1
Kształtowanie części obrabianych mechanicznie
Obróbka maszynowa (mechaniczna) – ogólna nazwa obróbki, przy której
następuje zmiana wymiarów zewnętrznych obrabianego elementu lub materiału poprzez oddzielanie fragmentów lub wywieranie nacisku mechanicznego. Obróbka maszynowa jest często przeprowadzana w połączeniu z innymi
rodzajami obróbki, np. podwyższoną temperaturą (obróbka termiczna) lub w obecności czynników chemicznych (obróbka chemiczna).
Istnieją następujące rodzaje obróbki mechanicznej:
• cięcie – rozdzielanie elementu na części, • gięcie – zmiana kształtu elementu,
• skrawanie – usuwanie zbędnych fragmentów, • toczenie,
• frezowanie, • szlifowanie, • wiercenie,
• tłoczenie – zmiana kształtu,
• walcowanie i prasowanie – zmiana grubości i gęstości materiału, • kucie.
Rodzaje obróbki
1.Cięcie
Cięcie to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która polega
na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu.
2
Przy doborze metody cięcia należy uwzględnić:
• rodzaj materiału, • grubość,
• wymaganą jakość i dokładność cięcia, • szybkość cięcia (czas),
• obróbkę na gotowo,
• cenę urządzenia i koszty procesu.
Odmiany cięcia
Skrawające – zwane przecinaniem, wykonywane piłami uzębionymi
(tarczowymi i taśmowymi) lub nieuzębionymi. Stosowane najczęściej przez producentów wyrobów i półwyrobów hutniczych do ciecia bloków, wlewków, rur, prętów i kształtowników.
Plastyczne – w którym dokonuje się podziału metalu z naruszeniem jego
spójności bez powstającego ubytku (wiórów, produktów spalania lub stopienia). Dzieli się na:
• wycinanie, • odcinanie, • rozcinanie, • dziurowanie, • okrawanie, • nacinanie.
Wykonuje się je za pomocą krawędzi tnących narzędzia na prasach lub nożycach (gilotynowych, krążkowych lub dźwigniowych).
Kuźnicze – operacja kucia, mająca na celu rozdzielenie kutego materiału na
części, wykonywana jest przecinakami i zbijakami.
Termiczne tlenem – spalanie podgrzanego płomieniem gazowym metalu
w strumieniu czystego tlenu, który z dużą prędkością utlenia i nadtapia cięty metal na całej jego grubości i wyrzuca ze szczeliny cięcia produkty reakcji utleniania i ciekły metal. Do przeprowadzenia procesu niezbędne jest
podgrzewanie obszaru cięcia do odpowiedniej temperatury za pomocą gazu palnego (najczęściej acetylenu, również propanu, propylenu, gazu ziemnego).
3
Metodę cięcia tlenem stosuje się głównie do cięcia przedmiotów ze stali konstrukcyjnych węglowych i nisko stopowych o grubości od 3 do 200 mm.
Łukowe – polegające na wytapianiu lub wypalaniu szczeliny cięcia ciepłem
łuku elektrycznego, swobodnie jarzącego się pomiędzy elektrodą a ciętym materiałem.
Strumieniem wodnym – odbywa się na zimno i polega na
wykorzystaniu skoncentrowanej energii silnie sprężonego (ponad 400 MPa) strumienia wody przepuszczanego przez dyszę o bardzo małej średnicy, przez co uzyskuje się prędkość strumienia nawet trzykrotnie przewyższającą prędkość dźwięku. Usuwanie materiału ze szczeliny cięcia odbywa się w wyniku procesu erozji i zmęczenia ścinającego. Dla wspomagania procesu, w przypadku twardych materiałów, do strumienia wody wprowadza się pod wysokim
ciśnieniem proszek ścierny (cięcie abrazywne). Wodą można ciąć praktycznie wszystkie materiały z wyjątkiem diamentu. W czasie procesu materiał nie jest nagrzewany, nie ma zatem zmian struktury, miejscowych zahartowań, naprężeń wewnętrznych oraz mikropęknięć.
