SlideShare a Scribd company logo

14

•
•
K
KubaSroka

14

Education
1 of 56
Download to read offline
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Ryszard Baliński UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.03 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: mgr inŜ. Igor Lange mgr inŜ. Wiesław Wiejowski Opracowanie redakcyjne: mgr inŜ. Paweł Krawczak Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 722[02].Z2.03 „UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu operator obrabiarek skrawających. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Fizykochemiczne procesy zuŜycia obrabiarek 7 4.1.1. Materiał nauczania 4.1.2. Pytania sprawdzające 4.1.3. Ćwiczenia 4.1.4. Sprawdzian postępów 7 17 17 17 4.2. Smarowanie części maszyn 18 4.2.1. Materiał nauczania 4.2.2. Pytania sprawdzające 4.2.3. Ćwiczenia 4.2.4. Sprawdzian postępów 18 21 21 22 4.3. ZuŜycie i obsługiwanie eksploatacyjne obrabiarek 23 4.3.1. Materiał nauczania 4.3.2. Pytania sprawdzające 4.3.3. Ćwiczenia 4.3.4. Sprawdzian postępów 23 30 30 31 4.4. Odbiór, transport i fundamentowanie obrabiarek 32 4.4.1. Materiał nauczania 4.4.2. Pytania sprawdzające 4.4.3. Ćwiczenia 4.4.4. Sprawdzian postępów 32 43 43 44 4.5. Zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska 45 4.5.1. Materiał nauczania 4.5.2. Pytania sprawdzające 4.5.3. Ćwiczenia 4.5.4. Sprawdzian postępów 45 46 47 47 5. Sprawdzian osiągnięć 48 6. Literatura 53
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik, będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej zasad uŜytkowania i obsługiwania obrabiarek skrawających. W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać abyś mógł bez problemów rozpocząć pracę z poradnikiem, − cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach tej jednostki modułowej, − materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści jednostki modułowej, − zestaw pytań sprawdzających, − ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposaŜenie stanowiska pracy, które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne, − sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń, − sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umoŜliwi sprawdzenie Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki modułowej, − literaturę związaną z programem jednostki modułowej umoŜliwiającą pogłębienie Twej wiedzy z zakresu programu tej jednostki. Materiał nauczania został podzielony na pięć części. W pierwszej części znajdziesz informacje związane z fizykochemicznymi procesami zuŜycia obrabiarek. W części drugiej zawarte zostały podstawowe pojęcia związane ze smarowaniem części maszyn. Informacje na temat zuŜycia i obsługiwania eksploatacyjnego obrabiarek zawarte zostały w części trzeciej. Czwarta część poświęcona została zasadom odbioru, transportu i fundamentowania obrabiarek. Ostatnia część zawiera informacje związane z bezpieczeństwem i higieną pracy podczas uŜytkowania obrabiarek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 722[02].Z2 Podstawy wykonywania obróbki skrawaniem 722[02].Z2.03 UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.02 Charakteryzowanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.01 Określenie zasad wykonywania obróbki skrawaniem
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − komunikować się i pracować w zespole, − dokonywać oceny swoich umiejętności, − korzystać z róŜnych źródeł informacji, − rozpoznawać rodzaje rysunków stosowanych w dokumentacji technicznej, − odczytywać informacje podane na rysunku wykonawczym i złoŜeniowym, − wykonywać pomiary warsztatowe, − dobierać materiały konstrukcyjne, − rozpoznawać części maszyn i mechanizmów, − określać zasady obróbki skrawaniem, − charakteryzować obrabiarki skrawające, − analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania, − samodzielnie podejmować decyzje, − przestrzegać przepisów bhp, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − scharakteryzować fizykochemiczne procesy powodujące zuŜycie i uszkodzenie obrabiarek, − scharakteryzować rodzaje tarcia oraz wskazać sposoby jego zmniejszania, − określić rodzaj uszkodzenia obrabiarki oraz jego objawy, − scharakteryzować obsługę techniczną obrabiarek skrawających, − wyjaśnić sterowanie przebiegiem pracy obrabiarek, − obsłuŜyć mechanizmy obrabiarek skrawających, − obsłuŜyć napędy obrabiarek skrawających, − obsłuŜyć urządzenia sterujące, − określić zasady ustawiania i fundamentowania obrabiarek skrawających, − wykonać konserwację obrabiarki zgodnie z Dokumentacją Techniczno-Ruchową, − zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska podczas uŜytkowania i obsługiwania obrabiarek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Fizykochemiczne procesy zuŜycia obrabiarek 4.1.1. Materiał nauczania Eksploatacja maszyn obejmuje całość zagadnień związanych z ich uŜytkowaniem, począwszy od momentu zakupu aŜ do zakończenia eksploatacji. Warunkiem racjonalnego uŜytkowania maszyn jest dysponowanie środkami organizacyjnymi i technicznymi, niezbędnymi do zapewnienia pełnej gotowości technologicznej i niezawodności. MoŜna to osiągnąć między innymi przez zapewnienie prawidłowej konserwacji maszyn oraz staranne wykonywanie niezbędnych napraw. Jedną z przyczyn zuŜycia maszyn i urządzeń jest istnienie tarcia w ich zespołach i elementach. Tarcie to zjawiska przeciwdziałające ruchowi względnemu stykających się ze sobą dwóch ciał (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne). W przyrodzie tarcie jest zjawiskiem powszechnym i stanowi podstawową przyczynę niszczenia części maszyn i utraty ich właściwości uŜytkowych. Wywołuje powstawanie ubytku materiału z powierzchni i narastanie zmian w warstwie wierzchniej materiału. Towarzyszą mu: korozja, erozja, odkształcenie plastyczne itp. Tarcie i towarzyszące mu zuŜywanie części maszyn z reguły prowadzą do pogorszenia się jakości powierzchni części trących, co powoduje utratę ich właściwości uŜytkowych lub nawet konieczność wycofania z eksploatacji, a takŜe pęknięcia lub złamania części przy dostatecznie duŜym zmniejszeniu ich przekroju, co zawsze jest przyczyną awarii. Tarcie powoduje straty energii, zuŜywanie powierzchni części współpracujących i wzrost ich temperatury, a takŜe drgania i efekty akustyczne. Nie moŜna uniknąć tarcia, natomiast moŜna je złagodzić przez zmianę jego rodzaju. W urządzeniach mechanicznych tarcie występuje we wszystkich zespołach i mechanizmach ruchowych. MoŜe mieć charakter pozytywny (poŜądany), z czym mamy do czynienia w takich zespołach, jak: sprzęgła cierne, hamulce, niektóre napędy cięgnowe (paski klinowe), przekładnie cierne i inne, lub negatywny, gdy powoduje niepoŜądane opory ruchu, a przez to straty energii i zuŜywanie części współpracujących – np. w łoŜyskach, przekładniach zębatych, prowadnicach i róŜnego rodzaju przegubach. RozróŜnia się tarcie wewnętrzne i zewnętrzne. Tarcie wewnętrzne to opór powstający między elementami jednego ciała. W ciałach stałych tarcie jest uzaleŜnione od właściwości tłumiących materiałów, natomiast w płynach od lepkości. Opory tarcia wewnętrznego wynikają z istnienia sił kohezji (sił wzajemnego przyciągania się cząsteczek ciała) i zaleŜą od swobody przemieszczania się tych cząsteczek. Najmniejsze występują w gazach, a największe w ciałach stałych. Tarcie wewnętrzne występuje równieŜ w cieczy podczas przesuwania względem siebie dwóch ciał oddzielonych całkowicie warstwą cieczy. Nazywa się je tarciem płynnym, gdyŜ jest wywołane oporem wewnętrznym warstwy płynu – środka smarnego. Tarcie zewnętrzne występuje w obszarze styku dwu ciał stałych będących w ruchu lub wprawianych w ruch bez udziału czynnika smarowego. JeŜeli po wierzchnie styku tych ciał są elementami idealnie sztywnymi i pozbawionymi błędów kształtu i chropowatości, to opory tarcia zewnętrznego są wynikiem oddziaływania sił powierzchniowych (adhezji). JeŜeli tarciu podlegają elementy maszyn, to między nimi występują nie tylko oddziaływania o charakterze adhezyjnym, ale równieŜ oddziaływania mechaniczne spowodowane nierównościami współpracujących powierzchni. Stąd opory tarcia zewnętrznego to pokonywanie zarówno sił adhezyjnych, jak i spójności. Na rysunku 1 przedstawiono klasyfikację rodzajów tarcia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Rodzaje tarcia Ze względu na rodzaj styku Ze względu na rodzaj ruchu Ze względu na cechy styku Suche Płynne Graniczne Mieszane Spoczynkowe Ruchowe Ślizgowe Toczne Rys. 1. Rodzaje tarcia [4]. Tarcie spoczynkowe (statyczne) występuje wtedy, kiedy dwa ciała nie przemieszczają się względem siebie i jest równe sile, jakiej naleŜy uŜyć, aby wprowadzić w ruch jedno ciało względem drugiego. Tarcie ruchowe (kinetyczne) występuje wtedy, kiedy dwa ciała ślizgają się lub toczą po sobie. Siła tarcia przeciwstawia się wówczas ruchowi i powstają opory tarcia, których pokonanie wymaga odpowiednich sił. W odróŜnieniu od tarcia spoczynkowego, tarcie ruchowe zawsze wywołuje zuŜycie elementów trących. Dzieli się je na toczne (potoczyste) oraz ślizgowe (posuwiste). Tarcie toczne występuje np. w łoŜyskach tocznych, przekładniach zębatych oraz w układzie koło – szyna. Tocząca się rolka powinna stykać się z teoretycznie gładką powierzchnią. W praktyce rolka ta odkształca się, wywierając pewien nacisk na powierzchnię, która równieŜ ulega odkształceniu. Następują spręŜyste, a niekiedy nawet plastyczne odkształcenia obu materiałów, powodując tzw. styk strefowy elementów. W strefie tej występuje tarcie ślizgowe zewnętrzne na po wierzchni elementów oraz tarcie wewnętrzne w odkształconej warstwie wierzchniej. Źródłem oporów tarcia tocznego są mechaniczno- molekularne oddziaływania, zachodzące na styku elementów podczas ich przetaczania. Tarcie ślizgowe (rys. 2) występuje przy postępowym, postępowo-zwrotnym, obrotowym, obrotowo-zwrotnym lub wiertnym ruchu względnym współpracujących elementów. Rys. 2. Model tarcia ślizgowego [4]. Siła tarcia ślizgowego obliczana jest ze wzoru: NT ⋅= µ [N] gdzie: N – siła dociskająca powierzchnie trące w N, µ – współczynnik tarcia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 Wartość współczynnika tarcia ślizgowego zaleŜy m.in. od rodzaju materiałów oraz od stanu ich powierzchni. W odniesieniu do metali zawiera się ona w granicach 0,10–0,25 (tabl. 1). Tarcie ślizgowe występuje w większości urządzeń mechanicznych. Tabela 1. Wartości współczynnika tarcia suchego niektórych materiałów [4]. Skojarzenie Współczynnik tarcia µ Skojarzenie Współczynnik tarcia µ Stal-Ŝeliwo Stal-stal Stal-mosiądz śeliwo-Ŝeliwo Mosiądz-Ŝeliwo 0,18 0,10 0,15 0,16 0,15 Stal-miedź Stal-polistry Stal-poliamidy Stal-teflon Stal-szkło 0,10 0,11 0,05 0,04 0,08 Warunki pracy poszczególnych mechanizmów maszyn są róŜne i zaleŜą od: − rodzaju tarcia uwarunkowanego rodzajem ruchu (ślizgowe, toczne), kształtu geometrycznego powierzchni trących oraz obciąŜenia, rodzaju tarcia uwarunkowanego smarowaniem lub jego brakiem (suche, płynne, mieszane, graniczne), − obciąŜenia wywołującego napręŜenia wewnętrzne materiału części trących, − prędkości poślizgu lub toczenia, − temperatury otoczenia, − obecności środowiska agresywnego korozyjnie, − wnikania między trące powierzchnie niepoŜądanych ciał obcych, − jakości procesu eksploatacji (tzn. uŜytkowania, obsługiwania i płynami eksploatacyjnymi, takimi jak środki smarne i paliwa), − przepływu prądu elektrycznego (w szczególnych przypadkach). W wyniku zuŜywania części maszyn następuje pogorszenie się stanu technicznego i uŜyteczności maszyn, co objawia się zmniejszeniem ich sprawności mechanicznej, wzrostem temperatury i natęŜenia hałasu podczas pracy maszyny oraz występowaniem nadmiernych drgań na skutek: − tarcia powodującego niszczenie warstwy wierzchniej par trących, − zmęczenia prowadzącego do powstania przełomów w wyniku działania zmiennych obciąŜeń, − korozji przewaŜnie obniŜającej wytrzymałość i zmianę składu warstwy wierzchniej materiału, − erozji, naruszającej powierzchnię poddaną przepływowi czynnika gazowego lub ciekłego. Rys. 3. ZuŜywanie jako proces i zuŜycie jako stan części: j – jednostka zuŜycia (miara), Zj – zuŜycie mierzone jako zmiana masy, wymiarów liniowych lub objętości, 0,1,2,.. stan obiektu w chwili obserwacji [4]. ZuŜywanie to proces zmian stanu części, węzła kinematycznego, zespołu lub całej maszyny powodujący utratę ich właściwości uŜytkowych. Niekiedy jednak zmiany mogą wpływać korzystnie bądź stabilizująco na te właściwości. Na przykład podczas docierania maszyny następuje polepszenie jej właściwości uŜytkowych, chociaŜ moŜe temu towarzyszyć
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 ZuŜywanie części maszyn Mechaniczne Korozyjne Korozyjno-mechaniczne Tarcie Przekroczenie wytrzymałości Korozja chemiczna Korozja elektro-chemiczna Korozja napręŜeniowa Korozja zmęczeniowa Korozja-erozja niewielki ubytek materiału warstw wierzchnich elementów współpracujących. Natomiast zuŜycie to stan poszczególnych części, węzła kinematycznego, zespołu lub maszyny na określonym etapie procesu zuŜywania. Przedstawiono to na rysunku 3 ZuŜywania nie da się uniknąć, ale moŜna i naleŜy je opóźniać. Ze względu na rodzaj oddziałującego czynnika rozróŜnia się zuŜywanie mechaniczne, korozyjne i korozyjno- mechaniczne (rys. 4). Rys. 4. Rodzaje zuŜywania części maszyn [4]. W urządzeniach mechanicznych podstawowymi częściami trącymi są: − łoŜyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowym – tarcie ślizgowe, − łoŜyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowo-zwrotnym (wahadłowym) – tarcie ślizgowe, − prowadnice pracujące w ruchu posuwisto-zwrotnym – tarcie ślizgowe, − przekładnie zębate pracujące z reguły przy tarciu ślizgowo-tocznym, − łoŜyska toczne o róŜnym profilu elementu tocznego i róŜnym kierunku przenoszenia sił (wzdłuŜne, poprzeczne) pracujące przy tarciu tocznym, − napędy krzywkowe pracujące przy tarciu tocznym lub ślizgowym. Trwałość elementów maszyn zaleŜy od tego, czy między współpracującymi powierzchniami występuje tarcie toczne czy ślizgowe. NaleŜy dąŜyć do zmniejszania tarcia ślizgowego przez zastosowanie elementu pracującego w warunkach tarcia tocznego oraz dobór odpowiednich środków smarnych. W wyniku tarcia następuje: − ubytek materiału z powierzchni tarcia, − zmiana właściwości warstwy wierzchniej (zwykle zmniejsza się odporność na zuŜywanie), − pogarszanie jakości powierzchni tarcia, zwiększenie chropowatości, powstanie rys, pęknięć powierzchniowych i jam po wyrwanych cząstkach materiału. Zjawiska cieplne, które towarzyszą tarciu, powodują zmiany strukturalne w warstwach wierzchnich, w związku z czym zmniejsza się ich twardość i wytrzymałość. Przeróbka plastyczna i prawidłowo przeprowadzona obróbka skrawaniem uodparnia tę warstwę przed zuŜywaniem, natomiast tarcie powoduje takie odkształcenia mechaniczne i zmiany termiczne, w wyniku których szybciej się ona zuŜywa. W miarę ubytku materiału z powierzchni, odkształcenie i inne zmiany postępują w głąb materiału. Wskutek deformacji powierzchni, gdy występy nie mają kształtu ostrza, lecz są zaokrąglone, następuje wyrywanie cząstek materiału. Jest to powszechne niemal we wszystkich przypadkach tarcia suchego. Łagodniejsze tarcie to jednocześnie mniejsze zmiany w warstwie wierzchniej i mniejszy ubytek materiału, a więc powolniejszy proces zuŜywania. Dlatego podstawowym zadaniem eksploatatora jest stworzenie takich warunków, w których wartość współczynnika tarcia będzie jak najmniejsza. W praktyce występuje głównie zuŜywanie mechaniczne, które moŜna po dzielić na dwie grupy (rys. 5):
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 − zuŜywanie ustabilizowane, − zuŜywanie nieustabilizowane. Podczas zuŜywania ustabilizowanego ubytek materiału z powierzchni następuje przez cały czas trwania procesu. W przypadku zuŜywania nieustabilizowanego w warstwie wierzchniej elementu przez pewien czas zauwaŜa się jedynie zmiany jakościowe, takie jak zgniot czy narastanie mikropęknięć, a zauwaŜalny ubytek materiału występuje znacznie później. Do zuŜywanie ustabilizowanego zalicza się zuŜywanie: ścierne, przez sczepianie I i II rodzaju, w wyniku utleniania oraz scuffing i fretting (terminy te objaśniono na str. 12). ZuŜywanie ścierne to proces niszczenia warstw wierzchnich elementów współpracujących ze sobą w wyniku skrawającego, bruzdującego, rysującego i ścinającego oddziaływania nierówności powierzchni lub cząstek ciał obcych (ścierniwa) oraz produktów zuŜywania znajdujących się między tymi powierzchniami. Proces ten wywołują: mikroskrawanie, rysowanie, ścinanie i odrywanie nierówności oraz bruzdowanie. ZuŜywanie ścierne to zjawisko typowe dla tarcia suchego. Jego intensywność jest bardzo duŜa. W czystej formie występuje rzadko — np. w przegubach gąsienic pojazdów gąsienicowych lub podczas tarcia elementów roboczych maszyn ziemnych o skrawany grunt. Powierzchnia tarcia przypomina powierzchnię po szlifowaniu zgrubnym, jest czysta, nie ma śladów sczepień ani głębokiego wyrywania. Warstwa wierzchnia jest zazwyczaj odkształcona jedynie spręŜyście. ZuŜywanie przez sczepianie I rodzaju (przez sczepianie tarciowe, adhezyjne) to proces intensywnego niszczenia powierzchni tarcia z plastycznym odkształceniem warstwy wierzchniej. Pojawiają się wówczas miejscowe sczepienia (połączenia) metaliczne obu powierzchni trących oraz następuje ich niszczenie w wyniku odrywania cząstek metalu. Powierzchnia tarcia ma rysy, których kierunek odpowiada kierunkowi ruchu. Takie zuŜywanie występuje przy stosunkowo niewielkich prędkościach względnych, duŜych naciskach i zbyt ubogim smarowaniu. Po zbliŜeniu się występów nierówności powierzchni na odległość działania sił międzyatomowych następuje ich sczepianie tarciowe, a następnie ścinanie tych połączeń. Procesowi temu towarzyszy niezbyt wysoka temperatura, dlatego mówi się o zgrzewaniu na zimno. W jego wyniku następuje zwiększenie chropowatości i powstawanie głębokich wyrw na powierzchniach elementów trących połączone z nalepianiem cząstek metalu, umocnienie warstwy wierzchniej elementów oraz obniŜenie ich wytrzymałości zmęczeniowej. Skuteczną metodą przeciwdziałającą temu procesowi jest obfitsze smarowanie. ZuŜywanie przez sczepianie II rodzaju (przez zrastanie tarciowe, cieplne) występuje podczas intensywnego niszczenia powierzchni metali wskutek tarcia ślizgowego i jest wywołane nagrzaniem strefy tarcia do temperatury zmiękczenia metalu. Występuje w wyniku duŜych nacisków i duŜych prędkości względnych. Warstwa wierzchnia zostaje wyraźnie i głęboko odkształcona. Powierzchnia tarcia jest bardzo chropowata, ma kolor srebrny lub ciemnoniebieski, co świadczy o jej wysokiej temperaturze. Taki wygląd powierzchni wskazuje na brak środka smarnego oraz na zbyt częste i długotrwałe przeciąŜenia powodujące tarcie suche. Wystąpienie pierwszych śladów takiego zuŜycia (spowodowanych np. chwilowym brakiem środka smarnego) utrudnia uzyskanie stabilnej warstwy smarnej, zwanej klinem smarowym. ZuŜycie takie uniemoŜliwia dalszą pracę mechanizmów precyzyjnych, a nawet zespołów maszynowych. Usunięcie skutków zuŜywania cieplnego, nawet w początkowej fazie, wymaga naprawy. ZuŜywanie w wyniku utleniania występuje na skutek reakcji metalu z tlenem, zarówno podczas tarcia ślizgowego, jak i tocznego, i jest typowe dla części obficie smarowanych. Podczas tarcia tocznego towarzyszy mu zawsze zuŜywanie zmęczeniowe (łuszczenie, pitting). Powierzchnia tarcia jest czysta, przewaŜnie błyszcząca, pokryta dość duŜymi, czasem
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 błyszczącymi róŜnobarwnymi plamami – od srebrnej do jasnoniebieskiej lub jasnobrunatnej. Warstwa wierzchnia jest nieznacznie odkształcona. Proces ten występuje w urządzeniach mechanicznych, szczególnie w przypadku tzw. tarcia granicznego. Intensywność procesu jest najmniejsza w porównaniu z innymi rodzajami zuŜywania, zatem naleŜy tworzyć warunki sprzyjające zuŜywaniu przez utlenianie, a eliminować zuŜywanie przez sczepianie. Rys. 5. Grupy i rodzaje zuŜywania mechanicznego metalowych części maszyn w wyniku tarcia [4]. Scufjing (ang. scuff – zdzierać) to gwałtowne zuŜywanie ścierne i adhezyjne, spowodowane przerwaniem warstwy smarnej (w wyniku duŜego obciąŜenia) lub zastosowania zbyt cienkiej warstwy smarnej. Podczas procesu następuje łączenie i rozrywanie połączeń wierzchołków nierówności współpracujących powierzchni. Scuffing moŜe być lekki, umiarkowany i intensywny – przy intensywnym występuje zadzieranie powierzchni współpracujących elementów (pod wpływem ciepła). Scuffing powoduje zachwianie równowagi termicznej i mechanicznej w węzłach tarcia, czego wynikiem jest lawinowy proces zuŜywania. Fretting (ang. frett – wgryzać, strzępić) to zuŜywanie mechaniczne połączeń spoczynkowych poddanych drganiom. W procesie tym występuje jednoczesne oddziaływanie adhezyjne (sczepianie) oraz intensywne utlenianie. PoniewaŜ powierzchnia zuŜyta jest podobna do powierzchni skorodowanej, czasami fretting jest mylnie klasyfikowany jako zuŜywanie korozyjne. ZuŜywanie nieustabilizowane przez łuszczenie (spalling – ang. spali – odprysk) jest procesem dynamicznym, zmęczeniowym, występującym podczas tarcia tocznego przy braku lub niedostatku środka smarnego, np. w przekładniach zębatych i łoŜyskach. Polega na stopniowym narastaniu napręŜeń w warstwie wierzchniej, a następnie tworzeniu i rozprzestrzenianiu się mikropęknięć prowadzących do wypadania cząstek materiału z podłoŜa. Na powierzchniach tarcia powstają kratery i wŜery. Pierwsze mikropęknięcie pojawia się w miejscu największego wytęŜenia materiału w wyniku wielokrotnego działania maksymalnych napręŜeń stycznych. Szybko powstają kolejne mikropęknięcia. W wyniku ich łączenia płatki materiału oddzielają się, pozostawiając wgłębienia w kształcie ściętego stoŜka. Powierzchnia tarcia nie wykazuje śladów mikroskrawania i między wŜerami pozbawiona jest śladów ścierania. Procesowi łuszczenia towarzyszy utlenianie odsłoniętego materiału warstwy wierzchniej. ZuŜywanie gruzełkowe (pitting – ang. pitt – wgłębienie) spowodowane jest tarciem tocznym w obecności środka smarnego. Proces zuŜywania w porównaniu z łuszczeniem ma
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 charakter bardziej intensywny. Wskutek zmęczenia warstwy wierzchniej pod wpływem cyklicznych obciąŜeń powstają mikro szczeliny. W strefach styku czynnik smarujący jest wciskany w te mikroszczeliny pod duŜym ciśnieniem i tworzy kliny smarowe. Przetaczanie się współpracującego elementu tocznego powoduje zamykanie się szczelin z równoczesnym odkształceniem materiału oraz ogromny wzrost ciśnienia czynnika smarującego zamkniętego w szczelinie. W wyniku dynamicznego działania klinów smarowych mikroszczeliny są rozłupywane. Powierzchnia tarcia ma dość gęsto rozłoŜone ślady wyrwań, z reguły w kształcie koła. Między wgłębieniami powierzchnia jest gładka, bez śladów sczepień adhezyjnych. Kratery pittingowe (miejsca wyrwań) są niebezpieczne — tworzą karby i mogą być źródłem pęknięć zmęczeniowych. Pitting występuje najczęściej w łoŜyskach tocznych, napędach krzywkowych i przekładniach zębatych. Rozpatrzmy teraz proces zuŜywania mechanicznego. W przypadku tarcia ślizgowego powodującego zuŜywanie ścierne, adhezyjne, erozyjne i fretting wyodrębnia się trzy typowe okresy: − docieranie, − zuŜywanie umiarkowane – normalna praca, zwykle o stałej intensywności, − zuŜywanie awaryjne (patologiczne). Proces zuŜywania części współpracujących dla wymienionych rodzajów zuŜywania przedstawiono na rysunku 6. Rys. 6. Proces zuŜywania ustabilizowanego współpracujących części wskutek tarcia lub erozji: 1 – zuŜycie podczas tarcia ślizgowego, 2 – nośność powierzchni (zdolność do przenoszenia obciąŜenia) podczas tarcia ślizgowego, 3 – intensywność zuŜywania podczas tarcia ślizgowego, 4 – zuŜycie podczas tarcia tocznego, I, II, III – odpowiednio: docieranie, okres normalnej pracy i przekroczenie dopuszczalnego luzu pary trącej: Z – zuŜycie, I – intensywność zuŜywania [4]. Okres I, zwany docieraniem, jest stosunkowo krótki, a zarazem bardzo waŜny dla prawidłowego działania urządzenia. Następuje wówczas dogładzanie i dopasowywanie się współpracujących powierzchni. W początkowej fazie ubytki materiału są dość intensywne. W końcu okresu rzeczywista powierzchnia styku obu części powiększa się, maleje intensywność zuŜywania oraz stabilizuje się stan napręŜeń i odkształceń w warstwie wierzchniej. Okres II to normalna praca elementów maszyn. Charakteryzuje się powolnym przebiegiem zachodzących zjawisk oraz zmniejszoną i prawie stałą intensywnością zuŜywania. Trwałość części maszyn określa się na podstawie tego okresu. Okres III zaczyna się w chwili, gdy następuje przekroczenie dopuszczalne go luzu danej pary trącej. Wówczas występuje zakłócenie normalnej współpracy części, co objawia się stukami, nadmiernym nagrzewaniem się, obniŜeniem sprawności mechanicznej, wzrostem zuŜycia środka smarnego, obniŜeniem dokładności oraz sztywności połączenia. Dalsza eksploatacja w tych warunkach powoduje zniszczenie lub awarię pary trącej.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 W przypadku tarcia tocznego zmiany zachodzące w okresie docierania i zuŜywania normalnego, wywołane zgniotem materiału warstwy wierzchniej, są w zasadzie niezauwaŜalne. Wskutek zmian zmęczeniowych w tej warstwie, po pewnym czasie następuje wypadanie z niej cząstek materiału (pitting lub łuszczenie), co jest początkiem zuŜywania lawinowego, awaryjnego. Długość oraz intensywność poszczególnych okresów zuŜywania zaleŜą od: − cech konstrukcyjnych współpracujących części, kształtu ich powierzchni, rodzaju materiałów, obciąŜenia i smarowania, − cech technologicznych współpracujących części: rodzaju ostatecznej obróbki, jakości obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej, chropowatości powierzchni i jakości montaŜu, − cech eksploatacji: prawidłowego uŜytkowania, konserwacji oraz obsługi między naprawami. Zupełnie inaczej przebiega zuŜywanie w wyniku łuszczenia (spallingu) oraz zuŜywania gruzełkowego (pittingu). RozwaŜmy jak przebiega zuŜywanie mechaniczne wskutek przekroczenia wytrzymałości doraźnej lub zmęczeniowej. Dotychczasowe rozwaŜania dotyczyły procesów zuŜywania przede wszystkim warstwy wierzchniej części. Niszczenie mechaniczne powstaje nie tylko w wyniku tarcia, lecz równieŜ na skutek odkształceń plastycznych i zmęczenia. Odkształcenia trwałe, powodujące uszkodzenia elementów maszyn, powstają w wyniku działania obciąŜeń statycznych i dynamicznych, których wartości przekraczają granicę spręŜystości materiału. Powstają one równieŜ po osiągnięciu przez materiał granicznej liczby cykli zmęczeniowych przy obciąŜeniach zmiennych, których wartość nie przekracza granicy spręŜystości materiału. Niszczeniem zmęczeniowym materiału nazywa się zmiany występujące w nim podczas działania okresowo zmiennych odkształceń lub napręŜeń, które powodują zmniejszenie wytrzymałości i trwałości, a nawet całkowite zniszczenie. Najczęściej jest to awaryjny przypadek niszczenia i dlatego części maszyn projektuje się z duŜym zapasem wytrzymałości zmęczeniowej. Wartości obciąŜeń i napręŜeń podczas pracy maszyn zmieniają się cyklicznie. Powoduje to spadek wytrzymałości materiału. Elementy konstrukcyjne pękają wskutek zmęczenia materiału. Pęknięcia te często są niezauwaŜalne, a więc zniszczenie następuje niespodziewanie. Pęknięcia zmęczeniowe zwykle powstają w miejscach gwałtownego wzrostu napręŜeń wywołanych obecnością karbów (o charakterze konstrukcyjnym lub technologicznym – pory, wtrącenia, nacięcia, rysy powierzchniowe, korozja, podtoczenia, nawiercenia, nagłe zmiany przekroju elementu konstrukcyjnego). Pęknięcia zaczynają się zwykle na powierzchni i stopniowo postępują w głąb materiału, aŜ osiągną przekrój krytyczny elementu. Jeśli przekrój ten zostanie dostatecznie osłabiony, następuje nagłe pęknięcie elementu. W przełomach zmęczeniowych moŜna wyróŜnić dwie strefy. Pierwsza, nazywana strefą zniszczenia zmęczeniowego, ma zwykle powierzchnię gładką, często błyszczącą. Druga – strefa przełomu zmęczeniowego — ma wygląd bardziej gruboziarnisty; powstaje nagle, w ostatnim okresie pracy elementu, i nazywa się strefą doraźną lub strefą dołamania. Wytrzymałość zmęczeniową moŜna zwiększyć przez: − wyeliminowanie ostrych przejść i podcięć oraz obszarów gwałtownego spiętrzenia napręŜeń (w tym celu stosuje się zaokrąglenia i opływowe kształty, które zapewniają łagodne, stopniowe zmiany napręŜeń w przekrojach elementu), − unikanie ostrych rys podczas obróbki powierzchni, − zapobieganie w trakcie obróbki odwęgleniu powierzchni, − kontrolowanie lub zapobieganie korozji, erozji i agresji chemicznej podczas pracy urządzenia,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 − zmianę konstrukcji polegającą na eliminowaniu połączeń pasowanych na wcisk, kołków i innych części łączących, które zawsze wywołują zaburzenia w makroskopowym stanie napręŜeń, − wywołanie odpowiedniego zgniotu w warstwie wierzchniej, szczególnie w miejscach spiętrzenia napręŜeń (powierzchnie elementu poddaje się krąŜ kowaniu, śrutowaniu, młotkowaniu lub innego rodzaju obróbce plastycznej). Kolejnym sposobem zuŜycia jest zuŜywanie korozyjne. Korozja to niszczenie metali pod wpływem chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem. Przebiega ona z róŜną intensywnością, zaleŜną od warunków eksploatacji metalu oraz jego składu i struktury. Korozji ulegają prawie wszystkie metale techniczne z wyjątkiem złota, srebra i platyny. Niszczenie korozyjne towarzyszy eksploatacji wszystkich maszyn i urządzeń mechanicznych, a straty nim spowodowane niekiedy wielokrotnie przewyŜszają skutki zuŜywania mechanicznego. Odrębnym problemem jest bezpieczeństwo pracy urządzeń naraŜonych na korozję, których awaria moŜe mieć szczególnie niebezpieczne skutki. Dotyczy to części samolotów, turbin, reaktorów ciśnieniowych, mostów itp. Korozja chemiczna to niszczenie metali w wyniku działania na nie suchych gazów lub cieczy nieprzewodzących prądu elektrycznego (np. chlorowców, siarki). Warstwa korozyjna powstaje w wyniku zaadsorbowania gazu, który następnie zostaje zdysocjowany dzięki powinowactwu z metalem lub wskutek podwyŜszenia temperatury. Zdysocjowany gaz wchodzi w reakcję z metalem, tworząc na jego powierzchni cienką warstwę związku chemicznego. Warstwy powstające z produktów korozji mogą szczelnie i trwale przylegać do powierzchni metalu lub łatwo od niej odpryskiwać. W pierwszym przypadku produkty korozji stanowią ochronę przed dalszym agresywnym działaniem środowiska, w drugim zaś metal szybko ulega zniszczeniu, poniewaŜ warstwy odpryskujące odsłaniają nowe jego powierzchnie, które następnie korodują. Korozja elektrochemiczna to niszczenie metalu wskutek zetknięcia się go z wodą lub roztworem, które mogą stanowić elektrolit przewodzący prąd między lokalnymi ogniwami znajdującymi się na powierzchni metalu. Tworzeniu się tych ogniw sprzyjają zanieczyszczenia występujące w metalach oraz niejednorodność ich składu chemicznego i struktury. W wyniku działania ogniwa pod wpływem tlenu następują zmiany chemiczne materiału (np. Ŝelaza w wodorotlenek Ŝelaza). Wstrzymanie dopływu tlenu, podobnie jak usunięcie elektrolitu, powoduje zatrzymanie korozji. Korozja elektrochemiczna bardzo agresywnie atakuje metale, szczególnie Ŝelazo i jego stopy. Objawem zniszczenia korozyjnego moŜe być rdzewienie (np. na skutek utleniania), pękanie lub spadek wytrzymałości mechanicznej albo ciągliwości metali. Ze względu na wygląd zewnętrzny metali lub zmianę ich właściwości fizycznych, proces korozji moŜna podzielić na cztery grupy: 1. Korozja równomierna obejmuje całą powierzchnię materiału. Do tej grupy zalicza się rdzewienie Ŝelaza i matowienie (utlenianie powierzchniowe) srebra. 2. Korozja wŜerowa występuje tylko w pewnych miejscach w postaci plam lub wŜerów często sięgających głęboko w materiał. NaraŜone są na nią metale, na które działa szybko przepływająca ciecz, stąd nazywa się ją teŜ korozją uderzeniową lub korozjo-erozją. 3. Odcynkowanie (rodzaj korozji, któremu ulegają stopy cynku) i korozja selektywna (parting). 4. Korozja międzykrystaliczna, lokalna, przebiegająca na granicy ziaren metalu, powoduje spadek jego wytrzymałości i ciągliwości. Postępuje ona bardzo szybko, atakując głębiej połoŜone warstwy, co czasem jest przyczyną katastrofalnych zniszczeń. Korozja międzykrystaliczna występuje często w nieprawidłowo obrabianej cieplnie stali kwasoodpornej i duralowych stopach aluminium (4% Cu).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 Kolejnym rodzajem zuŜycia jest zuŜywanie korozyjno-mechaniczne, spowodowane korozją oraz mechanicznym oddziaływaniem współpracujących elementów. Ze względu na specyfikę czynnika mechanicznego moŜna wyróŜnić trzy główne procesy określające mechanizm tego zuŜywania: 1. Korozja napręŜeniowa jest wynikiem jednoczesnego działania statycznych napręŜeń rozciągających oraz środowiska. Następstwem jej są pęknięcia części maszyn. W procesie wyróŜnia się: − okres początkowy – następuje przebicie warstewki ochronnej materiału; uszkodzenia mają charakter elektrochemiczny, − okres rozprzestrzeniania pęknięć – przebiega bardzo szybko i głównie na drodze mechanicznej, − okres lawinowego niszczenia. 2. Korozja zmęczeniowa jest wynikiem współdziałania korozji elektrochemicznej i zmiennych napręŜeń spowodowanych powstawaniem ostrych wŜerów przechodzących w pęknięcia wypełnione produktami korozji. Jednoczesne działania napręŜeń cyklicznych i agresywnego środowiska ciekłego obniŜają wytrzymałość stali na zmęczenie od 1,5 do 10 razy. NapręŜenia zmienne powstające w wyniku obciąŜeń cyklicznych wywołują korozję międzykrystaliczną i śródkrystaliczną. Uszkodzenie spowodowane korozją zmęczeniową jest znacznie większe niŜ suma uszkodzeń wynikających z samego napręŜenia zmiennego i korozji elektrochemicznej. 3. ZuŜywanie erozyjne (odmiana zuŜywania korozyjno-erozyjnego) to proces niszczenia warstwy wierzchniej elementów maszyn polegający na powstawaniu ubytków materiału w wyniku oddziaływania cząstek ciał stałych, cieczy i gazów o duŜej energii kinetycznej lub prądu elektrycznego. Występuje przede wszystkim w maszynach przepływowych i wynika z przemieszczania się z duŜą prędkością czynnika roboczego (w dyszach silników rakietowych, silnikach helikopterów, filtrach cyklonowych, instalacjach do przeróbki ropy naftowej) oraz w maszynach elektrycznych. Charakter zuŜywania erozyjnego zaleŜy od warunków, w jakich występuje ubytek materiału. Przeciwdziałanie zuŜywaniu części maszyn polega na stworzeniu moŜliwości złagodzenia owych procesów. Na przykład zamiast zuŜywania wskutek sczepiania pierwszego rodzaju węzły tarcia naleŜy zaprojektować tak, aby zuŜywanie następowało w wyniku utleniania. JuŜ na etapach projektowania i wytwarzania urządzenia naleŜy: − właściwie dobrać pary trące i materiały do ich wyprodukowania, − właściwie zaprojektować układy smarowania, − zapewnić odpowiednią jakość warstw wierzchnich współpracujących części, − prawidłowo dobrać pary montaŜowe i zapewnić czysty montaŜ, − zapewnić odpowiednią regulację. Powszechnie stosuje się metody fizycznego i chemicznego nanoszenia twardych, cienkich warstw na współpracujące powierzchnie. Według dotychczasowe go stanu wiedzy im twardsza jest warstwa wierzchnia, tym jest ona odporniejsza na zuŜywanie ścierne. Materiałami stosowanymi na te warstwy są: TiN, TiC, Al2O3, syntetyczny diament oraz róŜne kompozycje wielowarstwowe wymienionych i innych związków. Podczas eksploatacji naleŜy zapewnić: − ciągłość smarowania (utrzymanie warunków tarcia płynnego), co zmniejsza opory ruchu, − właściwą regulację, − ochronę przed korozją, − unikanie przeciąŜeń, − właściwą temperaturę pracy par ruchowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie są rodzaje tarcia? 2. Jakie są rodzaje korozji? 3. Jakie są okresy zuŜywania współpracujących części? 4. Jaki jest ogólny podział zuŜycia maszyn? 5. Jak przeciwdziałać zuŜyciu? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dokonaj analizy zuŜycia części, na podstawie próbek uszkodzonych elementów maszyn. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin zestawu próbek uszkodzeń, 2) przeanalizować swoje spostrzeŜenia, 3) przedstawić je nauczycielowi. WyposaŜenie stanowiska pracy: − zestaw próbek, − mikroskop warsztatowy − arkusze papieru, − mazaki. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) sklasyfikować rodzaje tarcia? 2) zanalizować proces zuŜywania ustabilizowanego współpracujących części? 3) określić proces zuŜywania nieustabilizowanego współpracujących części? 4) zanalizować warunki pracy mechanizmów maszyn? 5) rozróŜnić zuŜycie korozyjne?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 4.2. Smarowanie części maszyn 4.2.1. Materiał nauczania Smarowaniem nazywa się wprowadzenie substancji smarującej między powierzchnie trące oraz związane z tym przekształcenie tarcia suchego w płynne lub mieszane. Racjonalne smarowanie, oprócz znacznego zmniejszenia intensywności tarcia i przedłuŜenia trwałości maszyn, przyczynia się takŜe do zwiększenia sprawności mechanicznej. Spośród wielu funkcji środków smarnych naleŜy wymienić przede wszystkim: − zmniejszenie oporów tarcia, co zmniejsza straty energii oraz zuŜycie urządzeń, − usuwanie zanieczyszczeń ze współpracujących powierzchni, − ochronę przed korozją, − odprowadzenie ciepła z obszaru tarcia, − amortyzację drgań i obciąŜeń uderzeniowych, − zmniejszanie luzów i skutków ich powiększania się w połączeniach ruchowych. Smarami nazywamy płynne bądź stale substancje stosowane do oddzielania trących powierzchni mechanizmów, w celu zmniejszenia ich zuŜycia i zmniejszenia oporów tarcia, a co za tym idzie zmniejszenia rozproszenia energii. Przez wprowadzenie pomiędzy powierzchnie trące oleju lub smaru dąŜy się do zamiany tarcia suchego na znacznie mniejsze tarcie płynne. Środki smarne stosowane w eksploatacji urządzeń mechanicznych moŜna podzielić następująco: 1. ze względu na przeznaczenie: − płynne silnikowe (oleje silnikowe), − płynne przekładniowe (oleje przekładniowe), − płynne wrzecionowe (oleje wrzecionowe), − smary plastyczne do łoŜysk ślizgowych i tocznych, − środki smarne specjalne, 2. ze względu na konsystencję: − płynne (ciecze, gazy), np. olej, powietrze, − smary plastyczne, − stałe, np. grafit, dwusiarczek molibdenu (MoS2), 3. ze względu na pochodzenie: − mineralne – otrzymywane z ropy naftowej, − organiczne – otrzymywane z tłuszczów organicznych, np. olej rzepakowy; ich wadą jest to, Ŝe ulegają starzeniu, zaletą zaś biodegradowalność, − syntetyczne – otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej. Najkorzystniejsze warunki smarowania uzyskuje się dzięki środkom smarnym płynnym – olejom. Stosuje się je do części silnie obciąŜonych, pracujących z duŜą prędkością obrotową, kiedy to wydzielają się znaczne ilości ciepła. W innych przypadkach – oraz gdy nie moŜna ze względów konstrukcyjnych zastosować zamkniętej obudowy – stosuje się smary plastyczne. Do smarów tych często dodaje się środki smarne stałe, tworzące na powierzchniach trących cienkie warstwy odporne na duŜe naciski. Środki stałe są odporne na duŜe naciski, wysoką temperaturę i są chemicznie stabilne. W róŜnych warunkach obciąŜenia, określonych przez naciski jednostkowe (napręŜenia stykowe) i względną prędkość ślizgania, mogą zaistnieć róŜne rodzaje współpracy węzła ruchowego (rys.7). Tarcie suche występuje wtedy, gdy między współpracującymi powierzchniami nie ma Ŝadnych ciał obcych, np. środka smarnego lub wody. Jest ono bardzo intensywne podczas
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 ślizgania się materiałów chropowatych. Podczas tarcia ślizgowego na sucho wydziela się zawsze duŜo ciepła, które nagrzewa do wysokiej temperatury warstwę wierzchnią części trących, powodując znaczny spadek jej wytrzymałości i wzrost intensywności zuŜywania. W skrajnych przypadkach występuje zatarcie, czyli trwałe połączenie współpracujących części, co unieruchamia węzeł ruchowy. Tarcie płynne występuje wtedy, gdy powierzchnie tarcia są rozdzielone warstwą środka smarnego w postaci smaru plastycznego, cieczy lub gazu. Wówczas tarcie zewnętrzne elementów zostaje zastąpione tarciem wewnętrznym (płynnym) czynnika smarującego. Wówczas siła tarcia zaleŜy wyłącznie od właściwości środka smarnego, a nie od właściwości powierzchni współpracujących. Wartość współczynnika tarcia płynnego (a więc i opory ruchu) jest wielokrotnie mniejsza od wartości współczynnika tarcia suchego i zaleŜy od grubości warstwy cieczy smarującej, jej lepkości oraz od prędkości względnej elementów trących. Dla olejów wynosi 0,08–0,005. Tarcie płynne moŜna uzyskać przez smarowanie hydrostatyczne lub hydrodynamiczne, które zapewnia istnienie trwałej warstwy smarnej. ZuŜywanie elementów maszyn podczas tarcia płynnego jest mniej intensywne niŜ w przypadku innych rodzajów tarcia. Tarcie graniczne powstaje wówczas, gdy powierzchnie trące są pokryte środkami smarnymi zawierającymi substancje powierzchniowo czynne, które tworzą na powierzchniach elementów warstwy wyjątkowo odporne na duŜe naciski i trwale z nimi połączone. Zapobiega to powstawaniu tarcia suchego nawet przy nieciągłym dopływie środka smarnego. Tarciem mieszanym nazywa się zjawisko występowania róŜnych rodzajów tarcia w strefie styku elementów trących, z wyodrębnionymi mikroobszarami styku (np. w jednym mikroobszarze występuje tarcie suche, a w pozostałych tarcie graniczne lub płynne). Tarcie w makroobszarze styku jest wypadkową rodzajów tarcia w poszczególnych mikroobszarach. Rodzaj tarcia wpływa na trwałość i niezawodność urządzeń mechanicznych. Podczas eksploatacji ze względu na konieczność utrzymania dostatecznie duŜej trwałości urządzeń bardzo waŜne jest dąŜenie do zmiany tarcia suchego na inne, najlepiej płynne. W tym celu naleŜy odpowiednio uŜytkować urządzenia mechaniczne oraz prawidłowo wykonywać czynności smarownicze, stosując zalecane środki smarne. Wówczas zmniejsza się intensywność zuŜycia oraz liczbę nieprzewidzianych awarii (zatarć), a wydłuŜa okresy bezusterkowej pracy urządzeń. Rys. 7. Rodzaje tarcia w obecności środków smarnych: a) suche, b) graniczne, c) mieszane, d) płynne; 1 – warstwy graniczne, 2 – styk suchy, 3 – mikro-klin smarowy, h – grubość filmu olejowego [4]. Najkorzystniejsze warunki pracy występują wtedy, kiedy obie powierzchnie są w pełni rozdzielone warstwą oleju, tzw. filmem olejowym (rys. 7d). Wówczas występuje tarcie płynne, w którym opory ruchu są najmniejsze w po równaniu z przypadkami a), b) i c). Jak widać, najkorzystniejsza jest zamiana tarcia zewnętrznego ciał stałych (a) na tarcie wewnętrzne cieczy smarowej (d). Wtedy tarcie występuje wewnątrz cieczy, a opory ruchu muszą pokonać jedynie słabe siły przyciągania międzycząsteczkowego (molekuł) cieczy. W zasadzie nie występuje zuŜywanie wskutek tarcia (z wyjątkiem pittingu), poniewaŜ nie ma bezpośredniego styku między ciałami stałymi. Jeśli nie moŜna „wywołać” w węźle tarcia płynnego, to moŜna zastąpić je tarciem granicznym lub mieszanym (rys. 7 b i c). Zatem dobre smarowanie węzła ruchowego polega na zapewnieniu w nim tarcia płynnego. Małe opory
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 ruchu i brak bezpośredniego styku stwarzają korzystne warunki współpracy części, charakteryzujące się brakiem zuŜywania i zacierania. ZaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia podano w tablicy 2. Tabela 2. ZaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia [4]. Charakterystyka warstwy środka smarnego Rodzaj tarcia Współczynnik tarcia ślizgowego Brak warstwy adsorpcyjnej suche powyŜej 0,2 Warstwy adsorpcyjne mono- lub polimolekularne środków smarnych, płynów, pary wodnej itp., tlenków, siarczków, itp., graniczne 0,2–0,04 Warstwy środka smarnego o grubości mniejszej od wysokości mikronierówności trących się powierzchni, mieszane 0,2–0,08 Warstwy środka smarnego o grubości większej od wysokości mikronierówności trących się powierzchni, płynne 0,08–0,005 a nawet mniej W obrabiarkach są stosowane układy smarowania indywidualne, centralne albo mieszane. W układzie indywidualnym kaŜdy punkt smarowania ma własny zbiornik smaru. Układ centralny jest wyposaŜony w jeden zbiornik smaru (oleju) oraz w urządzenia do jego rozprowadzania. Natomiast w układzie mieszanym są stosowane obydwa sposoby smarowania. Bardzo często podstawowe zespoły robocze obrabiarki są smarowane centralnie, a pozostałe elementy i mechanizmy indywidualnie. Układy smarowania obrabiarek są przystosowane do działania opartego na zasadzie: − smarowania grawitacyjnego, w którym olej spływa do smarowanych powierzchni na skutek grawitacji, − smarowania dynamicznego, w którym olej dostaje się do smarowanych powierzchni na skutek ruchu współpracujących elementów roboczych, np. powierzchni nośnych ślizgowych łoŜysk hydrodynamicznych, albo rozbryzgowego działania obracających się kół zębatych lub specjalnego elementu rozbryzgowego, − smarowania pod ciśnieniem, w którym olej jest dostarczany do powierzchni smarowanych przez układ smarowania zawierający pompę oraz urządzenia rozprowadzające i dozujące. Rys. 8. Tworzenie się klina smarnego w łoŜyskach ślizgowych oraz przykłady panwi ułatwiających jego powstawanie: a) klin smarny z podanym rozkładem wytworzonego w nim ciśnienia, b) łoŜysko z czterema powierzchniami nośnymi w panwi stałej przeznaczone do pracy w obu kierunkach obrotu, c) łoŜysko z panwią odkształcalną (trzypunktowe) Mackensena [6].
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 ŁoŜyska ślizgowe, w których tarcie płynne jest uzaleŜnione od prędkości wału, są nazywane łoŜyskami hydrodynamicznymi. W łoŜyskach takich przy prędkości obrotowej wału mniejszej od granicznej (np. przy rozruchu czy hamowaniu) występuje niekorzystne zjawisko tarcia mieszanego. W celu uniknięcia tej wady stosuje się łoŜyska hydrostatyczne, w których czop wału jest utrzymywany w połoŜeniu współosiowym z panwią w kaŜdych warunkach pracy łoŜyska. Jest to moŜliwe dzięki ciśnieniu warstwy oleju dostarczanego do komór nośnych łoŜyska przez pompę zasilającą. Zasadę działania łoŜyska hydrostatycznego przedstawiono na rysunku 9 Rys. 9. Zasada działania łoŜyska hydrostatycznego promieniowego wraz ze schematem zasilania i rozkładem ciśnienia w łoŜysku nieobciąŜonym (A) oraz obciąŜonym siłą poprzeczną F (B): przekrój poprzeczny, b) przekrój wzdłuŜny [6]. 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaki jest podział środków smarnych? 2. Jakie znasz rodzaje tarcia w obecności środków smarnych? 3. Jakie znasz rodzaje smarowania? 4. Co rozumiesz pod nazwą „klin smarny”? 5. Jaka jest zasada działania łoŜyska hydrostatycznego? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dobierz środki smarne i dokonaj smarowania obrabiarek w Twoim warsztacie szkolnym. Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z DTR wybranych obrabiarek, 2) zapoznać się z tablicami olejów i smarów oraz ich zastosowaniem, 3) wybrać materiały smarne i porównać ze wskazaniami zawartymi w DTR, 4) zaprezentować i uzasadnić swój wybór nauczycielowi, 5) dokonać smarowania obrabiarek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 WyposaŜenie stanowiska pracy: – DTR obrabiarek – tablice z materiałami smarnymi, – materiały smarne. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj tarcie w łoŜysku hydrostatycznym i dokonaj pomiaru jego sztywności. Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować tarcie występujące w łoŜysku hydrostatycznym, 2) dokonać pomiaru sztywności łoŜyska nie będącego w ruchu, 3) dokonać pomiaru sztywności łoŜyska będącego w ruchu, 4) zanalizować wyniki pomiarów, 5) przedstawić swoje spostrzeŜenia nauczycielowi. WyposaŜenie stanowiska pracy: – dokumentacja łoŜyska hydrostatycznego, – stanowisko do pomiaru sztywności łoŜyska hydrostatycznego, – papier, – pisaki. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1. określić, jakie są funkcje środków smarnych? 2. sklasyfikować środki smarne? 3. przewidzieć zaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia? 4. rozróŜnić smarowanie hydrostatyczne i hydrodynamiczne? 5. określić wady i zalety łoŜysk hydrostatycznych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 4.3. ZuŜycie i obsługiwanie eksploatacyjne obrabiarek 4.3.1. Materiał nauczania Właściwości urządzeń zmieniają się pod wpływem samorzutnie zachodzących procesów oraz zewnętrznych oddziaływań. Część zmian ma nieodwracalny charakter i powoduje zniszczenie urządzeń. Proces ten, zwany zuŜyciowo-starzeniowym lub zuŜywaniem fizycznym, moŜna jedynie opóźniać stosując zabiegi konserwacyjne i remonty. MoŜe się zdarzyć, Ŝe przed osiągnięciem stanu zuŜycia fizycznego obrabiarka staje się bezuŜyteczna wskutek postępu technicznego i naleŜy wycofać ją z eksploatacji. Nazywamy to starzeniem (zuŜyciem) ekonomicznym lub – mniej trafnie – moralnym. Proces ten moŜna opóźnić modernizując obrabiarki, ale tylko do granic opłacalności tego zabiegu. UŜytkownicy powinni mieć moŜliwość oceny wielkości zmian, by móc określić stan obrabiarki. Stan ten jest określany na podstawie analizy zbioru chwilowych wartości cech, które moŜna nazwać cechami stanu. Ocenie podlega stan techniczny oraz eksploatacyjny. Stan techniczny obrabiarki zmienia się nieustannie, co oznacza, Ŝe moŜna wyróŜnić nieskończenie wiele stanów. W praktyce nie ma potrzeby określania wszystkich stanów; w najprostszym przypadku wystarczy wyróŜnić dwa: − stan zdatności – kiedy obrabiarka działa poprawnie, − stan niezdatności – gdy obrabiarka nie moŜe wykonywać załoŜonych zadań. Niekiedy wygodniej stosować podział na trzy stany: − zdatności (stan dobry), − częściowej zdatności (stan dopuszczalny, tolerowany), − niezdatności (stan niedopuszczalny). Obrabiarki podlegają procesowi zuŜywania się. Procesowi temu podlegają zwłaszcza te elementy i zespoły, które podczas procesu roboczego wykonują określone ruchy. Typowy przebieg zuŜywania się współpracujących ze sobą elementów maszyn przedstawiono na rysunek. 10. Rys. 10. Wykres zuŜywania się współpracujących elementów maszyn [6]. Zmiany stanu technicznego obrabiarki są skutkiem rozmaitych procesów destrukcyjnych, takich jak: starzenie, zuŜywanie zmęczeniowe, obciąŜenia udarowe itp., wywołujących odkształcenia plastyczne i spręŜyste, przepalenia, stopienia oraz utratę wewnętrznej spójności tworzywa elementów obrabiarki. Zmiany wymiarów i przełomy powodują zmianę wzajemnego połoŜenia elementów, co z kolei jest przyczyną nieprawidłowości działania (niesprawności, niewydolności, niezadziałania), wynikających z niewłaściwego przebiegu pracy i ruchów roboczych. Zmiany (odwracalne lub nieodwracalne) stanu technicznego obrabiarki moŜna podzielić na: − krytyczne (bardzo istotne) – zagraŜające Ŝyciu i zdrowiu ludzi oraz środowisku naturalnemu, − graniczne (istotne) – zagraŜające utracie wydajności pracy obrabiarki,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 − dopuszczalne (mniej istotne) – zagraŜające racjonalnemu sposobowi wykorzystania obrabiarki. Zmiany wartości cech stanu technicznego wynikają przede wszystkim z dokonujących się w obrabiarce procesów destrukcyjnych, np. zuŜycia elementu w wyniku tarcia oraz związanej z tym zmiany cech uŜytkowych, np. mocy uŜytecznej (rys. 11). Zmiany stanu technicznego wskutek procesów destrukcyjnych (rys. 11 a) określamy jako: dopuszczalne – np. ze względu na kojarzone wymiary, graniczne – np. ze względu na moŜliwość dokonania zabiegu regeneracyjnego oraz krytyczne – ze względu na nagły, niekontrolowany wzrost intensywności zuŜywania, stwarzające zagroŜenie dla elementu i obrabiarki jako całości. Mogą one spowodować wystąpienie odpowiednio: usterek, uszkodzeń i zniszczeń. Rys. 11. Przebieg zmian zuŜycia Z obrabiarki w czasie t (a) oraz związane z tym zmiany mocy uŜytecznej P (b) [4]. Biorąc pod uwagę moc uŜyteczną (rys. 11 b) wyróŜnić moŜna stany uŜytkowe dopuszczalne – w granicach przewidzianej tolerancji mocy uŜytkowej, graniczne – np. ze względu na niedopuszczalny spadek mocy umoŜliwiający tylko bieg jałowy i krytyczne – np. kiedy następuje unieruchomienie całej obrabiarki. Wówczas moŜe wystąpić odpowiednio: niesprawność, niewydolność lub niezadziałanie obrabiarki. JeŜeli Ŝadna z cech stanu technicznego obrabiarki nie osiągnęła wartości dopuszczalnej, to jest ona sprawna technicznie. Oznacza to, Ŝe jej właściwości techniczno–eksploatacyjne odpowiadają załoŜonym podczas konstruowania i wytwarzania, i Ŝe moŜe ona realizować wszystkie funkcje zgodnie z przeznaczeniem. Gdy jakaś cecha, np. moc, osiągnie wartość dopuszczalną lub ją przekroczy, urządzenie nadal moŜe spełniać zasadnicze funkcje robocze, tzn. jest w stanie zdatności. Jednak biorąc pod uwagę inne kryteria, które nie w pełni odpowiadają załoŜonym, obrabiarka będzie niewydolna technicznie.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Stan eksploatacyjny obrabiarki określa to, co aktualnie dzieje się z nią podczas eksploatacji. WyróŜnia się następujące podstawowe stany eksploatacyjne: − uŜytkowania aktywnego, − przechowywania, − konserwacji długoterminowej, − konserwacji stałej, − przekazania, − remontu głównego, − remontu średniego, − remontu bieŜącego, − obsługi bieŜącej, − likwidacji, − transportu. W ramach tego zbioru moŜna wyróŜnić dwa podzbiory: − I – Stany od 1 do 5 dotyczą uŜytkowania (aktywnego i pasywnego). − II – stany od 6 do 11 dotyczą obsługiwania. W stanach 1–5 (eksploatacyjnych) obrabiarka ma być technicznie sprawna. W stanach 6–10 (eksploatacyjnych) przywraca się jej pełną sprawność. Zmiany stanów technicznych i eksploatacyjnych są wzajemnie zaleŜne. Proces eksploatacji to na przemienne zmiany stanów technicznych i eksploatacyjnych. Uszkodzenie obrabiarki to zdarzenie losowe, powodujące, Ŝe obrabiarka czasowo lub na stałe traci stan zdatności i przechodzi do stanu częściowej zdatności lub do niezdatności. Uszkodzenie następuje wtedy, gdy wartości parametrów określających obciąŜenie obiektu (elementu, podzespołu, zespołu) przekraczają jego graniczne wartości wytrzymałości (odporności). Uszkodzenie z definicji jest więc zdarzeniem niezamierzonym (pomijając uszkodzenia celowe). Czasami spotyka się definicję zawęŜoną: uszkodzenie to przejście obrabiarki pracującej według modelu dwustanowego ze stanu zdatności do stanu niezdatności. PoniewaŜ często rozpatruje się modele pracujące w kilku stanach, naleŜy zdefiniować uszkodzenia równieŜ dla takich modeli. UmoŜliwia to klasyfikację uszkodzeń. RozwaŜymy przypadek, gdy wartość obciąŜenia zewnętrznego stopniowo zwiększa się i/lub wytrzymałość obrabiarki stopniowo się pogarsza do chwili, aŜ wystąpi uszkodzenie. Są to uszkodzenia stopniowe. Innym przypadkiem jest nagła (niespodziewana) zmiana obciąŜenia lub nagły spadek wytrzymałości obrabiarki (w wyniku starzenia lub zmęczenia materiału). Wówczas mówimy o uszkodzeniach nagłych. Inne kryterium klasyfikacji, którego podstawą jest moŜliwość przywrócenia uszkodzonej obrabiarce stanu zdatności, prowadzi do podziału na: − uszkodzenia usuwalne (nazywane takŜe czasowymi lub chwilowymi), − uszkodzenia nieusuwalne (nazywane takŜe stałymi). Uzasadniony jest takŜe podział uszkodzeń ze względu na ich wpływ na działanie obrabiarki. WyróŜnia się tu uszkodzenia: − krytyczne, wykluczające moŜliwość dalszego uŜytkowania obrabiarki, − waŜne, wymagające niezwłocznego podjęcia działań związanych z przy wróceniem zdatności obrabiarki, − mało waŜne, gdy podjęcie działań związanych z przywróceniem zdatności obrabiarki moŜe być odłoŜone w czasie, − nieistotne, których wpływ na działanie obrabiarki moŜna pominąć.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 Czasami uszkodzenia „mało waŜne” i „nieistotne” nazywa się usterkami obrabiarki, natomiast „krytyczne” i „waŜne” – po prostu uszkodzeniami. W ramach podziału uwzględniającego rozległość skutków uszkodzeń, wyróŜnia się ich następujące rodzaje (poczynając od skutków najmniej rozległych): − usterka, − uszkodzenie, − awaria, − zniszczenie. Uwzględniając wpływ uszkodzenia na właściwe działanie obrabiarki wyróŜnia się uszkodzenia całkowite i częściowe, a biorąc pod uwagę związki uszkodzeń ze sobą, mówimy o uszkodzeniach niezaleŜnych i zaleŜnych. Czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek są związane bądź z samym obrabiarkami (z realizowanymi przez nie działaniami), bądź z jego otoczeniem (rys. 12) opracowano na podstawie badań prowadzonych wspólnie z zakładem remontującym obrabiarki skrawające do metali). 26,4 5,5 8,3 4 3 13,2 5 13 21,6 inne Błędy technologiczne Błędy montaŜu Błędy remontu Błędy konserwacji Uszkodzenie elementów współpracujących Przekroczenie normatywnego czasu pracy Błędy uŜytkownika Działanie czynników zewnętrznych Rys. 12. Częstotliwość występowania przyczyn uszkodzeń określonej grupy obrabiarek skrawających do metali w procentach [4]. Zidentyfikowanie uszkodzenia podczas eksploatacji jest podstawą działań przywracających obrabiarce moŜliwość realizacji jej zadań. Zakres tych działań jest związany z rodzajem uszkodzenia, jego lokalizacją oraz zasięgiem. Od rodzaju uszkodzenia zaleŜy szybkość jego usunięcia. Ma to znaczenie szczególnie w przypadku obiektów złoŜonych, gdyŜ tam moŜna spodziewać się równoczesnego wystąpienia wielu uszkodzeń. O rodzaju działań decydują takie czynniki, jak: − wpływ uszkodzenia na parametry uŜytkowe obrabiarki, − wpływ uszkodzenia na bezpieczeństwo uŜytkowania obrabiarki, − moŜliwość naprawy uszkodzonego elementu obrabiarki. Typowe sposoby usuwania uszkodzeń to: − wyłączenie i zastąpienie uszkodzonego elementu jego sprawnym rezerwowym odpowiednikiem; gdy uszkodzony element nie moŜe być zastąpiony, − sprawnym, dopuszcza się wyłączenie go z eksploatacji (po odpowiednim zabezpieczeniu) i uŜytkowanie obrabiarki z ograniczoną wydajnością, − wyłączenie i naprawa uszkodzonego elementu obrabiarki. Procedura usunięcia uszkodzenia obejmuje następujące zadania przygotowawcze: − identyfikację i lokalizację uszkodzenia,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 − rozpoznanie zaistniałych skutków uszkodzenia, − ocenę potencjalnych dalszych skutków uszkodzenia. Realizacja wymienionych zadań umoŜliwia określenie zakresu prac naprawczych oraz potrzeb związanych z: − personelem, − narzędziami, − materiałami i częściami zamiennymi, − nakładami finansowymi, − innymi potrzebami (np. środkami transportu, specjalistycznymi stanowiskami remontowymi). Do oceny stanu technicznego obrabiarki moŜna wykorzystać tzw. procesy towarzyszące zuŜyciu którymi mogą być: − drgania, − procesy wibroakustyczne, − procesy cieplne, − procesy elektro-magnetyczne − ultradźwięki, − badania procesów i produktów zuŜywania. Tak więc do diagnozowania maszyn elektrycznych analizujemy bilans energetyczny pola magnetycznego. Zakłada się, Ŝe kaŜde uszkodzenie elektryczne zmienia wartość indukcyjności maszyny elektrycznej. Metodą bilansu energetycznego pola magnetycznego moŜna diagnozować zarówno całe maszyny elektryczne, np. prądnice prądu stałego, prądnice prądu przemiennego (bez ich demontaŜu), jak i elementy indukcyjne, np. uzwojenia, tworniki, włączniki elektromagnetyczne. W węzłach tarcia w oleju gromadzą się produkty zuŜycia: Ŝelazo, aluminium, chrom, ołów, cyna, miedź, nikiel itp. W oleju znajduje się takŜe krzem, który moŜe pochodzić z atmosfery. Ilość tych składników zaleŜy od intensywności zuŜywania elementów obiektu i skuteczności filtracji oleju. W stosowanych obecnie metodach badania i ocen produktów zuŜycia wykorzystuje się róŜne zjawiska fizyczne. Metody spektroskopowe umoŜliwiają wykrywanie cząstek mniejszych niŜ 10 µm. Metody ferrograficzne największą skuteczność wykazują w przedziale od 10 do 100 µm, a korki magnetyczne i detektory opiłków w przedziale od 100 do 1000 µm. Podczas pracy maszyny wytwarza się ciepło, zwłaszcza w węzłach tarcia. Nagrzewają się elementy tych węzłów, obszary do nich przyległe oraz środki stosowane do smarowania lub chłodzenia. Nieprawidłowa praca maszyny objawia się zmianą temperatury węzłów tarcia, środków smarnych lub chłodzących oraz zmianą rozkładu temperatury. Pomiar tych temperatur to tzw. pasywna diagnostyka techniczna, gdyŜ wykorzystuje się w niej ciepło własne badanego obiektu w czasie jego funkcjonowania. Funkcjonowaniu obrabiarek towarzyszą procesy wibroakustyczne (dynamiczne – drgania, hałas, pulsacje i emisja akustyczną). Występują one w obrabiarce lub w jej otoczeniu i odzwierciedlają istotne procesy fizyczne zachodzące w zespołach obrabiarki (np. odkształcenia, współdziałanie części), od których zaleŜy właściwe ich funkcjonowanie. Wielkości określające te zjawiska mogą charakteryzować zarówno ogólne właściwości obrabiarki, jak i jej poszczególnych elementów. Eksploatacja obrabiarek obejmuje całość zagadnień związanych z ich uŜytkowaniem w zakładzie przemysłowym lub rzemieślniczym, począwszy od momentu zakupu i ustawienia w hali warsztatowej aŜ do wycofania z produkcji. Warunkiem racjonalnego uŜytkowania obrabiarek w procesie produkcyjnym jest dysponowanie środkami organizacyjnymi i technicznymi, niezbędnymi do zapewnienia pełnej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 gotowości technologicznej i niezawodności posiadanych maszyn. MoŜna to osiągnąć przez właściwe przygotowanie produkcji, zapewnienie prawidłowej konserwacji obrabiarek oraz staranne wykonywanie niezbędnych napraw. Jakość eksploatacji obrabiarki moŜna ocenić na podstawie jej skuteczności, ekonomiczności oraz niezawodności. Skuteczność eksploatacji obrabiarek określa stopień przystosowania organizacyjnego i technologicznego do wykonania określonego zadania produkcyjnego. Optymalną ekonomiczność eksploatacji osiąga się, gdy koszty własne produkcji są najniŜsze. Okres ekonomicznej eksploatacji obrabiarek jest związany z procesem ich starzenia się. Obecnie wynosi on 7–10 lat. Po tym okresie prawie kaŜda obrabiarka, niezaleŜnie od stopnia jej zuŜycia, staje się ekonomicznie nie opłacalna w porównaniu z nowo wyprodukowaną bardziej wydajną i dokładną maszyną. Niezawodność eksploatacji obrabiarek jest to utrzymanie ciągłej zdolności produkcyjnej w ciągu zadanego czasu. W miarę jak postępuje proces zuŜywania się elementów obrabiarki następuje stopniowa utrata jej dokładności, aŜ do granicy uniemoŜliwiającej jej dotychczasowe zastosowanie. Pociąga to za sobą konieczność wycofania obrabiarki z produkcji i dokonania naprawy. Naprawa obrabiarki ma na celu przywrócenie jej utraconych cech techniczno-uŜytkowych. W zaleŜności od zakresu przewidywanych prac i wymiany zuŜytych elementów rozróŜnia się naprawy bieŜące, średnie i główne. W zakres naprawy bieŜącej wchodzą wymiana (rzadziej naprawa) szybko zuŜywających się elementów oraz czynności objęte przeglądem technicznym. W zakres naprawy średniej wchodzą: wymiana elementów (podobnie jak podczas naprawy bieŜącej) oraz w razie potrzeby wymiana odpowiedzialnych części, a takŜe doskrobywanie prowadnic i powierzchni roboczych stołów itp. Koszt naprawy średniej nie powinien przekraczać 30% wartości naprawianej obrabiarki. W zakres naprawy głównej wchodzą prace niezbędne do przywrócenia obrabiarce wartości uŜytkowej zbliŜonej do wartości obrabiarki nowej. Obejmują one wymianę prawie wszystkich elementów podlegających zuŜyciu, skrobanie lub szlifowanie prowadnic, powierzchni stołów i rowków teowych, regenerację lub wymianę śrub pociągowych, elementów układów hydraulicznych, aparatury elektrycznej itd. Koszt naprawy głównej nie powinien przekraczać 70% wartości nowej obrabiarki. Po wykonaniu naprawy średniej i głównej dokonuje się odbioru obrabiarki, podobnie jak w przypadku obrabiarek nowych. Naprawy wykonują odpowiednie słuŜby własnego zakładu (z działów głównego mechanika i głównego energetyka). Naprawy główne obrabiarek mogą być zlecane do wykonania wyspecjalizowanym zakładom naprawczym. Czas cyklu naprawczego obrabiarki, tj. czas między kolejnymi naprawami głównymi, zaleŜy od warunków pracy oraz rodzaju obrabiarki i mieści się w granicach 10000–24000 godzin. Czas cyklu naprawczego obejmuje 6 lub 9 okresów międzynaprawczych, przedzielonych naprawami bieŜącymi oraz średnimi. W cyklu 9-naprawczym po dwóch naprawach bieŜących następuje naprawa średnia. Mechanizacja i automatyzacja produkcji związana ze złoŜonością uŜytkowanych maszyn i urządzeń spowodowała, Ŝe w przedsiębiorstwach produkcyjnych nastąpił wzrost czynności obsługowych, w tym remontów. Wyniki ekonomiczne przedsiębiorstwa zaleŜą bezpośrednio od przerw spowodowanych planowanymi i nieplanowanymi przestojami maszyn. Obecnie procesy decyzyjne dotyczące działań eksploatacyjnych oraz związanych z nimi działań pomocniczych wspomagają systemy informatyczne. W wielu sytuacjach wykorzystuje się
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 aplikacje komputerowe wspomagające zarządzanie eksploatacją i utrzymaniem ruchu. Jedną z nich jest system informatyczny CMMS (ang. Computer Aided Maintenance Management System) – Komputerowo Wspomagany System Zarządzania Eksploatacją i Utrzymaniem Ruchu Obiektów Technicznych. Zastosowanie odpowiedniego oprogramowania do zarządzania utrzymaniem ruchu (w systemach komputerowych typu main frame, w sieciach lokalnych komputerów osobistych lub w mniejszych systemach, w skład których wchodzą komputery osobiste) zaleŜy od wielkości, wymagań i struktury organizacyjnej przedsiębiorstwa. Sam system jest narzędziem pośrednim. Za pomocą systemu komputerowego wspomagania przetwarzania danych w zakresie konserwacji i remontów moŜna: 1. budować system informatyczny, w skład którego wchodzą: − pełna dokumentacja, − łatwe wsparcie procesu planowania, − przejrzystość terminologii, − redukcja przestojów maszyn i urządzeń, − moŜliwość szybkiego przeprowadzania analizy uszkodzeń powstających w miejscach szczególnie na nie naraŜonych, − przejrzystość kosztów, − wspieranie preliminowania i kontroli, − rozgraniczenie obliczania kosztów robocizny i materiałów według rodzaju kosztów, − osiągnięcie najlepszego, ze względu na określone kryteria, stanu gospodarki materiałowej, − gromadzenie danych o dostawach, − kontrola i ocena zapasów, − sterowanie wykorzystaniem miejsc magazynowych, − ulepszanie planowania potrzeb, − poprawa usług świadczonych przez magazyn, 2. zwiększyć dyspozycyjność maszyn i urządzeń przez: − gromadzenie danych o czasie wykorzystania maszyn i urządzeń, − gromadzenie danych o trwaniu postojów, 3. określać miejsca w urządzeniach i maszynach szczególnie naraŜone na uszkodzenia na podstawie analizy czasów przestojów, 4. analizować przyczyny powstawania uszkodzeń; określać ich cechy charakterystyczne oraz częstotliwość występowania. Podstawą sprawnego i skutecznego funkcjonowania systemu eksploatacyjnego jest przede wszystkim odpowiedni system informatyczny. Szczególnie jest to widoczne podczas eksploatacji układów złoŜonych, w których pozyskiwana i przetwarzana informacja stanowiąca podstawę podejmowania decyzji dotyczących systemu obejmuje wiele zagadnień. Dlatego w celu zapewnienia wysokiej skuteczności i funkcjonalności obiektów eksploatacji, sprawnej realizacji zadań produkcyjnych oraz obniŜenia kosztów eksploatacji stosuje się systemy komputerowego wspomagania zarządzania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie znasz stany techniczne obrabiarek? 2. Jakie znasz czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek? 3. Kiedy osiąga się optymalną ekonomiczność eksploatacji? 4. Co to jest czas cyklu naprawczego obrabiarki? 5. Co rozumiesz pod hasłem system informatyczny CMMS? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dokonaj oceny zuŜycia tokarki, na podstawie bicia promieniowego wrzeciona. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględziny stanu technicznego tokarki, 2) dokonać pomiaru bicia promieniowego, 3) dokonać analizy na przeprowadzonych pomiarów, 4) dokonać oceny zuŜycia tokarki. WyposaŜenie stanowiska pracy: − dokumentacja DTR tokarki, − obrabiarka, − trzpień pomiarowy, − czujnik zegarowy, − pisaki, − kartki papieru. Ćwiczenie 2 Zaplanuj cykl naprawczy obrabiarki. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z dokumentacją zadania, 2) zaplanować cykl naprawczy obrabiarki, 3) zaprezentować wykonane ćwiczenie, 4) dokonać oceny ćwiczenia. WyposaŜenie stanowiska pracy: − dokumentacja zadania, − obrabiarka, − pisaki, − kartki papieru.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1. ocenić stan techniczny obrabiarki? 2. określić czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek? 3. wyróŜnić podstawowe stany eksploatacyjne maszyn? 4. odróŜnić zuŜycie od zuŜywania? 5. określić typowe sposoby usuwania uszkodzeń? 6. określić przebieg zuŜywania się współpracujących ze sobą elementów maszyn? 7. wyjaśnić jakie korzyści dają aplikacje komputerowe wspomagające zarządzanie eksploatacją i utrzymaniem ruchu?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 4.4. Odbiór, transport i fundamentowanie obrabiarek 4.4.1. Materiał nauczania Badania obrabiarek mają na celu sprawdzenie określonych cech techniczno-uŜytkowych słuŜących do oceny ich konstrukcji, jakości wykonania i przydatności produkcyjnej. Ze względu na cel i zakres przeprowadzanych badań obrabiarek rozróŜnia się: − badania odbiorcze, − badania prototypów, − badania specjalne. Badania odbiorcze wykonuje się przy odbiorze technicznym obrabiarek nowych lub po remoncie. Zakres i sposób przeprowadzania tych badań jest ustalony dla poszczególnych grup lub typów obrabiarek zgodnie z warunkami odbioru technicznego (WOT). Badania prototypów mają na celu stwierdzenie prawidłowości konstrukcji i wykonania oraz przydatności produkcyjnej nowych typów obrabiarek. Badania specjalne mają charakter badań rozwojowych, słuŜących do oceny nowych rozwiązań konstrukcyjnych lub ulepszeń technologicznych wprowadzanych podczas projektowania i budowy nowych typów obrabiarek. Badania odbiorcze obrabiarek powinny być przeprowadzane zgodnie z normą branŜową BN-67/1520-0l – Ogólne warunki techniczne wykonania i odbioru – na podstawie, której opracowuje się warunki odbioru technicznego (WOT) dla danego typu obrabiarki. W normie tej podano wymagania techniczne oraz warunki odbioru dla wszystkich obrabiarek, z wyjątkiem obrabiarek specjalnych oraz sterowanych numerycznie. W zakresie warunków odbioru norma określa przepisy ogólne oraz badania odbiorcze podstawowe, do których zalicza się: − sprawdzenie działania obrabiarki nieobciąŜonej, − sprawdzenie działania obrabiarki obciąŜonej, − sprawdzenie dokładności wykonania obrabiarki. Ogólne warunki techniczne wykonania i odbioru obrabiarek sterowanych numerycznie opracowano w CBKO w Pruszkowie. Przewidziane dla tych obrabiarek badania dodatkowe obejmują: − sprawdzanie dokładności pozycjonowania, − próby testowe. − Przekazana do badań obrabiarka powinna być całkowicie zmontowana, wypoziomowana, wyregulowana, wstępnie dotarta i podłączona do sieci. Sprawdzanie obrabiarki nieobciąŜonej wykonuje się na maszynie unieruchomionej lub podczas biegu jałowego i obejmuje ono: − sprawdzanie wielkości charakterystycznych i wyglądu zewnętrznego, − sprawdzanie działania elementów sterowania i obsługi, − sprawdzanie montaŜu wyposaŜenia normalnego i specjalnego. Badania obrabiarki uruchomionej na maksymalnych prędkościach obrotowych, które obejmują: − pomiar poboru mocy biegu jałowego, − pomiar poziomu hałasu (głośności), − pomiar temperatury przedniego i tylnego łoŜyska wrzeciona, − sprawdzanie czasu hamowania i rozruchu, − sprawdzanie zacisków zespołów przesuwnych, − sprawdzanie równomierności przesuwów, − sprawdzanie działania urządzeń hydraulicznych i pneumatycznych,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 − sprawdzanie układu smarowania oraz instalacji cieczy chłodzącej, sprawdzanie pewności działania obrabiarki pracującej w cyklu automatycznym w czasie 8 godzin. Sprawdzanie obrabiarki obciąŜonej obejmuje: − próbę maksymalnego obciąŜenia obrabiarki podczas skrawania, − sprawdzenie doboru silników, − próbę pracy przy obróbce wykańczającej, − próbę wydajności (dla obrabiarek przeznaczonych do wielkoseryjnej i masowej produkcji określonych przedmiotów), − próbę powtarzalności uzyskiwanych wymiarów (dla obrabiarek z samo czynną obróbką przedmiotów). Dokładność wykonania obrabiarki sprawdza się po sprawdzeniu jej działania pod obciąŜeniem, przy zachowaniu ustalonego stanu cieplnego obrabiarki. Wymagania ogólne dotyczące sprawdzania dokładności obrabiarek oraz metody pomiarów są ujęte w normach PN-64/M-55650 i PN-85/M-55551. Szczegółowego sprawdzenia dokładności określonej obrabiarki dokonuje się według odpowiedniej normy PN, a w braku takiej normy, według specjalnie opracowanej przez producenta karty kontrolnej. Do badań odbiorczych obrabiarek zaliczyć naleŜy: − sprawdzanie dokładności wykonania obrabiarki, − sprawdzanie dokładności pozycjonowania, − sprawdzanie dokładności kinematycznej, − sprawdzanie poziomu hałasu, − sprawdzanie mocy na biegu jałowym i współczynnika sprawności ogólnej, Sprawdzenie dokładności obrabiarki jest podstawowym badaniem odbiorczym, polegającym na sprawdzeniu dokładności wykonania jej układu geometrycznego oraz na sprawdzeniu dokładności pracy. Rys. 13. Schematy podstawowych pomiarów geometrycznych: a) pomiar prostoliniowości, b) pomiar równoległości, c) pomiar prostopadłości, d) pomiar bicia promieniowego, e) pomiar bicia osiowego, f) pomiar współosiowości [6]. Sprawdzenie dokładności układu geometrycznego obrabiarek polega na pomiarach kształtu, połoŜenia oraz przemieszczeń zasadniczych elementów i zespołów obrabiarki. Metody pomiaru dokładności wielkości geometrycznych obrabiarek są podane w normie PN-85/M-5555 1/00–32, której 32 arkusze (od 0l do 32) dotyczą sprawdzania poszczególnych wielkości, a arkusz 00 zawiera postanowienia ogólne. Do podstawowych pomiarów geometrycznych zalicza się: − pomiar prostoliniowości, − pomiar równoległości, − pomiar prostopadłości,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 − pomiar bicia osiowego, − pomiar bicia promieniowego, − pomiar współosiowości. Schematy tych pomiarów przedstawiono na rysunku 14. Sprawdzanie dokładności pracy polega na pomiarach dokładności wykonania określonych powierzchni przedmiotów wykonanych na danej obrabiarce w warunkach obróbki wykańczającej, tj. w warunkach pomijalnie małego wpływu sił skrawania. Sprawdzanie dokładności pozycjonowania jest dodatkowym badaniem dokładności stosowanym w przypadku obrabiarek sterowanych numerycznie. Badanie takie obejmuje sprawdzanie dokładności połoŜenia określonych zespołów roboczych obrabiarki podczas dokonywania powtarzalnych przemieszczeń w kierunku sterowanych numerycznie osi obrabiarki – zarówno dla przemieszczeń liniowych, jak i kątowych. Na błąd pozycjonowania składają się błędy układu sterowania i układu pomiarowego oraz błędy geometryczne i kinematyczne sprawdzanego zespołu roboczego. Badanie dokładności pozycjonowania wykonuje się według ustalonego programu kontrolnego. Program taki w przypadku przemieszczeń liniowych określa długość odcinka kontrolnego, liczbę znajdujących się na tym odcinku punktów kontrolnych oraz liczbę najazdów na kaŜdy punkt kontrolny. Rozmieszczenie punktów kontrolnych powinno być nierównomierne, a dokładność pozycjonowania moŜe być wyznaczana dla najazdów na punkty kontrolne z jednej strony lub z obydwóch stron. Pomiaru dokładności pozycjonowania moŜna dokonać np. za pomocą wzorca kreskowego i mikroskopu odczytowego, jak to pokazano poglądowo na rys. 15. Rys. 14. Pomiar dokładności pozycjonowania za pomocą wzorca kreskowego i mikroskopu [6]. Dokładność pozycjonowania badanego zespołu określa się za pomocą dwóch podstawowych wskaźników, którymi są: − M – tolerancja pozycjonowania, − R – powtarzalność pozycjonowania. Tolerancja pozycjonowania jest wskaźnikiem obejmującym wszystkie składniki błędu pozycjonowania, występujące na całej długości odcinka kontrolnego L, tj. zarówno systematyczne, jak i przypadkowe. Powtarzalność pozycjonowania jest wskaźnikiem określającym błędy przypadkowe pomiarów wykonywanych w poszczególnych punktach kontrolnych. Dla kaŜdego pomiaru w danym punkcie kontrolnym j wyznacza się odchyłkę pozycjonowania ∆ji, która jest róŜnicą między połoŜeniem zespołu rzeczywistym (zmierzonym) xji a połoŜeniem zadanym xj w programie kontrolnym: jjiji xxx −=∆ Ponadto dla kaŜdego punktu kontrolnego wyznacza się średnią wartość odchyłek jx , która jest sumą wszystkich odchyłek podzieloną przez liczbę pomiarów (najazdów) n:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 n x jix j Σ = Wyniki badań opracowuje się przy załoŜeniu, Ŝe wartości błędów przypadkowych są zgodne z rozkładem normalnym, dla którego średnie odchylenie standardowe od wartości średniej moŜna obliczyć wg wzoru: ∑= − − ±= N i jji j n xx 1 2 1 )( σ w którym: jix – kolejne wartości zmierzonych odchyłek pozycjonowania dla punktu kontrolnego j, jx – wartość średnia odchyłek pozycjonowania w punkcie kontrolnym j, n – liczba najazdów na punkt kontrolny j. Wyznaczona wartość średniego odchylenia standardowego określa obszar ufności, który obejmuje określoną liczbę wszystkich moŜliwych przypadków. Przyjmowany zazwyczaj obszar ± 3σj, obejmuje 99,74% wszystkich wyników pozycjonowania. Wyznaczoną dla kaŜdego punktu kontrolnego wartość średnią odchyłek pozycjonowania jx oraz obszar ufności ± 3σj nanosi się na wykres (rys. 16). Rys. 15. Przykładowy wykres pola rozrzutu pozycjonowania uzyskany przy najazdach z jednej strony. L – odcinek kontrolny, 1 – 6 – punkty kontrolne, M – tolerancja pozycjonowania, R – rozrzut .pozycjonowania [6] Na osi poziomej zaznacza się odcinek pomiarowy L z punktami kontrolnymi, a na osi pionowej obliczone wartości odchyłek. Wykres taki jest graficznym obrazem pola rozrzutu (wstęgą rozrzutu). Środkiem pola rozrzutu przebiega linia wartości średnich odchyłek x (na wykresie linia kreskowa). Ograniczeniem pola rozrzutu od góry jest linia x + 3σ, a od dołu linia x -3σ Dokładność pozycjonowania M jest to odległość między dwiema liniami, ograniczającymi pole rozrzutu, równoległymi do osi Z wykresu. Natomiast powtarzalność pozycjonowania R jest to obszar ufności ± 3σ dla punktu kontrolnego, w którym osiągnęła ona największą wartość. Sprawdzanie dokładności kinematycznej polega na pomiarze błędu kinematycznego określonego łańcucha, słuŜącego do uzyskania złoŜonego ruchu kształtowania. Zazwyczaj sprawdza się dokładność kinematyczną obrabiarek do gwintów lub uzębień, gdyŜ na tych obrabiarkach wykonuje się większość powierzchni wymagających stosowania złoŜonych ruchów kształtowania. Do pomiarów kinematycznych stosuje się specjalne przyrządy, nazywane kinematometrami, za pomocą których określa się róŜnicę między rzeczywistym (uzyskanym) a teoretycznym (zadanym) przemieszczeniem końcowego elementu łańcucha. W przyrządach takich teoretyczne przemieszczenia uzyskuje się najczęściej za pomocą bardzo dokładnego wzorca ruchu, np. wzorcowej przekładni śrubowej w przypadku pomiaru błędu kinematycznego łańcucha kształtowania linii śrubowej w obrabiarkach do gwintów lub
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 wzorca ruchu tocznego w obrabiarkach do uzębień. Przykład pomiaru błędu kinematycznego tokarki uniwersalnej z zastosowaniem wzorcowej przekładni śrubowej przed stawiono na rysunku 17. Rys. 16. Pomiar błędu kinematycznego łańcucha kształtowania linii śrubowej tokarki uniwersalnej: a) schemat pomiaru, b) wykres zmierzonego błędu kinematycznego [6]. W tokarce tej przełoŜenie przekładni gitarowej ih oraz całego łańcucha kształtowania linii śrubowej Ih zostało nastawione odpowiednio do skoku gwintu hw wzorcowej przekładni śrubowej i skoku hp śruby pociągowej. Podczas pomiaru umieszczony na suporcie tokarki czujnik pomiarowy wskazuje liniową wartość błędu kinematycznego jako róŜnicę połoŜenia nakrętki przemieszczającej się po wzorcowej śrubie i rzeczywistego połoŜenia suportu przemieszczanego po prowadnicy łoŜa za pomocą śruby pociągowej, stanowiącej ostatni obrotowy człon sprawdzanego łańcucha. W zaleŜności od rodzaju zastosowanego czujnika pomiarowego wykonuje się pomiar ciągły lub przerywany (dyskretny). W przypadku pomiaru ciągłego wskazania czujnika (np. indukcyjnego) są przekazywane do rejestratora, który zapisuje je w postaci wykresu zmierzonego błędu (rys. 16 b). W przypadku pomiaru dyskretnego w określonych punktach pomiarowych notuje się wskazania czujnika i na ich podstawie sporządza wykres zmierzonego błędu. Sprawdzanie poziomu hałasu polega na wyznaczaniu poziomu dźwięku w określonych punktach pomiarowych, znajdujących się na powierzchniach wyobraŜalnego prostopadłościanu, otaczającego obrabiarkę, jak to pokazano na rysunku 18. Miarą intensywności poziomu hałasu jest poziom ciśnienia akustycznego L, wyraŜany w decybelach (dB) i określany z zaleŜności: op p L lg20= w której: p – skuteczna wartość ciśnienia akustycznego w punkcie pomiaru w Pa, po – ciśnienie akustyczne odniesienia, przyjmowane jako równe 2· 10-5 Pa.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 Rys. 17. Punkty pomiarowe (1–16) do wyznaczania poziomu hałasu (głośności) obrabiarki [6]. Miarą oddziaływania hałasu na słuch człowieka jest poziom dźwięku LA, określany w dB(A). Jest to poziom ciśnienia akustycznego skorygowanego wg charakterystyki korekcji A, która polega na odczycie liczby dB, z uwzględnieniem charakterystyki ucha ludzkiego. Do pomiaru hałasu stosuje się precyzyjny miernik poziomu dźwięku, który składa się z mikrofonu pomiarowego, cechowanego wzmacniacza i przyrządu wskazującego, umoŜliwiającego wyznaczenie wartości poziomu ciśnienia akustycznego L w dB oraz poziomu dźwięku LA w dB(A). Pomiaru dokonuje się zgodnie z normą PN-77/M-55725. Podane w tej normie wartości dopuszczalnego poziomu dźwięku dla róŜnych odmian i wielkości obrabiarek mieszczą się w granicach 75–88 dB(A). Poziom dźwięku mierzy się w szesnastu punktach pomiarowych, rozmieszczonych przestrzennie tak, jak to przedstawiono na rys. 18. W przypadku gdy (L + 1 m) <3 m, wystarczy wykonać pomiary tylko w ośmiu punktach, oznaczonych numerami od 1 do 8. Wyznaczanie sprawności obrabiarki W celu określenia sprawności obrabiarki dokonuje się pomiaru strat mocy biegu jałowego oraz pomiarów słuŜących do określenia sprawności ogólnej napędu ruchu głównego (zgodnie z normą PN-66/M-55606). Straty mocy biegu jałowego mierzy się dla kaŜdej prędkości obrotowej wrzeciona, notując pobór mocy elektrycznej przez silnik napędowy. Na podstawie otrzymanych wyników pomiaru sporządza się wykres zaleŜności (rys.19) Rys. 18. Przykład wykresu zaleŜności mocy biegu jałowego od prędkości obrotowej wrzeciona [6].
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 W celu wyznaczenia sprawności ogólnej napędu ruchu głównego wykonuje się jednoczesne pomiary mocy elektrycznej pobieranej przez silnik napędowy oraz mocy uŜytecznej pobieranej na wrzecionie obrabiarki. Pomiary te wykonuje się przy stałej prędkości obrotowej wrzeciona i jego zmiennym obciąŜeniu momentem obrotowym (mierzonym np. za pomocą regulowanego hamulca). Rys. 19. Wykres mocy i sprawności napędu obrabiarki w funkcji mocy uŜytecznej (efektywnej) dla określonej prędkości obrotowej wrzeciona P – moc pobierana przez silnik elektryczny z sieci, PS – moc oddawana przez silnik obrabiarce, Pe – moc efektywna na wrzecionie, SE – straty mocy w silniku, So – straty mocy w obrabiarce, Sbj – straty mocy biegu jałowego obrabiarki, Sob- straty dodatkowe w obrabiarce wywołane obciąŜeniem [6]. Po wykonaniu pomiarów sprawność ogólną η0 wyznacza się z zaleŜności: P nM P P WRe 9550 0 ⋅ ==η w której: P nM P WR e 9550 ⋅ = – moc efektywna (uŜyteczna), mierzona na wrzecionie obrabiarki w kW, M – moment obrotowy na wrzecionie w N·m, nWR – prędkość obrotowa wrzeciona w obr/min, P – moc pobierana przez silnik napędowy z sieci w kW. Wyniki pomiarów przedstawia się graficznie w postaci wykresów. Przykład wykresu ilustrującego przebieg sprawności ogólnej oraz mocy pobieranej, uŜytecznej i traconej w zaleŜności od obciąŜenia obrabiarki przy określonej prędkości obrotowej wrzeciona przedstawiono na rysunku 20 a, b. Wykresy takie umoŜliwiają dokonanie analizy energetycznej obrabiarki i ustalenie warunków jej racjonalnej eksploatacji. Sztywność, dobre własności dynamiczne i stabilność cieplna to cechy uŜytkowe, które mają coraz większy wpływ na ocenę jakości i wartości technicznej współczesnych obrabiarek. Badania tych własności mają na celu sprawdzenie poprawności konstrukcyjnej i wykonawczej nowej odmiany obrabiarki. Badanie sztywności statycznej. Sztywność statyczna obrabiarki jest to zdolność do przeciwstawiania się odkształceniom wywoływanym działaniem sił lub momentów statycznych, symulujących działanie sił skrawania. Badanie sztywności statycznej sprowadza się do wyznaczenia wskaźnika sztywności statycznej j. Sposób pomiaru – tzn. wartość obciąŜenia, miejsce przyłoŜenia sił i momentów, kierunek ich działania i miejsce pomiaru odkształcenia – jest ustalany odrębnie dla kaŜdego typu i kaŜdej wielkości obrabiarek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 Ogólne warunki pomiarów sztywności statycznej obrabiarek są określone w normie branŜowej BN-74/1522-0l, natomiast sposoby pomiaru sztywności poszczególnych typów obrabiarek są podane w kolejnych arkuszach tej normy. Badanie własności dynamicznych ma na celu sprawdzenie odporności obrabiarki na występujące podczas procesu obróbki obciąŜenia dynamiczne. ObciąŜenia te zakłócają przebieg wykonywanych przez narzędzie i przedmiot obrabiany ruchów kształtowania, powodując błędy wykonania przedmiotu. Powstające zakłócenia są zaleŜne zarówno od rodzaju obciąŜeń dynamicznych, jak od własności masowo-spręŜystego układu OUPN, tj. układu obrabiarka uchwyt – przedmiot – narzędzie. Własności masowo-spręŜystego układu obrabiarki (OUPN) sprawiają, Ŝe odchylenia ruchów kształtowania narzędzia i przedmiotu obrabianego mają charakter ruchów drgających. Spośród występujących w obrabiarkach rodzajów drgań najwaŜniejsze są drgania własne, drgania wymuszone i drgania samowzbudne . Badanie własności dynamicznych obrabiarek w najprostszej postaci sprowadza się do pomiaru odporności obrabiarki na drgania wymuszone oraz do pomiaru obszaru stabilności procesu skrawania. Do oceny odporności obrabiarki na drgania wymuszone słuŜą charaktery styki amplitudowe (rezonansowe), które sporządza się na podstawie zarejestrowanego przebiegu zmiennej siły wymuszającej oraz zmierzonych przemieszczeń względnych badanego zespołu. Proces skrawania uznaje się za stabilny, jeśli podczas jego trwania nie występują drgania samowzbudne. Drgania te pozostawiają na powierzchni przedmiotu charakterystyczne ślady obróbki, jak to pokazano na rysunku 21. Rys. 20. Ślady drgań samowzbudnych na powierzchni obrabianego przedmiotu oraz przykład karty stabilności obrabiarki [6]. W celu dokonania oceny stabilności pracy obrabiarki wykonuje się próby skrawania. Na podstawie tych prób sporządza się kartę stabilności obrabiarki, określającą dla danych warunków skrawania (np. głębokości skrawania) obszar pracy stabilnej. Badanie odkształceń cieplnych ma na celu określenie wpływu oddziaływań termicznych na układ kształtowania obrabiarki. Odkształcenia cieplne elementów i zespołów obrabiarki są wywoływane rozszerzalnością cieplną zastosowanych materiałów konstrukcyjnych, nagrzewanych przez zewnętrzne lub znajdujące się wewnątrz obrabiarki źródła ciepła. W obrabiarce źródłami ciepła są zazwyczaj silniki elektryczne, łoŜyska wrzecion, sprzęgła cierne, hamulce, olej układu hydraulicznego i smarowania, przekładnie zębate i śrubowe, zespoły prowadnicowe oraz proces skrawania. Jeśli rozkład temperatury w całej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 masie elementu jest jednorodny, to przy wzroście temperatury od τ0 i do τ nastąpi liniowe wydłuŜenie elementu ∆l określone równaniem: )( 00 ττα −⋅=∆ ll w którym: α – współczynnik rozszerzalności cieplnej – dla Ŝeliwa 9≈α µm/(m·K), a dla stali i betonu 9≈α µm/(m·K), l0 – długość elementu w temperaturze początkowej. Najczęściej rozkład temperatury w elementach i zespołach obrabiarki nie jest jednorodny, a to powoduje powstawanie złoŜonego stanu napręŜeń i wywołanych przez nie odkształceń. W przypadku korpusów w postaci stojaków lub długich łóŜ wzrost temperatury z jednej strony korpusu prowadzi do jego wygięcia. Kąt wgięcia moŜna wyznaczyć z zaleŜności: ταβ ∆⋅⋅= b h tgarc w której: h – wysokość stojaka, b – szerokość stojaka, ∆τ – z róŜnica temperatury stojaka na jego przeciwległych ścianach. Przykłady odkształceń cieplnych tokarki w przypadku równomiernego i nierównomiernego rozkładu temperatury (pola temperatury) w całym korpusie podano na rysunku 22. Rys. 21. Odkształcenia cieplne tokarki w przypadku: a) równomiernego rozkładu temperatury w całym korpusie, b) nierównomiernego rozkładu temperatury wywołanego nagrzewaniem się przedniego łoŜyska wrzeciona oraz silnika elektrycznego [6]. Do pomiarów odkształceń cieplnych w obrabiarkach stosuje się dotykowe lub bezdotykowe (np. indukcyjne) czujniki przemieszczeń i czujniki temperatury. Niezbędne są teŜ do tego podstawy i uchwyty do mocowania czujników. Rys. 22. Schemat pomiaru połoŜenia osi wrzeciona frezarki pionowej względem powierzchni stołu. Pomiaru dokonuje się za pomocą trzpienia kontrolnego i czujników wskazujących odchyłki w dwóch połoŜeniach i dwóch kierunkach pomiarowych [6]. Sposób pomiaru wpływu odkształceń cieplnych na połoŜenie osi wrzeciona frezarki pionowej za pomocą trzpienia kontrolnego i czujników osadzonych w dwóch oprawkach na kolumnie ustawionej na stole podstawki – przed stawiono przykładowo na rysunku 23.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 Badanie wykonuje się przy uruchomionym wrzecionie, dokonując w przyjętych odstępach czasowych (np. co 5 mm) pomiaru temperatury (w określonych punktach) oraz pomiaru połoŜenia osi wrzeciona w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Transport obrabiarek RozróŜnia się transport obrabiarek zewnętrzny i wewnętrzny. Transportem zewnętrznym obrabiarek jest nazywany ich transport od wytwórcy do uŜytkownika. Obrabiarki małe i średniej wielkości są transportowane w całości w masywnych skrzyniach drewnianych, natomiast obrabiarki duŜe są przewoŜone w oddzielnych zespołach. Powierzchnie nie malowane obrabiarki są zabezpieczone przed korozją specjalnym smarem. Obecnie coraz szerzej jest stosowany transport kontenerowy, tzn. przewóz towarów w specjalnych pojemnikach z uchwytami do łatwego podnoszenia i ustawiania na platformach samochodowych lub wagonach towarowych. Transportem wewnętrznym obrabiarek jest nazywany ich transport tylko na terenie zakładu produkcyjnego. Odbywa się on róŜnymi sposobami, zaleŜnie od moŜliwości transportowych zakładu, wielkości i masy obrabiarki oraz długości drogi transportu, tzn. przez: − przesuwanie obrabiarki na wałkach lub rurach stalowych ręcznie lub za pomocą wciągarki, − przesuwanie obrabiarki na arkuszu grubej blachy za pomocą ciągnika lub przewaŜnie na specjalnej platformie, − przenoszenie obrabiarki suwnicą, − przewoŜenie zespołów obrabiarki w skrzyniach za pomocą wózków widłowych lub innych. Ustawianie i fundamentowanie obrabiarek Dla zapewnienia optymalnych warunków pracy obrabiarek, naleŜy je odpowiednio ustawić na hali produkcyjnej. Ustawiane obrabiarki mogą być mocowane do podłoŜa lub mogą być ustawiane na podłoŜu swobodnie. Poza tym obrabiarki mogą być ustawiane na podłoŜu bez specjalnego zabezpieczenia przeciw drganiom (wibracjom) lub z zastosowaniem środków antywibracyjnych. W przypadku mocowania obrabiarek do podłoŜa stosuje się róŜnego rodzaju podkładki ustawcze i śruby mocujące, a w przypadku ustawienia swobodnego stosuje się róŜnorodne podstawki lub płyty o własnościach wibroizolacyjnych, zazwyczaj produkowane przez wyspecjalizowane firmy. Rys. 23. Ustawianie (poziomowanie) i mocowanie obrabiarek do podłoŜa: a) za pomocą śruby odporowej i śruby fundamentowej, b) za pomocą przesuwnego klina i śruby fundamentowej [6].
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14

Recommended

9
99
9
KubaSroka
 
10
1010
10
KubaSroka
 
13
1313
13
KubaSroka
 
12
1212
12
KubaSroka
 
8
88
8
KubaSroka
 
11
1111
11
KubaSroka
 
Slusarz 722[03] z2.01_u
Slusarz 722[03] z2.01_uSlusarz 722[03] z2.01_u
Slusarz 722[03] z2.01_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z1.03_u
Slusarz 722[03] z1.03_uSlusarz 722[03] z1.03_u
Slusarz 722[03] z1.03_u
Emotka
 

Recommended

9
99
9
KubaSroka
 
10
1010
10
KubaSroka
 
13
1313
13
KubaSroka
 
12
1212
12
KubaSroka
 
8
88
8
KubaSroka
 
11
1111
11
KubaSroka
 
Slusarz 722[03] z2.01_u
Slusarz 722[03] z2.01_uSlusarz 722[03] z2.01_u
Slusarz 722[03] z2.01_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z1.03_u
Slusarz 722[03] z1.03_uSlusarz 722[03] z1.03_u
Slusarz 722[03] z1.03_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z1.04_u
Slusarz 722[03] z1.04_uSlusarz 722[03] z1.04_u
Slusarz 722[03] z1.04_u
Emotka
 
7
77
7
KubaSroka
 
Slusarz 722[03] z1.01_u
Slusarz 722[03] z1.01_uSlusarz 722[03] z1.01_u
Slusarz 722[03] z1.01_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z2.05_u
Slusarz 722[03] z2.05_uSlusarz 722[03] z2.05_u
Slusarz 722[03] z2.05_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] o1.04_u
Slusarz 722[03] o1.04_uSlusarz 722[03] o1.04_u
Slusarz 722[03] o1.04_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z1.02_u
Slusarz 722[03] z1.02_uSlusarz 722[03] z1.02_u
Slusarz 722[03] z1.02_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z2.02_u
Slusarz 722[03] z2.02_uSlusarz 722[03] z2.02_u
Slusarz 722[03] z2.02_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] o1.02_u
Slusarz 722[03] o1.02_uSlusarz 722[03] o1.02_u
Slusarz 722[03] o1.02_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z2.04_u
Slusarz 722[03] z2.04_uSlusarz 722[03] z2.04_u
Slusarz 722[03] z2.04_u
Emotka
 
Slusarz 722[03] z1.05_u
Slusarz 722[03] z1.05_uSlusarz 722[03] z1.05_u
Slusarz 722[03] z1.05_u
Emotka
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Muszex
 
3
33
3
Emotka
 
18
1818
18
KubaSroka
 
17
1717
17
KubaSroka
 
3
33
3
KubaSroka
 
7
77
7
Emotka
 
Slusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_uSlusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_u
Emotka
 
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_uTechnik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
KubaSroka
 
Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2
juan pablo acosta meneses
 

More Related Content

What's hot

Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Muszex
 

What's hot (17)

Slusarz 722[03] z1.04_u
Slusarz 722[03] z1.04_uSlusarz 722[03] z1.04_u
Slusarz 722[03] z1.04_u
 
7
77
7
 
Slusarz 722[03] z1.01_u
Slusarz 722[03] z1.01_uSlusarz 722[03] z1.01_u
Slusarz 722[03] z1.01_u
 
Slusarz 722[03] z2.05_u
Slusarz 722[03] z2.05_uSlusarz 722[03] z2.05_u
Slusarz 722[03] z2.05_u
 
Slusarz 722[03] o1.04_u
Slusarz 722[03] o1.04_uSlusarz 722[03] o1.04_u
Slusarz 722[03] o1.04_u
 
Slusarz 722[03] z1.02_u
Slusarz 722[03] z1.02_uSlusarz 722[03] z1.02_u
Slusarz 722[03] z1.02_u
 
Slusarz 722[03] z2.02_u
Slusarz 722[03] z2.02_uSlusarz 722[03] z2.02_u
Slusarz 722[03] z2.02_u
 
Slusarz 722[03] o1.02_u
Slusarz 722[03] o1.02_uSlusarz 722[03] o1.02_u
Slusarz 722[03] o1.02_u
 
Slusarz 722[03] z2.04_u
Slusarz 722[03] z2.04_uSlusarz 722[03] z2.04_u
Slusarz 722[03] z2.04_u
 
Slusarz 722[03] z1.05_u
Slusarz 722[03] z1.05_uSlusarz 722[03] z1.05_u
Slusarz 722[03] z1.05_u
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] z3.07_u
 
3
33
3
 
18
1818
18
 
17
1717
17
 
3
33
3
 
7
77
7
 
Slusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_uSlusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_u
 

Viewers also liked

Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_uTechnik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
KubaSroka
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
KubaSroka
 
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_u
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_uTechnik.mechatronik 311[50] o1.08_u
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_u
KubaSroka
 
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_u
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_uTechnik.mechatronik 311[50] z3.02_u
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_u
KubaSroka
 
W. Wilson Resume - August
W. Wilson Resume - AugustW. Wilson Resume - August
W. Wilson Resume - August
Winsome Wilson
 
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_uTechnik.mechatronik 311[50] z2.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_u
KubaSroka
 
City MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
City MD: IPG Media Brands The Perfect PitchCity MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
City MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
Samuel Hargro
 

Viewers also liked (17)

Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_uTechnik.mechatronik 311[50] z1.04_u
Technik.mechatronik 311[50] z1.04_u
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.03_u
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z1.05_u
 
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_uAsystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
Asystent.osoby.niepelnosprawnej 346[02] z2.04_u
 
Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2
 
12
1212
12
 
4
44
4
 
6
66
6
 
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_u
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_uTechnik.mechatronik 311[50] o1.08_u
Technik.mechatronik 311[50] o1.08_u
 
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_u
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_uTechnik.mechatronik 311[50] z3.02_u
Technik.mechatronik 311[50] z3.02_u
 
W. Wilson Resume - August
W. Wilson Resume - AugustW. Wilson Resume - August
W. Wilson Resume - August
 
Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2Metodo de proyeco para la educacion 2
Metodo de proyeco para la educacion 2
 
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_uTechnik.mechatronik 311[50] z2.03_u
Technik.mechatronik 311[50] z2.03_u
 
20
2020
20
 
Ruck charles ppp_slideshow
Ruck charles ppp_slideshowRuck charles ppp_slideshow
Ruck charles ppp_slideshow
 
City MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
City MD: IPG Media Brands The Perfect PitchCity MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
City MD: IPG Media Brands The Perfect Pitch
 
1
11
1
 

Similar to 14

Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
Muszex
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Emotka
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
Muszex
 

Similar to 14 (20)

Slusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_uSlusarz 722[03] z3.01_u
Slusarz 722[03] z3.01_u
 
Obsługiwanie maszyn i urządzeń stosowanych w przetwórstwie spożywczym
Obsługiwanie maszyn i urządzeń stosowanych w przetwórstwie spożywczymObsługiwanie maszyn i urządzeń stosowanych w przetwórstwie spożywczym
Obsługiwanie maszyn i urządzeń stosowanych w przetwórstwie spożywczym
 
22. Użytkowanie i obsługiwanie maszyn i urządzeń
22. Użytkowanie i obsługiwanie maszyn i urządzeń22. Użytkowanie i obsługiwanie maszyn i urządzeń
22. Użytkowanie i obsługiwanie maszyn i urządzeń
 
Montowanie mechanizmu zegarowego
Montowanie mechanizmu zegarowegoMontowanie mechanizmu zegarowego
Montowanie mechanizmu zegarowego
 
Wykonywanie aparatów dwuszczękowych
Wykonywanie aparatów dwuszczękowych Wykonywanie aparatów dwuszczękowych
Wykonywanie aparatów dwuszczękowych
 
7. Przygotowanie materiałów stomatologicznych
7. Przygotowanie materiałów stomatologicznych7. Przygotowanie materiałów stomatologicznych
7. Przygotowanie materiałów stomatologicznych
 
O2.01
O2.01O2.01
O2.01
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o2.01_u
 
Z4.01
Z4.01Z4.01
Z4.01
 
1
11
1
 
Wykonywanie wybranych części mechanizmów zegarowych
Wykonywanie wybranych części mechanizmów zegarowychWykonywanie wybranych części mechanizmów zegarowych
Wykonywanie wybranych części mechanizmów zegarowych
 
13
1313
13
 
Magazynowanie i transportowanie mechanizmów zegarowych
Magazynowanie i transportowanie mechanizmów zegarowychMagazynowanie i transportowanie mechanizmów zegarowych
Magazynowanie i transportowanie mechanizmów zegarowych
 
14
1414
14
 
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_uTechnik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
Technik.architektury.krajobrazu 321[07] z3.01_u
 
Przygotowanie samochodu do naprawy nadwozia
Przygotowanie samochodu do naprawy nadwozia Przygotowanie samochodu do naprawy nadwozia
Przygotowanie samochodu do naprawy nadwozia
 
6
66
6
 
Z3.01
Z3.01Z3.01
Z3.01
 
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_uGornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
Gornik.eksploatacji.podziemnej 711[02] o1.02_u
 
O1.02
O1.02O1.02
O1.02
 

14

  • 1.
  • 2.
  • 3. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Ryszard Baliński UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.03 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007
  • 4. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1 Recenzenci: mgr inŜ. Igor Lange mgr inŜ. Wiesław Wiejowski Opracowanie redakcyjne: mgr inŜ. Paweł Krawczak Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 722[02].Z2.03 „UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu operator obrabiarek skrawających. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
  • 5. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 2 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7 4.1. Fizykochemiczne procesy zuŜycia obrabiarek 7 4.1.1. Materiał nauczania 4.1.2. Pytania sprawdzające 4.1.3. Ćwiczenia 4.1.4. Sprawdzian postępów 7 17 17 17 4.2. Smarowanie części maszyn 18 4.2.1. Materiał nauczania 4.2.2. Pytania sprawdzające 4.2.3. Ćwiczenia 4.2.4. Sprawdzian postępów 18 21 21 22 4.3. ZuŜycie i obsługiwanie eksploatacyjne obrabiarek 23 4.3.1. Materiał nauczania 4.3.2. Pytania sprawdzające 4.3.3. Ćwiczenia 4.3.4. Sprawdzian postępów 23 30 30 31 4.4. Odbiór, transport i fundamentowanie obrabiarek 32 4.4.1. Materiał nauczania 4.4.2. Pytania sprawdzające 4.4.3. Ćwiczenia 4.4.4. Sprawdzian postępów 32 43 43 44 4.5. Zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska 45 4.5.1. Materiał nauczania 4.5.2. Pytania sprawdzające 4.5.3. Ćwiczenia 4.5.4. Sprawdzian postępów 45 46 47 47 5. Sprawdzian osiągnięć 48 6. Literatura 53
  • 6. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 3 1. WPROWADZENIE Poradnik, będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej zasad uŜytkowania i obsługiwania obrabiarek skrawających. W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać abyś mógł bez problemów rozpocząć pracę z poradnikiem, − cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia w ramach tej jednostki modułowej, − materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści jednostki modułowej, − zestaw pytań sprawdzających, − ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposaŜenie stanowiska pracy, które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne, − sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń, − sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umoŜliwi sprawdzenie Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki modułowej, − literaturę związaną z programem jednostki modułowej umoŜliwiającą pogłębienie Twej wiedzy z zakresu programu tej jednostki. Materiał nauczania został podzielony na pięć części. W pierwszej części znajdziesz informacje związane z fizykochemicznymi procesami zuŜycia obrabiarek. W części drugiej zawarte zostały podstawowe pojęcia związane ze smarowaniem części maszyn. Informacje na temat zuŜycia i obsługiwania eksploatacyjnego obrabiarek zawarte zostały w części trzeciej. Czwarta część poświęcona została zasadom odbioru, transportu i fundamentowania obrabiarek. Ostatnia część zawiera informacje związane z bezpieczeństwem i higieną pracy podczas uŜytkowania obrabiarek.
  • 7. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 4 Schemat układu jednostek modułowych 722[02].Z2 Podstawy wykonywania obróbki skrawaniem 722[02].Z2.03 UŜytkowanie i obsługiwanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.02 Charakteryzowanie obrabiarek skrawających 722[02].Z2.01 Określenie zasad wykonywania obróbki skrawaniem
  • 8. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − komunikować się i pracować w zespole, − dokonywać oceny swoich umiejętności, − korzystać z róŜnych źródeł informacji, − rozpoznawać rodzaje rysunków stosowanych w dokumentacji technicznej, − odczytywać informacje podane na rysunku wykonawczym i złoŜeniowym, − wykonywać pomiary warsztatowe, − dobierać materiały konstrukcyjne, − rozpoznawać części maszyn i mechanizmów, − określać zasady obróbki skrawaniem, − charakteryzować obrabiarki skrawające, − analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania, − samodzielnie podejmować decyzje, − przestrzegać przepisów bhp, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska.
  • 9. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − scharakteryzować fizykochemiczne procesy powodujące zuŜycie i uszkodzenie obrabiarek, − scharakteryzować rodzaje tarcia oraz wskazać sposoby jego zmniejszania, − określić rodzaj uszkodzenia obrabiarki oraz jego objawy, − scharakteryzować obsługę techniczną obrabiarek skrawających, − wyjaśnić sterowanie przebiegiem pracy obrabiarek, − obsłuŜyć mechanizmy obrabiarek skrawających, − obsłuŜyć napędy obrabiarek skrawających, − obsłuŜyć urządzenia sterujące, − określić zasady ustawiania i fundamentowania obrabiarek skrawających, − wykonać konserwację obrabiarki zgodnie z Dokumentacją Techniczno-Ruchową, − zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska podczas uŜytkowania i obsługiwania obrabiarek.
  • 10. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Fizykochemiczne procesy zuŜycia obrabiarek 4.1.1. Materiał nauczania Eksploatacja maszyn obejmuje całość zagadnień związanych z ich uŜytkowaniem, począwszy od momentu zakupu aŜ do zakończenia eksploatacji. Warunkiem racjonalnego uŜytkowania maszyn jest dysponowanie środkami organizacyjnymi i technicznymi, niezbędnymi do zapewnienia pełnej gotowości technologicznej i niezawodności. MoŜna to osiągnąć między innymi przez zapewnienie prawidłowej konserwacji maszyn oraz staranne wykonywanie niezbędnych napraw. Jedną z przyczyn zuŜycia maszyn i urządzeń jest istnienie tarcia w ich zespołach i elementach. Tarcie to zjawiska przeciwdziałające ruchowi względnemu stykających się ze sobą dwóch ciał (tarcie zewnętrzne) lub elementów tego samego ciała (tarcie wewnętrzne). W przyrodzie tarcie jest zjawiskiem powszechnym i stanowi podstawową przyczynę niszczenia części maszyn i utraty ich właściwości uŜytkowych. Wywołuje powstawanie ubytku materiału z powierzchni i narastanie zmian w warstwie wierzchniej materiału. Towarzyszą mu: korozja, erozja, odkształcenie plastyczne itp. Tarcie i towarzyszące mu zuŜywanie części maszyn z reguły prowadzą do pogorszenia się jakości powierzchni części trących, co powoduje utratę ich właściwości uŜytkowych lub nawet konieczność wycofania z eksploatacji, a takŜe pęknięcia lub złamania części przy dostatecznie duŜym zmniejszeniu ich przekroju, co zawsze jest przyczyną awarii. Tarcie powoduje straty energii, zuŜywanie powierzchni części współpracujących i wzrost ich temperatury, a takŜe drgania i efekty akustyczne. Nie moŜna uniknąć tarcia, natomiast moŜna je złagodzić przez zmianę jego rodzaju. W urządzeniach mechanicznych tarcie występuje we wszystkich zespołach i mechanizmach ruchowych. MoŜe mieć charakter pozytywny (poŜądany), z czym mamy do czynienia w takich zespołach, jak: sprzęgła cierne, hamulce, niektóre napędy cięgnowe (paski klinowe), przekładnie cierne i inne, lub negatywny, gdy powoduje niepoŜądane opory ruchu, a przez to straty energii i zuŜywanie części współpracujących – np. w łoŜyskach, przekładniach zębatych, prowadnicach i róŜnego rodzaju przegubach. RozróŜnia się tarcie wewnętrzne i zewnętrzne. Tarcie wewnętrzne to opór powstający między elementami jednego ciała. W ciałach stałych tarcie jest uzaleŜnione od właściwości tłumiących materiałów, natomiast w płynach od lepkości. Opory tarcia wewnętrznego wynikają z istnienia sił kohezji (sił wzajemnego przyciągania się cząsteczek ciała) i zaleŜą od swobody przemieszczania się tych cząsteczek. Najmniejsze występują w gazach, a największe w ciałach stałych. Tarcie wewnętrzne występuje równieŜ w cieczy podczas przesuwania względem siebie dwóch ciał oddzielonych całkowicie warstwą cieczy. Nazywa się je tarciem płynnym, gdyŜ jest wywołane oporem wewnętrznym warstwy płynu – środka smarnego. Tarcie zewnętrzne występuje w obszarze styku dwu ciał stałych będących w ruchu lub wprawianych w ruch bez udziału czynnika smarowego. JeŜeli po wierzchnie styku tych ciał są elementami idealnie sztywnymi i pozbawionymi błędów kształtu i chropowatości, to opory tarcia zewnętrznego są wynikiem oddziaływania sił powierzchniowych (adhezji). JeŜeli tarciu podlegają elementy maszyn, to między nimi występują nie tylko oddziaływania o charakterze adhezyjnym, ale równieŜ oddziaływania mechaniczne spowodowane nierównościami współpracujących powierzchni. Stąd opory tarcia zewnętrznego to pokonywanie zarówno sił adhezyjnych, jak i spójności. Na rysunku 1 przedstawiono klasyfikację rodzajów tarcia.
  • 11. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 8 Rodzaje tarcia Ze względu na rodzaj styku Ze względu na rodzaj ruchu Ze względu na cechy styku Suche Płynne Graniczne Mieszane Spoczynkowe Ruchowe Ślizgowe Toczne Rys. 1. Rodzaje tarcia [4]. Tarcie spoczynkowe (statyczne) występuje wtedy, kiedy dwa ciała nie przemieszczają się względem siebie i jest równe sile, jakiej naleŜy uŜyć, aby wprowadzić w ruch jedno ciało względem drugiego. Tarcie ruchowe (kinetyczne) występuje wtedy, kiedy dwa ciała ślizgają się lub toczą po sobie. Siła tarcia przeciwstawia się wówczas ruchowi i powstają opory tarcia, których pokonanie wymaga odpowiednich sił. W odróŜnieniu od tarcia spoczynkowego, tarcie ruchowe zawsze wywołuje zuŜycie elementów trących. Dzieli się je na toczne (potoczyste) oraz ślizgowe (posuwiste). Tarcie toczne występuje np. w łoŜyskach tocznych, przekładniach zębatych oraz w układzie koło – szyna. Tocząca się rolka powinna stykać się z teoretycznie gładką powierzchnią. W praktyce rolka ta odkształca się, wywierając pewien nacisk na powierzchnię, która równieŜ ulega odkształceniu. Następują spręŜyste, a niekiedy nawet plastyczne odkształcenia obu materiałów, powodując tzw. styk strefowy elementów. W strefie tej występuje tarcie ślizgowe zewnętrzne na po wierzchni elementów oraz tarcie wewnętrzne w odkształconej warstwie wierzchniej. Źródłem oporów tarcia tocznego są mechaniczno- molekularne oddziaływania, zachodzące na styku elementów podczas ich przetaczania. Tarcie ślizgowe (rys. 2) występuje przy postępowym, postępowo-zwrotnym, obrotowym, obrotowo-zwrotnym lub wiertnym ruchu względnym współpracujących elementów. Rys. 2. Model tarcia ślizgowego [4]. Siła tarcia ślizgowego obliczana jest ze wzoru: NT ⋅= µ [N] gdzie: N – siła dociskająca powierzchnie trące w N, µ – współczynnik tarcia.
  • 12. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 9 Wartość współczynnika tarcia ślizgowego zaleŜy m.in. od rodzaju materiałów oraz od stanu ich powierzchni. W odniesieniu do metali zawiera się ona w granicach 0,10–0,25 (tabl. 1). Tarcie ślizgowe występuje w większości urządzeń mechanicznych. Tabela 1. Wartości współczynnika tarcia suchego niektórych materiałów [4]. Skojarzenie Współczynnik tarcia µ Skojarzenie Współczynnik tarcia µ Stal-Ŝeliwo Stal-stal Stal-mosiądz śeliwo-Ŝeliwo Mosiądz-Ŝeliwo 0,18 0,10 0,15 0,16 0,15 Stal-miedź Stal-polistry Stal-poliamidy Stal-teflon Stal-szkło 0,10 0,11 0,05 0,04 0,08 Warunki pracy poszczególnych mechanizmów maszyn są róŜne i zaleŜą od: − rodzaju tarcia uwarunkowanego rodzajem ruchu (ślizgowe, toczne), kształtu geometrycznego powierzchni trących oraz obciąŜenia, rodzaju tarcia uwarunkowanego smarowaniem lub jego brakiem (suche, płynne, mieszane, graniczne), − obciąŜenia wywołującego napręŜenia wewnętrzne materiału części trących, − prędkości poślizgu lub toczenia, − temperatury otoczenia, − obecności środowiska agresywnego korozyjnie, − wnikania między trące powierzchnie niepoŜądanych ciał obcych, − jakości procesu eksploatacji (tzn. uŜytkowania, obsługiwania i płynami eksploatacyjnymi, takimi jak środki smarne i paliwa), − przepływu prądu elektrycznego (w szczególnych przypadkach). W wyniku zuŜywania części maszyn następuje pogorszenie się stanu technicznego i uŜyteczności maszyn, co objawia się zmniejszeniem ich sprawności mechanicznej, wzrostem temperatury i natęŜenia hałasu podczas pracy maszyny oraz występowaniem nadmiernych drgań na skutek: − tarcia powodującego niszczenie warstwy wierzchniej par trących, − zmęczenia prowadzącego do powstania przełomów w wyniku działania zmiennych obciąŜeń, − korozji przewaŜnie obniŜającej wytrzymałość i zmianę składu warstwy wierzchniej materiału, − erozji, naruszającej powierzchnię poddaną przepływowi czynnika gazowego lub ciekłego. Rys. 3. ZuŜywanie jako proces i zuŜycie jako stan części: j – jednostka zuŜycia (miara), Zj – zuŜycie mierzone jako zmiana masy, wymiarów liniowych lub objętości, 0,1,2,.. stan obiektu w chwili obserwacji [4]. ZuŜywanie to proces zmian stanu części, węzła kinematycznego, zespołu lub całej maszyny powodujący utratę ich właściwości uŜytkowych. Niekiedy jednak zmiany mogą wpływać korzystnie bądź stabilizująco na te właściwości. Na przykład podczas docierania maszyny następuje polepszenie jej właściwości uŜytkowych, chociaŜ moŜe temu towarzyszyć
  • 13. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 10 ZuŜywanie części maszyn Mechaniczne Korozyjne Korozyjno-mechaniczne Tarcie Przekroczenie wytrzymałości Korozja chemiczna Korozja elektro-chemiczna Korozja napręŜeniowa Korozja zmęczeniowa Korozja-erozja niewielki ubytek materiału warstw wierzchnich elementów współpracujących. Natomiast zuŜycie to stan poszczególnych części, węzła kinematycznego, zespołu lub maszyny na określonym etapie procesu zuŜywania. Przedstawiono to na rysunku 3 ZuŜywania nie da się uniknąć, ale moŜna i naleŜy je opóźniać. Ze względu na rodzaj oddziałującego czynnika rozróŜnia się zuŜywanie mechaniczne, korozyjne i korozyjno- mechaniczne (rys. 4). Rys. 4. Rodzaje zuŜywania części maszyn [4]. W urządzeniach mechanicznych podstawowymi częściami trącymi są: − łoŜyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowym – tarcie ślizgowe, − łoŜyska ślizgowe poprzeczne pracujące w ruchu obrotowo-zwrotnym (wahadłowym) – tarcie ślizgowe, − prowadnice pracujące w ruchu posuwisto-zwrotnym – tarcie ślizgowe, − przekładnie zębate pracujące z reguły przy tarciu ślizgowo-tocznym, − łoŜyska toczne o róŜnym profilu elementu tocznego i róŜnym kierunku przenoszenia sił (wzdłuŜne, poprzeczne) pracujące przy tarciu tocznym, − napędy krzywkowe pracujące przy tarciu tocznym lub ślizgowym. Trwałość elementów maszyn zaleŜy od tego, czy między współpracującymi powierzchniami występuje tarcie toczne czy ślizgowe. NaleŜy dąŜyć do zmniejszania tarcia ślizgowego przez zastosowanie elementu pracującego w warunkach tarcia tocznego oraz dobór odpowiednich środków smarnych. W wyniku tarcia następuje: − ubytek materiału z powierzchni tarcia, − zmiana właściwości warstwy wierzchniej (zwykle zmniejsza się odporność na zuŜywanie), − pogarszanie jakości powierzchni tarcia, zwiększenie chropowatości, powstanie rys, pęknięć powierzchniowych i jam po wyrwanych cząstkach materiału. Zjawiska cieplne, które towarzyszą tarciu, powodują zmiany strukturalne w warstwach wierzchnich, w związku z czym zmniejsza się ich twardość i wytrzymałość. Przeróbka plastyczna i prawidłowo przeprowadzona obróbka skrawaniem uodparnia tę warstwę przed zuŜywaniem, natomiast tarcie powoduje takie odkształcenia mechaniczne i zmiany termiczne, w wyniku których szybciej się ona zuŜywa. W miarę ubytku materiału z powierzchni, odkształcenie i inne zmiany postępują w głąb materiału. Wskutek deformacji powierzchni, gdy występy nie mają kształtu ostrza, lecz są zaokrąglone, następuje wyrywanie cząstek materiału. Jest to powszechne niemal we wszystkich przypadkach tarcia suchego. Łagodniejsze tarcie to jednocześnie mniejsze zmiany w warstwie wierzchniej i mniejszy ubytek materiału, a więc powolniejszy proces zuŜywania. Dlatego podstawowym zadaniem eksploatatora jest stworzenie takich warunków, w których wartość współczynnika tarcia będzie jak najmniejsza. W praktyce występuje głównie zuŜywanie mechaniczne, które moŜna po dzielić na dwie grupy (rys. 5):
  • 14. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 11 − zuŜywanie ustabilizowane, − zuŜywanie nieustabilizowane. Podczas zuŜywania ustabilizowanego ubytek materiału z powierzchni następuje przez cały czas trwania procesu. W przypadku zuŜywania nieustabilizowanego w warstwie wierzchniej elementu przez pewien czas zauwaŜa się jedynie zmiany jakościowe, takie jak zgniot czy narastanie mikropęknięć, a zauwaŜalny ubytek materiału występuje znacznie później. Do zuŜywanie ustabilizowanego zalicza się zuŜywanie: ścierne, przez sczepianie I i II rodzaju, w wyniku utleniania oraz scuffing i fretting (terminy te objaśniono na str. 12). ZuŜywanie ścierne to proces niszczenia warstw wierzchnich elementów współpracujących ze sobą w wyniku skrawającego, bruzdującego, rysującego i ścinającego oddziaływania nierówności powierzchni lub cząstek ciał obcych (ścierniwa) oraz produktów zuŜywania znajdujących się między tymi powierzchniami. Proces ten wywołują: mikroskrawanie, rysowanie, ścinanie i odrywanie nierówności oraz bruzdowanie. ZuŜywanie ścierne to zjawisko typowe dla tarcia suchego. Jego intensywność jest bardzo duŜa. W czystej formie występuje rzadko — np. w przegubach gąsienic pojazdów gąsienicowych lub podczas tarcia elementów roboczych maszyn ziemnych o skrawany grunt. Powierzchnia tarcia przypomina powierzchnię po szlifowaniu zgrubnym, jest czysta, nie ma śladów sczepień ani głębokiego wyrywania. Warstwa wierzchnia jest zazwyczaj odkształcona jedynie spręŜyście. ZuŜywanie przez sczepianie I rodzaju (przez sczepianie tarciowe, adhezyjne) to proces intensywnego niszczenia powierzchni tarcia z plastycznym odkształceniem warstwy wierzchniej. Pojawiają się wówczas miejscowe sczepienia (połączenia) metaliczne obu powierzchni trących oraz następuje ich niszczenie w wyniku odrywania cząstek metalu. Powierzchnia tarcia ma rysy, których kierunek odpowiada kierunkowi ruchu. Takie zuŜywanie występuje przy stosunkowo niewielkich prędkościach względnych, duŜych naciskach i zbyt ubogim smarowaniu. Po zbliŜeniu się występów nierówności powierzchni na odległość działania sił międzyatomowych następuje ich sczepianie tarciowe, a następnie ścinanie tych połączeń. Procesowi temu towarzyszy niezbyt wysoka temperatura, dlatego mówi się o zgrzewaniu na zimno. W jego wyniku następuje zwiększenie chropowatości i powstawanie głębokich wyrw na powierzchniach elementów trących połączone z nalepianiem cząstek metalu, umocnienie warstwy wierzchniej elementów oraz obniŜenie ich wytrzymałości zmęczeniowej. Skuteczną metodą przeciwdziałającą temu procesowi jest obfitsze smarowanie. ZuŜywanie przez sczepianie II rodzaju (przez zrastanie tarciowe, cieplne) występuje podczas intensywnego niszczenia powierzchni metali wskutek tarcia ślizgowego i jest wywołane nagrzaniem strefy tarcia do temperatury zmiękczenia metalu. Występuje w wyniku duŜych nacisków i duŜych prędkości względnych. Warstwa wierzchnia zostaje wyraźnie i głęboko odkształcona. Powierzchnia tarcia jest bardzo chropowata, ma kolor srebrny lub ciemnoniebieski, co świadczy o jej wysokiej temperaturze. Taki wygląd powierzchni wskazuje na brak środka smarnego oraz na zbyt częste i długotrwałe przeciąŜenia powodujące tarcie suche. Wystąpienie pierwszych śladów takiego zuŜycia (spowodowanych np. chwilowym brakiem środka smarnego) utrudnia uzyskanie stabilnej warstwy smarnej, zwanej klinem smarowym. ZuŜycie takie uniemoŜliwia dalszą pracę mechanizmów precyzyjnych, a nawet zespołów maszynowych. Usunięcie skutków zuŜywania cieplnego, nawet w początkowej fazie, wymaga naprawy. ZuŜywanie w wyniku utleniania występuje na skutek reakcji metalu z tlenem, zarówno podczas tarcia ślizgowego, jak i tocznego, i jest typowe dla części obficie smarowanych. Podczas tarcia tocznego towarzyszy mu zawsze zuŜywanie zmęczeniowe (łuszczenie, pitting). Powierzchnia tarcia jest czysta, przewaŜnie błyszcząca, pokryta dość duŜymi, czasem
  • 15. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 12 błyszczącymi róŜnobarwnymi plamami – od srebrnej do jasnoniebieskiej lub jasnobrunatnej. Warstwa wierzchnia jest nieznacznie odkształcona. Proces ten występuje w urządzeniach mechanicznych, szczególnie w przypadku tzw. tarcia granicznego. Intensywność procesu jest najmniejsza w porównaniu z innymi rodzajami zuŜywania, zatem naleŜy tworzyć warunki sprzyjające zuŜywaniu przez utlenianie, a eliminować zuŜywanie przez sczepianie. Rys. 5. Grupy i rodzaje zuŜywania mechanicznego metalowych części maszyn w wyniku tarcia [4]. Scufjing (ang. scuff – zdzierać) to gwałtowne zuŜywanie ścierne i adhezyjne, spowodowane przerwaniem warstwy smarnej (w wyniku duŜego obciąŜenia) lub zastosowania zbyt cienkiej warstwy smarnej. Podczas procesu następuje łączenie i rozrywanie połączeń wierzchołków nierówności współpracujących powierzchni. Scuffing moŜe być lekki, umiarkowany i intensywny – przy intensywnym występuje zadzieranie powierzchni współpracujących elementów (pod wpływem ciepła). Scuffing powoduje zachwianie równowagi termicznej i mechanicznej w węzłach tarcia, czego wynikiem jest lawinowy proces zuŜywania. Fretting (ang. frett – wgryzać, strzępić) to zuŜywanie mechaniczne połączeń spoczynkowych poddanych drganiom. W procesie tym występuje jednoczesne oddziaływanie adhezyjne (sczepianie) oraz intensywne utlenianie. PoniewaŜ powierzchnia zuŜyta jest podobna do powierzchni skorodowanej, czasami fretting jest mylnie klasyfikowany jako zuŜywanie korozyjne. ZuŜywanie nieustabilizowane przez łuszczenie (spalling – ang. spali – odprysk) jest procesem dynamicznym, zmęczeniowym, występującym podczas tarcia tocznego przy braku lub niedostatku środka smarnego, np. w przekładniach zębatych i łoŜyskach. Polega na stopniowym narastaniu napręŜeń w warstwie wierzchniej, a następnie tworzeniu i rozprzestrzenianiu się mikropęknięć prowadzących do wypadania cząstek materiału z podłoŜa. Na powierzchniach tarcia powstają kratery i wŜery. Pierwsze mikropęknięcie pojawia się w miejscu największego wytęŜenia materiału w wyniku wielokrotnego działania maksymalnych napręŜeń stycznych. Szybko powstają kolejne mikropęknięcia. W wyniku ich łączenia płatki materiału oddzielają się, pozostawiając wgłębienia w kształcie ściętego stoŜka. Powierzchnia tarcia nie wykazuje śladów mikroskrawania i między wŜerami pozbawiona jest śladów ścierania. Procesowi łuszczenia towarzyszy utlenianie odsłoniętego materiału warstwy wierzchniej. ZuŜywanie gruzełkowe (pitting – ang. pitt – wgłębienie) spowodowane jest tarciem tocznym w obecności środka smarnego. Proces zuŜywania w porównaniu z łuszczeniem ma
  • 16. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 13 charakter bardziej intensywny. Wskutek zmęczenia warstwy wierzchniej pod wpływem cyklicznych obciąŜeń powstają mikro szczeliny. W strefach styku czynnik smarujący jest wciskany w te mikroszczeliny pod duŜym ciśnieniem i tworzy kliny smarowe. Przetaczanie się współpracującego elementu tocznego powoduje zamykanie się szczelin z równoczesnym odkształceniem materiału oraz ogromny wzrost ciśnienia czynnika smarującego zamkniętego w szczelinie. W wyniku dynamicznego działania klinów smarowych mikroszczeliny są rozłupywane. Powierzchnia tarcia ma dość gęsto rozłoŜone ślady wyrwań, z reguły w kształcie koła. Między wgłębieniami powierzchnia jest gładka, bez śladów sczepień adhezyjnych. Kratery pittingowe (miejsca wyrwań) są niebezpieczne — tworzą karby i mogą być źródłem pęknięć zmęczeniowych. Pitting występuje najczęściej w łoŜyskach tocznych, napędach krzywkowych i przekładniach zębatych. Rozpatrzmy teraz proces zuŜywania mechanicznego. W przypadku tarcia ślizgowego powodującego zuŜywanie ścierne, adhezyjne, erozyjne i fretting wyodrębnia się trzy typowe okresy: − docieranie, − zuŜywanie umiarkowane – normalna praca, zwykle o stałej intensywności, − zuŜywanie awaryjne (patologiczne). Proces zuŜywania części współpracujących dla wymienionych rodzajów zuŜywania przedstawiono na rysunku 6. Rys. 6. Proces zuŜywania ustabilizowanego współpracujących części wskutek tarcia lub erozji: 1 – zuŜycie podczas tarcia ślizgowego, 2 – nośność powierzchni (zdolność do przenoszenia obciąŜenia) podczas tarcia ślizgowego, 3 – intensywność zuŜywania podczas tarcia ślizgowego, 4 – zuŜycie podczas tarcia tocznego, I, II, III – odpowiednio: docieranie, okres normalnej pracy i przekroczenie dopuszczalnego luzu pary trącej: Z – zuŜycie, I – intensywność zuŜywania [4]. Okres I, zwany docieraniem, jest stosunkowo krótki, a zarazem bardzo waŜny dla prawidłowego działania urządzenia. Następuje wówczas dogładzanie i dopasowywanie się współpracujących powierzchni. W początkowej fazie ubytki materiału są dość intensywne. W końcu okresu rzeczywista powierzchnia styku obu części powiększa się, maleje intensywność zuŜywania oraz stabilizuje się stan napręŜeń i odkształceń w warstwie wierzchniej. Okres II to normalna praca elementów maszyn. Charakteryzuje się powolnym przebiegiem zachodzących zjawisk oraz zmniejszoną i prawie stałą intensywnością zuŜywania. Trwałość części maszyn określa się na podstawie tego okresu. Okres III zaczyna się w chwili, gdy następuje przekroczenie dopuszczalne go luzu danej pary trącej. Wówczas występuje zakłócenie normalnej współpracy części, co objawia się stukami, nadmiernym nagrzewaniem się, obniŜeniem sprawności mechanicznej, wzrostem zuŜycia środka smarnego, obniŜeniem dokładności oraz sztywności połączenia. Dalsza eksploatacja w tych warunkach powoduje zniszczenie lub awarię pary trącej.
  • 17. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 14 W przypadku tarcia tocznego zmiany zachodzące w okresie docierania i zuŜywania normalnego, wywołane zgniotem materiału warstwy wierzchniej, są w zasadzie niezauwaŜalne. Wskutek zmian zmęczeniowych w tej warstwie, po pewnym czasie następuje wypadanie z niej cząstek materiału (pitting lub łuszczenie), co jest początkiem zuŜywania lawinowego, awaryjnego. Długość oraz intensywność poszczególnych okresów zuŜywania zaleŜą od: − cech konstrukcyjnych współpracujących części, kształtu ich powierzchni, rodzaju materiałów, obciąŜenia i smarowania, − cech technologicznych współpracujących części: rodzaju ostatecznej obróbki, jakości obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej, chropowatości powierzchni i jakości montaŜu, − cech eksploatacji: prawidłowego uŜytkowania, konserwacji oraz obsługi między naprawami. Zupełnie inaczej przebiega zuŜywanie w wyniku łuszczenia (spallingu) oraz zuŜywania gruzełkowego (pittingu). RozwaŜmy jak przebiega zuŜywanie mechaniczne wskutek przekroczenia wytrzymałości doraźnej lub zmęczeniowej. Dotychczasowe rozwaŜania dotyczyły procesów zuŜywania przede wszystkim warstwy wierzchniej części. Niszczenie mechaniczne powstaje nie tylko w wyniku tarcia, lecz równieŜ na skutek odkształceń plastycznych i zmęczenia. Odkształcenia trwałe, powodujące uszkodzenia elementów maszyn, powstają w wyniku działania obciąŜeń statycznych i dynamicznych, których wartości przekraczają granicę spręŜystości materiału. Powstają one równieŜ po osiągnięciu przez materiał granicznej liczby cykli zmęczeniowych przy obciąŜeniach zmiennych, których wartość nie przekracza granicy spręŜystości materiału. Niszczeniem zmęczeniowym materiału nazywa się zmiany występujące w nim podczas działania okresowo zmiennych odkształceń lub napręŜeń, które powodują zmniejszenie wytrzymałości i trwałości, a nawet całkowite zniszczenie. Najczęściej jest to awaryjny przypadek niszczenia i dlatego części maszyn projektuje się z duŜym zapasem wytrzymałości zmęczeniowej. Wartości obciąŜeń i napręŜeń podczas pracy maszyn zmieniają się cyklicznie. Powoduje to spadek wytrzymałości materiału. Elementy konstrukcyjne pękają wskutek zmęczenia materiału. Pęknięcia te często są niezauwaŜalne, a więc zniszczenie następuje niespodziewanie. Pęknięcia zmęczeniowe zwykle powstają w miejscach gwałtownego wzrostu napręŜeń wywołanych obecnością karbów (o charakterze konstrukcyjnym lub technologicznym – pory, wtrącenia, nacięcia, rysy powierzchniowe, korozja, podtoczenia, nawiercenia, nagłe zmiany przekroju elementu konstrukcyjnego). Pęknięcia zaczynają się zwykle na powierzchni i stopniowo postępują w głąb materiału, aŜ osiągną przekrój krytyczny elementu. Jeśli przekrój ten zostanie dostatecznie osłabiony, następuje nagłe pęknięcie elementu. W przełomach zmęczeniowych moŜna wyróŜnić dwie strefy. Pierwsza, nazywana strefą zniszczenia zmęczeniowego, ma zwykle powierzchnię gładką, często błyszczącą. Druga – strefa przełomu zmęczeniowego — ma wygląd bardziej gruboziarnisty; powstaje nagle, w ostatnim okresie pracy elementu, i nazywa się strefą doraźną lub strefą dołamania. Wytrzymałość zmęczeniową moŜna zwiększyć przez: − wyeliminowanie ostrych przejść i podcięć oraz obszarów gwałtownego spiętrzenia napręŜeń (w tym celu stosuje się zaokrąglenia i opływowe kształty, które zapewniają łagodne, stopniowe zmiany napręŜeń w przekrojach elementu), − unikanie ostrych rys podczas obróbki powierzchni, − zapobieganie w trakcie obróbki odwęgleniu powierzchni, − kontrolowanie lub zapobieganie korozji, erozji i agresji chemicznej podczas pracy urządzenia,
  • 18. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 15 − zmianę konstrukcji polegającą na eliminowaniu połączeń pasowanych na wcisk, kołków i innych części łączących, które zawsze wywołują zaburzenia w makroskopowym stanie napręŜeń, − wywołanie odpowiedniego zgniotu w warstwie wierzchniej, szczególnie w miejscach spiętrzenia napręŜeń (powierzchnie elementu poddaje się krąŜ kowaniu, śrutowaniu, młotkowaniu lub innego rodzaju obróbce plastycznej). Kolejnym sposobem zuŜycia jest zuŜywanie korozyjne. Korozja to niszczenie metali pod wpływem chemicznej lub elektrochemicznej reakcji z otaczającym środowiskiem. Przebiega ona z róŜną intensywnością, zaleŜną od warunków eksploatacji metalu oraz jego składu i struktury. Korozji ulegają prawie wszystkie metale techniczne z wyjątkiem złota, srebra i platyny. Niszczenie korozyjne towarzyszy eksploatacji wszystkich maszyn i urządzeń mechanicznych, a straty nim spowodowane niekiedy wielokrotnie przewyŜszają skutki zuŜywania mechanicznego. Odrębnym problemem jest bezpieczeństwo pracy urządzeń naraŜonych na korozję, których awaria moŜe mieć szczególnie niebezpieczne skutki. Dotyczy to części samolotów, turbin, reaktorów ciśnieniowych, mostów itp. Korozja chemiczna to niszczenie metali w wyniku działania na nie suchych gazów lub cieczy nieprzewodzących prądu elektrycznego (np. chlorowców, siarki). Warstwa korozyjna powstaje w wyniku zaadsorbowania gazu, który następnie zostaje zdysocjowany dzięki powinowactwu z metalem lub wskutek podwyŜszenia temperatury. Zdysocjowany gaz wchodzi w reakcję z metalem, tworząc na jego powierzchni cienką warstwę związku chemicznego. Warstwy powstające z produktów korozji mogą szczelnie i trwale przylegać do powierzchni metalu lub łatwo od niej odpryskiwać. W pierwszym przypadku produkty korozji stanowią ochronę przed dalszym agresywnym działaniem środowiska, w drugim zaś metal szybko ulega zniszczeniu, poniewaŜ warstwy odpryskujące odsłaniają nowe jego powierzchnie, które następnie korodują. Korozja elektrochemiczna to niszczenie metalu wskutek zetknięcia się go z wodą lub roztworem, które mogą stanowić elektrolit przewodzący prąd między lokalnymi ogniwami znajdującymi się na powierzchni metalu. Tworzeniu się tych ogniw sprzyjają zanieczyszczenia występujące w metalach oraz niejednorodność ich składu chemicznego i struktury. W wyniku działania ogniwa pod wpływem tlenu następują zmiany chemiczne materiału (np. Ŝelaza w wodorotlenek Ŝelaza). Wstrzymanie dopływu tlenu, podobnie jak usunięcie elektrolitu, powoduje zatrzymanie korozji. Korozja elektrochemiczna bardzo agresywnie atakuje metale, szczególnie Ŝelazo i jego stopy. Objawem zniszczenia korozyjnego moŜe być rdzewienie (np. na skutek utleniania), pękanie lub spadek wytrzymałości mechanicznej albo ciągliwości metali. Ze względu na wygląd zewnętrzny metali lub zmianę ich właściwości fizycznych, proces korozji moŜna podzielić na cztery grupy: 1. Korozja równomierna obejmuje całą powierzchnię materiału. Do tej grupy zalicza się rdzewienie Ŝelaza i matowienie (utlenianie powierzchniowe) srebra. 2. Korozja wŜerowa występuje tylko w pewnych miejscach w postaci plam lub wŜerów często sięgających głęboko w materiał. NaraŜone są na nią metale, na które działa szybko przepływająca ciecz, stąd nazywa się ją teŜ korozją uderzeniową lub korozjo-erozją. 3. Odcynkowanie (rodzaj korozji, któremu ulegają stopy cynku) i korozja selektywna (parting). 4. Korozja międzykrystaliczna, lokalna, przebiegająca na granicy ziaren metalu, powoduje spadek jego wytrzymałości i ciągliwości. Postępuje ona bardzo szybko, atakując głębiej połoŜone warstwy, co czasem jest przyczyną katastrofalnych zniszczeń. Korozja międzykrystaliczna występuje często w nieprawidłowo obrabianej cieplnie stali kwasoodpornej i duralowych stopach aluminium (4% Cu).
  • 19. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 16 Kolejnym rodzajem zuŜycia jest zuŜywanie korozyjno-mechaniczne, spowodowane korozją oraz mechanicznym oddziaływaniem współpracujących elementów. Ze względu na specyfikę czynnika mechanicznego moŜna wyróŜnić trzy główne procesy określające mechanizm tego zuŜywania: 1. Korozja napręŜeniowa jest wynikiem jednoczesnego działania statycznych napręŜeń rozciągających oraz środowiska. Następstwem jej są pęknięcia części maszyn. W procesie wyróŜnia się: − okres początkowy – następuje przebicie warstewki ochronnej materiału; uszkodzenia mają charakter elektrochemiczny, − okres rozprzestrzeniania pęknięć – przebiega bardzo szybko i głównie na drodze mechanicznej, − okres lawinowego niszczenia. 2. Korozja zmęczeniowa jest wynikiem współdziałania korozji elektrochemicznej i zmiennych napręŜeń spowodowanych powstawaniem ostrych wŜerów przechodzących w pęknięcia wypełnione produktami korozji. Jednoczesne działania napręŜeń cyklicznych i agresywnego środowiska ciekłego obniŜają wytrzymałość stali na zmęczenie od 1,5 do 10 razy. NapręŜenia zmienne powstające w wyniku obciąŜeń cyklicznych wywołują korozję międzykrystaliczną i śródkrystaliczną. Uszkodzenie spowodowane korozją zmęczeniową jest znacznie większe niŜ suma uszkodzeń wynikających z samego napręŜenia zmiennego i korozji elektrochemicznej. 3. ZuŜywanie erozyjne (odmiana zuŜywania korozyjno-erozyjnego) to proces niszczenia warstwy wierzchniej elementów maszyn polegający na powstawaniu ubytków materiału w wyniku oddziaływania cząstek ciał stałych, cieczy i gazów o duŜej energii kinetycznej lub prądu elektrycznego. Występuje przede wszystkim w maszynach przepływowych i wynika z przemieszczania się z duŜą prędkością czynnika roboczego (w dyszach silników rakietowych, silnikach helikopterów, filtrach cyklonowych, instalacjach do przeróbki ropy naftowej) oraz w maszynach elektrycznych. Charakter zuŜywania erozyjnego zaleŜy od warunków, w jakich występuje ubytek materiału. Przeciwdziałanie zuŜywaniu części maszyn polega na stworzeniu moŜliwości złagodzenia owych procesów. Na przykład zamiast zuŜywania wskutek sczepiania pierwszego rodzaju węzły tarcia naleŜy zaprojektować tak, aby zuŜywanie następowało w wyniku utleniania. JuŜ na etapach projektowania i wytwarzania urządzenia naleŜy: − właściwie dobrać pary trące i materiały do ich wyprodukowania, − właściwie zaprojektować układy smarowania, − zapewnić odpowiednią jakość warstw wierzchnich współpracujących części, − prawidłowo dobrać pary montaŜowe i zapewnić czysty montaŜ, − zapewnić odpowiednią regulację. Powszechnie stosuje się metody fizycznego i chemicznego nanoszenia twardych, cienkich warstw na współpracujące powierzchnie. Według dotychczasowe go stanu wiedzy im twardsza jest warstwa wierzchnia, tym jest ona odporniejsza na zuŜywanie ścierne. Materiałami stosowanymi na te warstwy są: TiN, TiC, Al2O3, syntetyczny diament oraz róŜne kompozycje wielowarstwowe wymienionych i innych związków. Podczas eksploatacji naleŜy zapewnić: − ciągłość smarowania (utrzymanie warunków tarcia płynnego), co zmniejsza opory ruchu, − właściwą regulację, − ochronę przed korozją, − unikanie przeciąŜeń, − właściwą temperaturę pracy par ruchowych.
  • 20. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 17 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie są rodzaje tarcia? 2. Jakie są rodzaje korozji? 3. Jakie są okresy zuŜywania współpracujących części? 4. Jaki jest ogólny podział zuŜycia maszyn? 5. Jak przeciwdziałać zuŜyciu? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dokonaj analizy zuŜycia części, na podstawie próbek uszkodzonych elementów maszyn. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin zestawu próbek uszkodzeń, 2) przeanalizować swoje spostrzeŜenia, 3) przedstawić je nauczycielowi. WyposaŜenie stanowiska pracy: − zestaw próbek, − mikroskop warsztatowy − arkusze papieru, − mazaki. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) sklasyfikować rodzaje tarcia? 2) zanalizować proces zuŜywania ustabilizowanego współpracujących części? 3) określić proces zuŜywania nieustabilizowanego współpracujących części? 4) zanalizować warunki pracy mechanizmów maszyn? 5) rozróŜnić zuŜycie korozyjne?
  • 21. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 18 4.2. Smarowanie części maszyn 4.2.1. Materiał nauczania Smarowaniem nazywa się wprowadzenie substancji smarującej między powierzchnie trące oraz związane z tym przekształcenie tarcia suchego w płynne lub mieszane. Racjonalne smarowanie, oprócz znacznego zmniejszenia intensywności tarcia i przedłuŜenia trwałości maszyn, przyczynia się takŜe do zwiększenia sprawności mechanicznej. Spośród wielu funkcji środków smarnych naleŜy wymienić przede wszystkim: − zmniejszenie oporów tarcia, co zmniejsza straty energii oraz zuŜycie urządzeń, − usuwanie zanieczyszczeń ze współpracujących powierzchni, − ochronę przed korozją, − odprowadzenie ciepła z obszaru tarcia, − amortyzację drgań i obciąŜeń uderzeniowych, − zmniejszanie luzów i skutków ich powiększania się w połączeniach ruchowych. Smarami nazywamy płynne bądź stale substancje stosowane do oddzielania trących powierzchni mechanizmów, w celu zmniejszenia ich zuŜycia i zmniejszenia oporów tarcia, a co za tym idzie zmniejszenia rozproszenia energii. Przez wprowadzenie pomiędzy powierzchnie trące oleju lub smaru dąŜy się do zamiany tarcia suchego na znacznie mniejsze tarcie płynne. Środki smarne stosowane w eksploatacji urządzeń mechanicznych moŜna podzielić następująco: 1. ze względu na przeznaczenie: − płynne silnikowe (oleje silnikowe), − płynne przekładniowe (oleje przekładniowe), − płynne wrzecionowe (oleje wrzecionowe), − smary plastyczne do łoŜysk ślizgowych i tocznych, − środki smarne specjalne, 2. ze względu na konsystencję: − płynne (ciecze, gazy), np. olej, powietrze, − smary plastyczne, − stałe, np. grafit, dwusiarczek molibdenu (MoS2), 3. ze względu na pochodzenie: − mineralne – otrzymywane z ropy naftowej, − organiczne – otrzymywane z tłuszczów organicznych, np. olej rzepakowy; ich wadą jest to, Ŝe ulegają starzeniu, zaletą zaś biodegradowalność, − syntetyczne – otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej. Najkorzystniejsze warunki smarowania uzyskuje się dzięki środkom smarnym płynnym – olejom. Stosuje się je do części silnie obciąŜonych, pracujących z duŜą prędkością obrotową, kiedy to wydzielają się znaczne ilości ciepła. W innych przypadkach – oraz gdy nie moŜna ze względów konstrukcyjnych zastosować zamkniętej obudowy – stosuje się smary plastyczne. Do smarów tych często dodaje się środki smarne stałe, tworzące na powierzchniach trących cienkie warstwy odporne na duŜe naciski. Środki stałe są odporne na duŜe naciski, wysoką temperaturę i są chemicznie stabilne. W róŜnych warunkach obciąŜenia, określonych przez naciski jednostkowe (napręŜenia stykowe) i względną prędkość ślizgania, mogą zaistnieć róŜne rodzaje współpracy węzła ruchowego (rys.7). Tarcie suche występuje wtedy, gdy między współpracującymi powierzchniami nie ma Ŝadnych ciał obcych, np. środka smarnego lub wody. Jest ono bardzo intensywne podczas
  • 22. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 19 ślizgania się materiałów chropowatych. Podczas tarcia ślizgowego na sucho wydziela się zawsze duŜo ciepła, które nagrzewa do wysokiej temperatury warstwę wierzchnią części trących, powodując znaczny spadek jej wytrzymałości i wzrost intensywności zuŜywania. W skrajnych przypadkach występuje zatarcie, czyli trwałe połączenie współpracujących części, co unieruchamia węzeł ruchowy. Tarcie płynne występuje wtedy, gdy powierzchnie tarcia są rozdzielone warstwą środka smarnego w postaci smaru plastycznego, cieczy lub gazu. Wówczas tarcie zewnętrzne elementów zostaje zastąpione tarciem wewnętrznym (płynnym) czynnika smarującego. Wówczas siła tarcia zaleŜy wyłącznie od właściwości środka smarnego, a nie od właściwości powierzchni współpracujących. Wartość współczynnika tarcia płynnego (a więc i opory ruchu) jest wielokrotnie mniejsza od wartości współczynnika tarcia suchego i zaleŜy od grubości warstwy cieczy smarującej, jej lepkości oraz od prędkości względnej elementów trących. Dla olejów wynosi 0,08–0,005. Tarcie płynne moŜna uzyskać przez smarowanie hydrostatyczne lub hydrodynamiczne, które zapewnia istnienie trwałej warstwy smarnej. ZuŜywanie elementów maszyn podczas tarcia płynnego jest mniej intensywne niŜ w przypadku innych rodzajów tarcia. Tarcie graniczne powstaje wówczas, gdy powierzchnie trące są pokryte środkami smarnymi zawierającymi substancje powierzchniowo czynne, które tworzą na powierzchniach elementów warstwy wyjątkowo odporne na duŜe naciski i trwale z nimi połączone. Zapobiega to powstawaniu tarcia suchego nawet przy nieciągłym dopływie środka smarnego. Tarciem mieszanym nazywa się zjawisko występowania róŜnych rodzajów tarcia w strefie styku elementów trących, z wyodrębnionymi mikroobszarami styku (np. w jednym mikroobszarze występuje tarcie suche, a w pozostałych tarcie graniczne lub płynne). Tarcie w makroobszarze styku jest wypadkową rodzajów tarcia w poszczególnych mikroobszarach. Rodzaj tarcia wpływa na trwałość i niezawodność urządzeń mechanicznych. Podczas eksploatacji ze względu na konieczność utrzymania dostatecznie duŜej trwałości urządzeń bardzo waŜne jest dąŜenie do zmiany tarcia suchego na inne, najlepiej płynne. W tym celu naleŜy odpowiednio uŜytkować urządzenia mechaniczne oraz prawidłowo wykonywać czynności smarownicze, stosując zalecane środki smarne. Wówczas zmniejsza się intensywność zuŜycia oraz liczbę nieprzewidzianych awarii (zatarć), a wydłuŜa okresy bezusterkowej pracy urządzeń. Rys. 7. Rodzaje tarcia w obecności środków smarnych: a) suche, b) graniczne, c) mieszane, d) płynne; 1 – warstwy graniczne, 2 – styk suchy, 3 – mikro-klin smarowy, h – grubość filmu olejowego [4]. Najkorzystniejsze warunki pracy występują wtedy, kiedy obie powierzchnie są w pełni rozdzielone warstwą oleju, tzw. filmem olejowym (rys. 7d). Wówczas występuje tarcie płynne, w którym opory ruchu są najmniejsze w po równaniu z przypadkami a), b) i c). Jak widać, najkorzystniejsza jest zamiana tarcia zewnętrznego ciał stałych (a) na tarcie wewnętrzne cieczy smarowej (d). Wtedy tarcie występuje wewnątrz cieczy, a opory ruchu muszą pokonać jedynie słabe siły przyciągania międzycząsteczkowego (molekuł) cieczy. W zasadzie nie występuje zuŜywanie wskutek tarcia (z wyjątkiem pittingu), poniewaŜ nie ma bezpośredniego styku między ciałami stałymi. Jeśli nie moŜna „wywołać” w węźle tarcia płynnego, to moŜna zastąpić je tarciem granicznym lub mieszanym (rys. 7 b i c). Zatem dobre smarowanie węzła ruchowego polega na zapewnieniu w nim tarcia płynnego. Małe opory
  • 23. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 20 ruchu i brak bezpośredniego styku stwarzają korzystne warunki współpracy części, charakteryzujące się brakiem zuŜywania i zacierania. ZaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia podano w tablicy 2. Tabela 2. ZaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia [4]. Charakterystyka warstwy środka smarnego Rodzaj tarcia Współczynnik tarcia ślizgowego Brak warstwy adsorpcyjnej suche powyŜej 0,2 Warstwy adsorpcyjne mono- lub polimolekularne środków smarnych, płynów, pary wodnej itp., tlenków, siarczków, itp., graniczne 0,2–0,04 Warstwy środka smarnego o grubości mniejszej od wysokości mikronierówności trących się powierzchni, mieszane 0,2–0,08 Warstwy środka smarnego o grubości większej od wysokości mikronierówności trących się powierzchni, płynne 0,08–0,005 a nawet mniej W obrabiarkach są stosowane układy smarowania indywidualne, centralne albo mieszane. W układzie indywidualnym kaŜdy punkt smarowania ma własny zbiornik smaru. Układ centralny jest wyposaŜony w jeden zbiornik smaru (oleju) oraz w urządzenia do jego rozprowadzania. Natomiast w układzie mieszanym są stosowane obydwa sposoby smarowania. Bardzo często podstawowe zespoły robocze obrabiarki są smarowane centralnie, a pozostałe elementy i mechanizmy indywidualnie. Układy smarowania obrabiarek są przystosowane do działania opartego na zasadzie: − smarowania grawitacyjnego, w którym olej spływa do smarowanych powierzchni na skutek grawitacji, − smarowania dynamicznego, w którym olej dostaje się do smarowanych powierzchni na skutek ruchu współpracujących elementów roboczych, np. powierzchni nośnych ślizgowych łoŜysk hydrodynamicznych, albo rozbryzgowego działania obracających się kół zębatych lub specjalnego elementu rozbryzgowego, − smarowania pod ciśnieniem, w którym olej jest dostarczany do powierzchni smarowanych przez układ smarowania zawierający pompę oraz urządzenia rozprowadzające i dozujące. Rys. 8. Tworzenie się klina smarnego w łoŜyskach ślizgowych oraz przykłady panwi ułatwiających jego powstawanie: a) klin smarny z podanym rozkładem wytworzonego w nim ciśnienia, b) łoŜysko z czterema powierzchniami nośnymi w panwi stałej przeznaczone do pracy w obu kierunkach obrotu, c) łoŜysko z panwią odkształcalną (trzypunktowe) Mackensena [6].
  • 24. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 21 ŁoŜyska ślizgowe, w których tarcie płynne jest uzaleŜnione od prędkości wału, są nazywane łoŜyskami hydrodynamicznymi. W łoŜyskach takich przy prędkości obrotowej wału mniejszej od granicznej (np. przy rozruchu czy hamowaniu) występuje niekorzystne zjawisko tarcia mieszanego. W celu uniknięcia tej wady stosuje się łoŜyska hydrostatyczne, w których czop wału jest utrzymywany w połoŜeniu współosiowym z panwią w kaŜdych warunkach pracy łoŜyska. Jest to moŜliwe dzięki ciśnieniu warstwy oleju dostarczanego do komór nośnych łoŜyska przez pompę zasilającą. Zasadę działania łoŜyska hydrostatycznego przedstawiono na rysunku 9 Rys. 9. Zasada działania łoŜyska hydrostatycznego promieniowego wraz ze schematem zasilania i rozkładem ciśnienia w łoŜysku nieobciąŜonym (A) oraz obciąŜonym siłą poprzeczną F (B): przekrój poprzeczny, b) przekrój wzdłuŜny [6]. 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaki jest podział środków smarnych? 2. Jakie znasz rodzaje tarcia w obecności środków smarnych? 3. Jakie znasz rodzaje smarowania? 4. Co rozumiesz pod nazwą „klin smarny”? 5. Jaka jest zasada działania łoŜyska hydrostatycznego? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dobierz środki smarne i dokonaj smarowania obrabiarek w Twoim warsztacie szkolnym. Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z DTR wybranych obrabiarek, 2) zapoznać się z tablicami olejów i smarów oraz ich zastosowaniem, 3) wybrać materiały smarne i porównać ze wskazaniami zawartymi w DTR, 4) zaprezentować i uzasadnić swój wybór nauczycielowi, 5) dokonać smarowania obrabiarek.
  • 25. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 22 WyposaŜenie stanowiska pracy: – DTR obrabiarek – tablice z materiałami smarnymi, – materiały smarne. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj tarcie w łoŜysku hydrostatycznym i dokonaj pomiaru jego sztywności. Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować tarcie występujące w łoŜysku hydrostatycznym, 2) dokonać pomiaru sztywności łoŜyska nie będącego w ruchu, 3) dokonać pomiaru sztywności łoŜyska będącego w ruchu, 4) zanalizować wyniki pomiarów, 5) przedstawić swoje spostrzeŜenia nauczycielowi. WyposaŜenie stanowiska pracy: – dokumentacja łoŜyska hydrostatycznego, – stanowisko do pomiaru sztywności łoŜyska hydrostatycznego, – papier, – pisaki. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1. określić, jakie są funkcje środków smarnych? 2. sklasyfikować środki smarne? 3. przewidzieć zaleŜność współczynnika tarcia od grubości warstwy środka smarnego i rodzaju tarcia? 4. rozróŜnić smarowanie hydrostatyczne i hydrodynamiczne? 5. określić wady i zalety łoŜysk hydrostatycznych?
  • 26. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 23 4.3. ZuŜycie i obsługiwanie eksploatacyjne obrabiarek 4.3.1. Materiał nauczania Właściwości urządzeń zmieniają się pod wpływem samorzutnie zachodzących procesów oraz zewnętrznych oddziaływań. Część zmian ma nieodwracalny charakter i powoduje zniszczenie urządzeń. Proces ten, zwany zuŜyciowo-starzeniowym lub zuŜywaniem fizycznym, moŜna jedynie opóźniać stosując zabiegi konserwacyjne i remonty. MoŜe się zdarzyć, Ŝe przed osiągnięciem stanu zuŜycia fizycznego obrabiarka staje się bezuŜyteczna wskutek postępu technicznego i naleŜy wycofać ją z eksploatacji. Nazywamy to starzeniem (zuŜyciem) ekonomicznym lub – mniej trafnie – moralnym. Proces ten moŜna opóźnić modernizując obrabiarki, ale tylko do granic opłacalności tego zabiegu. UŜytkownicy powinni mieć moŜliwość oceny wielkości zmian, by móc określić stan obrabiarki. Stan ten jest określany na podstawie analizy zbioru chwilowych wartości cech, które moŜna nazwać cechami stanu. Ocenie podlega stan techniczny oraz eksploatacyjny. Stan techniczny obrabiarki zmienia się nieustannie, co oznacza, Ŝe moŜna wyróŜnić nieskończenie wiele stanów. W praktyce nie ma potrzeby określania wszystkich stanów; w najprostszym przypadku wystarczy wyróŜnić dwa: − stan zdatności – kiedy obrabiarka działa poprawnie, − stan niezdatności – gdy obrabiarka nie moŜe wykonywać załoŜonych zadań. Niekiedy wygodniej stosować podział na trzy stany: − zdatności (stan dobry), − częściowej zdatności (stan dopuszczalny, tolerowany), − niezdatności (stan niedopuszczalny). Obrabiarki podlegają procesowi zuŜywania się. Procesowi temu podlegają zwłaszcza te elementy i zespoły, które podczas procesu roboczego wykonują określone ruchy. Typowy przebieg zuŜywania się współpracujących ze sobą elementów maszyn przedstawiono na rysunek. 10. Rys. 10. Wykres zuŜywania się współpracujących elementów maszyn [6]. Zmiany stanu technicznego obrabiarki są skutkiem rozmaitych procesów destrukcyjnych, takich jak: starzenie, zuŜywanie zmęczeniowe, obciąŜenia udarowe itp., wywołujących odkształcenia plastyczne i spręŜyste, przepalenia, stopienia oraz utratę wewnętrznej spójności tworzywa elementów obrabiarki. Zmiany wymiarów i przełomy powodują zmianę wzajemnego połoŜenia elementów, co z kolei jest przyczyną nieprawidłowości działania (niesprawności, niewydolności, niezadziałania), wynikających z niewłaściwego przebiegu pracy i ruchów roboczych. Zmiany (odwracalne lub nieodwracalne) stanu technicznego obrabiarki moŜna podzielić na: − krytyczne (bardzo istotne) – zagraŜające Ŝyciu i zdrowiu ludzi oraz środowisku naturalnemu, − graniczne (istotne) – zagraŜające utracie wydajności pracy obrabiarki,
  • 27. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 24 − dopuszczalne (mniej istotne) – zagraŜające racjonalnemu sposobowi wykorzystania obrabiarki. Zmiany wartości cech stanu technicznego wynikają przede wszystkim z dokonujących się w obrabiarce procesów destrukcyjnych, np. zuŜycia elementu w wyniku tarcia oraz związanej z tym zmiany cech uŜytkowych, np. mocy uŜytecznej (rys. 11). Zmiany stanu technicznego wskutek procesów destrukcyjnych (rys. 11 a) określamy jako: dopuszczalne – np. ze względu na kojarzone wymiary, graniczne – np. ze względu na moŜliwość dokonania zabiegu regeneracyjnego oraz krytyczne – ze względu na nagły, niekontrolowany wzrost intensywności zuŜywania, stwarzające zagroŜenie dla elementu i obrabiarki jako całości. Mogą one spowodować wystąpienie odpowiednio: usterek, uszkodzeń i zniszczeń. Rys. 11. Przebieg zmian zuŜycia Z obrabiarki w czasie t (a) oraz związane z tym zmiany mocy uŜytecznej P (b) [4]. Biorąc pod uwagę moc uŜyteczną (rys. 11 b) wyróŜnić moŜna stany uŜytkowe dopuszczalne – w granicach przewidzianej tolerancji mocy uŜytkowej, graniczne – np. ze względu na niedopuszczalny spadek mocy umoŜliwiający tylko bieg jałowy i krytyczne – np. kiedy następuje unieruchomienie całej obrabiarki. Wówczas moŜe wystąpić odpowiednio: niesprawność, niewydolność lub niezadziałanie obrabiarki. JeŜeli Ŝadna z cech stanu technicznego obrabiarki nie osiągnęła wartości dopuszczalnej, to jest ona sprawna technicznie. Oznacza to, Ŝe jej właściwości techniczno–eksploatacyjne odpowiadają załoŜonym podczas konstruowania i wytwarzania, i Ŝe moŜe ona realizować wszystkie funkcje zgodnie z przeznaczeniem. Gdy jakaś cecha, np. moc, osiągnie wartość dopuszczalną lub ją przekroczy, urządzenie nadal moŜe spełniać zasadnicze funkcje robocze, tzn. jest w stanie zdatności. Jednak biorąc pod uwagę inne kryteria, które nie w pełni odpowiadają załoŜonym, obrabiarka będzie niewydolna technicznie.
  • 28. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 25 Stan eksploatacyjny obrabiarki określa to, co aktualnie dzieje się z nią podczas eksploatacji. WyróŜnia się następujące podstawowe stany eksploatacyjne: − uŜytkowania aktywnego, − przechowywania, − konserwacji długoterminowej, − konserwacji stałej, − przekazania, − remontu głównego, − remontu średniego, − remontu bieŜącego, − obsługi bieŜącej, − likwidacji, − transportu. W ramach tego zbioru moŜna wyróŜnić dwa podzbiory: − I – Stany od 1 do 5 dotyczą uŜytkowania (aktywnego i pasywnego). − II – stany od 6 do 11 dotyczą obsługiwania. W stanach 1–5 (eksploatacyjnych) obrabiarka ma być technicznie sprawna. W stanach 6–10 (eksploatacyjnych) przywraca się jej pełną sprawność. Zmiany stanów technicznych i eksploatacyjnych są wzajemnie zaleŜne. Proces eksploatacji to na przemienne zmiany stanów technicznych i eksploatacyjnych. Uszkodzenie obrabiarki to zdarzenie losowe, powodujące, Ŝe obrabiarka czasowo lub na stałe traci stan zdatności i przechodzi do stanu częściowej zdatności lub do niezdatności. Uszkodzenie następuje wtedy, gdy wartości parametrów określających obciąŜenie obiektu (elementu, podzespołu, zespołu) przekraczają jego graniczne wartości wytrzymałości (odporności). Uszkodzenie z definicji jest więc zdarzeniem niezamierzonym (pomijając uszkodzenia celowe). Czasami spotyka się definicję zawęŜoną: uszkodzenie to przejście obrabiarki pracującej według modelu dwustanowego ze stanu zdatności do stanu niezdatności. PoniewaŜ często rozpatruje się modele pracujące w kilku stanach, naleŜy zdefiniować uszkodzenia równieŜ dla takich modeli. UmoŜliwia to klasyfikację uszkodzeń. RozwaŜymy przypadek, gdy wartość obciąŜenia zewnętrznego stopniowo zwiększa się i/lub wytrzymałość obrabiarki stopniowo się pogarsza do chwili, aŜ wystąpi uszkodzenie. Są to uszkodzenia stopniowe. Innym przypadkiem jest nagła (niespodziewana) zmiana obciąŜenia lub nagły spadek wytrzymałości obrabiarki (w wyniku starzenia lub zmęczenia materiału). Wówczas mówimy o uszkodzeniach nagłych. Inne kryterium klasyfikacji, którego podstawą jest moŜliwość przywrócenia uszkodzonej obrabiarce stanu zdatności, prowadzi do podziału na: − uszkodzenia usuwalne (nazywane takŜe czasowymi lub chwilowymi), − uszkodzenia nieusuwalne (nazywane takŜe stałymi). Uzasadniony jest takŜe podział uszkodzeń ze względu na ich wpływ na działanie obrabiarki. WyróŜnia się tu uszkodzenia: − krytyczne, wykluczające moŜliwość dalszego uŜytkowania obrabiarki, − waŜne, wymagające niezwłocznego podjęcia działań związanych z przy wróceniem zdatności obrabiarki, − mało waŜne, gdy podjęcie działań związanych z przywróceniem zdatności obrabiarki moŜe być odłoŜone w czasie, − nieistotne, których wpływ na działanie obrabiarki moŜna pominąć.
  • 29. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 26 Czasami uszkodzenia „mało waŜne” i „nieistotne” nazywa się usterkami obrabiarki, natomiast „krytyczne” i „waŜne” – po prostu uszkodzeniami. W ramach podziału uwzględniającego rozległość skutków uszkodzeń, wyróŜnia się ich następujące rodzaje (poczynając od skutków najmniej rozległych): − usterka, − uszkodzenie, − awaria, − zniszczenie. Uwzględniając wpływ uszkodzenia na właściwe działanie obrabiarki wyróŜnia się uszkodzenia całkowite i częściowe, a biorąc pod uwagę związki uszkodzeń ze sobą, mówimy o uszkodzeniach niezaleŜnych i zaleŜnych. Czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek są związane bądź z samym obrabiarkami (z realizowanymi przez nie działaniami), bądź z jego otoczeniem (rys. 12) opracowano na podstawie badań prowadzonych wspólnie z zakładem remontującym obrabiarki skrawające do metali). 26,4 5,5 8,3 4 3 13,2 5 13 21,6 inne Błędy technologiczne Błędy montaŜu Błędy remontu Błędy konserwacji Uszkodzenie elementów współpracujących Przekroczenie normatywnego czasu pracy Błędy uŜytkownika Działanie czynników zewnętrznych Rys. 12. Częstotliwość występowania przyczyn uszkodzeń określonej grupy obrabiarek skrawających do metali w procentach [4]. Zidentyfikowanie uszkodzenia podczas eksploatacji jest podstawą działań przywracających obrabiarce moŜliwość realizacji jej zadań. Zakres tych działań jest związany z rodzajem uszkodzenia, jego lokalizacją oraz zasięgiem. Od rodzaju uszkodzenia zaleŜy szybkość jego usunięcia. Ma to znaczenie szczególnie w przypadku obiektów złoŜonych, gdyŜ tam moŜna spodziewać się równoczesnego wystąpienia wielu uszkodzeń. O rodzaju działań decydują takie czynniki, jak: − wpływ uszkodzenia na parametry uŜytkowe obrabiarki, − wpływ uszkodzenia na bezpieczeństwo uŜytkowania obrabiarki, − moŜliwość naprawy uszkodzonego elementu obrabiarki. Typowe sposoby usuwania uszkodzeń to: − wyłączenie i zastąpienie uszkodzonego elementu jego sprawnym rezerwowym odpowiednikiem; gdy uszkodzony element nie moŜe być zastąpiony, − sprawnym, dopuszcza się wyłączenie go z eksploatacji (po odpowiednim zabezpieczeniu) i uŜytkowanie obrabiarki z ograniczoną wydajnością, − wyłączenie i naprawa uszkodzonego elementu obrabiarki. Procedura usunięcia uszkodzenia obejmuje następujące zadania przygotowawcze: − identyfikację i lokalizację uszkodzenia,
  • 30. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 27 − rozpoznanie zaistniałych skutków uszkodzenia, − ocenę potencjalnych dalszych skutków uszkodzenia. Realizacja wymienionych zadań umoŜliwia określenie zakresu prac naprawczych oraz potrzeb związanych z: − personelem, − narzędziami, − materiałami i częściami zamiennymi, − nakładami finansowymi, − innymi potrzebami (np. środkami transportu, specjalistycznymi stanowiskami remontowymi). Do oceny stanu technicznego obrabiarki moŜna wykorzystać tzw. procesy towarzyszące zuŜyciu którymi mogą być: − drgania, − procesy wibroakustyczne, − procesy cieplne, − procesy elektro-magnetyczne − ultradźwięki, − badania procesów i produktów zuŜywania. Tak więc do diagnozowania maszyn elektrycznych analizujemy bilans energetyczny pola magnetycznego. Zakłada się, Ŝe kaŜde uszkodzenie elektryczne zmienia wartość indukcyjności maszyny elektrycznej. Metodą bilansu energetycznego pola magnetycznego moŜna diagnozować zarówno całe maszyny elektryczne, np. prądnice prądu stałego, prądnice prądu przemiennego (bez ich demontaŜu), jak i elementy indukcyjne, np. uzwojenia, tworniki, włączniki elektromagnetyczne. W węzłach tarcia w oleju gromadzą się produkty zuŜycia: Ŝelazo, aluminium, chrom, ołów, cyna, miedź, nikiel itp. W oleju znajduje się takŜe krzem, który moŜe pochodzić z atmosfery. Ilość tych składników zaleŜy od intensywności zuŜywania elementów obiektu i skuteczności filtracji oleju. W stosowanych obecnie metodach badania i ocen produktów zuŜycia wykorzystuje się róŜne zjawiska fizyczne. Metody spektroskopowe umoŜliwiają wykrywanie cząstek mniejszych niŜ 10 µm. Metody ferrograficzne największą skuteczność wykazują w przedziale od 10 do 100 µm, a korki magnetyczne i detektory opiłków w przedziale od 100 do 1000 µm. Podczas pracy maszyny wytwarza się ciepło, zwłaszcza w węzłach tarcia. Nagrzewają się elementy tych węzłów, obszary do nich przyległe oraz środki stosowane do smarowania lub chłodzenia. Nieprawidłowa praca maszyny objawia się zmianą temperatury węzłów tarcia, środków smarnych lub chłodzących oraz zmianą rozkładu temperatury. Pomiar tych temperatur to tzw. pasywna diagnostyka techniczna, gdyŜ wykorzystuje się w niej ciepło własne badanego obiektu w czasie jego funkcjonowania. Funkcjonowaniu obrabiarek towarzyszą procesy wibroakustyczne (dynamiczne – drgania, hałas, pulsacje i emisja akustyczną). Występują one w obrabiarce lub w jej otoczeniu i odzwierciedlają istotne procesy fizyczne zachodzące w zespołach obrabiarki (np. odkształcenia, współdziałanie części), od których zaleŜy właściwe ich funkcjonowanie. Wielkości określające te zjawiska mogą charakteryzować zarówno ogólne właściwości obrabiarki, jak i jej poszczególnych elementów. Eksploatacja obrabiarek obejmuje całość zagadnień związanych z ich uŜytkowaniem w zakładzie przemysłowym lub rzemieślniczym, począwszy od momentu zakupu i ustawienia w hali warsztatowej aŜ do wycofania z produkcji. Warunkiem racjonalnego uŜytkowania obrabiarek w procesie produkcyjnym jest dysponowanie środkami organizacyjnymi i technicznymi, niezbędnymi do zapewnienia pełnej
  • 31. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 28 gotowości technologicznej i niezawodności posiadanych maszyn. MoŜna to osiągnąć przez właściwe przygotowanie produkcji, zapewnienie prawidłowej konserwacji obrabiarek oraz staranne wykonywanie niezbędnych napraw. Jakość eksploatacji obrabiarki moŜna ocenić na podstawie jej skuteczności, ekonomiczności oraz niezawodności. Skuteczność eksploatacji obrabiarek określa stopień przystosowania organizacyjnego i technologicznego do wykonania określonego zadania produkcyjnego. Optymalną ekonomiczność eksploatacji osiąga się, gdy koszty własne produkcji są najniŜsze. Okres ekonomicznej eksploatacji obrabiarek jest związany z procesem ich starzenia się. Obecnie wynosi on 7–10 lat. Po tym okresie prawie kaŜda obrabiarka, niezaleŜnie od stopnia jej zuŜycia, staje się ekonomicznie nie opłacalna w porównaniu z nowo wyprodukowaną bardziej wydajną i dokładną maszyną. Niezawodność eksploatacji obrabiarek jest to utrzymanie ciągłej zdolności produkcyjnej w ciągu zadanego czasu. W miarę jak postępuje proces zuŜywania się elementów obrabiarki następuje stopniowa utrata jej dokładności, aŜ do granicy uniemoŜliwiającej jej dotychczasowe zastosowanie. Pociąga to za sobą konieczność wycofania obrabiarki z produkcji i dokonania naprawy. Naprawa obrabiarki ma na celu przywrócenie jej utraconych cech techniczno-uŜytkowych. W zaleŜności od zakresu przewidywanych prac i wymiany zuŜytych elementów rozróŜnia się naprawy bieŜące, średnie i główne. W zakres naprawy bieŜącej wchodzą wymiana (rzadziej naprawa) szybko zuŜywających się elementów oraz czynności objęte przeglądem technicznym. W zakres naprawy średniej wchodzą: wymiana elementów (podobnie jak podczas naprawy bieŜącej) oraz w razie potrzeby wymiana odpowiedzialnych części, a takŜe doskrobywanie prowadnic i powierzchni roboczych stołów itp. Koszt naprawy średniej nie powinien przekraczać 30% wartości naprawianej obrabiarki. W zakres naprawy głównej wchodzą prace niezbędne do przywrócenia obrabiarce wartości uŜytkowej zbliŜonej do wartości obrabiarki nowej. Obejmują one wymianę prawie wszystkich elementów podlegających zuŜyciu, skrobanie lub szlifowanie prowadnic, powierzchni stołów i rowków teowych, regenerację lub wymianę śrub pociągowych, elementów układów hydraulicznych, aparatury elektrycznej itd. Koszt naprawy głównej nie powinien przekraczać 70% wartości nowej obrabiarki. Po wykonaniu naprawy średniej i głównej dokonuje się odbioru obrabiarki, podobnie jak w przypadku obrabiarek nowych. Naprawy wykonują odpowiednie słuŜby własnego zakładu (z działów głównego mechanika i głównego energetyka). Naprawy główne obrabiarek mogą być zlecane do wykonania wyspecjalizowanym zakładom naprawczym. Czas cyklu naprawczego obrabiarki, tj. czas między kolejnymi naprawami głównymi, zaleŜy od warunków pracy oraz rodzaju obrabiarki i mieści się w granicach 10000–24000 godzin. Czas cyklu naprawczego obejmuje 6 lub 9 okresów międzynaprawczych, przedzielonych naprawami bieŜącymi oraz średnimi. W cyklu 9-naprawczym po dwóch naprawach bieŜących następuje naprawa średnia. Mechanizacja i automatyzacja produkcji związana ze złoŜonością uŜytkowanych maszyn i urządzeń spowodowała, Ŝe w przedsiębiorstwach produkcyjnych nastąpił wzrost czynności obsługowych, w tym remontów. Wyniki ekonomiczne przedsiębiorstwa zaleŜą bezpośrednio od przerw spowodowanych planowanymi i nieplanowanymi przestojami maszyn. Obecnie procesy decyzyjne dotyczące działań eksploatacyjnych oraz związanych z nimi działań pomocniczych wspomagają systemy informatyczne. W wielu sytuacjach wykorzystuje się
  • 32. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 29 aplikacje komputerowe wspomagające zarządzanie eksploatacją i utrzymaniem ruchu. Jedną z nich jest system informatyczny CMMS (ang. Computer Aided Maintenance Management System) – Komputerowo Wspomagany System Zarządzania Eksploatacją i Utrzymaniem Ruchu Obiektów Technicznych. Zastosowanie odpowiedniego oprogramowania do zarządzania utrzymaniem ruchu (w systemach komputerowych typu main frame, w sieciach lokalnych komputerów osobistych lub w mniejszych systemach, w skład których wchodzą komputery osobiste) zaleŜy od wielkości, wymagań i struktury organizacyjnej przedsiębiorstwa. Sam system jest narzędziem pośrednim. Za pomocą systemu komputerowego wspomagania przetwarzania danych w zakresie konserwacji i remontów moŜna: 1. budować system informatyczny, w skład którego wchodzą: − pełna dokumentacja, − łatwe wsparcie procesu planowania, − przejrzystość terminologii, − redukcja przestojów maszyn i urządzeń, − moŜliwość szybkiego przeprowadzania analizy uszkodzeń powstających w miejscach szczególnie na nie naraŜonych, − przejrzystość kosztów, − wspieranie preliminowania i kontroli, − rozgraniczenie obliczania kosztów robocizny i materiałów według rodzaju kosztów, − osiągnięcie najlepszego, ze względu na określone kryteria, stanu gospodarki materiałowej, − gromadzenie danych o dostawach, − kontrola i ocena zapasów, − sterowanie wykorzystaniem miejsc magazynowych, − ulepszanie planowania potrzeb, − poprawa usług świadczonych przez magazyn, 2. zwiększyć dyspozycyjność maszyn i urządzeń przez: − gromadzenie danych o czasie wykorzystania maszyn i urządzeń, − gromadzenie danych o trwaniu postojów, 3. określać miejsca w urządzeniach i maszynach szczególnie naraŜone na uszkodzenia na podstawie analizy czasów przestojów, 4. analizować przyczyny powstawania uszkodzeń; określać ich cechy charakterystyczne oraz częstotliwość występowania. Podstawą sprawnego i skutecznego funkcjonowania systemu eksploatacyjnego jest przede wszystkim odpowiedni system informatyczny. Szczególnie jest to widoczne podczas eksploatacji układów złoŜonych, w których pozyskiwana i przetwarzana informacja stanowiąca podstawę podejmowania decyzji dotyczących systemu obejmuje wiele zagadnień. Dlatego w celu zapewnienia wysokiej skuteczności i funkcjonalności obiektów eksploatacji, sprawnej realizacji zadań produkcyjnych oraz obniŜenia kosztów eksploatacji stosuje się systemy komputerowego wspomagania zarządzania.
  • 33. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 30 4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie znasz stany techniczne obrabiarek? 2. Jakie znasz czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek? 3. Kiedy osiąga się optymalną ekonomiczność eksploatacji? 4. Co to jest czas cyklu naprawczego obrabiarki? 5. Co rozumiesz pod hasłem system informatyczny CMMS? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dokonaj oceny zuŜycia tokarki, na podstawie bicia promieniowego wrzeciona. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględziny stanu technicznego tokarki, 2) dokonać pomiaru bicia promieniowego, 3) dokonać analizy na przeprowadzonych pomiarów, 4) dokonać oceny zuŜycia tokarki. WyposaŜenie stanowiska pracy: − dokumentacja DTR tokarki, − obrabiarka, − trzpień pomiarowy, − czujnik zegarowy, − pisaki, − kartki papieru. Ćwiczenie 2 Zaplanuj cykl naprawczy obrabiarki. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z dokumentacją zadania, 2) zaplanować cykl naprawczy obrabiarki, 3) zaprezentować wykonane ćwiczenie, 4) dokonać oceny ćwiczenia. WyposaŜenie stanowiska pracy: − dokumentacja zadania, − obrabiarka, − pisaki, − kartki papieru.
  • 34. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 31 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1. ocenić stan techniczny obrabiarki? 2. określić czynniki wywołujące uszkodzenia obrabiarek? 3. wyróŜnić podstawowe stany eksploatacyjne maszyn? 4. odróŜnić zuŜycie od zuŜywania? 5. określić typowe sposoby usuwania uszkodzeń? 6. określić przebieg zuŜywania się współpracujących ze sobą elementów maszyn? 7. wyjaśnić jakie korzyści dają aplikacje komputerowe wspomagające zarządzanie eksploatacją i utrzymaniem ruchu?
  • 35. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 32 4.4. Odbiór, transport i fundamentowanie obrabiarek 4.4.1. Materiał nauczania Badania obrabiarek mają na celu sprawdzenie określonych cech techniczno-uŜytkowych słuŜących do oceny ich konstrukcji, jakości wykonania i przydatności produkcyjnej. Ze względu na cel i zakres przeprowadzanych badań obrabiarek rozróŜnia się: − badania odbiorcze, − badania prototypów, − badania specjalne. Badania odbiorcze wykonuje się przy odbiorze technicznym obrabiarek nowych lub po remoncie. Zakres i sposób przeprowadzania tych badań jest ustalony dla poszczególnych grup lub typów obrabiarek zgodnie z warunkami odbioru technicznego (WOT). Badania prototypów mają na celu stwierdzenie prawidłowości konstrukcji i wykonania oraz przydatności produkcyjnej nowych typów obrabiarek. Badania specjalne mają charakter badań rozwojowych, słuŜących do oceny nowych rozwiązań konstrukcyjnych lub ulepszeń technologicznych wprowadzanych podczas projektowania i budowy nowych typów obrabiarek. Badania odbiorcze obrabiarek powinny być przeprowadzane zgodnie z normą branŜową BN-67/1520-0l – Ogólne warunki techniczne wykonania i odbioru – na podstawie, której opracowuje się warunki odbioru technicznego (WOT) dla danego typu obrabiarki. W normie tej podano wymagania techniczne oraz warunki odbioru dla wszystkich obrabiarek, z wyjątkiem obrabiarek specjalnych oraz sterowanych numerycznie. W zakresie warunków odbioru norma określa przepisy ogólne oraz badania odbiorcze podstawowe, do których zalicza się: − sprawdzenie działania obrabiarki nieobciąŜonej, − sprawdzenie działania obrabiarki obciąŜonej, − sprawdzenie dokładności wykonania obrabiarki. Ogólne warunki techniczne wykonania i odbioru obrabiarek sterowanych numerycznie opracowano w CBKO w Pruszkowie. Przewidziane dla tych obrabiarek badania dodatkowe obejmują: − sprawdzanie dokładności pozycjonowania, − próby testowe. − Przekazana do badań obrabiarka powinna być całkowicie zmontowana, wypoziomowana, wyregulowana, wstępnie dotarta i podłączona do sieci. Sprawdzanie obrabiarki nieobciąŜonej wykonuje się na maszynie unieruchomionej lub podczas biegu jałowego i obejmuje ono: − sprawdzanie wielkości charakterystycznych i wyglądu zewnętrznego, − sprawdzanie działania elementów sterowania i obsługi, − sprawdzanie montaŜu wyposaŜenia normalnego i specjalnego. Badania obrabiarki uruchomionej na maksymalnych prędkościach obrotowych, które obejmują: − pomiar poboru mocy biegu jałowego, − pomiar poziomu hałasu (głośności), − pomiar temperatury przedniego i tylnego łoŜyska wrzeciona, − sprawdzanie czasu hamowania i rozruchu, − sprawdzanie zacisków zespołów przesuwnych, − sprawdzanie równomierności przesuwów, − sprawdzanie działania urządzeń hydraulicznych i pneumatycznych,
  • 36. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 33 − sprawdzanie układu smarowania oraz instalacji cieczy chłodzącej, sprawdzanie pewności działania obrabiarki pracującej w cyklu automatycznym w czasie 8 godzin. Sprawdzanie obrabiarki obciąŜonej obejmuje: − próbę maksymalnego obciąŜenia obrabiarki podczas skrawania, − sprawdzenie doboru silników, − próbę pracy przy obróbce wykańczającej, − próbę wydajności (dla obrabiarek przeznaczonych do wielkoseryjnej i masowej produkcji określonych przedmiotów), − próbę powtarzalności uzyskiwanych wymiarów (dla obrabiarek z samo czynną obróbką przedmiotów). Dokładność wykonania obrabiarki sprawdza się po sprawdzeniu jej działania pod obciąŜeniem, przy zachowaniu ustalonego stanu cieplnego obrabiarki. Wymagania ogólne dotyczące sprawdzania dokładności obrabiarek oraz metody pomiarów są ujęte w normach PN-64/M-55650 i PN-85/M-55551. Szczegółowego sprawdzenia dokładności określonej obrabiarki dokonuje się według odpowiedniej normy PN, a w braku takiej normy, według specjalnie opracowanej przez producenta karty kontrolnej. Do badań odbiorczych obrabiarek zaliczyć naleŜy: − sprawdzanie dokładności wykonania obrabiarki, − sprawdzanie dokładności pozycjonowania, − sprawdzanie dokładności kinematycznej, − sprawdzanie poziomu hałasu, − sprawdzanie mocy na biegu jałowym i współczynnika sprawności ogólnej, Sprawdzenie dokładności obrabiarki jest podstawowym badaniem odbiorczym, polegającym na sprawdzeniu dokładności wykonania jej układu geometrycznego oraz na sprawdzeniu dokładności pracy. Rys. 13. Schematy podstawowych pomiarów geometrycznych: a) pomiar prostoliniowości, b) pomiar równoległości, c) pomiar prostopadłości, d) pomiar bicia promieniowego, e) pomiar bicia osiowego, f) pomiar współosiowości [6]. Sprawdzenie dokładności układu geometrycznego obrabiarek polega na pomiarach kształtu, połoŜenia oraz przemieszczeń zasadniczych elementów i zespołów obrabiarki. Metody pomiaru dokładności wielkości geometrycznych obrabiarek są podane w normie PN-85/M-5555 1/00–32, której 32 arkusze (od 0l do 32) dotyczą sprawdzania poszczególnych wielkości, a arkusz 00 zawiera postanowienia ogólne. Do podstawowych pomiarów geometrycznych zalicza się: − pomiar prostoliniowości, − pomiar równoległości, − pomiar prostopadłości,
  • 37. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 34 − pomiar bicia osiowego, − pomiar bicia promieniowego, − pomiar współosiowości. Schematy tych pomiarów przedstawiono na rysunku 14. Sprawdzanie dokładności pracy polega na pomiarach dokładności wykonania określonych powierzchni przedmiotów wykonanych na danej obrabiarce w warunkach obróbki wykańczającej, tj. w warunkach pomijalnie małego wpływu sił skrawania. Sprawdzanie dokładności pozycjonowania jest dodatkowym badaniem dokładności stosowanym w przypadku obrabiarek sterowanych numerycznie. Badanie takie obejmuje sprawdzanie dokładności połoŜenia określonych zespołów roboczych obrabiarki podczas dokonywania powtarzalnych przemieszczeń w kierunku sterowanych numerycznie osi obrabiarki – zarówno dla przemieszczeń liniowych, jak i kątowych. Na błąd pozycjonowania składają się błędy układu sterowania i układu pomiarowego oraz błędy geometryczne i kinematyczne sprawdzanego zespołu roboczego. Badanie dokładności pozycjonowania wykonuje się według ustalonego programu kontrolnego. Program taki w przypadku przemieszczeń liniowych określa długość odcinka kontrolnego, liczbę znajdujących się na tym odcinku punktów kontrolnych oraz liczbę najazdów na kaŜdy punkt kontrolny. Rozmieszczenie punktów kontrolnych powinno być nierównomierne, a dokładność pozycjonowania moŜe być wyznaczana dla najazdów na punkty kontrolne z jednej strony lub z obydwóch stron. Pomiaru dokładności pozycjonowania moŜna dokonać np. za pomocą wzorca kreskowego i mikroskopu odczytowego, jak to pokazano poglądowo na rys. 15. Rys. 14. Pomiar dokładności pozycjonowania za pomocą wzorca kreskowego i mikroskopu [6]. Dokładność pozycjonowania badanego zespołu określa się za pomocą dwóch podstawowych wskaźników, którymi są: − M – tolerancja pozycjonowania, − R – powtarzalność pozycjonowania. Tolerancja pozycjonowania jest wskaźnikiem obejmującym wszystkie składniki błędu pozycjonowania, występujące na całej długości odcinka kontrolnego L, tj. zarówno systematyczne, jak i przypadkowe. Powtarzalność pozycjonowania jest wskaźnikiem określającym błędy przypadkowe pomiarów wykonywanych w poszczególnych punktach kontrolnych. Dla kaŜdego pomiaru w danym punkcie kontrolnym j wyznacza się odchyłkę pozycjonowania ∆ji, która jest róŜnicą między połoŜeniem zespołu rzeczywistym (zmierzonym) xji a połoŜeniem zadanym xj w programie kontrolnym: jjiji xxx −=∆ Ponadto dla kaŜdego punktu kontrolnego wyznacza się średnią wartość odchyłek jx , która jest sumą wszystkich odchyłek podzieloną przez liczbę pomiarów (najazdów) n:
  • 38. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 35 n x jix j Σ = Wyniki badań opracowuje się przy załoŜeniu, Ŝe wartości błędów przypadkowych są zgodne z rozkładem normalnym, dla którego średnie odchylenie standardowe od wartości średniej moŜna obliczyć wg wzoru: ∑= − − ±= N i jji j n xx 1 2 1 )( σ w którym: jix – kolejne wartości zmierzonych odchyłek pozycjonowania dla punktu kontrolnego j, jx – wartość średnia odchyłek pozycjonowania w punkcie kontrolnym j, n – liczba najazdów na punkt kontrolny j. Wyznaczona wartość średniego odchylenia standardowego określa obszar ufności, który obejmuje określoną liczbę wszystkich moŜliwych przypadków. Przyjmowany zazwyczaj obszar ± 3σj, obejmuje 99,74% wszystkich wyników pozycjonowania. Wyznaczoną dla kaŜdego punktu kontrolnego wartość średnią odchyłek pozycjonowania jx oraz obszar ufności ± 3σj nanosi się na wykres (rys. 16). Rys. 15. Przykładowy wykres pola rozrzutu pozycjonowania uzyskany przy najazdach z jednej strony. L – odcinek kontrolny, 1 – 6 – punkty kontrolne, M – tolerancja pozycjonowania, R – rozrzut .pozycjonowania [6] Na osi poziomej zaznacza się odcinek pomiarowy L z punktami kontrolnymi, a na osi pionowej obliczone wartości odchyłek. Wykres taki jest graficznym obrazem pola rozrzutu (wstęgą rozrzutu). Środkiem pola rozrzutu przebiega linia wartości średnich odchyłek x (na wykresie linia kreskowa). Ograniczeniem pola rozrzutu od góry jest linia x + 3σ, a od dołu linia x -3σ Dokładność pozycjonowania M jest to odległość między dwiema liniami, ograniczającymi pole rozrzutu, równoległymi do osi Z wykresu. Natomiast powtarzalność pozycjonowania R jest to obszar ufności ± 3σ dla punktu kontrolnego, w którym osiągnęła ona największą wartość. Sprawdzanie dokładności kinematycznej polega na pomiarze błędu kinematycznego określonego łańcucha, słuŜącego do uzyskania złoŜonego ruchu kształtowania. Zazwyczaj sprawdza się dokładność kinematyczną obrabiarek do gwintów lub uzębień, gdyŜ na tych obrabiarkach wykonuje się większość powierzchni wymagających stosowania złoŜonych ruchów kształtowania. Do pomiarów kinematycznych stosuje się specjalne przyrządy, nazywane kinematometrami, za pomocą których określa się róŜnicę między rzeczywistym (uzyskanym) a teoretycznym (zadanym) przemieszczeniem końcowego elementu łańcucha. W przyrządach takich teoretyczne przemieszczenia uzyskuje się najczęściej za pomocą bardzo dokładnego wzorca ruchu, np. wzorcowej przekładni śrubowej w przypadku pomiaru błędu kinematycznego łańcucha kształtowania linii śrubowej w obrabiarkach do gwintów lub
  • 39. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 36 wzorca ruchu tocznego w obrabiarkach do uzębień. Przykład pomiaru błędu kinematycznego tokarki uniwersalnej z zastosowaniem wzorcowej przekładni śrubowej przed stawiono na rysunku 17. Rys. 16. Pomiar błędu kinematycznego łańcucha kształtowania linii śrubowej tokarki uniwersalnej: a) schemat pomiaru, b) wykres zmierzonego błędu kinematycznego [6]. W tokarce tej przełoŜenie przekładni gitarowej ih oraz całego łańcucha kształtowania linii śrubowej Ih zostało nastawione odpowiednio do skoku gwintu hw wzorcowej przekładni śrubowej i skoku hp śruby pociągowej. Podczas pomiaru umieszczony na suporcie tokarki czujnik pomiarowy wskazuje liniową wartość błędu kinematycznego jako róŜnicę połoŜenia nakrętki przemieszczającej się po wzorcowej śrubie i rzeczywistego połoŜenia suportu przemieszczanego po prowadnicy łoŜa za pomocą śruby pociągowej, stanowiącej ostatni obrotowy człon sprawdzanego łańcucha. W zaleŜności od rodzaju zastosowanego czujnika pomiarowego wykonuje się pomiar ciągły lub przerywany (dyskretny). W przypadku pomiaru ciągłego wskazania czujnika (np. indukcyjnego) są przekazywane do rejestratora, który zapisuje je w postaci wykresu zmierzonego błędu (rys. 16 b). W przypadku pomiaru dyskretnego w określonych punktach pomiarowych notuje się wskazania czujnika i na ich podstawie sporządza wykres zmierzonego błędu. Sprawdzanie poziomu hałasu polega na wyznaczaniu poziomu dźwięku w określonych punktach pomiarowych, znajdujących się na powierzchniach wyobraŜalnego prostopadłościanu, otaczającego obrabiarkę, jak to pokazano na rysunku 18. Miarą intensywności poziomu hałasu jest poziom ciśnienia akustycznego L, wyraŜany w decybelach (dB) i określany z zaleŜności: op p L lg20= w której: p – skuteczna wartość ciśnienia akustycznego w punkcie pomiaru w Pa, po – ciśnienie akustyczne odniesienia, przyjmowane jako równe 2· 10-5 Pa.
  • 40. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 37 Rys. 17. Punkty pomiarowe (1–16) do wyznaczania poziomu hałasu (głośności) obrabiarki [6]. Miarą oddziaływania hałasu na słuch człowieka jest poziom dźwięku LA, określany w dB(A). Jest to poziom ciśnienia akustycznego skorygowanego wg charakterystyki korekcji A, która polega na odczycie liczby dB, z uwzględnieniem charakterystyki ucha ludzkiego. Do pomiaru hałasu stosuje się precyzyjny miernik poziomu dźwięku, który składa się z mikrofonu pomiarowego, cechowanego wzmacniacza i przyrządu wskazującego, umoŜliwiającego wyznaczenie wartości poziomu ciśnienia akustycznego L w dB oraz poziomu dźwięku LA w dB(A). Pomiaru dokonuje się zgodnie z normą PN-77/M-55725. Podane w tej normie wartości dopuszczalnego poziomu dźwięku dla róŜnych odmian i wielkości obrabiarek mieszczą się w granicach 75–88 dB(A). Poziom dźwięku mierzy się w szesnastu punktach pomiarowych, rozmieszczonych przestrzennie tak, jak to przedstawiono na rys. 18. W przypadku gdy (L + 1 m) <3 m, wystarczy wykonać pomiary tylko w ośmiu punktach, oznaczonych numerami od 1 do 8. Wyznaczanie sprawności obrabiarki W celu określenia sprawności obrabiarki dokonuje się pomiaru strat mocy biegu jałowego oraz pomiarów słuŜących do określenia sprawności ogólnej napędu ruchu głównego (zgodnie z normą PN-66/M-55606). Straty mocy biegu jałowego mierzy się dla kaŜdej prędkości obrotowej wrzeciona, notując pobór mocy elektrycznej przez silnik napędowy. Na podstawie otrzymanych wyników pomiaru sporządza się wykres zaleŜności (rys.19) Rys. 18. Przykład wykresu zaleŜności mocy biegu jałowego od prędkości obrotowej wrzeciona [6].
  • 41. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 38 W celu wyznaczenia sprawności ogólnej napędu ruchu głównego wykonuje się jednoczesne pomiary mocy elektrycznej pobieranej przez silnik napędowy oraz mocy uŜytecznej pobieranej na wrzecionie obrabiarki. Pomiary te wykonuje się przy stałej prędkości obrotowej wrzeciona i jego zmiennym obciąŜeniu momentem obrotowym (mierzonym np. za pomocą regulowanego hamulca). Rys. 19. Wykres mocy i sprawności napędu obrabiarki w funkcji mocy uŜytecznej (efektywnej) dla określonej prędkości obrotowej wrzeciona P – moc pobierana przez silnik elektryczny z sieci, PS – moc oddawana przez silnik obrabiarce, Pe – moc efektywna na wrzecionie, SE – straty mocy w silniku, So – straty mocy w obrabiarce, Sbj – straty mocy biegu jałowego obrabiarki, Sob- straty dodatkowe w obrabiarce wywołane obciąŜeniem [6]. Po wykonaniu pomiarów sprawność ogólną η0 wyznacza się z zaleŜności: P nM P P WRe 9550 0 ⋅ ==η w której: P nM P WR e 9550 ⋅ = – moc efektywna (uŜyteczna), mierzona na wrzecionie obrabiarki w kW, M – moment obrotowy na wrzecionie w N·m, nWR – prędkość obrotowa wrzeciona w obr/min, P – moc pobierana przez silnik napędowy z sieci w kW. Wyniki pomiarów przedstawia się graficznie w postaci wykresów. Przykład wykresu ilustrującego przebieg sprawności ogólnej oraz mocy pobieranej, uŜytecznej i traconej w zaleŜności od obciąŜenia obrabiarki przy określonej prędkości obrotowej wrzeciona przedstawiono na rysunku 20 a, b. Wykresy takie umoŜliwiają dokonanie analizy energetycznej obrabiarki i ustalenie warunków jej racjonalnej eksploatacji. Sztywność, dobre własności dynamiczne i stabilność cieplna to cechy uŜytkowe, które mają coraz większy wpływ na ocenę jakości i wartości technicznej współczesnych obrabiarek. Badania tych własności mają na celu sprawdzenie poprawności konstrukcyjnej i wykonawczej nowej odmiany obrabiarki. Badanie sztywności statycznej. Sztywność statyczna obrabiarki jest to zdolność do przeciwstawiania się odkształceniom wywoływanym działaniem sił lub momentów statycznych, symulujących działanie sił skrawania. Badanie sztywności statycznej sprowadza się do wyznaczenia wskaźnika sztywności statycznej j. Sposób pomiaru – tzn. wartość obciąŜenia, miejsce przyłoŜenia sił i momentów, kierunek ich działania i miejsce pomiaru odkształcenia – jest ustalany odrębnie dla kaŜdego typu i kaŜdej wielkości obrabiarek.
  • 42. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 39 Ogólne warunki pomiarów sztywności statycznej obrabiarek są określone w normie branŜowej BN-74/1522-0l, natomiast sposoby pomiaru sztywności poszczególnych typów obrabiarek są podane w kolejnych arkuszach tej normy. Badanie własności dynamicznych ma na celu sprawdzenie odporności obrabiarki na występujące podczas procesu obróbki obciąŜenia dynamiczne. ObciąŜenia te zakłócają przebieg wykonywanych przez narzędzie i przedmiot obrabiany ruchów kształtowania, powodując błędy wykonania przedmiotu. Powstające zakłócenia są zaleŜne zarówno od rodzaju obciąŜeń dynamicznych, jak od własności masowo-spręŜystego układu OUPN, tj. układu obrabiarka uchwyt – przedmiot – narzędzie. Własności masowo-spręŜystego układu obrabiarki (OUPN) sprawiają, Ŝe odchylenia ruchów kształtowania narzędzia i przedmiotu obrabianego mają charakter ruchów drgających. Spośród występujących w obrabiarkach rodzajów drgań najwaŜniejsze są drgania własne, drgania wymuszone i drgania samowzbudne . Badanie własności dynamicznych obrabiarek w najprostszej postaci sprowadza się do pomiaru odporności obrabiarki na drgania wymuszone oraz do pomiaru obszaru stabilności procesu skrawania. Do oceny odporności obrabiarki na drgania wymuszone słuŜą charaktery styki amplitudowe (rezonansowe), które sporządza się na podstawie zarejestrowanego przebiegu zmiennej siły wymuszającej oraz zmierzonych przemieszczeń względnych badanego zespołu. Proces skrawania uznaje się za stabilny, jeśli podczas jego trwania nie występują drgania samowzbudne. Drgania te pozostawiają na powierzchni przedmiotu charakterystyczne ślady obróbki, jak to pokazano na rysunku 21. Rys. 20. Ślady drgań samowzbudnych na powierzchni obrabianego przedmiotu oraz przykład karty stabilności obrabiarki [6]. W celu dokonania oceny stabilności pracy obrabiarki wykonuje się próby skrawania. Na podstawie tych prób sporządza się kartę stabilności obrabiarki, określającą dla danych warunków skrawania (np. głębokości skrawania) obszar pracy stabilnej. Badanie odkształceń cieplnych ma na celu określenie wpływu oddziaływań termicznych na układ kształtowania obrabiarki. Odkształcenia cieplne elementów i zespołów obrabiarki są wywoływane rozszerzalnością cieplną zastosowanych materiałów konstrukcyjnych, nagrzewanych przez zewnętrzne lub znajdujące się wewnątrz obrabiarki źródła ciepła. W obrabiarce źródłami ciepła są zazwyczaj silniki elektryczne, łoŜyska wrzecion, sprzęgła cierne, hamulce, olej układu hydraulicznego i smarowania, przekładnie zębate i śrubowe, zespoły prowadnicowe oraz proces skrawania. Jeśli rozkład temperatury w całej
  • 43. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 40 masie elementu jest jednorodny, to przy wzroście temperatury od τ0 i do τ nastąpi liniowe wydłuŜenie elementu ∆l określone równaniem: )( 00 ττα −⋅=∆ ll w którym: α – współczynnik rozszerzalności cieplnej – dla Ŝeliwa 9≈α µm/(m·K), a dla stali i betonu 9≈α µm/(m·K), l0 – długość elementu w temperaturze początkowej. Najczęściej rozkład temperatury w elementach i zespołach obrabiarki nie jest jednorodny, a to powoduje powstawanie złoŜonego stanu napręŜeń i wywołanych przez nie odkształceń. W przypadku korpusów w postaci stojaków lub długich łóŜ wzrost temperatury z jednej strony korpusu prowadzi do jego wygięcia. Kąt wgięcia moŜna wyznaczyć z zaleŜności: ταβ ∆⋅⋅= b h tgarc w której: h – wysokość stojaka, b – szerokość stojaka, ∆τ – z róŜnica temperatury stojaka na jego przeciwległych ścianach. Przykłady odkształceń cieplnych tokarki w przypadku równomiernego i nierównomiernego rozkładu temperatury (pola temperatury) w całym korpusie podano na rysunku 22. Rys. 21. Odkształcenia cieplne tokarki w przypadku: a) równomiernego rozkładu temperatury w całym korpusie, b) nierównomiernego rozkładu temperatury wywołanego nagrzewaniem się przedniego łoŜyska wrzeciona oraz silnika elektrycznego [6]. Do pomiarów odkształceń cieplnych w obrabiarkach stosuje się dotykowe lub bezdotykowe (np. indukcyjne) czujniki przemieszczeń i czujniki temperatury. Niezbędne są teŜ do tego podstawy i uchwyty do mocowania czujników. Rys. 22. Schemat pomiaru połoŜenia osi wrzeciona frezarki pionowej względem powierzchni stołu. Pomiaru dokonuje się za pomocą trzpienia kontrolnego i czujników wskazujących odchyłki w dwóch połoŜeniach i dwóch kierunkach pomiarowych [6]. Sposób pomiaru wpływu odkształceń cieplnych na połoŜenie osi wrzeciona frezarki pionowej za pomocą trzpienia kontrolnego i czujników osadzonych w dwóch oprawkach na kolumnie ustawionej na stole podstawki – przed stawiono przykładowo na rysunku 23.
  • 44. „Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 41 Badanie wykonuje się przy uruchomionym wrzecionie, dokonując w przyjętych odstępach czasowych (np. co 5 mm) pomiaru temperatury (w określonych punktach) oraz pomiaru połoŜenia osi wrzeciona w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Transport obrabiarek RozróŜnia się transport obrabiarek zewnętrzny i wewnętrzny. Transportem zewnętrznym obrabiarek jest nazywany ich transport od wytwórcy do uŜytkownika. Obrabiarki małe i średniej wielkości są transportowane w całości w masywnych skrzyniach drewnianych, natomiast obrabiarki duŜe są przewoŜone w oddzielnych zespołach. Powierzchnie nie malowane obrabiarki są zabezpieczone przed korozją specjalnym smarem. Obecnie coraz szerzej jest stosowany transport kontenerowy, tzn. przewóz towarów w specjalnych pojemnikach z uchwytami do łatwego podnoszenia i ustawiania na platformach samochodowych lub wagonach towarowych. Transportem wewnętrznym obrabiarek jest nazywany ich transport tylko na terenie zakładu produkcyjnego. Odbywa się on róŜnymi sposobami, zaleŜnie od moŜliwości transportowych zakładu, wielkości i masy obrabiarki oraz długości drogi transportu, tzn. przez: − przesuwanie obrabiarki na wałkach lub rurach stalowych ręcznie lub za pomocą wciągarki, − przesuwanie obrabiarki na arkuszu grubej blachy za pomocą ciągnika lub przewaŜnie na specjalnej platformie, − przenoszenie obrabiarki suwnicą, − przewoŜenie zespołów obrabiarki w skrzyniach za pomocą wózków widłowych lub innych. Ustawianie i fundamentowanie obrabiarek Dla zapewnienia optymalnych warunków pracy obrabiarek, naleŜy je odpowiednio ustawić na hali produkcyjnej. Ustawiane obrabiarki mogą być mocowane do podłoŜa lub mogą być ustawiane na podłoŜu swobodnie. Poza tym obrabiarki mogą być ustawiane na podłoŜu bez specjalnego zabezpieczenia przeciw drganiom (wibracjom) lub z zastosowaniem środków antywibracyjnych. W przypadku mocowania obrabiarek do podłoŜa stosuje się róŜnego rodzaju podkładki ustawcze i śruby mocujące, a w przypadku ustawienia swobodnego stosuje się róŜnorodne podstawki lub płyty o własnościach wibroizolacyjnych, zazwyczaj produkowane przez wyspecjalizowane firmy. Rys. 23. Ustawianie (poziomowanie) i mocowanie obrabiarek do podłoŜa: a) za pomocą śruby odporowej i śruby fundamentowej, b) za pomocą przesuwnego klina i śruby fundamentowej [6].