6. BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH 6.1 Cel ćwiczenia

6. BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH

6.1 Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się studentów z metodami badań trwałości narzędzi skrawających.

Uwaga: W opracowaniu sprawozdania wykorzystywane będą wyniki pomia- rów z ćwiczenia 5. Studenci zobowiązani są do posiadania tych wyników podczas wykonywania niniejszego ćwiczenia.

6.2 Wprowadzenie

Różnorodność warunków obróbki (materiał obrabiany i narzędziowy, parametry kinematyczne, zastosowana ciecz obróbkowa, geometria narzędzia, itp.) powoduje, że ekonomicznie nieuzasadnione jest badanie trwałości narzędzia dla każdych konkretnych parametrów obróbki (np. w celu doboru najlepszego w tych warunkach materiału narzędziowego). Celowe więc jest badanie wskaźnikowe (tańsze) dla wyznaczenia stałych i wykładników do wzorów statystyczno-empirycznych, które dają przybliżone wyniki.

Procesy zużycia omówione szczegółowo w ćwiczeniu 5 prowadzą do utraty zdolno- ści skrawnych ostrza. Aby określić moment utraty zdolności skrawnych należy określić kryterium stępienia ostrza. Przez kryterium stępienia ostrza rozumie się ogólne cechy lub zaistniałe w procesie skrawania zmiany wyrażone wskaźnikami stępienia.

Wyróżnia się trzy grupy kryteriów zużycia:

- fizykalne - wg których narzędzie uważa się za stępione, gdy wchodzi w zakres trzeciej, przyśpieszonej fazy zużycia (rys. 5.4),

- technologiczne - wg którego narzędzie uważa się za stępione, gdy przy jego pomocy nie można już wykonać przedmiotu z żądaną gładkością powierzchni i dokładnością (a niecelowe jest korygowanie położenia narzędzia),

- ekonomiczne - zakładające, że należy dopuszczać taką wielkość zużycia aby osią- gnąć np. najmniejsze koszty w całym okresie żywotności narzędzia.

Aby umożliwić dokładne porównywanie różnych materiałów narzędziowych oraz określić zależność trwałości ostrza od warunków skrawania, należy prowadzić próby w ściśle określonych, powtarzalnych warunkach obróbki, sprecyzowanych w PN-83/M-58350.

Norma ta określa zarówno metodykę badań, zalecane warunki obróbki (patrz tab. 5.2, ćwiczenie 5) jak i wskaźniki stępienia (tab. 6.1), przy pomocy których wyrażana jest wielkość zużycia ostrza, określona jako kryterialna w próbach porównawczych.

Tabela 6.1. Wskaźniki stępienia wg PN Wskaźniki stępienia Materiał

ostrza VB

B

VB

B max

VB

N

KT KT

KM KE³⁾ R a

3) Inne

mm mm mm mm - mm m

Stal

szybkotnąca nie ustala się zużycie katastro-

ficzne

Węgliki

spiekane 0,3 0,6¹⁾ 1,0 (0.06  0,3)f^{2 )}

0,1 0,4IT

0,4; 0,8;

1,6; 3,2;

6,3; 12,5

gwałtowne pogor- szenie jakości po- wierzchni obro- bionej ^{4 )}, zużycie katastro- ficzne ⁵⁾ Na osnowie

tlenków

glinu nie ustala się

zużycie katastro- ficzne ⁵⁾



1 Uprzywilejowany wskaźnik stępienia, stosowany przy nierównomiernym zużyciu powie- rzchni przyłożenia w przypadku, gdy dominuje nad innymi wskaźnikami.



2 Przy posuwach wzorcowych f = 0,25; 0,4; 0,63 mm/obr można przyjąć KT równe odpo- wiednio 0.14; 0,18; 0,25 mm.



3 Przede wszystkim przy toczeniu bardzo dokładnym.



4 Przy wysokiej temperaturze ostrza, wywołanej dużymi posuwami i szybkością skrawania, gdy gwałtowne pogorszenie jakości powierzchni (wzrost chropowatości) następuje wcześniej niż osiągnięte zostaną wartości określone innymi wskaźnikami stępienia.



5 W ciężkich warunkach skrawania.

Do uprzywilejowanych wskaźników stępienia ostrza należy VB_B= 0,3 mm i VB_{B max}= 0,6 mm dla wszystkich materiałów ostrzy, zużycie katastroficzne dla stali szybkotnących i ceramiki oraz głębokość rowka KT dla węglików spiekanych.

