1.1.              Obróbka skrawaniem – wiadomości ogólne

Def.:

Obróbka skrawaniem zwana również obróbką wiórową jest częścią procesu wytwarzania elementów urządzeń technicznych, w której przedmiot obrabiany, w wyniku usuwania ostrzem narzędzia określonej objętości (naddatku) materiału, uzyskuje wymagane kształty, wymiary i jakość powierzchni. Usuwany materiał zostaje zamieniony na wióry, stąd nazwa – obróbka wiórowa.

Alternatywą dla obróbki skrawaniem są:

·           obróbka plastyczna,

·           odlewnictwo,

·           metalurgia proszków.

We wszystkich tych metodach unika się w zasadzie strat materiału, co jest ich ogromną zaletą w stosunku do obróbki skrawaniem.

Od wielu lat przewidywano więc eliminację obróbki skrawania z procesów technologicznych. Jednak nie udało się to do dnia dzisiejszego. Jest to bowiem jedyna metoda obróbki metali, dająca wymagane chropowatości i dokładności przy stosunkowo niewielkich kosztach.

Obserwuje się natomiast, wraz ze wzrostem dokładności obróbek bezwiórowych, przesunięcie obszaru zastosowania skrawania w kierunku obróbki z małymi naddatkami, a więc obróbki dokładnej (precyzyjnej) i bardzo dokładnej.

Proces skrawania prowadzony jest na obrabiarkach przy użyciu narzędzi skrawających na przedmiotach ustalanych na obrabiarkach uchwytami obróbkowymi (układ OUPN).

Przedmiot obróbka skrawaniem obejmuje więc zagadnienia związane z:

·           materiałami obrabianymi w procesie skrawania,

·           narzędziami skrawającymi (przede wszystkim z ich konstrukcją i stosowanymi do ich produkcji materiałami)

·           kinematyką skrawania,

·           zjawiskami występującymi w procesie skrawania,

·           uchwytami obróbkowymi,

·           obrabiarkami.

1.2.              Krótki rys historyczny

Obróbka skrawaniem ma niezbyt długą historię.

1.3. Materiały obrabiane w procesie skrawania

Podstawowymi materiałami obrabianymi w procesie skrawania są;

·           stale i żeliwa (produkcja roczna stali na świecie wynosi 800 mln. ton)

·           aluminium i jego stopy (produkcja roczna na świecie wynosi 28 mln. ton)

·           stopy ultralekkie

·           mosiądz - stop miedzi z cynkiem  (miedź - 14 mln. ton, cynk – 8 mln. ton)

·           brąz (stop miedzi z cyną),

·           drewno i tworzywa drzewne

W budowie maszyn stosowane są również:

·           tworzywa sztuczne (180 mln ton w 2002 r przy 1 mln ton w 1948 r)

·           kompozyty,

·           laminaty.

Stal

Stal – stop żelaza z węglem (do 2%) i innymi pierwiastkami chemicznymi, otrzymywany w stanie ciekłym z surówki wielkopiecowej w procesie konwertorowym lub martenowskim. Lepsze gatunki stali otrzymuje się poddając ją dalszej obróbce w piecach elektrycznych lub tyglowych, umożliwiających zastosowanie metod metalurgii próżniowej. Odlaną w postaci wlewków stal poddaje się w hucie obróbce plastycznej w celu nadania jej odpowiedniej postaci (kucie, walcowanie, ciągnienie), a następnie obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej, w wyniku których uzyskuje ona wymagane właściwości.

Zależnie od przeznaczenia stale dzielimy na:

·           konstrukcyjne,

·           narzędziowe

·           specjalne.

Stale konstrukcyjne są przeznaczone na konstrukcje budowlane oraz na  części maszyn i urządzeń, pracujące w temperaturach niższych od 300oC i wyższych od –40oC w środowisku nieagresywnym. Rozróżnia się stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia (produkowane w postaci prętów, blach, kształtowników itp.) oraz szczególnego przeznaczenia, takie m.in. jak stale łożyskowe (przeznaczone na elementy łożysk tocznych) i stale sprężynowe (na sprężyny i resory).

Stale narzędziowe są stosowane do wyrobu różnego rodzaju narzędzi i zostaną omówione w temacie materiały narzędziowe.

