Recommended
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Obrobka skrawaniem 06 sily skrawania
- 1. Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. Krzysztof Jemielniak krzysztof.jemielniak@pw.edu.pl http://www.zaoios.pw.edu.pl/kjemiel Obróbka Skrawaniem - podstawy, dynamika, diagnostyka 6. Siły skrawania
- 2. 2Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 2 Plan wykładu Obróbka skrawaniem 1. Wstęp 2. Pojęcia podstawowe 3. Geometria ostrza 4. Materiały narzędziowe 5. Proces tworzenia wióra 6. Siły skrawania 7. Dynamika procesu skrawania 8. Ciepło w procesie skrawania, metody chłodzenia 9. Zużycie i trwałość ostrza 10. Diagnostyka stanu narzędzia i procesu skrawania 11. Skrawalność 12. Obróbka materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym Siły skrawania strony 125-153
- 3. 3Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 3 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania
- 4. 4Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 4 Siła zginanie Ugięcie zależy od wartości i kierunku siły oraz sztywności przedmiotu, tu stosunku l/D Siła dynamiczna (zmienna) zginanie „dynamiczne” drgania Co może drgać w obrabiarce? Długi, wiotki przedmiot obrabiany, długi wiotki uchwyt, frez o małej średnicy dużej długości itd. Dlaczego (kiedy) powstają drgania? Przedmiot lub narzędzie są zbyt podatne, zmienne siły skrawania są zbyt duże, narzędzie lub/i materiał obrabiany nie ma zdolności tłumienia drgań, niewłaściwie dobrano metodę obróbki, parametry skrawania lub geometrię ostrza D l Rola sił w procesie skrawania
- 5. 5Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 5 Rozkład naprężeń na powierzchni natarcia
- 6. 6Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 6 Rozkład sił w strefie skrawania Fg F F FsN Fs Fc Fo Fg = Fc sing0 + Fo cosg0 go FgN = Fc cosg0 - Fo sing0 Fg /FgN = m (współczynnik tarcia wióra o powierzchnię natarcia) b = arctgm (kąt tarcia wióra o powierzchnię natarcia) FsN = Fc sinf + Fo cosf Fs = Fc cosf - Fo sinf vc Fc Fo b FgN f FsN Fs
- 7. 7Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 7 Siły skrawania – skrawanie nieswobodne F – wypadkowa siła skrawania Fc – siła skrawania (obwodowa) Ff – siła posuwowa (osiowa) Fp – siła odporowa (promieniowa)
- 8. 8Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 8 Rozkład sił w skrawaniu nieswobodnym Ff Fp Ffp Po Fo kr kr kr Fo= Ff sinkr+ Fp coskr sin cos oh o tg g g f
- 9. 9Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 9 Kąt przystawienia kr 70° Sila posuwowa Ff 500 N Sila odporowa Fp 320 N Sila główna Fc 2000 N Kąt natarcia go -6° Współcz.spęczenia lh 2,1 Zadanie Wyznaczyć siłę ścinania Fs Fs = Fc cosf - Fo sinf Fo=Ff sinkr+Fp coskr=579N sin cos tg oh o g g f =0.451 f=24.3° Fs=1585N
- 10. 10Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 10 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Wzór fizyczny na siłę skrawania
