Technologiczne Przygotowanie Produkcji
parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych

Parametry toczenia – dobór parametrów obróbkowych 4/5 (1)

Parametry obróbkowe, w tym parametry toczenia (ilustracja 1), stanowią wyzwanie dla każdego technologa.

parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych

Ilustracja 1. Schemat procesu skrawania.

Do technologicznych parametrów skrawania w ramach toczenia zalicza się:

  • prędkość skrawania v[m/min] (1) – D – średnica obrabianego przedmiotu; n – prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego (napędu głównego)
parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych - równanie prędkości skrawania    (1)
  • prędkość obrotową napędu głównego n [obr/min];
  • posuw roboczy niezależny minutowy f [mm/min] (3) i zależny [mm/obr] (4) – odległość o jaką przemieści się narzędzie podczas jednego pełnego obrotu przedmiotu obrabianego;
parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych (2)
parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych (3)
  • głębokość skrawania ap [mm] – odległość między powierzchnią obrabianą a powierzchnią obrobioną (4) – d – średnica przedmiotu obrabianego; d1 – średnica powierzchni przedmiotu obrobionego
   parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych (4)
Klasyczne tokarki

W przypadku tokarek konwencjonalnych dobór parametrów rozpoczynano od określenia prędkości skrawania vby w kolejnym kroku wyznaczyć z klasycznego równania (1) wartość prędkości obrotowej n dla danego zabiegu. Podana we wzorze średnica D oznacza średnicę obrabianą. W przypadku toczenia powierzchni czołowej przyjmowało się średnicę maksymalną.

Dobraną wartość prędkości obrotowej n porównywano z szeregiem Renarda R20 lub R40. Konwencjonalne tokarki (ilustracja 2) nie zapewniają bezstopniowej zmiany prędkości obrotowej. Dobór prędkości obrotowej n napędu głównego polegał na porównaniu wartości obliczeniowej z R20 lub R40 (w zależności od tokarki) i wybraniu prędkości n najbliższej, lecz niższej. Bardzo rzadko wartość wyznaczona była zgodna z wartością z szeregu Renarda.

parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych - klasyczna tokarka

Ilustracja 2. Klasyczna tokarka firmy TOP Poręba model TOP-400 – stoisko podczas targów TOOLEX 2016

Kluczowym zadaniem był dobór prędkości skrawania vc, którą określano na podstawie wzoru empirycznego uwzględniającego rodzaj obróbki, materiał obrabiany, materiał narzędziowy. Współczynniki dobierano z danych tabelarycznych. Współczesne zastosowanie tego algorytmu jest utrudnione ze względu na niepełne dane tabelaryczne. Wynika to z faktu wprowadzania nowych materiałów narzędziowych oraz obrabianych. Prace nad uzupełnianiem danych tabelarycznych nie są podejmowane. Systemy CAM, CAE i systemy eksperckie zmieniły podejście do doboru parametrów skrawających.

Dobór parametrów toczenia

Współcześnie dobór parametrów obróbkowych to w pierwszym kroku bazowanie na parametrach sugerowanych przez dostawców narzędzi skrawających. W przypadku materiałów trudnoobrabialnych należy bazować także na badaniach służących określeniu optymalnych parametrów. Nadrzędnym kryterium optymalizacji jest koszt obróbki. Przy obróbce materiałów trudnoobrabialnych okres trwałości ostrza, a także czas główny maszynowy stanowią podstawowe kryteria optymalizacji. Ilustracja 3 przedstawia algorytm doboru parametrów obróbkowych.

parametry toczenia - dobór parametrów obróbkowych

Ilustracja 3. Algorytm postępowania przy doborze parametrów obróbkowych dla obróbki skrawaniem (toczenia).

Materiał obrabiany

W celu ułatwienia doboru parametrów wykorzystuje się grupy materiałowe ISO. Wyróżnia się 6 grup materiałowych – tabela 1.

Tabela 1.
Materiał
obrabiany
Oznaczenie
ISO
Przykładowy
materiał (forma)
stal P stal niskostopowa
stal nierdzewna M stal nierdzewna austenityczna
żeliwo K żeliwo szare, żeliwo sferoidalne
stopy aluminium N odlew
stopy żaroodporne S wysokostopowe na bazie żelaza, niklu, kobaltu i tytanu
stal hartowana H hartowana i ulepszana cieplnie

 

Rodzaj obróbki

Rodzaj obróbki w przyjętym kontekście nawiązuje do aspektów jakościowych. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje obróbki: zgrubna, kształtująca oraz wykańczająca. W tabeli 2 przedstawiono poglądowe opisy poszczególnych rodzajów.

Tabela 2.
Rodzaj: Charakterystyka technologiczna:
Obróbka zgrubna
  • obróbka z maksymalną wydajnością;
  • obróbka z dużą głębokością skrawania i z dużym posuwem roboczym;
  • zużycie ostrza narzędzia;
Obróbka kształtująca
  • ogólne zastosowania;
  • szeroki zakres możliwych do zastosowania wartości i wzajemnych kombinacji głębokości skrawania oraz posuwu roboczego;
Obróbka wykańcająca
  • obróbka z małymi głębokościami skrawania i niewielkimi posuwami – nie dotyczy w pełni obróbek szybkościowych HSM;
  • niewielkie siły skrawania;

 

Warunki obróbki

Na tym etapie doboru parametrów obróbkowych określamy warunki operacji technologicznej (tabela 3) co wpływa na dobór materiału narzędziowego (np. rodzaju węglika z określonymi pokryciami).

Tabela 3.
Warunki: Charakterystyka technologiczna:
Dobre Obróbka ciągła. Wysokie prędkości. Wstępnie przygotowany półfabrykat. Bardzo dobre ustalenie i zamocowanie przedmiotu obrabianego.
Przeciętne Obróbka profilowa ze średnimi prędkościami. Półfabrykat to odkuwka lub odlew. Dobre ustalenie i zamocowanie przedmiotu obrabianego.
Trudne Obróbka przerywana z niskimi prędkościami. Wady odlewnicze i kuźnicze na powierzchni półfabrykatu. Konieczne zastosowanie gorszego ustalenia i zamocowania przedmiotu obrabianego.

 

Katalogi czy to w wersji papierowej czy elektronicznej (np. Sandvik Coromant) prowadzą użytkownika umożliwiając dokonanie pierwszego wyboru i dopasowanie do indywidualnego zadania technologicznego. W przypadku doboru narzędzi skrawających istotną rolę odgrywa doświadczenie i doskonalone inżynierskie bazy wiedzy dostawców narzędzi. Pomimo istnienia klas typowych części maszyn i urządzeń oraz ze względu na wieloczynnikowość samego procesu skrawania, a także na różne metody obróbki skrawaniem istnieje wiele zróżnicowanych narzędzi skrawających.

Toczenie stanowi podstawową metodę obróbki skrawaniem, która jednocześnie dobrze charakteryzuje ogólnie pojmowany proces skrawania. Nieustający postęp technologiczny powoduje zmiany w doborze wartości parametrów obróbkowych. Tabela 4 przestawia wstępne wartości roboczego posuwu zależnego oraz głębokości skrawania w zależności od rodzaju obróbki.

Tabela 4.
Rodzaj toczenia Posuw roboczy
f [mm/obr]
Głębokość skrawania
ap [mm]
bardzo (ciężko) zgrubne >0,7 8 – 20
zgrubne 0,5 – 1,5 6 – 15
lekko zgrubne 0,4 – 1 3 – 10
średnio dokładne 0,2 – 0,5 1,5 – 4
wykańczające 0,1 – 0,3 0,5 – 2
bardzo dokładne 0,05 – 0,15 0,25 – 2

 

Przedstawiony algorytm postępowania w zależności od dostawcy narzędzi skrawających może być nieco odmienny w szczegółach. Wszelkiego rodzaju katalogi stanowią wsparcie technologa w pierwszym wyborze. Nawet poprawnie dobrane parametry obróbkowe podlegają dalszej optymalizacji. Współczesne systemy CAM w ramach opracowywania programu obróbkowego również dobierają parametry obróbkowe. Niejednokrotnie technolog dokonuje wielu iteracji i analizy wielu wariantów tego samego procesu technologicznego.

Źródła
  • Materiały informacyjne firmy SANDVIK Coromant
  • Materiały dydaktyczne – Politechnika Krakowska
  • Notatki własne autora

About author

morek

Rocznik 1973. W 1993 skończyłem Technikum Elektryczne Nr 1. W 1998 roku Wydział Mechaniczny Technologiczny i Automatyzacji (obecnie WIP) PW. 1997-2000 konstruktor narzędzi skrawających w F.W.P. VIS S.A. 2004 – doktorat z technologii kół zębatych. Technologie wytwarzania i procesy technologiczne to moja pasja.

Related Articles

Leave a reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

YouTube

Kategorie