Obróbka Skrawaniem 06 Siły skrawania

Ilustracje do wykładu z obróbki skrawaniem opartego na książce:
Krzysztof Jemielniak, Obróbka Skrawaniem – podstawy, dynamika, diagnostyka, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2018, ISBN 978-83-7814-5
ebook dostępny na:
https://www.ibuk.pl/fiszka/201223/obrobka-skrawaniem-podstawy-dynamika-diagnostyka.html

Transcript

1. Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. Krzysztof Jemielniak krzysztof.jemielniak@pw.edu.pl http://www.zaoios.pw.edu.pl/kjemiel Obróbka Skrawaniem - podstawy, dynamika, diagnostyka 6. Siły skrawania
2. 2 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 Siły skrawania strony 125-153
3. 3 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 3 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania
4. 4 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 4 ❑ Siła → zginanie ❑ Ugięcie zależy od wartości i kierunku siły oraz sztywności przedmiotu, tu stosunku l/D ❑ Siła dynamiczna (zmienna) → zginanie „dynamiczne”→ drgania ❑ Co może drgać w obrabiarce? ❑ Długi, wiotki przedmiot obrabiany, długi wiotki uchwyt, frez o małej średnicy dużej długości itd. ❑ Dlaczego (kiedy) powstają drgania? ❑ Przedmiot lub narzędzie są zbyt podatne, zmienne siły skrawania są zbyt duże, narzędzie lub/i materiał obrabiany nie ma zdolności tłumienia drgań, niewłaściwie dobrano metodę obróbki, parametry skrawania lub geometrię ostrza D l Rola sił w procesie skrawania
5. 5 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 5 Rozkład naprężeń na powierzchni natarcia
6. 6 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 6 Rozkład sił w strefie skrawania F g F F FsN Fs Fc Fo F g = Fc sing0 + Fo cosg0 go F gN = Fc cosg0 - Fo sing0 F g /F gN = m (współczynnik tarcia wióra o powierzchnię natarcia) b = arctgm (kąt tarcia wióra o powierzchnię natarcia) FsN = Fc sinf + Fo cosf Fs = Fc cosf - Fo sinf vc Fc Fo b F gN f FsN Fs
7. 7 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 7 Siły skrawania – skrawanie nieswobodne F – wypadkowa siła skrawania F c – siła skrawania (obwodowa) F f – siła posuwowa (osiowa) F p – siła odporowa (promieniowa)
8. 8 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 8 Rozkład sił w skrawaniu nieswobodnym Ff F p F fp Po Fo kr kr kr F o = F f sinkr + F p coskr sin cos o h o tg g g f −  =
9. 9 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 9 Kąt przystawienia kr 70° Sila posuwowa F f 500 N Sila odporowa F p 320 N Sila główna F c 2000 N Kąt natarcia go -6° Współcz.spęczenia lh 2,1 Zadanie Wyznaczyć siłę ścinania F s F s = F c cosf - F o sinf F o =F f sinkr +F p coskr =579N sin cos tg o h o g −  g = f =0.451 f=24.3° F s =1585N
10. 10 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 10 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Wzór fizyczny na siłę skrawania
11. 11 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 11 Rozkład sił w strefie skrawania F g F F FsN Fs Fc Fo go vc Fc Fo b F gN f • Siły działające na powierzchni natarcia zależą od materiału obrabianego i warunków kontaktu wióra z powierzchną natarcia (b) czyli geometrii tej powierzchni, materiału ostrza, pokrycia itd. Stąd trudno jest je przewidywać • Siły działające w strefie ścinania nie zależą bezpośrednio o narzędzia, a jedynie od materiału obrabianego, więc warto spróbować określić tą zależność
12. 12 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 12 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) Tak jak przy wytrzymałości na zginanie, ścinanie itd. można się spodziewać, że siły pochodzące od zamiany warstwy skrawanej w wiór: siła ścinania Fs (i siła skrawania Fc ) będą proporcjonalne do pola powierzchni ścinania: = = = = ℎ sin