Do stali specjalnych zaliczamy:

·           stale nierdzewne, co najmniej 13% chromu, wykazujące odporność na korozyjne działanie środowisk utleniających (powietrza, pary wodnej, roztworów zasadowych, słabych kwasów organicznych); stosowane do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego, na narzędzia medyczne i narzędzia pomiarowe;

·           stale kwasoodporne, zawierające 16-25% chromu i 4-29% niklu, niekiedy molibden, tytan lub niob, odznaczające się odpornością na działanie środowisk utleniających, a także większości kwasów nieorganicznych i organicznych oraz barwników; stosowane do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego i spożywczego,

·           stale żaroodporne, zawierające chrom (5-27%), krzem, aluminium, molibden, odznaczające się odpornością na utleniające i korodujące działanie gazów w wysokiej temperaturze,

·           stale żarowytrzymałe, zawierające chrom (15-30%), nikiel (8-25%), molibden, wolfram i wanad, wykazujące zdolność zachowywania dobrych własności mechanicznych w wysokiej temperaturze;

stale żaroodporne i żarowytrzymałe są stosowane do wyrobu aparatury chemicznej, osłon pirometrów, armatury piecowej, urządzeń energetycznych, silników odrzutowych.

·           stale automatowe, zawierające 0.1-0.35% siarki i 0.035-0.8% fosforu, odznaczające się bardzo dobrą skrawalnością, przeznaczane do wyrobu śrub i nakrętek,

·           stale o specjalnych właściwościach magnetycznych stosowane do produkcji prądnic, transformatorów i magnesów trwałych,

·           stale o specjalnej odporności na zużycie, np. stal Hadfielda, zawierająca 11-14% manganu i 0.3-0.5% krzemu, bardzo odporna na ścieranie, stosowana na elementy rozjazdów kolejowych i tramwajowych, wykładziny młynów kulowych i gąsienice.

Staliwo

Staliwo – stal odlewana do form odlewniczych, nie poddawana obróbce plastycznej, stosowana zwykle po obróbce cieplnej, w zależności od składu, m.in. na podstawy i korpusy maszyn, części taboru kolejowego i samochodów, wały turbin wodnych i parowych oraz armaturę wodną, a także koła łańcuchowe i linowe oraz koła zębate.

Żeliwo

Żeliwo stop żelaza z węglem (2.5-4.5%) innymi pierwiastkami chemicznymi jest stopem odlewniczym, otrzymywanym z surówki wielkopiecowej z dodatkiem złomu żeliwnego lub stalowego w piecu szybowym, żeliwiaku. Żeliwa dzielą się na:

-           żeliwo szare z węglem w postaci grafitu płatkowego,

-           żeliwo szare zmodyfikowane z węglem w postaci bardzo drobnego grafitu płatkowego

-           żeliwo szare sferoidalne z węglem w postaci kuleczek,

-           żeliwo białe z węglem w postaci cementytu,

-           żeliwo ciągliwe, uzyskiwane z żeliwa białego przez długotrwałe wyżarzanie w wysokiej temperaturze i odpowiedniej atmosferze.

·           Żeliwa szare są tanie, mają dobre własności odlewnicze, tj. dobre wypełnianie formy i mały skurcz odlewniczy, a także takie cechy, jak zdolność do tłumienia drgań, stabilność wymiarowa i podatność na obróbkę skrawaniem. Stosowane są w przemyśle maszynowym, kolejnictwie, przemyśle maszynowym na korpusy maszyn, płyty fundamentowe, pierścienie tłokowe, tuleje cylindrowe silników, bębny hamulcowe, armaturę.

·           Żeliwo szare sferoidalne zastępuje niekiedy staliwo, a nawet odkuwki stalowe i jest stosowane m.in. na wały wykorbione, wały rozrządcze, cylindry i pierścienie tłokowe, a także koła zębate, wrzeciona i korpusy maszyn.

·           Żeliwo białe jest bardzo kruche, twarde i trudno obrabialne i ma gorsze własności odlewnicze. stosowane jest na ruszty palenisk kotłowych i walce hutnicze.

·           Żeliwo ciągliwe, łączące dobre właściwości mechaniczne staliwa z dobrymi właściwościami odlewniczymi żeliwa jest stosowane w przemyśle maszyn rolniczych, w przemyśle samochodowym, obrabiarkowym, elektrotechnicznym i w kolejnictwie

Stopy aluminium

Duraluminium (dural) – stop glinu z miedzią (3.5-4.5%), który po obróbce cieplnej, dzięki dobrym własnościom mechanicznym, odporności na korozję, dobrej przewodności cieplnej i elektrycznej oraz małej gęstości jest popularnym materiałem konstrukcyjnym w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, okrętowym, chemicznym, spożywczym, w budownictwie i meblarstwie

...