SKRAWANIEM OBRÓBKA, proces wytwarzania elementów maszyn, w którym przez oddzielenie zbędnej warstwy materiału (naddatku obróbkowego) przetworzonej w wiór, uzyskuje się wymagane: kształt, wymiary oraz strukturę geom. powierzchni (chropowatość). Obróbka skrawaniem jest b. rozpowszechnioną metodą obróbki; można jej poddawać różne materiały: metale, drewno, tworzywa sztuczne, szkło. Obróbka skrawaniem jest realizowana za pomocą odpowiednich ruchów przedmiotu obrabianego i narzędzia skrawającego: ruchu głównego (ruchu skrawania), nadawanego narzędziu lub przedmiotowi obrabianemu, warunkującego wystąpienie skrawania, oraz dodatkowego ruchu posuwowego (narzędzia lub przedmiotu obrabianego), umożliwiającego objęcie skrawaniem całego przedmiotu i uzyskanie wymaganego kształtu i wymiaru. W zależności od rodzaju napędu obróbkę skrawaniem dzieli się na: ręczną, zmechanizowaną (przeprowadzaną narzędziami zamocowanymi w odpowiednich przyrządach, np. elektr.) i maszyn. (wykonywaną za pomocą obrabiarek skrawających). Rozróżnia się obróbkę skrawaniem wiórową i ścierną.
Obróbka wiórowa jest wykonywana za pomocą narzędzi skrawających o jednoznacznie określonym kształcie i geometrii ostrza; do wyrobu tych narzędzi są stosowane gł. stale wysokiej jakości (stopowe szybkotnące), węgliki spiekane metali trudno topliwych (wolframu, tytanu), spiekane tlenki glinu i cermetale. Do obróbki wiórowej zalicza się: toczenie, wytaczanie, zataczanie, wiercenie, rozwiercanie, pogłębianie, nawiercanie, frezowanie, struganie, dłutowanie, przeciąganie, gwintowanie, obróbkę kół zębatych, wiórkowanie.
Toczenie — najczęściej przedmiot obrabiany jest wprawiany w ruch obrotowy (ruch gł.), a narzędzie (nóż tokarski) — w ruch posuwowy; rozróżnia się toczenie zewn. (powierzchni zewn.) i wewn. (otworów) oraz toczenie wzdłużne (narzędzie przesuwa się wzdłuż osi przedmiotu obrabianego) i toczenie poprzeczne (przesuw narzędzia jest prostopadły do osi przedmiotu). Toczenie wzdłużne ma miejsce np. przy obróbce wałków gładkich i stopniowych; poprzeczne — rowków prostokątnych i kształtowanych, przecinaniu i obróbce powierzchni czołowych; szczególne rodzaje toczenia stanowią: toczenie kopiowe (powierzchni o złożonych kształtach), gwintów, bezkłowe, zw. łuszczeniem, oraz obwiedniowe — za pomocą specjalnych noży obwiedniowych, którym nadaje się jednocześnie 2 ruchy posuwowe (obrotowy i prostoliniowy). Wytaczanie — sposób obróbki otworów (uprzednio odlanych, odkutych lub wywierconych) za pomocą noży, zw. wytaczakami, wytaczadeł lub głowic nożowych; w zależności od konstrukcji obrabiarki ruch gł. obrotowy wykonuje przedmiot obrabiany lub narzędzie, ruch posuwowy — narzędzie lub przedmiot obrabiany, obydwa ruchy mogą też wykonywać narzędzia (wytaczadła). Zataczanie — obróbka powierzchni kształtowych (np. o zarysie spirali Archimedesa), frezów (zataczanych), krzywek, na tokarkach — zataczarkach. W obróbce wiórowej wierceniem, rozwiercaniem, pogłębianiem i nawiercaniem ruch gł. (obrotowy) i posuwowy prostoliniowy wykonują narzędzia. Wiercenie — wykonywanie otworów lub powiększanie ich średnicy za pomocą wierteł. Rozwiercanie — powiększanie średnicy otworu za pomocą narzędzi zw. rozwiertakami; rozróżnia się rozwiercanie zgrubne rozwiertakami zdzierakami (3- lub 4-ostrzowymi) oraz wykańczające — wykańczakami o kilku lub kilkunastu ostrzach; rozwiertaki wykańczaki usuwają b. małe naddatki obróbkowe, dzięki czemu polepsza się dokładność obróbki oraz gładkość powierzchni otworu; rozwiercanie wykańczające może być ręczne lub maszynowe. Pogłębianie otworów walcowych lub stożkowych na łby wkrętów, śrub, sworzni; także obróbka powierzchni czołowych związanych z otworami. Nawiercanie — wykonywanie, za pomocą narzędzi zw. nawiertakami, specjalnych otworów — nakiełków (przeznaczonych do ustalania położenia wałków podczas obróbki). Frezowanie — procesy obróbki powierzchni płaskich i kształtowych za pomocą wieloostrzowych narzędzi zw. frezami; rozróżnia się: frezowanie obwodowe, w którym oś obrotu narzędzia jest równoległa do obrabianej powierzchni, i czołowe — gdy jest prostopadła; frezowaniem, najczęściej na specjalnych frezarkach, można wykonywać gwinty, koła zębate i wałki wielowypustowe; frezowanie może być przeciwbieżne (kierunki obrotu frezu i posuwu przedmiotu obrabianego są przeciwne) i współbieżne (kierunki zgodne). Struganie jest to obróbka powierzchni płaskich i kształtowych za pomocą noży strugarskich; ruch gł. prostoliniowo-zwrotny wykonuje narzędzie (struganie poprzeczne i struganie pionowe zw. dłutowaniem) lub przedmiot obrabiany (struganie wzdłużne); każdy cykl ruchu gł. składa się z ruchu roboczego, gdy zachodzi skrawanie, i ruchu jałowego, gdy narzędzie lub obrabiany przedmiot wraca do położenia wyjściowego; ruch posuwowy okresowy wykonuje narzędzie lub przedmiot obrabiany. Przeciąganie — proces obróbki, w której cały naddatek obróbkowy najczęściej jest usuwany w czasie jednego przejścia narzędzia zw. przeciągaczem; stosowane w produkcji wielkoseryjnej i masowej; rozróżnia się: przeciąganie wewn. (np. otworów, rowków) i przeciąganie zewn. powierzchni płaskich i kształtowych (np. korbowodów, kluczy, kół zębatych). Procesem podobnym do przeciągania jest przepychanie — obróbka otworów narzędziami podobnymi do przeciągaczy (przepychaczami). Obróbka wiórowa uzębień (kół zębatych) może być przeprowadzana 2 metodami: kształtową lub obwiedniową; w metodzie kształtowej narzędzie (np. frez krążkowy) odwzorowuje swój zarys w materiale obrabianym; w obwiedniowej złożony ruch narzędzia o odpowiednim kształcie względem przedmiotu obrabianego nadaje żądany zarys zębom. Do obróbki uzębień metodą kształtową są stosowane obrabiarki ogólnego przeznaczenia, najczęściej frezarki, w metodzie obwiedniowej zaś — specjalne obrabiarki do uzębień i specjalne narzędzia (dłutaki, noże zębatkowe, frezy ślimakowe, głowice). Obróbką wiórową wykańczającą kół zębatych może być tzw. wiórkowanie. Gwintowanie — obróbka różnymi metodami: na tokarkach nożami kształtowymi, głowicami gwinciarskimi, narzynkami (gwintowanie zewn.), gwintownikami (gwintowanie wewn.); na specjalnych frezarkach — frezami krążkowymi, wielokrotnymi lub głowicami frezowymi; na gwinciarkach — gwintownikami, narzynkami lub głowicami gwinciarskimi. Gwinty mogą być także wykonywane ręcznie (narzynkami, gwintownicami lub gwintownikami) lub metodami obróbki ściernej, plast. i odlewania.
Obróbka ścierna jest wykonywana za pomocą ziarn ściernych luźnych lub związanych spoiwem; wielka liczba jednocześnie skrawających drobnych ostrzy ściernych o przypadkowej geometrii usuwa b. drobne, mikroskopijne cząstki materiału obrabianego. Narzędzia ścierne dzielą się na: a) spojone (spoiwo wiąże ziarna materiału ściernego w zwartą całość) — są to ściernice o kształcie brył obrotowych, segmenty ścierne oraz osełki ścierne (nazywane pilnikami ściernymi); b) nasypowe (arkusze, taśmy, krążki z papieru, tkaniny itp., na których przyklejono warstwę materiału ściernego); c) pasty ścierne i polerskie stanowiące zawiesinę drobnoziarnistego (naturalnego lub sztucznego) materiału ściernego w ośr. o konsystencji ciekłej lub stałej. Jako materiały ścierne są stosowane m.in.: korund, elektrokorund, kwarc, węgliki krzemu i boru, diamenty (do szlifowania b. twardych materiałów, np. węglików spiekanych). Podstawowe rodzaje obróbki ściernej to: szlifowanie, docieranie, gładzenie, dogładzanie oscylacyjne, obróbka strumieniowo-ścierna, wygładzanie w pojemnikach, polerowanie. Szlifowanie przeprowadza się na szlifierkach za pomocą ściernic. Rozróżnia się: szlifowanie zewn. z posuwem wzdłużnym lub wgłębnym, szlifowanie wewn., szlifowanie płaszczyzn (obwodowe, czołowe), szlifowanie bezkłowe oraz szlifowanie na specjalnych obrabiarkach: szlifierkach do kół zębatych, gwintów, narzędzi skrawających itp. Docieranie — obróbka powierzchni za pomocą narzędzi zw. docierakami i zawiesiny materiałów ściernych (pasty); materiał ścierny umieszczony między narzędziem i powierzchnią obrabianą wygładza ją dzięki naciskom i ruchom narzędzia (mech. lub ręcznym), a czasami również przedmiotu obrabianego; docieranie pozwala uzyskać b. dużą dokładność powierzchni obrobionej. Gładzenie (honing) — obróbka, gł. otworów, zastępująca szlifowanie, docieranie i polerowanie; usuwanie naddatku (również wzrost dokładności i gładkości powierzchni otworów) odbywa się za pomocą osełek ściernych, zamocowanych w głowicy wykonującej ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny. Dogładzanie oscylacyjne (superfinisz) — obróbka zapewniająca dużą gładkość powierzchni obrobionej; narzędzia ścierne (osełki), dociskane z niewielką siłą do powierzchni obrabianej, wykonują złożone ruchy, w tym 1 ruch oscylacyjny (drgania o amplitudzie do kilku mm, o częstości do 2–3 tys. drgań na min.). Obróbka strumieniowo-ścierna — obróbka za pomocą luźnych ziarn ściernych, które z dużą prędkością są kierowane w strumieniu sprężonego powietrza na powierzchnię obrabianą; na sucho jest nazywana piaskowaniem, na mokro — obróbką hydrościerną; obróbka strumieniowo-ścierna jest stosowana do oczyszczania powierzchni odlewów, odkuwek, części po obróbce cieplnej itp. Wygładzanie w pojemnikach (bębnowanie, wygładzanie pojemnikowe) — obróbka w specjalnych pojemnikach (bębnach), wprawianych w ruch obrotowy lub drgania, wypełnionych drobnymi przedmiotami i różnymi dodatkami (np. kształtki ceram., ziarna ścierne); proces wygładzania może być prowadzony na sucho lub mokro; jest stosowany w produkcji wielkoseryjnej, pozwala usuwać zadziory, zaokrąglać ostre krawędzie. Polerowanie — obróbka ścierna poprawiająca gładkość powierzchni, czasami nadająca połysk; polerowanie jest przeprowadzane za pomocą past lub emulsji ściernych, zawierających miękkie materiały ścierne (np. tlenki metali), naniesionych na specjalne narzędzia polerskie (np. tarcze obłożone skórą, prasowanym wojłokiem, suknem).
1. Wiadomości podstawowe W obróbce elektroerozyjnej usuwanie materiału z części obrabianej następuje w wyniku erozji elektrycznej zachodzącej w czasie wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami zanurzonymi w dielektryku płynnym. Jedną z elektrod jest materiał obrabiany, a drugą - eroda, nazywana też elektrodą roboczą (ER). Obróbce elektroerozyjnej podlegają materiały, których elektryczna przewodność właściwa jest większa od 10-2 S/cm, tj. wszystkie metale i ich stopy oraz duża grupa materiałów niemetalowych i kompozytowych z ceramicznymi włącznie. Obecnie można wyróżnić dwie główne odmiany obróbki elektroerozyjnej, a mianowicie: drążenie nazywane w skrócie EDM (Electrical Discharge Machining) i wycinanie drutem nazywane WEDM (Wire Electrical Discharge Machining). Odmiany te różnią się postacią elektrod i ich kinematyką, zakresem zastosowań oraz warunkami obróbki. Schemat obrabiarki EDM :
Elektroda robocza (ER) i przedmiot obrabiany (PO) połączone są z generatorem impulsów prądu stałego o amplitudach: napięcia od kilkudziesięciu do kilkuset woltów i natężenia prądu rzędu 1-1000 [A].
Wycinanie Elektroerozyjne (WEDM)
1. Zasada obróbki Wycinanie elektroerozyjne (WEDM - Wire Electrical Discharge Machining) jest odmianą obróbki elektroerozyjnej (EDM), w której elektrodą jest cienki drut o średnicy 0,02 - 0,5 mm z mosiądzu, miedzi, wolframu, molibdenu lub drut z pokryciem, np. mosiądz ocynkowany. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole, który najczęściej jest przemieszczany w kierunkach wzajemnie prostopadłych przez układy napędowe sterowane numerycznie
Bywają stosowane układy z nieruchomym przedmiotem a sterowanymi prowadnikami drutu.
Ze względu na zużycie erozyjne drut jest przewijany ze szpuli do pojemnika lub ze szpuli na szpulę z prędkościami 0,5 - 20 m/min. W celu zapewnienia wysokiej dokładności pozycjonowania drutu względem przedmiotu obrabianego stosowane są specjalne oczkowe prowadniki drutu oraz stały naciąg drutu z siłą 5 - 20 N. Nadając przedmiotowi i elektrodzie (drutowi) złożone ruchy względne (postępowe i kątowe) możliwe jest wycinanie bardzo skomplikowanych kształtów
Wycinać możemy kształty o powierzchniach prostopadłych do powierzchni stołu rys.2a jak i pochyłych rys.2b oraz bardziej złożonych pod warunkiem, że są to powierzchnie prostokreślne rys.2c.Do podstawowych cech WEDM należą:- uniwersalność elektrody, a więc wyeliminowanie konieczności wykonania elektrod o złożonych kształtach,- eliminacja konieczności uwzględniania zużycia elektrody roboczej przy projektowaniu procesu obróbki,- możliwość wykonywania skomplikowanych kształtów i o bardzo małych wymiarach,- wysoka elastyczność produkcyjna obrabiarki, - wysoki stopień automatyzacji z zastosowaniem sterowania numerycznego,- eliminacja niebezpieczeństwa pożaru oraz poprawa warunków BHP, ze względu na stosowanie (najczęściej) jako dielektryka - wody,- możliwość wykonywania części o profilu ekwidystanty przy zastosowaniu jednego programu dla układu NC, np. matryc, wykrojników, stempli, prowadników itp.,- wysoka dokładność obróbki (od 0,02 do 0,001 mm),- konieczność zastosowań małych energii wyładowań (poniżej 5 mJ), uwarunkowanych małą średnicą drutu (dla uniknięcia zerwania) powoduje, że uzyskiwana jest wysoka gładkość ( Ra = 2,5 - 0,5 mikrometra), a zmiany w warstwie wierzchniej są nieznaczne (np. dla stali NCl0 po cięciu zgrubnym grubość warstwy zmienionej jest mniejsza od 0,02 mm).
Podstawy fizyczne Przebieg wyładowania elektrycznego między elektrodami zanurzonymi w dielektryku płynnym przedstawiony jest w uproszczeniu na rysunkach poniżej. Po przyłożeniu napięcia w szczelinie powstaje niejednorodne i zmienne w czasie pole elektryczne o znacznym natężeniu (rzędu 105-106 V/cm). Niejednorodność pola wywołana jest nierównościami powierzchni elektrod, zmienną grubością szczeliny oraz niejednorodnością właściwości ośrodka składającego się z dielektryka i produktów obróbki. W miejscach, gdzie natężenie pola jest największe, następuje koncentracja cząstek zanieczyszczeń dielektryka (głównie produktów erozji z poprzednich wyładowań), co obniża wytrzymałość elektryczną ośrodka
Przy dostatecznym natężeniu pola elektrycznego i pewnym napięciu Ug zwanym granicznym, następuje przebicie elektryczne, rozpoczynające się emisją elektronów z katody. Elektrony przyspieszone w polu elektrycznym zderzają się z atomami ośrodka, powodując ich lawinową jonizację udarową, a w efekcie tworzy się wąski kanał plazmowy wypełniony jonami i elektronami
Przepływający przez kanał prąd powoduje wydzielanie się ciepła, następuje parowanie ośrodka i utworzenie wokół kanału pęcherza gazowego o powiększającej się średnicy w czasie
Typowy przebieg zmian napięcia i natężenia prądu w czasie wyładowania pokazany jest na wykresach pod głównymi rysunkami. Energia elektronów, uderzających w powierzchnię anody, a jonów w powierzchnię katody, zamieniana jest na ciepło, co powoduje gwałtowny Iokalny wzrost temperatury materiału elektrod do wartości przekraczających temperaturę topliwości, a często i temperaturę wrzenia. Prowadzi to do topienia i intensywnego parowania. Cały proces przemian fazowych materiału ma charakter wybuchowy, czemu sprzyjają zmiany ciśnienia w pęcherzu gazowym. Początkowo ciśnienie gwałtownie rośnie, a następnie po zakończeniu wyładowania spada, co intensyfikuje parowanie roztopionego metalu, które może mieć charakter mikrowybuchu. W wyniku tworzącego się krateru wyrzucane są strugi pary i ciekłego metalu
Po wyładowaniu pęcherz gazowy kurczy się i dzieli się na dwa przy elektrodach. Dzielące się pęcherzyki zamykają się implozyjnie, co sprzyja usuwaniu części roztopionego metalu z krateru. Pozostały w kraterze metal krzepnie, tworząc na powierzchni cienką warstewkę o strukturze i właściwościach innych od materiału w głębi PO. Po wyładowaniu następuje dejonizacja kanału międzyelektrodowego i cykl powtarza się od początku w miejscu, w którym istnieją najlepsze warunki do ponownej jonizacji przestrzeni międzyelektrodowej
Po obróbce, powierzchnię pokrywa zbiór charakterystycznych kraterów w postaci zbliżonej do czasz kulistych. Badania produktów erozji wyrzuconych do dielektryka wykazują obecność mikroskopijnych cząstek materiału elektrod o kształcie zbliżonym do kulek (litych i pustych wewnątrz), a czasami małą ilość cząstek, które nie uległy przetopieniu, a w sposób mechaniczny zostały oderwane od elektrod. świadczy to, że w pewnych warunkach, mechaniczne oddziaływanie wyładowania elektrycznego oraz powstające naprężenia cieplne w materiale mogą odgrywać znaczącą rolę (zwłaszcza przy obróbce materiałów bardzo kruchych). W wyniku postępującej erozji elektrycznej podczas kolejnych wyładowań, w miarę dosuwania elektrody, następuje kształtowanie obrabianego przedmiotu. Równolegle z ubytkiem materiału na przedmiocie obrabianym następuje erozja elektrody narzędziowej, a więc jej zużycie, powodująca zmianę pierwotnego kształtu.
ELEKTROEROZYJNA OBRÓBKA
zespół metod wchodzących w zakres obróbki erozyjnej, polegających na usuwaniu warstwy materiału obrabianego wyrobu przy wykorzystaniu erozji towarzyszącej krótkotrwałym wyładowaniom elektrycznym zachodzącym pomiędzy elektrodami. Zespół elektrod tworzą: przedmiot obrabiany (anoda) i narzędzie (elektroda robocza - katoda - z miedzi, mosiądzu, grafitu, grafitu z miedzią lub wolframem itp.); pod wpływem wyładowań elektr. następuje gwałtowny lokalny wzrost temperatury na powierzchni elektrod oraz wzrost naprężeń w efekcie rozszerzalności cieplnej materiału; powoduje to wyrzucanie cząsteczek materiału z powierzchni wyrobu; cząsteczki te są wychwytywane przez ciecz dielektryczną (olej transformatorowy, nafta itp.) przepływającą pomiędzy elektrodami; stopniowo w miarę zagłębiania elektrody roboczej (narzędzia: wzornika, drutu itp.) w przedmiocie obrabianym następuje usuwanie kolejnych warstw materiału, a jego powierzchnia przyjmuje kształt zgodny z roboczą powierzchnią narzędzia; narzędzie nosi nazwę erody, erodera lub drążaka. O.e. prowadzona jest na specjalistycznych obrabiarkach: drążarkach, przecinarkach tarczowych, taśmowych i drutowych oraz wycinarkach drutowych; stosuje się ją gł. do obróbki otworów i wgłębień kształtowych w twardych, trudno obrabialnych materiałach, takich jak: węgliki spiekane, stal hartowana, stopy specjalne itp., przede wszystkim do kształtowania i regeneracji narzędzi do obróbki plastycznej (matryc, tłoczników, wykrojników itp.) oraz form odlewniczych.
Mokra.Dziurka