- 11. 11Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 11 Rozkład sił w strefie skrawania Fg F F FsN Fs Fc Fo go vc Fc Fo b FgN f • Siły działające na powierzchni natarcia zależą od materiału obrabianego i warunków kontaktu wióra z powierzchną natarcia (b) czyli geometrii tej powierzchni, materiału ostrza, pokrycia itd. Stąd trudno jest je przewidywać • Siły działające w strefie ścinania nie zależą bezpośrednio o narzędzia, a jedynie od materiału obrabianego, więc warto spróbować określić tą zależność
- 12. 12Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 12 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) Tak jak przy wytrzymałości na zginanie, ścinanie itd. można się spodziewać, że siły pochodzące od zamiany warstwy skrawanej w wiór: siła ścinania Fs (i siła skrawania Fc) będą proporcjonalne do pola powierzchni ścinania: 𝐹𝑠 = 𝑘 𝑠𝑤 𝐴 𝑠 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 𝐴 𝑠 = 𝑏𝑙 𝑠 = 𝑏 ℎ sin 𝜙
- 13. 13Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 13 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) 𝐴 𝑠 = 𝑏𝑙 𝑠 = 𝑏 ℎ sin 𝜙 𝐹𝑐0𝐹𝑠0 𝑙 𝑠ℎ (mm) 𝐹𝑠,𝐹𝑐(N/mm) Wykres przedstawia zależność siły ścinania Fs i siły skrawania Fc od pola powierzchni ścinania, przeliczonego na 1mm szerokości WS – b, dla szerokiego zakresu parametrów skrawania Zależności nie wychodzą z początku układu współrzędnych… Skąd się biorą siły przy zerowej grubości WS (zerowym przekroju warstwy skrawanej)?! 𝐹𝑠 = 𝐹𝑠0 + 𝑘 𝑠𝑤 𝐴 𝑠𝐹𝑐 = 𝐹𝑐0 + 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 Das M.K., Tobias S.A., Int.J.Mach.Tool Des&Res. 7/2,1697
- 14. 14Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 14 Siła rozcinająca CIRP Encyclopedia of Production Engineering A zatem: Fw ostrze zaokrąglenie krawędzi skrawającej rn a kierunek skrawania kierunek posuwu g wiór materiał obrabiany strefa ścinania Fk 𝐹𝑐 = 𝐹𝑐𝑤 + 𝐹𝑐𝑘 = 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 + 𝑘 𝑐𝑘 𝑏 𝐹𝑜 = 𝐹𝑜𝑤 + 𝐹𝑜𝑘 = 𝑘 𝑜𝑐 𝐴 𝑠 + 𝑘 𝑜𝑘 𝑏 Na ostrze działa nie tylko siła od kształtowania wióra - Fw proporcjonalna do pola powierzchni ścinania …. …lecz także siła rozcinająca, działająca na samą krawędź skrawającą – proporcjonalna do długości krawędzi (szerokości warstwy skrawanej) - Fk Fck Fok Fcw Fow Fo Fw Fk
- 15. 15Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 15 Wpływ promienia zaokrąglenia krawędzi skrawającej na siłę rozcinającą CIRP Encyclopedia of Production Engineering Fck=0.307 rn + +53.6 Ffk Fe Fck Fok=2.87 rn + 11.4 Fck Fok
- 16. 16Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 16 Uniwersalny wykres skrawalności (UMChart) 𝐹𝑠 = 𝐹𝑠𝑘 + 𝐹𝑠𝑤 = 𝐾𝑠𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑠𝑤 𝐴 𝑠 𝐹𝑐 = 𝐹𝑐𝑘 + 𝐹𝑐𝑤 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 𝐾𝑐𝑘𝐾𝑠𝑘 𝑙 𝑠ℎ (mm) 𝐹𝑠,𝐹𝑐(N/mm) Ostatecznie mamy zatem: 𝐴 𝑠 = 𝑏𝑙 𝑠 = 𝑏 ℎ sin 𝜙
- 17. 17Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 17 Zadanie Dane: szerokość warstwy skrawanej b1 = 1 mm, b2 = 3 mm grubość warstwy skrawanej h1 = 0.08 mm, h2 = 0.25 mm siła ortogonalna Fo1 = 180N Fo2 = 796 N siła skrawania Fc1 = 280 N Fc2 = 1680 N kąt ścinania f1 = 20° f2 = 26° Wyznaczyć uniwersalny wykres skrawalności 1. Długość powierzchni ścinania: ls = h/sinf ls1 = 0.23 mm ls2 = 0.57 mm 2. Siły ścinania: Fs = Fc cosf Fo sinf Fs1 = 202 N Fs2 = 1161 N 3. Opory ścinania (z równań prostych): ksw =(Fs1/b1 – Fs2/b2)/(ls1 – ls2) ksw = 551 N/mm2 kcw = 832 N/mm2 4. Współczynniki oporu na krawędzi: Ksk =Fs1/b1 – ksh ls1 Ksk = 73 N/mm Kck = 85 N/mm Fs/b= Ksk + ksw ls Fc/b= Kck + kcw ls Dane: szerokość warstwy skrawanej b1 = 2 mm, b2 = 3 mm grubość warstwy skrawanej h1 = 0.08 mm, h2 = 0.3 mm siła ortogonalna Fo1 = 302 N Fo2 = 796 N siła skrawania Fc1 = 460 N Fc2 = 1680 N kąt ścinania f1 = 23° f2 = 28° Wyznaczyć uniwersalny wykres skrawalności
- 18. 18Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 18 Fizyczny wzór na siłę skrawania 𝐹𝑠 = 𝐾𝑠𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑠𝑤 𝐴 𝑠 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 𝐴 𝑠 = 𝑏𝑙 𝑠 = 𝑏 ℎ sin 𝜙 𝐹𝑐 = 𝑏𝐾𝑐𝑘 + 𝑏ℎ 𝑘 𝑐𝑤 sin 𝜙 ? 𝐾𝑐𝑘𝐾𝑠𝑘 𝑙 𝑠ℎ (mm) 𝐹𝑠,𝐹𝑐(N/mm)
- 19. 19Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 19 Rozkład sił w strefie skrawania – weryfikacja Fg Fw Fg = Fcw sing0 + Fow cosg0 FgN = Fcw cosg0 - Fow sing0 go Fg /FgN = m (współczynnik tarcia wióra o powierzchnię natarcia) b = arctgm (kąt tarcia wióra o powierzchnię natarcia) Fsw = Fcw cosf - Fow sinf Fcw Foch b FgN Fw Fsw Fcw Fow f b= arctg(Fow/Fcw)+g0 Fck Fok Fcw=Fc- Fck Fsw=Fs- Fsk UMChart: Fc=Fck+Fcw Fs=Fsk+Fsw Fow = Fcw/tgf - Fsw/sinf
- 20. 20Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 20 Uproszczona zależność siły skrawania od grubości WS Uniwersalny wykres skrawalności (model Dasa i Tobiasa) to zależność siły skrawania od pola powierzchni ścinania W literaturze spotkać można także model uproszczony (Altintasa) uzależniający siłę skrawania od pola przekroju poprzecznego warstwy skrawanej 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝐷 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝑏ℎ 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝐴 𝑠 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝑏𝑙 𝑠
- 21. 21Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 21 Uproszczona zależność siły skrawania od grubości WS Dane wg Y. Altintas "User manual May 2002" 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝑏ℎ
- 22. 22Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 22 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Rola kąta ścinania
- 23. 23Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 23 Siła skrawania i jej zależność od kąta ścinania f f 𝐹𝑐 = 𝑏𝐾𝑐𝑘 + 𝑏ℎ 𝑘 𝑐𝑤 sin 𝜙
- 24. 24Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 24 Modelowanie kąta ścinania M. Eugene Merchant 1913-2006 Założenia: • zasada minimum energii • idealna plastyczność i niezależność kąta tarcia b od kąta ścinania f (nie prawda) Merchant, M. E., 1944. Mechanics of the Metal Cutting Process, J. Appl. Phys. , Vol. 16. Naprężenia ścinające w strefie ścinania (opór właściwy ścinania): 𝑘 𝑠𝑤 = 𝐹𝑠 𝐴 𝑠 𝐴 𝑠 – pole powierzchni ścinania, 𝐴 𝑠 = 𝑏ℎ sin 𝜙 b go go bgo 𝑘 𝑠𝑤 = 𝐹𝑠 cos(𝜙 + 𝛽 − 𝛾𝑜) 𝑏ℎ Lee and Shaffer (1951) na podstawie analizy linii poślizgu uznali, że: ? 2003 FsN Fs ls d𝑘 𝑠𝑤 d𝜙 = cos(𝜙 + 𝛽 − 𝛾𝑜) cos 𝜙 − sin 𝜙 + 𝛽 − 𝛾𝑜 sin 𝜙 = 0 tg 𝜙 + 𝛽 − 𝛾𝑜 = ctg 𝜙 = tg(90o − 𝜙) 𝜙 = 45o + 𝛾𝑜 2 − 𝛽 2 𝜙 + 𝛽 − 𝛾𝑜 = 45o 𝜙 = 45o + 𝛾𝑜 − 𝛽
- 25. 25Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 25 Porównanie modeli Merchanta oraz Lee i Shafera Porównanie doświadczalnych zależność kąta ścinania od grubości WS z obliczonymi wg teorii Merchanta oraz Lee i Shafera, korzystając z kątów tarcia wyznaczonych wg Dasa-Tobiasa f fpom bD-T
- 26. 26Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 26 Zależność kąta ścinania od warunków obróbki prędkość skrawania grubość warstwy skrawanej długość kontaktu wióra z powierzchnią natarcia
- 27. 27Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 27 Komercyjne oprogramowanie bazujące na metodzie elementów skończonych (FEM) FrezowanieToczenie Wiercenie Wytaczanie Współczesne modelowanie procesu skrawania
- 28. 28Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 28 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Opór właściwy skrawania
- 29. 29Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 29 Opór właściwy skrawania AD=bh b h Fc kc=kc1.1 h -mc 𝑘 𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 ℎ + 𝑘 𝑐𝑤 sin 𝜙 = 𝑘 𝑐1 + 𝑘 𝑐2 𝑘 𝑐 = 𝐹𝑐 𝐴 𝐷 wg Dasa-Tobiasa: 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑏ℎ 𝑘 𝑐𝑤 sin 𝜙 wg Altintasa: 𝐹𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 𝑏 + 𝑘 𝑐𝑤 𝑏ℎ 𝑘 𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 ℎ + 𝑘 𝑐𝑤 = 𝑘 𝑐1 + 𝑘 𝑐2 𝑚 𝑐 ≈ 0.2 ÷ 0.3
- 30. 30Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 30 Modelowanie oporu właściwego skrawania kc1=102/f; kc2=1112/sin(f) kc1=52/f; kc2=1114/sin(f) TPGN CCGT kc1 kc2 kc2 kc1 kckc z wyników pomiarów: 𝑘 𝑐 = 𝐾𝑐𝑘 ℎ + 𝑘 𝑐𝑤 sin 𝜙 = 𝑘 𝑐1 + 𝑘 𝑐2
- 31. 31Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 31 Opór właściwy skrawania - przykład
- 32. 32Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 32 Opór właściwy skrawania - przykład poprawka na kąt natarcia:
- 33. 33Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 33 Opór właściwy skrawania - przykład uwzględniono wpływ kąta natarcia: 1% na 1°
- 34. 34Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 34 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 kc11 (N/mm²) Steel Stainless steel Cast iron Non-ferrous materials Superalloys Hard materials Fc = kc1.1 * b * h 1-mc (Typical example ) Opór właściwy skrawania przykładowe wartości
- 35. 35Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 35 Wzór inżynierski na siłę skrawania b h Fc 𝑘 𝑐 = 𝐹𝑐 𝐴 𝐷 𝐹𝑐 = 𝐴 𝐷 𝑘 𝑐 𝑘 𝑐 = 𝑘 𝑐1.1ℎ−𝑚 𝑐 𝑚 𝑐 ≈ 0.2 ÷ 0.3 𝐹𝑐 = 𝑏ℎ𝑘 𝑐1.1ℎ−𝑚 𝑐 = 𝑘 𝑐1.1 𝑏ℎ1−𝑚 𝑐 O. Kienzle, H. Victor, Spezifische Schnittkrafte bei der Metallbearbeitung, Werkstofftechnik und Machinenbau 47 (5) (1957) 224–225 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐 𝑏ℎ = 𝑘 𝑐 𝑎 𝑝 𝑓 𝐴 𝐷 = 𝑏ℎ = 𝑎 𝑝 𝑓 1−𝑚 𝑐= 𝑦𝑐 ≈ 0.7 ÷ 0.8 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐1.1 𝑏ℎ 𝑦 𝑐 −𝑚 𝑐= 𝑦𝑐 − 1 𝐹𝑐 = 𝑏ℎ𝑘 𝑐1.1ℎ 𝑦 𝑐−1 = 𝑎 𝑝 𝑓𝑘 𝑐1.1ℎ 𝑦 𝑐−1
- 36. 36Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 36 Wyznaczanie siły i mocy skrawania Fc kc = ––– AD kc = kc1.1∙h AD = b∙h = ap∙f yc-1 Fc vc Pe = –––––––––– 60∙1000∙h kc ap f vc Pe = –––––––––– 60∙1000∙h Fc = AD∙kc Fc = b∙h∙kc1.1∙h Fc = kc1.1∙b∙h Fc = ap∙f∙kc yc-1 yc ap ae vf ap ae vf kc ap ae vf Pe = ––––––––– 60∙106∙h
- 37. 37Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 37 Stala kc1.1 3300 Wykładnik mc 0,25 Głębokość skrawania ap 2 mm Posuw f 0,3 mm/obr Prędkość skrawania vc 86 m/min Kąt natarcia go -6° Kąt przystawienia kr 45° sprawność h 0,92 Zadanie Toczenie wzdłużne h 100060 vF P cc e cDc kAF fahbA pD r m cc fh hkk c ksin 1.1 h=0,21 mm kc=4863 N/mm2 Fc=2918 N Pe=4,5 kW
- 38. 38Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 38 ae/Dc=0,750 hm=0,138 mm kc=3753 N/mm2 n=796 obr/min vf=1592 mm/min Pe=31,44 KW Zadanie hmax 1 2 arcsin 2 2 max D a D ha h e e m η vaak P fepc e 6 1060 rzfh ksinmax vf = n z fz D v1000 n c Średnica frezu Dc 80 mm liczba ostrzy 10 Kąt przystawienia kr 75° głębokość promieniowa ae 60 mm głębokość osiowa ap 5 mm posuw na zab fz 0,2 mm/ząb prędkość skrawania vc 200 m/min kc1.1 2200 N/mm2 mc 0,27 sprawność h 0,95 Wyznaczyć moc obrabiarki
- 39. 39Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 39 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniu Zależność sił skrawania od warunków skrawania
- 40. 40Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 40 Siły skrawania CIRP Encyclopedia of Production Engineering 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐1.1 𝑏ℎ1−𝑚 𝑐 𝐹𝑓 = 𝑘 𝑓1.1 𝑏ℎ1−𝑚 𝑓 𝐹𝑝 = 𝑘 𝑝1.1 𝑏ℎ1−𝑚 𝑝
- 41. 41Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 41 Statystyczny wzór na siłę skrawania Zależność sił skrawania od parametrów skrawania 𝑦𝑐 ≈ 0,75 𝑥 𝑐 ≈ 1 𝑧 𝑐 ≈ −0,1 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐1.1 𝑏ℎ1−𝑚 𝑐 𝑘 𝑐 = 𝑘 𝑐1.1ℎ−𝑚 𝑐 ℎ = 𝑓 sin 𝜅 𝑟 𝑏 = 𝑎 𝑝/ sin 𝜅 𝑟 𝑦𝑐 = 1 − 𝑚 𝑐 𝑘 𝑐 = 𝑘 𝑐1.1ℎ 𝑦 𝑐 𝐹𝑐 = 𝑘 𝑐1.1 𝑏ℎ 𝑦 𝑐 Siła skrawania (obwodowa): 𝐹𝑐 = 𝐶𝑐 𝑓 𝑦 𝑐 𝑎 𝑝 𝑥 𝑐 𝑣𝑐 𝑧 𝑐 Siła posuwowa (osiowa): 𝐹𝑓 = 𝐶𝑓 𝑓 𝑦 𝑓 𝑎 𝑝 𝑥 𝑓 𝑣𝑐 𝑧 𝑓 Siła odporowa (promieniowa): 𝐹𝑝 = 𝐶 𝑝 𝑓 𝑦 𝑝 𝑎 𝑝 𝑥 𝑝 𝑣𝑐 𝑧 𝑝
- 42. 42Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 42 Wyznaczanie zależności Fc(ap,f,vc)metodą NK w Excel • Wykonaj pomiary siły Fc dla wybranych ap, f i vc, wpisz je w kolumnach A-D • W kolumnach F-I oblicz logarytmy • Zaznacz wolne pole 1x4 (tu A31:D31) i wprowadź wzór =REGLIP(y;x;prawda; prawda) y to zakres komórek z log(Fc), tu I2:I28 x to zakres komórek z log(ap), log(f), log(vc) tuF2:H28 • Naciśnij Ctrl+Shift+Enter • W polach A31:D31 pojawią się wykładniki w odwrotnej kolejności niż kolumny oraz log(Cc) • Oczywiście Cc można obliczyć w komórce F31 jako 10log(Cc) • Ostatecznie otrzymujemy w tym przypadku: 𝐹𝑐 = 𝐶𝑐 𝑎 𝑝 𝑥 𝑐 𝑓 𝑦 𝑐 𝑣𝑐 𝑧 𝑐 = 1838𝑎 𝑝 0,902 𝑓0,658 𝑣𝑐 −0,07
- 43. 43Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 43 Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania kr = 75o go = +5o ao = 6o ls = 0o re = 0.4 mm Sily skrawania zredukowane do ap=1mm. Stal 30; hR110.17; SPUN 120304-TCS2
- 44. 44Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 44 Przebieg siły skrawania przy toczeniu Składowa statyczna Składowa statyczna Składowa statyczna zakłócenia zakłócenia zakłócenia Mat. obrabiany Inconel 718 oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 ap=0.5 mm, f=0.13 mm/obr, vc=50 m/min
- 45. 45Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 45 Widmo siły skrawania przy toczeniu Mat. obrabiany Inconel 718 oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 ap=0.5 mm, f=0.13 mm/obr, vc=50 m/min
- 46. 46Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 46 Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania – Inconel 718 Sandvik oprawka SCLCR 2020K12 płytka CCMT120404-MM, 1005 Fc = 1665 f0.59 ap 0.91 r=0.999 Ff = 437 f0.29 ap 1.15 r=0.994 Fp = 360 f0.12 ap 0.65 r=0.915 ?
- 47. 47Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 47 Kształtowanie wióra przy bardzo małej grubości warstwy skrawanej CIRP Encyclopedia of Production Engineering h Fce Foe
- 48. 48Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 48 Kształtowanie wióra przy bardzo małej grubości warstwy skrawanej h b) h c) gef << 0 gn h d) gef < 0 gn Dla h=0 mamy ślizganie ostrza po powierzchni materiału (a) Przy h 0 występuje gniecenie materiału (b) Kształtowanie wióra zaczyna się po przekroczeniu minimalnej grubości WS hmin przy bardzo ujemnym efektywnym kącie natarcia (c) „Normalne skrawanie występuje gdy h >>rn (d) h=0 a)
- 49. 49Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 49 Wykreślić zależności sił od posuwu dla kolejnych głębokości Przykładowe zależności sił od posuwu i prędkości skrawania – Inconel 718 KENNAMETAL oprawka 411157-3VRS płytka RCGX090700EKY1540 e r2 a fh p zD Fc = 992 f0.26 ap 0.71 r = 0.848 Ff = 483 f0.25 ap 1.00 r = 0.859 Fp = 360 f0.11 ap 0.36 r = 0.254 ?! hD=8.2mm hD=13.3mm re=9.53mm
- 50. 50Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 50 6 Siły skrawania • Rozkład naprężeń i sił w strefie skrawania • Wzór fizyczny na siłę skrawania • Rola kąta ścinania • Opór właściwy skrawania • Zależność sił skrawania od warunków skrawania • Badania sił skrawania przy frezowaniuBadania sił skrawania przy frezowaniu
- 51. 51Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 51 Pomiar sił przy frezowaniu Czujnik sił Komputer przemysłowy z kartą DAQ