Wskaźniki stępienia ostrza przedstawione w tabl. 6.1 zostały przyjęte umownie dla celów porównawczych i nie muszą odpowiadać rzeczywistemu wskaźnikowi stępienia ostrza przyjętemu w warunkach produkcyjnych. Nie uwzględniają one np. różnic w dopuszczalnym zużyciu w zależności od rodzaju obróbki (zgrubna/wykańczająca), materiału obrabianego (większe dopuszczalne zużycie dla żeliwa niż dla stali), itd.

6.2.1 Znormalizowane próby trwałości narzędzi

Próby trwałościowe wykonywane w warunkach porównywalnych prowadzi się między innymi w celu określenia zależności empirycznej, np. w postaci (wzór Taylora):

T = C v T

c s (6.1)

gdzie: T - trwałość narzędzia

C_T - stała uwzględniająca wpływ pozostałych czynników, zależna głównie od materiału obrabianego

s - wykładnik potęgowy charakterystyczny głównie dla materiału narzę- dziowego (36 dla węglików spiekanych, 810 dla stali szybkotną- cych, 1,53 dla spieków ceramicznych)

v_c - prędkość skrawania

Trwałość narzędzia należy wyznaczyć na podstawie pomiarów wskaźników zużycia, przeprowadzonych tak często, aby na wykresie krzywej wskaźnik zużycia - czas skrawania występowało co najmniej 5 punktów pomiarowych dla każdej próby (rys. 6.1).

Trwałość narzędzia wyznacza punkt przecięcia każdej z tych krzywych z linią poziomą, odpowiadającą wskaźnikowi stępienia.

Opracowanie wyników pomiarów polega na:

- naniesieniu na siatkę logarytmiczną punktów (log Ti, log vci) wyznaczonych w badaniach (rys. 6.2),

- wyznaczeniu współczynników zależności T = f (v_c); przyjmuje się, że postać tej funkcji jest opisana wzorem (6.1).

W układzie podwójnie logarytmicznym T = f (v_c) jest linią prostą, której współczynniki można wyznaczyć np. metodą najmniejszych kwadratów.

VB

t Czas skrawania

T1 T2 T3 T4

Wskaźnik zużycia _B

0,3

V 1

V >V >V >V

c V

c2 _V

c3

Vc4

c4

c3

c2

c1

Rys. 6.1. Wyznaczanie trwałości narzędzia dla założonego wskaźnika stępienia

log V log T

i i

log T

log v



Prędkość skrawania

Trwałość

c 1

log T = log C - s log v

T c

s = tg ^ log CT

Rys. 6.2. Zależność T = f (vc) - skala logarytmiczna

6.2.2 Przyśpieszone próby trwałości narzędzi

Próby prowadzone w warunkach znormalizowanych są niezwykle pracochłonne i kosztowne. Dlatego opracowano zestawy prób przyśpieszonego badania trwałości narzędzi. Należą do nich:

- metoda toczenia promieniowego, - metoda toczenia stożka,

- metoda toczenia cylindrycznego ze stale wzrastającą prędkością skrawania, - metoda toczenia cylindrycznego ze stopniowo wzrastającą prędkością skrawania.

We wszystkich tych metodach stosowany jest wskaźnik katastroficznego zużycia ostrza.

Metody te pozwalają na szybsze wyznaczenie zależności (6.1), przy dużo mniejszym zużyciu materiału obrabianego. Wyniki badań są niestety obarczone większym błędem niż w przypadku konwencjonalnej metody określania trwałości.

Metoda toczenia promieniowego

Poniżej opisano jedną z metod przyśpieszonych badań trwałości, tzw metodę toczenia promieniowego, której zasadę przedstawiono na rys. 6.3.

Zakładając stałą prędkość ubytku masy materiału narzędzia w czasie skrawania, można napisać:

dm = m

T^c dt (6.2) gdzie: m_c- całkowita masa materiału narzędzia

starta w czasie próby

mc = mc T dt 0

T 1

T dt 0

 T

 mc  ^(6.3)

mc T dt 0

T   1 .4)

Wstawiając równanie Taylora do równania (6.4) otrzymuje się:

1 CT

vc

s dt = 1 0

 T  (6.5)

Prędkość skrawania w dowolnej chwili t, dla to- czenia promieniowego, jest określona wzorem:

f

D o D st D

r

Rys. 6.3. Badanie trwałości narzędzia metodą toczenia promieniowego.

