Obróbka Skrawaniem 03 Geometria ostrza

1. Obróbka Skrawaniem -podstawy, dynamika, diagnostyka 3. Geometria ostrza

2. Plan wykładu Obróbka skrawaniem • Wstęp • Pojęcia podstawowe • Geometria ostrza • Materiały narzędziowe • Proces tworzenia wióra • Siły skrawania • Dynamika procesu skrawania • Ciepło w procesie skrawania, metody chłodzenia • Zużycie i trwałość ostrza • Diagnostyka stanu narzędzia i procesu skrawania • Skrawalność • Obróbka materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym Geometria ostrza strony 34-51

3. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej Ostrze i jego geometria

4. Ostrze i jego geometria Główna krawędź skrawająca Powierzchnia natarcia Ag Powierzchnia przyłożenia Aa Pomocnicza krawędź skrawająca OSTRZE Pomocnicza powierzchnia przyłożenia A’a Naroże Geometria ostrza określa położenie krawędzi skrawających oraz powierzchni natarcia i przyłożenia

5. Układy odniesienia Geometria ostrza określana jest w układach odniesienia Układ odniesienia do zespół płaszczyzn przechodzących przez rozpatrywany punkt krawędzi skrawającej, zorientowanych względem bazowych elementów narzędzia oraz kierunków ruchów występujących w procesie skrawania.

6. Układy odniesienia • Układ narzędzia (ang. Tool in hand system) • służy do wykonywania, ostrzenia i kontroli narzędzi skrawających • jest zorientowany względem bazowych elementów narzędzia oraz przewidywanych kierunków ruchów, • Pomocniczy układ wykonawczy(układ technologiczny) • służy on do wykonywania i kontroli części roboczych narzędzi składanych, • jest zorientowany względem elementów bazowych tych części • płaszczyzny i wielkości określane w układzie technologicznym mają dodatkowy indeks „t” (np. główny technologiczny kąt natarcia got). • Układ roboczy (ang. Tool in use system) • służy do określania geometrii ostrza w czasie pracy jest zorientowany względem wypadkowej prędkości skrawania • płaszczyzny i kąty w nim określane mają dodatkowy indeks „e” (np. główny roboczy kąt natarcia goe)

7. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia

8. Płaszczyzna podstawowa – Pr • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła lub równoległa do bazowych elementów narzędzia • możliwie prostopadła do kierunku ruchu głównego vc. Pr Pr vc M M Pr

9. Płaszczyzna podstawowa – Pr • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła lub równoległa do bazowych elementów narzędzia • możliwie prostopadła do kierunku ruchu głównego vc. Pr Pr Pr M M M M Pr

10. Płaszczyzna boczna Pf i tylna Pp • Płaszczyzna boczna Pf • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr • równoległa do zamierzonego kierunku posuwu vf • Płaszczyzna tylna Pp • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr i Pf Pp Pf M Pf Pp Pr M vf vf

11. Płaszczyzna boczna Pf i tylna Pp • Płaszczyzna tylna Pp • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr i Pf • Płaszczyzna boczna Pf • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr • równoległa do zamierzonego kierunku posuwu vf Pf Pp Pf M Pp

12. Płaszczyzna krawędzi skrawającej Ps iprzekroju głównego Po • Płaszczyzna krawędzi skrawającej Ps • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr • styczna do krawędzi skrawającej w rozpatrywanym punkcie. • Płaszczyzna przekroju głównego (ortogonalna) Po • przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M • prostopadła do Pr i do Ps Ps Ps Pp Po Pf Pf Po Po Pp Pr M M Ps

13. Płaszczyzna normalna Pn Pn przechodzi przez wybrany punkt krawędzi skrawającej M i jest prostopadła do głównej krawędzi skrawającej. • W odróżnieniu od PfPpPs i Po w ogólnym przypadku nie jest prostopadła do płaszczyzny podstawowej Pr • nie można jej narysować jako prostej na widoku w Pr • należy wykonać kład płaszczyzny Psdo której Pn jest prostopadła • na nim nanieść rzut płaszczyzny normalnej Pn M Ps Ps Pn

14. Płaszczyzny PrPsPo i Pn Płaszczyzna normalna Nominalna płaszczyzna pracy ostrza (zawierająca wektory vci vf) Płaszczyzna głównej krawędzi skrawającej Płaszczyzna ortogonalna kr - kąt przystawienia s - kąt pochylenia krawędzi skrawającej Płaszczyzna podstawowa F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer 2011

15. Płaszczyzny pomocnicze Geometrię pomocniczej krawędzi skrawającej i pomocniczej powierzchni przyłożenia określa się w płaszczyznach pomocniczych, oznaczonych „prim”

16. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej kąty w układzie narzędzia

17. Kąty w płaszczyźnie podstawowej • zastępowany czasem przez kąt odchylenia krawędzi skrawającej yr (psi r), zawarty między Ps i Pp –dopełnienie kąta przystawienia do 90°. • Kąt naroża er • zawarty między Ps a Ps’ • Pomocniczy kąt przystawienia kr’ • zawarty między Ps’ a Pf’ • zawsze dodatni, • Kąt przystawienia kr (kappa r) • zawarty między Ps a Pf • zawsze dodatni, kr+ er + kr’= 180°

18. Rola kątów w płaszczyźnie podstawowej • Kąt przystawienia kr • decyduje o zależności h(f) i b(ap), • wpływa na: • temperaturę ostrza, • siły skrawania, • stabilność obróbki, • trwałość ostrza i inne. • Pomocniczy kąt przystawieniakr’ • decyduje o zaangażowaniu pomocniczej krawędzi skrawającej • czasem musi być prawie zerowy (wiertło) - niekorzystne choć nieuniknione. • korzystnie jeśli wynosi kilka stopni. • Kąt naroża er • decyduje o • wytrzymałości ostrza • zdolności odprowadzania ciepła • powinien być jak największy.

19. Kąt pochylenia krawędzi skrawającej s ls • leży w płaszczyźnie Ps • jest zawarty między krawędzią skrawającą, a płaszczyzną podstawową • może być dodatni lub ujemny, • dla pomocniczej krawędzi skrawającej: pomocniczy kąt pochylenia krawędzi skrawającej ls’ Ps

20. Kąty natarcia, przyłożenia i ostrza Położenie powierzchni natarcia Agokreślają kąty natarciagzawarte pomiędzy tą powierzchnią, a płaszczyzną podstawową Pr określone w płaszczyznach bocznej Pf, tylnej Pp, przekroju głównego Po i normalnej Pn Położenie powierzchni przyłożenia Aa określają kąty przyłożenia a zawarte pomiędzy tą powierzchnią, a płaszczyzną styczną Ps określone w płaszczyznach bocznej Pf, tylnej Pp, przekroju głównego Po i normalnej Pn Między powierzchnią natarcia a przyłożenia zawarte są kąty ostrza b

21. Kąty natarcia, przyłożenia i ostrza ls gp bo bo go gn gf Po bf bp Pp Pn ap Pf af ao an Ps

22. Wartości kąta natarcia • Ujemne kąty natarcia: • największe odkształcenia plastyczne przy przekształcaniu warstwy skrawanej w wiór, • najwyższe siły skrawania, • najwyższa wytrzymałość ostrza • Dodatnie kąty natarcia: • najmniejsze odkształcenia plastyczne przy przekształcaniu warstwy skrawanej w wiór, • najniższe siły skrawania, • najniższa wytrzymałość ostrza – stosowane tylko do obróbki materiałów plastycznych o niewielkiej wytrzymałości (np. aluminium) Zerowy kąt natarcia – pośredni pod wszystkimi względami Najczęściej w granicach od ok. -5° do +6 °

23. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia

24. Geometria noża prostego prawego Pr Pn Ps Po Pp Pf g0 ap gf b0 bp bf a0 gp af Pp ’ Pf Po Pf ’ Ps kr ’ er an kr Pn Pr Pr Pr bn Ps gn . Pr Ps

25. Geometria noża bocznego odsadzonego lewego Po Pf Pn

26. Geometria noża przecinaka Pn Pf Po

27. Geometriawiertłakrętego Pr ls gn Pn Ps an bn Ps Pn Pr t go Po bo Pn” Pf Pr gf gn” ao Ps Pf bf Pr Pn” Pp Pr Pr af yr Po kr ap Pp bp gp I to mniej więcej wszystko!