Cięcie plazmowe – proces cięcia metali (stali, stopów aluminium, stopów
miedzi) przy zastosowaniu łuku plazmowego. Cięcie plazmowe prowadzone jest w sposób zmechanizowany lub ręczny. Procesy cięcia zmechanizowanego dotyczą głównie cięcia przy zastosowaniu przecinarek CNC lub robotów przemysłowych. Źródłem ciepła topiącym metal jest łuk plazmowy jarzący się między elektrodą a materiałem obrabianym.
2.Gięcie
Gięcie to rodzaj technologii obróbki materiałów (najczęściej metalowych)
polegający na trwałej zmianie krzywizn przedmiotu obrabianego. Jeżeli w wyniku tej obróbki otrzymuje się przedmiot zakrzywiony, to mówimy o wyginaniu. Jeżeli gięcie powoduje wyprostowanie obrabianego materiału, to mówi się o prostowaniu. Odmianą wyginania jest zwijanie.
4 Gięcie może przebiegać:
• na prasach za pomocą tłoczników, • na prasach krawędziowych,
• jako owijanie na wzorniku (szablonie), • na walcach,
• jako kształtowanie taśm krążkami.
3.Obróbka skrawaniem
Obróbka skrawaniem to rodzaj obróbki ubytkowej polegający na
zdejmowaniu (ścinaniu) małych części obrabianego materiału zwanych wiórami. a) Toczenie – rodzaj obróbki skrawaniem stosowany najczęściej do
obrabiania powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych przedmiotów w kształcie brył obrotowych.
Istnieje możliwość uzyskiwania metodą toczenia również innych kształtów niż obrotowe. Podczas toczenia ruch główny wykonuje najczęściej obracający się przedmiot, natomiast ruchem pomocniczym jest ruch płaski
narzędzia. Obróbkę powierzchni zewnętrznych i większości wewnętrznych wykonuje się na tokarkach.
Odmiany obróbki toczeniem
W zależności od wzajemnych ruchów narzędzia i obrabianego przedmiotu rozróżnia się toczenie wzdłużne i poprzeczne. Toczone mogą być zasadniczo powierzchnie obrotowe – zarówno zewnętrzne (przy toczeniu zewnętrznym), jak wewnętrzne (przy toczeniu wewnętrznym). Mogą to być powierzchnie o tworzącej prostoliniowej (walcowe lub stożkowe) lub krzywoliniowej (kuliste, jajowate). Toczeniem poprzecznym można obrabiać również
płaszczyzny. Toczone mogą być również gwinty i ślimaki.
b) Frezowanie – rodzaj obróbki skrawaniem, w której ruch obrotowy
wykonuje narzędzie, a posuwowy (w zależności od konstrukcji obrabiarki, na której jest prowadzona obróbka) wykonywany jest również przez narzędzie lub przez przedmiot obrabiany. Cechą charakterystyczną procesu frezowania jest nierównoczesna praca ostrzy narzędzia. Krawędzie skrawające freza nigdy nie pracują wszystkie równocześnie, lecz kolejno jedna po drugiej.
5
Obrabiarka, na której wykonuje się frezowanie nazywa się frezarką. Frezowanie to najbardziej elastyczna, dostępna metoda obróbki,
umożliwiająca wykonanie niemal każdego kształtu. Wysoka elastyczność pociąga za sobą skomplikowanie i utrudnia optymalizację procesu (większa liczba zmiennych).
Frezowanie dzielimy na:
• czołowe,
• walcowo-czołowe,
• frezowanie rowków wpustowych, • frezowanie kształtowe.
Wraz z rozwojem obrabiarek i oprogramowania pojawiły się nowe metody, takie jak:
• frezowanie toczne, • frezowanie gwintów,
• frezowanie z interpolacją śrubową, • frezowanie trochoidalne
c) Szlifowanie – jest to obróbka wykończeniowa powierzchni za pomocą
narzędzi ściernych, w wyniku której uzyskuje się duże dokładności wymiarowe i kształtowe oraz małą chropowatość. Szlifowanie można wykonywać na
otworach, wałkach i płaszczyznach. Maszyny do tego typu obróbki nazywane są szlifierkami, a narzędzia skrawające to ściernice. Materiałem, z którego
wykonane są ściernice najczęściej jest korund, diament, węglik krzemu lub węglik boru. Ze względu na małe wymiary ziarn ściernych ściernicy, grubość warstwy skrawanej jest zwykle niewielka. Ściernica o kształcie tarczy
obracającej się dokoła swej osi wykonuje ruch roboczy. Szybkość tego ruchu wynosi zazwyczaj 30÷50 m/s; jest więc znacznie większa od szybkości
skrawania innymi metodami.
Oprócz ruchu roboczego ściernica wykonuje również posuw wgłębny, równy grubości warstwy skrawanej. Posuw ten wykonuje tarcza po całkowitym usunięciu warstwy poprzedniej. Wartość tego posuwu jest zależna od rodzaju szlifowania od kilku milimetrów do 0,005÷0,01 mm.
d) Wiercenie, powiercanie, pogłębianie, rozwiercanie to odmiany
kształtowania otworów. We wszystkich tych odmianach ruch główny, obrotowy oraz ruch posuwowy wykonuje narzędzie (poza obróbką na tokarkach,
6
gdzie ruch główny wykonuje przedmiot obrabiany, a ruch posuwowy narzędzie).
Operacje kształtowania otworów głównie wykonuje się na wiertarkach i frezarkach oraz na tokarkach, gdy otwór wykonywany jest w osi obrotu
przedmiotu obrabianego.
Honowanie (gładzenie, dogładzanie długoskokowe) to metoda
obróbki wygładzającej, stosowana do wykańczania bardzo dokładnych otworów oraz zewnętrznych powierzchni obrotowych walcowych lub stożkowych
niektórych powierzchni kształtowych (np. uzębień) oraz płaszczyzn. Honowanie umożliwia uzyskanie dużej dokładności wymiarowej. Wynik honowania zależy od:
• materiału pilników ściernych, • kąta przecięcia śladów,
• rodzaju cieczy chłodząco-smarującej, • nacisku powierzchniowego.
Narzędzie wykonuje ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny. W przypadku bardzo długich skoków głowicy, honownice buduje się w układzie poziomym. Podczas gładzenia głowica połączona z wrzecionem obrabiarki wykonuje ruch obrotowy oraz posuwistozwrotny. Skojarzenie tych ruchów powoduje, że każde ziarno pilnika zakreśla linię śrubową.
Narzędziem stosowanym do gładzenia otworów jest gładzik, czyli
głowica wyposażona na obwodzie w trzy do dwunastu pilników ściernych. Składa się ono z korpusu będącego zarówno częścią chwytową do połączenia z wrzecionem obrabiarki, jak i oprawą dla osełek, zestawu osełek stanowiących część roboczą oraz urządzeń do regulacji narzędzia.
7
Struganie to obróbka skrawaniem stosowana głównie do obróbki
powierzchni płaskich. Ruch skrawający może wykonywać narzędzie (struganie poprzeczne stosowane przy małych obrabianych powierzchni) lub obrabiany przedmiot (struganie wzdłużne stosowane przy dużych długościach obrabianych powierzchni). Struganie metalu wykonuje się na obrabiarkach zwanych
strugarkami. Ze względu na kierunek ruchu roboczego rozróżnia się trzy rodzaje procesów strugania.
Są to:
• struganie poprzeczne, • struganie wzdłużne,
• struganie pionowe, czyli dłutowanie.
Struganie poprzeczne i wzdłużne odbywa się na maszynach zwanych strugarkami, a struganie pionowe – na dłutownicach. Podczas strugania
poprzecznego nóż wykonuje ruch roboczy, a przedmiot przesuwa się skokowo w kierunku poprzecznym do tego ruchu. Podczas strugania wzdłużnego
przedmiot przesuwa się ruchem roboczym, a nóż strugarki wykonuje ruch posuwowy w kierunku poprzecznym do ruchu roboczego. Podczas strugania pionowego, czyli dłutowania, narzędzie wykonuje ruch roboczy w kierunku pionowym, a ruch posuwowy wykonuje przedmiot umieszczony na
stole dłutownicy.
4.Tłoczenie
Tłoczenie to szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej realizowanych głównie na zimno i stosowanych do rozdzielania, kształtowania i łączenia materiałów w postaci blach, folii i płyt (metalowych lub niemetalowych). Tłoczenie przeprowadza się za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami,
przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych – stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę tzw. tłoczenie – kształtowanie.
8
5.Walcowanie
Walcowanie to rodzaj obróbki plastycznej metali wykonywany na walcarkach. Walcowanie polega na kształtowaniu materiału między obracającymi się walcami, tarczami, rolkami lub przemieszczającymi się względem siebie narzędziami płaskimi.
Sposoby walcowania ze względu na ruch walców:
• wzdłużne, • poprzeczne, • poprzeczno-klinowe, • pielgrzymowe, • kuźnicze, • skośne.
Sposoby walcowania według układu klatek roboczych:
• jednoliniowe, • wieloliniowe, • ciągłe, • półciągłe, • mijane, • szachownicowe.
Walcowanie wzdłużne jest podstawową metodą kształtowania wyrobów hutniczych, takich jak pręty, kształtowniki, blachy itp. Pozostałymi metodami walcowania można również kształtować rury oraz wyroby osiowo-symetryczne. Inny podział – ze względu na temperaturę walcowanego materiału:
• walcowanie na zimno, • walcowanie na gorąco.
9
6.Kucie
Kucie to proces technologiczny, rodzaj obróbki plastycznej, polegający na odkształcaniu materiału za pomocą uderzeń lub nacisku narzędzi. Narzędzia, czyli matryce lub bijaki umieszczane są na częściach ruchomych narzędzi. Proces ten również może być realizowany w specjalnych przyrządach
kuźniczych. W procesie tym nadaje się kutemu materiałowi odpowiedni kształt, strukturę i własności mechaniczne. Materiałem wsadowym jest przedkuwka, natomiast produktem jest odkuwka.
Ze względu na swobodę płynięcia kształtowanego materiału rozróżniamy:
• kucie swobodne, • kucie półswobodne,
• kucie matrycowe, w którym kształt odkuwki jest odwzorowaniem kształtu wykroju roboczego matrycy.
Ze względu na zastosowaną maszynę:
• ręczne – "kowalskie" (jest to odrębna technologia), • na młotach – młotowanie,
• na prasach – prasowanie, • na kuźniarkach,
• na kowarkach.
Rodzaje operacji wykonywanych podczas kucia:
• spęczanie – zgniatanie w jednym kierunku,
• wydłużanie – w jednym lub w dwóch kierunkach, zmiana objętości postaciowej, • wgłębianie,
• przebijanie,
• gięcie – zmiana kierunku osi przedmiotu, • skręcanie – zmiana przez obrót,
• cięcie,
10
Warunki realizacji procesu kucia (zależnie od temperatury procesu):
• kucie na gorąco – najczęściej spotykana technologia,
• kucie na zimno – tylko te metale, dla których granica plastyczności jest mała (np. aluminium),
• kucie na półgorąco.
Maszyny i urządzenia wykorzystywane w kuciu:
• piece,
• nagrzewnice, • indukcyjne, • oporowe,
• okrojniki (głównie do usunięcia wypływki).