 

vc = n D0 + 2 fr n t 1000

     

(6.6)

Stąd:

dvc = 2 fr n2

1000 dt

  

 

i dt = 1000

2 f n dv

r 2

   

 ^(6.7)

Wstawiając (6.7) do (6.5) i zmieniając granice całkowania otrzymuje się:

1000

2 fr n2 1

CT vcs

dv = 1 v0

vst

      

 ^(6.8)

Całkując (6.8) otrzymuje się:

vcsts+1

 

- vc0s+1 = 2 fr n2 CT s + 1 1000

     

(6.9)

Zakładając, że vc0 << vcst i s > 5 można przyjąć, że

v

vcst 2 fr s + 1 n

 

s + 1





  

 



1

(6.10)

Uwzględniając, że vcst Dst n

  1000

i przekształcając (6.10) otrzymuje się:

Dst = 2 fr s + 1 CT 1000

 

s 11 n

1 - s s + 1

    



  

 

 ^(6.11)

Zakładając, że dla danego materiału obrabianego i materiału narzędzia wartości s i

C

są stałe oraz przyjmując, że f_r będzie stałe we wszystkich próbach, równanie (6.11) można zapisać w postaci:

Dst = A1 n B (6.12)

gdzie:

A1 = 2 fr s + 1 CT 1000

 

s 11

    



  

 

 B = 1- s

s + 1

Wykonując kilka pomiarów toczenia promieniowego dla różnych wartości n (pozostałe parametry skrawania stałe), można określić, metodą najmniejszych kwadratów, współczynniki A i B równania:

lg Dst = A + B lg n (6.13)

gdzie: A = lg A1

a na ich podstawie ustalić wartości

C

Dla dwóch prób można określić:

s =

2 lg n n lgD n

D n 1 1 2

st1 1

st2 2





 

(6.14)

 

C = 1000 v

2 f n s +1

T cst1s+1

r 12



     ^(6.15)

Należy jednak zwrócić uwagę, że wartość współczynników wyznaczonych na podstawie dwóch prób będą obarczone dużym błędem.

6.3 Przebieg ćwiczenia

Zadanie 1

Określić zależność T = f (v_c) metodą toczenia wzdłużnego:

 przeprowadzić (w miarę potrzeb) próby trwałości, uzupełniające próby prowadzone w ćwiczeniu 5; należy zachować takie same wartości a_p i f oraz inne warunki skrawania, natomiast dobrać prędkość skrawania tak aby nie pokrywała się z poprzednimi próbami; z uwagi na to, że próby wykonane w ćwiczeniu 5, zadanie 1, przeprowadzone zostały w warunkach znormalizowa-nych postępowanie to jest uzasadnione,

 wykorzystując wyniki przeprowadzonych pomiarów oraz wyniki pomiarów innych grup studenckich zarejestrowane w komputerze, określić parametry zależności T= f (v_c).

.Zadanie 2

Określić zależność T = f (vc) metodą toczenia promieniowego:

 przeprowadzić co najmniej dwie próby toczenia promieniowego z różnymi prę- dkościami obrotowymi wrzeciona z ustalonymi pozostałymi warunkami obróbki;

próby należy prowadzić aż do katastroficznego zużycia narzędzia,

 pomierzyć średnice D_st, przy których nastąpiło stępienie narzędzia,

 wyznaczyć zależność T = f (v_c).

Aby przeprowadzić obliczenia z pomocą komputera należy uruchomić program c:\OBRSKR\cwicz6.exe i postępować wg instrukcji pojawiających się na ekranie.

INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN ZAKŁAD OBRÓBKI SKRAWANIEM I NARZĘDZI

LABORATORIUM OBRÓBKI SKRAWANIEM

ĆWICZENIE 6 BADANIE TRWAŁOŚCI NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH

GRUPA NR: DATA:

ODRABIAJĄCY ĆWICZENIE: PROWADZĄCY:...

1. ... 5. ...

2. ... 6. ...

3. ... 7. ...

4. ... 8. ...

ZADANIE 1. WYZNACZANIE T=F(v_c) METODĄ TOCZENIA WZDŁUŻNEGO Wyniki pomiarów

Próba t [min]

1 VBB

[mm]

2 VBB

[mm]

3 VBB

[mm]

4 VBB

[mm]

5 VBB

[mm]

VBB [mm]

t[min]

1 2 3 4 5 10 20 50 v_c[m/min]

1 5 10 50 100

T [min]

ZADANIE 2. WYZNACZANIE T= f (vc) METODĄ TOCZENIA PROMIENIOWEGO:

Nr próby 1 2 3

Warunki badań Materiał obrabiany

Materiał ostrza

_o []

_ []

_r []

_s []

_r []

a_p [mm]

f_r [mm/obr]

n [obr/min]

Wyniki pomiarów D_st [mm]

WYNIKI OBLICZEŃ: C_T = s =

WNIOSKI: