parametrów
skrawania
• Określenie typu materiału obrabianego
• Określenie rodzaju obróbki
• Dokonanie "Pierwszego wyboru„
• Określenie warunków obróbki i wybór materiału płytki
• Wybór kształtu płytki i promienia naroża
• Wybór wielkości płytki
• Odczytanie zalecanych parametrów obróbki
2. Korekcja
parametrów
skrawania
• Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego
• Korekcja posuwu
• Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na wydajność obróbki
• Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki
• Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona
3. Dobór
oprawki
4. Wynik
10
• Wybór odpowiedniej strony katalogu
• Wybór odpowiedniej oprawki
• nóż tokarski (płytka + oprawka )
• parametry skrawania:
• Vc [m/min]
• fn [mm/obr]
• ap [mm]
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Pierwszy wybór
Krok 1 – określenie materiału obrabianego
P
Stale niskostopowe
M
Stale nierdzewne, austenityczne
Krok 2 – określenie rodzaju obróbki
K
Żeliwa szare i sferoidalne
Dla operacji toczenia wyróżniamy trzy rodzaje
N
Aluminium i inne stopy nieżelazne
obróbki, oznacza je odpowiednio:
S
Stopy na bazie niklu
R – obróbka zgrubna
- obróbka z maksymalna wydajnością,
H
Stale hartowane i ulepszone cieplnie
- obróbka z dużą głębokością i posuwem,
- obróbka wymagająca najwyższego bezpieczeństwa krawędzi.
M – obróbka średnia
- dla większości zastosowań ogólnych,
- szeroki zakres możliwych kombinacji głębokości skrawania i posuwu.
F – obróbka wykańczająca
- obróbka z niewielkimi głębokościami skrawania i posuwami,
- obróbka wymagająca niskich sił skrawania.
Krok 3 – dokonanie „Pierwszego wyboru”
Na podstawie informacji „typ materiału obrabianego – rodzaj obróbki” zestawionych na str. 24
katalogu, przejście na odpowiednią stronę katalogu oferującą Pierwszy wybór (np. dla „stal –
obróbka średnia” jest to strona nr 28).
11
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Pierwszy wybór -katalog
12
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Geometria płytki
Krok 4 – określenie warunków obróbki i wybór materiału płytki
Rodzaj warunków obróbki (str. 3) pozwala dokonać wyboru
odpowiedniego gatunku węglika, np. dla przeciętnych warunków i
normalnych posuwów będzie to GC4225.
Krok 5 – wybór kształtu płytki i promienia naroża
Kształt płytki musi umożliwiać obróbkę zadanego konturu. Zaleca się
by kąt przystawienia płytki   90°.
Np. dla płytek ujemnych T-Max P
(syst. Coro Turn RC):
- obróbka powierzchni zewnętrznych (str. 60 – 65)
- obróbka powierzchni wewnętrznych (str. 66 - 71).
13
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Geometria płytki
Dla płytek dodatnich Coro Turn 107
- dla powierzchni zewnętrznych
(w katalogu str. 98 - 103):
- dla powierzchni wewnętrznych
(w katalogu str. 104 – 107):
Promień naroża ma wpływ na chropowatość powierzchni
obrobionej. Im mniejszy promień naroża, tym mniejsza szansa na
uzyskanie gładkiej powierzchni i co za tym idzie wyższej klasy
chropowatości. Dla płytek T-MAX P :
• obróbka wykańczająca re = 0.8 mm
• obróbka średnia
re = 0.8 mm
• obróbka zgrubna
re = 1.2 mm
14
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Wielkość płytki
Krok 6 – wybór wielkości płytki
Wielkość płytki (długość krawędzi płytki) dobiera się zwykle do posiadanej oprawki lub w
zalewności od rodzaju obróbki i głębokości skrawania. Im większa głębokość skrawania, tym
większa płytka.
Minimalną długość l krawędzi skrawającej można obliczyć
na podstawie głębokości skrawania i kąta przystawienia
la - długość efektywnej krawędzi skrawającej, wynikająca z
głębokości skrawania i kąta przystawienia ostrza
l = min (1,5 ÷ 4) la
albo przyjąć na podstawie zaleceń
sugerujących znacznie większą płytkę.
15
katalogowych
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Parametry obróbki
Krok 7 – odczytanie zalecanych parametrów obróbki
Dla wybranego kształtu i wymiaru płytki, należy ustalić zalecane parametry skrawania:
- prędkość skrawania Vc [m/min],
- posuw fn [mm/obr],
- głębokość skrawania ap
np. dla płytki kwadratowej CNMG 12 04 04 z materiału GC4225, czyli dla obróbki średniej,
zalecana prędkość skrawania Vc = 395 [m/min], posuw fn = 0.2 [mm/obr] i głębokość
skrawania ap = 3 [mm].
16
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Korekty do warunków skrawania
Krok 8 - Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego
Dobrane warunki skrawania ustalono dla twardości nominalnej, wynoszącej np. dla ISO P HB = 180.
Jeżeli jednak twardość materiału obrabianego jest inna, należy dokonać jej korekty.
Np. toczenie płytką CNMG 120416-PM stali
niskostopowej o twardości HB 180:
prędkość skrawania vc = 305 m/min.
Jeśli materiał obrabiany ma twardość HB 240,
to różnica wynosi +60. Współczynnik korekty
równa się 0,77. Wówczas:
vc = 305 x 0,77 = 235 m/min.
Krok 9 - Korekcja posuwu
Zmiana prędkości skrawania wiąże się ze zmianą posuwu. Aby zapewnić właściwy proces
formowania wiórów, przy zwiększaniu prędkości skrawania należy zmniejszyć posuw i na odwrót.
Np. gdy prędkość skrawania zmniejszono o 16%,
wówczas posuw winien być zwiększony o 0,19
[mm/obr] co daje:
fn skoryg = 0,2 + 0,19 = 0,39 [mm/obr]
Krok 10 - Korekcja prędkości skrawania
ze wzgl. na wydajność obróbki
Wyznaczone parametry skrawania są dla trwałości ostrza wynoszącej T = 15 [min]. Można
zwiększyć wydajność obróbki przez zwiększenie prędkość skrawania kosztem spadku trwałości
ostrza lub na odwrót.
Trwałość ostrza
Np. aby wydłużyć okres trwałości ostrza do 20 [min], należy
pomnożyć zalecaną prędkość skrawania przez wartość 0.93
17
vc skoryg = 332 * 0,93 = 239 [m/min].
[min]
10
15
20
25
30
45
60
Współczynnik
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
1.11 1.0 0.93 0.88 0.84 0.75 0.7
korekcyjny
Moc obrabiarki
Krok 11 - Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki
Po dobraniu parametrów skrawania
należy sprawdzić zapotrzebowanie na
moc obrabiarki, która ma realizować
obróbkę z tymi parametrami. Przy
założeniu 80% sprawności obrabiarki,
moc obrabiarki w [kW] można
wyznaczyć z tabeli.
Np. dla stali o twardości HB = 220 i
parametrów skrawania:
posuw fn = 0,39 [mm/obr],
głębokość skrawania ap = 3 [mm],
moc silnika napędu głównego obrabiarki
winna wynosić ok. 13,6 [kW].
Krok 12 - Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona
Prędkość obrotową wrzeciona wyznacza się z tabel lub oblicza z wzoru:
1000 𝑣𝑐
𝑛=
𝜋𝑑
18
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Dobór oprawki
Dla zwykłych imaków narzędziowych z mocowaniem za pomocą śrub, należy dobrać klasyczną
oprawkę z chwytem prostokątnym lub kwadratowym. Jeśli narzędzie ma być zamocowane w
głowicy narzędziowej, to należy dobierać oprawkę typu
Coromant Capto o rozmiarze odpowiednim dla głowicy
narzędziowej (oznaczenia C4, C5 lub C6).
Krok 13 – Wybór odpowiedniej strony katalogu
Na str. 24 podano nr stron oprawek odpowiednich do
mocowania dobranych płytek.
Krok 14 – Wybór odpowiedniej oprawki
Dobierana oprawka powinna zapewniać mocowanie
wybranej płytki i odpowiedni kąt przystawienia ostrza.
Z etapu doboru płytki wynika:
B - system mocowania,
1 - kształt płytki,
C - konfiguracja oprawki (związana z ),
2 - kąt przyłożenia płytki,
5 - wielkość płytki
Pozostaje do ustalenia:
D - wersja narzędzia (narzędzie prawe, lewe, …),
E, F - wymiary poprzeczne trzonka,
19
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Dobór oprawki
Wersja narzędzia zależy od przewidywanego kierunku posuwu.
Przekrój trzonka jest zależny od wymiarów imaka tokarki. Jeśli
jest możliwość, należy - ze względu na sztywność układu dobierać większy przekrój.
Długość oprawki jest zwykle związana za jej wymiarami
poprzecznymi i jest narzucona przez katalog.
Np. dla płytki trójkątnej TNMG 16 04 08 o boku 16 mm, oprawki należy
poszukiwać na str. 60 i 64 katalogu. Dostępne są:
- oprawki prawa i lewa o symbolach
DTJNR/L 1616H16,
DTJNR/L 2020K16,
DTJNR/L 2525M16,
DTJNR/L 3232P16 oraz
- oprawki prawa i lewa o symbolach
MTJNR/L 2020K16M1,
MTJNR/L 2525M16M1,
MTJNR/L 3225P16M1.
Analizując charakterystykę obrabiarki i sposób
realizacji obróbki należy dokonać ostatecznego
wyboru oprawki spośród dostępnych.
20
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Przykład
Dokonać doboru narzędzia i parametrów skrawania
do wykonania podtoczenia wg rysunku.
Materiał obrabiany: stal 55 ulepszana cieplnie o
wytrzymałości Rm = 740 MPa.
Krok 1 – określenie typu materiału obrabianego (str. 3)
 zaklasyfikowanie do odpowiedniej grupy materiałowej
– P Stal,
.
 ustalenie twardość HB odpowiadającą Rm = 740 MPa
– HB  220.
Krok 2 – określenie rodzaju obróbki
– obróbka średnia M.
Krok 3 – dokonanie „Pierwszego wyboru”
 str. 1  Toczenie, informacje ogólne  str. 24,
 wybór systemu narzędziowego (str. 14)
– płytki ujemne T-Max P,
 dla rodzaju materiał, wybranego systemu narzędziowego i
rodzaju obróbki odczytać stronę z danymi płytek
– str. 28.
UJEMNE
DODATNIE
21
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Przykład
Krok 4 – „Pierwszy wybór” materiału płytki
 ustalenie warunków obróbki (str. 3)
 ustalenie materiału płytki (str. 28)
– przeciętne,
– GC4225.
Krok 5 – wybór kształtu płytki i promienia naroża
 dokonać wyboru kształtu płytki (str. 25) – płytka trójkątna T,
 przyjąć promień naroża - dla płytek T-MAX P i obróbki
średniej M
- re = 0.8 mm.
Krok 6 – wybór wielkości płytki
 ustalić głębokość podtoczenia
– 5 mm,
 ustalić liczbę przejść i głębokość skrawania
– 2 x 2.5 mm
Ze schematu wynika, że l min  5 mm, a z tabeli
16 lub 22 mm,
 dokonać wyboru płytki (str. 29)  dla
wybranego kształtu, warunków obróbki (mat.
płytki) wielkości i promienia naroża
– TNMG 16 04 08.
Krok 7 – odczytanie zalecanych parametrów
obróbki
 prędkość skrawania
- Vc = 325 m/min,
 posuw
- fn = 0.35 mm/obr,
 głębokość skrawania
- ap = 2 mm.
22
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT
Przykład
Krok 8 – Korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na twardość mat. obrabianego
 obliczyć różnicę twardości materiału
– 40 HB,
 odczytać wartość współczynnika korekcji (str. 11)
– 0.84,
 obliczyć prędkość skorygowaną
– 273 m/min.
Krok 9 – Korekcja posuwu (str. 20).
-16%  0.54 mm/obr.
Krok 10 - Ewentualna korekcja prędkości skrawania ze wzgl. na wydajność obróbki
 zwiększyć prędkość skrawania kosztem obniżenia okresu trwałości ostrza do 10 min (str. 20).
303 m/min.
Krok 11 - Obliczenie niezbędnej mocy obrabiarki
 dla przyjętych parametrów obróbki, wyznaczyć niezbędną moc obrabiarki (str. 21).
ok. 14 kW.
Krok 12 - Obliczenie prędkości obrotowej wrzeciona
 dla Vc = 303 [m/min] i średnicy d = 50 [mm], prędkość obrotowa wrzeciona wynosi
1930 obr/min.
Krok 13 – Wybór odpowiedniej strony katalogu
60-64.
 Wg katalogu, oprawki z chwytem tradycyjnym do płytek ujemnych znajdują się na str.
Krok 14 – Wybór odpowiedniej oprawki
 Płytka dla której jest poszukiwana oprawka ma oznaczenie TNMG 16 04 08. Jest to płytka
trójkątna o boku 16 mm. Dla tej płytki są dostępne oprawki typu:
DTJNR/L lub MTJNR/L,
obie z kątem przystawienia 93. W przypadku obróbki wskazanego podtoczenia, tylko oprawki
MTJNR/L pozwalają na obróbkę konturu o kącie spadku  22. Ze względu na kierunek obróbki
potrzebna jest oprawka prawa R. Do wyboru mamy więc trzy oprawki: oprawka o przekroju
20x20 mm - MTJNR 2020 K16M1, 25x25 mm - MTJNR 2525 M16M1 i 32x25 mm - MTJNR
3225 P16M1. Ostateczny wybór zależy od wymiaru imaka, np.
MTJNR 2020 K16M1
23
Wojskowa Akademia Techniczna
WTC
KZMiT