28. Geometria wiertła krętego – unikanie niekorzystnego ścina A-A’ Korekcja Wiertło czterokrawędziowe

29. Geometria wiertła krętego M. Okada et al., Cutting performance of an indexable insert drill for difficult-to-cut materials under supplied oil mist, Int. Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2013

30. Geometria głowicy frezarskiej Pp Pr Pf r kr Pf

31. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy

32. Pomocniczy układ wykonawczy Geometria płytki wymiennej w pomocniczym układzie wykonawczym • Pomocniczy układ wykonawczy(układ technologiczny) • służy on do wykonywania i kontroli części roboczych narzędzi składanych, • jest zorientowany względem elementów bazowych tych części • płaszczyzny i wielkości określane w układzie technologicznym mają dodatkowy indeks „t” (np. główny technologiczny kąt natarcia got). Geometria noża bocznego odsadzonego lewego w układzie narzędzia

33. Porównanie układu narzędzia i układu roboczego Układ narzędzia – możliwie prostopadły do prędkości skrawania vc Układ roboczy– zorientowany względem wypadkowej prędkości skrawania ve Wypadkowa prędkość skrawania ve Nominalna prędkość skrawania vc Płaszczyzna tylna Pf Płaszczyzna tylna robocza Ppe Płaszczyzna boczna Pf Płaszczyzna boczna robocza Pfe vc vc ve Założony kierunek posuwu vf vf Kierunek posuwu Płaszczyzna podstawowa robocza Pre Płaszczyzna podstawowa Pr F. Klocke, Manufacturing Processes 1: Cutting, Springer 2011

34. Geometria wiertła w układzie roboczym Pr gfe Pre gf 1 ostrze 2 ostrze vc h vf ve gfe=gf+ h afe=af– h f tgh=––– p d

35. Geometria noża do gwintów w układzie roboczym Pr Pre j gfe1=gfe2=0 gfe1=j gf2=j gf1=-j gfe2=-j af1 af1 afe1=afe2 afe2 afe1 j gf1=0 gf2=0 ve ve af1 af2

36. 3Geometria ostrza • Ostrze i jego geometria • Układ narzędzia • płaszczyzny w układzie narzędzia • kąty w układzie narzędzia • przykładowe geometrie ostrza w układzie narzędzia • Pomocniczy układ wykonawczy i układ roboczy • Geometria krawędzi skrawającej Geometria krawędzi skrawającej

37. Makro geometria ostrza część chwytowa średnica chwytu średnica freza długość części roboczej długość całkowita kr’ przestrzeń na wióry gf gp rowek wiórowy af ap Mówiąc o geometrii ostrza zwykle mamy na myśli geometrię MAKRO!

38. Mikro geometria krawędzi skrawającej Wykruszanie krawędzi po pokryciu zadziory Wykruszenia krawędzi przed pokryciem Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

39. Porównanie powierzchni nowego i przeostrzonego freza obwiedniowego Profile chropowatości chropowatość Rs ~1.0 mm chropowatość Rs ~0.3 mm Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

40. Zamierzona i rzeczywista geometria ostrza 1mm

41. Przekrój płaszczyzną normalną an bn gn an Ps bn rn gn Ps Pr Krawędź skrawająca nigdy nie jest „idealnie” ostra ls

42. Przykładowe mikro geometrie freza z WS Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

43. Przykładowe mikro geometrie freza z WS rn=0.5mm ostrze niepokrywane ostrze pokrywanie PCD

44. Przykładowa mikro geometria krawędzi skrawającej freza obwiedniowego z HSS Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

45. Czynniki wpływające na optymalny promień rn • Materiał obrabiany: • skład • twardość itd • Materiał ostrza: • skład • twardość itd • Pokrycie: • odporność na adhezję • Parametry skrawania: • posuw • głębokość skrwania Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

46. Porównanie zwijaczy wiórów i krawędzi skrawających dla różnych płytek z WS toczenie wykończeniowe Al toczenie zgrubne stali Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

47. Przykładowe sposoby przygotowania krawędzi skrawającej honowanie (obróbka przetłoczno-ścierna) piaskowanie Joël RECH, CuttingEdgePreparation and SurfaceIssues, 2005

48. Przykładowe sposoby przygotowania krawędzi skrawającej przeciąganie w luźnym ścierniwie szczotkowanie obróbka magnetyczno-ścierna Denkena B., BiermannD.,Cuttingedgegeometries, CIRP Annals - Manufacturing Technology 63 (2014) 631–653 obróbka elektroerozyjna obróbka laserowa szlifowanie

49. Parametry zaokrąglenia krawędzi skrawającej G.Byrne et al., Advancing Cutting Technology, CIRP 2003

50. Wpływ geometrii krawędzi na siły skrawania G.Byrne et al., Advancing Cutting Technology, CIRP 2003