- 52. 52Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 52 Schemat obróbki ae= 3 15 Frezowanie współbieżne (down milling) Osiowa głębokość skrawania ap=2mm, Promieniowa głębokość skrawania na przemian ae=3mm i ae=15 mm Przy obróbce Inconel zaleca się frezowanie współbieżne w celu uzyskania jak najmniejszej grubości warstwy skrawanej przy wychodzeniu ostrza z materiału i redukcji przywierania wiórów do ostrza
- 53. 53Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 53 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R- M07 F40M 2 ostrza ap=2mm, ae=3mm fz=0.1mm/ostrze vc=40 m/min 1 sekunda 3 Fy Fx Fz Fy Fx Fz
- 54. 54Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 54 Wyznaczanie sił skrawania na postawie pomiarów Fy Fx Fz j j -Fx -Fy Ff Fc Fc= – Fx cosj – Fy sinj Ff= – Fx sinj + Fy cosj j1= acos (2ae1/D) Ff Fc Podaj wzory na siły Fc i Ff j1 Podaj wzór na j1 ae1
- 55. 55Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 55 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R-M07 F40M 2 ostrza ap=2mm, ae=3mm fz=0.1mm/ostrze vc=40 m/min 3 Fy Fx Fz j1= 135.6°=2.367rd
- 56. 56Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 56 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu R217.69-2020.3-12-2A XOEX120416R- M07 F40M 2 ostrza ap=2mm, ae=15mm fz=0.1mm/ostrze vc=40 m/min 15 Fy Fx Fz j1= 60°=1.047rd
- 57. 57Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 57 Wyniki pomiarów sił skrawania przy frezowaniu 12J1D020030W4R00, AOMT060202R IN2005 5 ostrzy ap=2mm, ae=3mm fz=0.1mm/ostrze vc=30 m/min 3 Fy Fx Fz j1= 135.6°=2.367rd
- 58. 58Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 58 Porównanie sił skrawania przy frezowaniu ap=2mm, ae=3mm fz=0.1mm/ostrze
- 59. 59Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 59 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką średnica frezu D3=50mm, liczba ostrzy z=4, płytki ceramiczne Sialon CC6060 o średnicy 12 mm, oprawka firmy SANDVIK ze stożkiem SK 40 vc=1000 m/min,
- 60. 60Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 60 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką Fy Fx Fz Fy Fx Fz Narzędzie ostre, re = 6mm, ap =1mm, fz =0.15 mm/z Fx = 100N Fy =1300N Fz =1000N Fx = 0N Fy =-1500N Fz = 2800N Narzędzie stępione, Dla kąta obrotu frezu j=60º uzyskano: Wyznacz maksymalne nominalne grubości WS i siły skrawania
- 61. 61Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 61 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką Fc = Fx sinj – Fy cosj Ff = –Fx cosj – Fy sinj Fc= – Fx sinj + Fy cosj Ff= Fx cosj + Fy sinj Narzędzie ostre, hDmax =0.043 mmFc = 563N Ff =1146N Fp =1000N Fc = 750N Ff = 1299N Fp = 2800N Narzędzie stępione, er a fh p zD 2 max re = 6mm, ap =1mm, fz =0.15 mm/z
- 62. 62Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 62 Badania sił skrawania przy zgrubnym frezowaniu Inconel 718 ceramiką hDmax =0.043 mm
- 63. 63Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 63 Siła posuwowa przy wierceniu Przebieg prawidłowy Przebieg z zakleszczającymi się wiórami
- 64. 64Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak 64 Jakieś pytania?