13. 13 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 13 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) = = ℎ sin 0 0 ℎ (mm) , (N/mm) Wykres przedstawia zależność siły ścinania Fs i siły skrawania Fc od pola powierzchni ścinania, przeliczonego na 1mm szerokości WS – b, dla szerokiego zakresu parametrów skrawania Zależności nie wychodzą z początku układu współrzędnych… Skąd się biorą siły przy zerowej grubości WS (zerowym przekroju warstwy skrawanej)?! = 0 + = 0 + Das M.K., Tobias S.A., Int.J.Mach.Tool Des&Res. 7/2,1697
14. 14 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 14 Siła rozcinająca CIRP Encyclopedia of Production Engineering A zatem: F w ostrze zaokrąglenie krawędzi skrawającej rn a kierunek skrawania kierunek posuwu g wiór materiał obrabiany strefa ścinania F k = + = + = + = + Na ostrze działa nie tylko siła od kształtowania wióra - Fw proporcjonalna do pola powierzchni ścinania …. …lecz także siła rozcinająca, działająca na samą krawędź skrawającą – proporcjonalna do długości krawędzi (szerokości warstwy skrawanej) - Fk F ck F ok F cw F ow F o F w F k
15. 15 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 15 Wpływ promienia zaokrąglenia krawędzi skrawającej na siłę rozcinającą CIRP Encyclopedia of Production Engineering Fck =0.307 rn + +53.6 Ffk Fe Fck Fok =2.87 rn + 11.4 Fck Fok
16. 16 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 16 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) = + = + = + = + ℎ (mm) , (N/mm) Ostatecznie mamy zatem: = = ℎ sin
17. 17 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 17 Zadanie Dane: szerokość warstwy skrawanej b1 = 1 mm, b2 = 3 mm grubość warstwy skrawanej h1 = 0.08 mm, h2 = 0.25 mm siła ortogonalna Fo1 = 180N Fo2 = 796 N siła skrawania Fc1 = 280 N Fc2 = 1680 N kąt ścinania f1 = 20° f2 = 26° Wyznaczyć uniwersalny wykres skrawalności 1. Długość powierzchni ścinania: ls = h/sinf ls1 = 0.23 mm ls2 = 0.57 mm 2. Siły ścinania: Fs = Fc cosf − Fo sinf Fs1 = 202 N Fs2 = 1161 N 3. Opory ścinania (z równań prostych): ksw =(Fs1 /b1 – Fs2 /b2 )/(ls1 – ls2 ) ksw = 551 N/mm2 kcw = 832 N/mm2 4. Współczynniki oporu na krawędzi: Ksk =Fs1 /b1 – ksh ls1 Ksk = 73 N/mm Kck = 85 N/mm F s /b= K sk + k sw l s F c /b= K ck + k cw l s Dane: szerokość warstwy skrawanej b1 = 2 mm, b2 = 3 mm grubość warstwy skrawanej h1 = 0.08 mm, h2 = 0.3 mm siła ortogonalna Fo1 = 302 N Fo2 = 796 N siła skrawania Fc1 = 460 N Fc2 = 1680 N kąt ścinania f1 = 23° f2 = 28° Wyznaczyć uniwersalny wykres skrawalności
18. 18 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 18 Fizyczny wzór na siłę skrawania = + = + = = ℎ sin  = + ℎ sin ? ℎ (mm) , (N/mm)
19. 19 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 19 Rozkład sił w strefie skrawania – weryfikacja F g F w F g = Fcw sing0 + Fow cosg0 F gN = Fcw cosg0 - Fow sing0 go F g /F gN = m (współczynnik tarcia wióra o powierzchnię natarcia) b = arctgm (kąt tarcia wióra o powierzchnię natarcia) Fsw = Fcw cosf - Fow sinf Fcw Foch b F gN F w Fsw Fcw Fow f b= arctg(F ow /F cw )+g0 Fck Fok F cw =F c - F ck F sw =F s - F sk UMChart: Fc =Fck +Fcw Fs =Fsk +Fsw F ow = F cw /tgf - F sw /sinf
20. 20 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 20 Uproszczona zależność siły skrawania od grubości WS Uniwersalny wykres skrawalności (model Dasa i Tobiasa) to zależność siły skrawania od pola powierzchni ścinania W literaturze spotkać można także model uproszczony (Altintasa) uzależniający siłę skrawania od pola przekroju poprzecznego warstwy skrawanej = + = + ℎ = + = +
21. 21 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 21 Uproszczona zależność siły skrawania od grubości WS Dane wg Y. Altintas "User manual May 2002" = + ℎ
22. 22 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 22 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Rola kąta ścinania
23. 23 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 23 Siła skrawania i jej zależność od kąta ścinania f f = + ℎ sin
24. 24 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 24 Modelowanie kąta ścinania M. Eugene Merchant 1913-2006 Założenia: • zasada minimum energii • idealna plastyczność i niezależność kąta tarcia b od kąta ścinania f (nie prawda) Merchant, M. E., 1944. Mechanics of the Metal Cutting Process, J. Appl. Phys. , Vol. 16. Naprężenia ścinające w strefie ścinania (opór właściwy ścinania): = – pole powierzchni ścinania, = ℎ sin b go go b−go = cos( + − ) ℎ Lee and Shaffer (1951) na podstawie analizy linii poślizgu uznali, że: ? 2003 FsN Fs ls d d = cos( + − ) cos − sin + − sin = 0 tg + − = ctg = tg(90o − ) = 45o + 2 − 2 + − = 45o = 45o + −
25. 25 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 25 Porównanie modeli Merchanta oraz Lee i Shafera Porównanie doświadczalnych zależność kąta ścinania od grubości WS z obliczonymi wg teorii Merchanta oraz Lee i Shafera, korzystając z kątów tarcia wyznaczonych wg Dasa-Tobiasa f fpom bD-T
26. 26 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 26 Zależność kąta ścinania od warunków obróbki prędkość skrawania grubość warstwy skrawanej długość kontaktu wióra z powierzchnią natarcia
27. 27 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 27 Komercyjne oprogramowanie bazujące na metodzie elementów skończonych (FEM) Frezowanie Toczenie Wiercenie Wytaczanie Współczesne modelowanie procesu skrawania
28. 28 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 28 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Opór właściwy skrawania
29. 29 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 29 Opór właściwy skrawania AD =bh b h Fc kc =kc1.1 h-mc = ℎ + sin = 1 + 2 = wg Dasa-Tobiasa: = + ℎ sin wg Altintasa: = + ℎ = ℎ + = 1 + 2 ≈ 0.2 ÷ 0.3
30. 30 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 30 Modelowanie oporu właściwego skrawania kc1 =102/f; kc2 =1112/sin(f) kc1 =52/f; kc2 =1114/sin(f) TPGN CCGT kc1 kc2 kc2 kc1 k c k c z wyników pomiarów: = ℎ + sin = 1 + 2
31. 31 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 31 Opór właściwy skrawania - przykład
32. 32 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 32 Opór właściwy skrawania - przykład poprawka na kąt natarcia:
33. 33 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 33 Opór właściwy skrawania - przykład uwzględniono wpływ kąta natarcia: 1% na 1°
34. 34 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 34 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 kc11 (N/mm²) Steel Stainless steel Cast iron Non-ferrous materials Superalloys Hard materials Fc = kc1.1 * b * h 1-mc (Typical example ) Opór właściwy skrawania przykładowe wartości
35. 35 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 35  Wzór inżynierski na siłę skrawania b h Fc = = = 1.1 ℎ− ≈ 0.2 ÷ 0.3 = ℎ1.1 ℎ− = 1.1 ℎ1− O. Kienzle, H. Victor, Spezifische Schnittkrafte bei der Metallbearbeitung, Werkstofftechnik und Machinenbau 47 (5) (1957) 224–225 = ℎ = = ℎ = 1− = ≈ 0.7 ÷ 0.8 = 1.1 ℎ − = − 1 = ℎ1.1 ℎ−1 = 1.1 ℎ−1
36. 36 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 36 Wyznaczanie siły i mocy skrawania F c k c = ––– A D k c = k c1.1 ∙h A D = b∙h = a p ∙f yc -1 Fc vc Pe = –––––––––– 60∙1000∙h kc ap f vc Pe = –––––––––– 60∙1000∙h F c = A D ∙k c F c = b∙h∙k c1.1 ∙h F c = k c1.1 ∙b∙h F c = a p ∙f∙k c yc -1 yc ap ae vf ap ae vf kc ap ae vf Pe = ––––––––– 60∙106∙h
37. 37 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 37 Stala kc1.1 3300 Wykładnik mc 0,25 Głębokość skrawania ap 2 mm Posuw f 0,3 mm/obr Prędkość skrawania vc 86 m/min Kąt natarcia go -6° Kąt przystawienia kr 45° sprawność h 0,92 Zadanie Toczenie wzdłużne h   = 1000 60 v F P c c e c D c k A F  = f a h b A p D  =  = r m c c f h h k k c k sin 1 . 1 =  = − h=0,21 mm k c =4863 N/mm2 F c =2918 N P e =4,5 kW
38. 38 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 38 ae/Dc=0,750 hm=0,138 mm kc=3753 N/mm2 n=796 obr/min vf=1592 mm/min Pe=31,44 KW Zadanie hmax             − + = 1 2 arcsin 2 2 max D a D h a h e e m  η v a a k P f e p c e   = 6 10 60 r z f h k sin max = v f = n z f z D v 1000 n c  = Średnica frezu Dc 80 mm liczba ostrzy 10 Kąt przystawienia kr 75° głębokość promieniowa ae 60 mm głębokość osiowa ap 5 mm posuw na zab fz 0,2 mm/ząb prędkość skrawania vc 200 m/min kc1.1 2200 N/mm2 mc 0,27 sprawność h 0,95 Wyznaczyć moc obrabiarki
39. 39 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 39 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Zależność sił skrawania od warunków skrawania
40. 40 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 40 Siły skrawania CIRP Encyclopedia of Production Engineering = 1.1 ℎ1− = 1.1 ℎ1− = 1.1 ℎ1−
41. 41 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 41 Statystyczny wzór na siłę skrawania  Zależność sił skrawania od parametrów skrawania ≈ 0,75 ≈ 1 ≈ −0,1 = 1.1 ℎ1− = 1.1 ℎ− ℎ = sin = / sin = 1 − = 1.1 ℎ = 1.1 ℎ Siła skrawania (obwodowa): = Siła posuwowa (osiowa): = Siła odporowa (promieniowa): =
42. 42 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 42 Wyznaczanie zależności F c (a p ,f,v c )metodą NK w Excel • Wykonaj pomiary siły Fc dla wybranych ap , f i vc , wpisz je w kolumnach A-D • W kolumnach F-I oblicz logarytmy • Zaznacz wolne pole 1x4 (tu A31:D31) i wprowadź wzór =REGLIP(y;x;prawda; prawda) y to zakres komórek z log(Fc ), tu I2:I28 x to zakres komórek z log(ap), log(f), log(vc) tuF2:H28 • Naciśnij Ctrl+Shift+Enter • W polach A31:D31 pojawią się wykładniki w odwrotnej kolejności niż kolumny oraz log(Cc ) • Oczywiście Cc można obliczyć w komórce F31 jako 10log(Cc) • Ostatecznie otrzymujemy w tym przypadku: = = 1838 0,9020,658 −0,07
43. 43 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 43 Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania kr = 75o go = +5o ao = 6o ls = 0o r e = 0.4 mm Sily skrawania zredukowane do ap =1mm. Stal 30; hR110.17; SPUN 120304-TCS2
44. 44 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 44 Przebieg siły skrawania przy toczeniu Składowa statyczna Składowa statyczna Składowa statyczna zakłócenia zakłócenia zakłócenia Mat. obrabiany Inconel 718 oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 ap =0.5 mm, f=0.13 mm/obr, vc =50 m/min
45. 45 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 45 Widmo siły skrawania przy toczeniu Mat. obrabiany Inconel 718 oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 ap =0.5 mm, f=0.13 mm/obr, vc =50 m/min
46. 46 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 46 Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania – Inconel 718 Sandvik oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 F c = 1665 f0.59 a p 0.91 r=0.999 F f = 437 f0.29 a p 1.15 r=0.994 F p = 360 f0.12 a p 0.65 r=0.915 ?
47. 47 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 47 Kształtowanie wióra przy bardzo małej grubości warstwy skrawanej CIRP Encyclopedia of Production Engineering h F ce F oe
48. 48 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 48 Kształtowanie wióra przy bardzo małej grubości warstwy skrawanej h b) h c) gef << 0 gn h d) gef < 0 gn Dla h=0 mamy ślizganie ostrza po powierzchni materiału (a) Przy h  0 występuje gniecenie materiału (b) Kształtowanie wióra zaczyna się po przekroczeniu minimalnej grubości WS hmin przy bardzo ujemnym efektywnym kącie natarcia (c) „Normalne skrawanie występuje gdy h >>rn (d) h=0 a)
49. 49 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 49 Wykreślić zależności sił od posuwu dla kolejnych głębokości Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania – Inconel 718 KENNAMETAL oprawka 411157-3VRS płytka RCGX090700EKY1540 e = r 2 a f h p z D F c = 992 f0.26 a p 0.71 r = 0.848 F f = 483 f0.25 a p 1.00 r = 0.859 F p = 360 f0.11 a p 0.36 r = 0.254 ?! h D =8.2mm h D =13.3mm r e =9.53mm
50. 50 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 50 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Badania sił skrawania przy frezowaniu
51. 51 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 51 Pomiar sił przy frezowaniu Czujnik sił Komputer przemysłowy z kartą DAQ
52. 52 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 52 Schemat obróbki ae = 3 15 Frezowanie współbieżne (down milling) Osiowa głębokość skrawania a p =2mm, Promieniowa głębokość skrawania na przemian a e =3mm i a e =15 mm Przy obróbce Inconel zaleca się frezowanie współbieżne w celu uzyskania jak najmniejszej grubości warstwy skrawanej przy wychodzeniu ostrza z materiału i redukcji przywierania wiórów do ostrza
53. 53 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 53 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R- M07 F40M 2 ostrza ap =2mm, ae =3mm fz =0.1mm/ostrze vc =40 m/min 1 sekunda 3 Fy Fx Fz Fy Fx Fz
54. 54 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 54 Wyznaczanie sił skrawania na postawie pomiarów F y F x F z j j -Fx -Fy Ff Fc F c = – F x cosj – F y sinj F f = – F x sinj + F y cosj j1 = acos (2a e1 /D) Ff Fc Podaj wzory na siły F c i F f j1 Podaj wzór na j1 a e1
55. 55 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 55 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R-M07 F40M 2 ostrza ap =2mm, ae =3mm fz =0.1mm/ostrze vc =40 m/min 3 Fy Fx Fz j1 = 135.6°=2.367rd
56. 56 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 56 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R- M07 F40M 2 ostrza ap =2mm, ae =15mm fz =0.1mm/ostrze vc =40 m/min 15 Fy Fx Fz j1 = 60°=1.047rd
57. 57 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 57 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu 12J1D020030W4R00, AOMT060202R IN2005 5 ostrzy ap =2mm, ae =3mm fz =0.1mm/ostrze vc =30 m/min 3 Fy Fx Fz j1 = 135.6°=2.367rd
58. 58 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 58 Porównanie sił skrawania przy frezowaniu ap =2mm, ae =3mm fz =0.1mm/ostrze
59. 59 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 59 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką średnica frezu D3=50mm, liczba ostrzy z=4, płytki ceramiczne Sialon CC6060 o średnicy 12 mm, oprawka firmy SANDVIK ze stożkiem SK 40 vc =1000 m/min,
60. 60 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 60 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką Fy Fx Fz Fy Fx Fz Narzędzie ostre, r e = 6mm, ap =1mm, fz =0.15 mm/z Fx = 100N Fy =1300N Fz =1000N Fx = 0N Fy =-1500N Fz = 2800N Narzędzie stępione, Dla kąta obrotu frezu j=60º uzyskano: Wyznacz maksymalne nominalne grubości WS i siły skrawania
61. 61 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 61 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką Fc = Fx sinj – Fy cosj Ff = –Fx cosj – Fy sinj Fc = – Fx sinj + Fy cosj Ff = Fx cosj + Fy sinj Narzędzie ostre, hDmax =0.043 mm Fc = 563N Ff =1146N Fp =1000N Fc = 750N Ff = 1299N Fp = 2800N Narzędzie stępione, e r a f h p z D 2 max = r e = 6mm, ap =1mm, fz =0.15 mm/z
62. 62 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 62 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką hDmax =0.043 mm
63. 63 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 63 Siła posuwowa przy wierceniu Przebieg prawidłowy Przebieg z zakleszczającymi się wiórami
64. 64 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 64 Jakieś pytania?