Aktualności

A+ A A-

Przewodnik po doborze oprawek narzędziowych do frezowania

W tym artykule zestawimy ze sobą różne oprawki narzędziowe do frezowania. Zobaczymy, który typ oprawki lepiej się sprawdzi przy obróbce zgrubnej a który przy wykańczającej. Spróbujemy rozstrzygnąć odwieczny spór między zwolennikami oprawek ER i Weldon. Wyniki zestawiliśmy w formie tabeli, o to co nam się udało uzyskać.

Dla każdego typu oprawki istnieje wiele wierszy z punktacją od 1 do 4, gdzie wyższy wynik jest lepszy. 4 to najlepszy wynik, a 1 najgorszy. Przyjrzyjmy się każdemu rzędowi i jego znaczeniu.

 

  Właściwość Oprawka Weldon Oprawka ER Oprawka frezarska Oprawka termokurczliwa
oprawka frezarska weldon oprawka zaciskowa na tulejki ER oprawka frezarska  oprawka termokurczliwa shrink fit
Precyzja Bicie i powtarzalność 1
Niska precyzja, ponieważ śruba dociskowa odsuwa narzędzie od osi centralnej, zwiększając bicie zespołu
3
Najwyższa precyzja konstrukcji uchwytu tulei zaciskowej
4
Jednolite mocowanie narzędzia i nakrętka łożyska wałeczkowego wywiera na narzędzie tylko siły promieniowe
4
Równomierne mocowanie narzędzia i 100% promieniowy kontakt z narzędziem
Uniwersalność Możliwość zaciskania różnych rozmiarów chwytów 1
Tylko jeden rozmiar trzpienia dla każdego uchwytu
3
Dostępne rozmiary metryczne i calowe
2
Tuleje dopasowane do różnych średnic
1
Tylko jeden rozmiar trzpienia, trzpień musi być dokładnie dopasowany do rozmiaru narzędzia
Łatwość użycia Montażu / demontaż narzędzia 4
Wystarczy dokręcić śruby dociskowe
2
Zamontuj tuleję zaciskową w nakrętkę, przestrzegaj wymagań dotyczących momentu obrotowego
2
Wymagane tuleje i odpowiednie dokręcenie
1
Wymagana maszyna do oprawek termokurczliwych
Niezawodność Wymagania konserwacyjne 4
Praktycznie bez konserwacji
2
Regularne czyszczenie tulejek i gniazd
2
Regularne czyszczenie gniazda wewnętrznego i tulei
4
Praktycznie brak konserwacji
Wysoka prędkość Balans 1
Z natury niewyważony model
2
Najlepszy standardowy system uchwytów zaciskowych do zastosowań wymagających dużej prędkości
3
Bardzo koncentryczna konstrukcja, ale dość duża masa
4
Całkowicie koncentryczna niska masa, najlepszy wybór wysokiej prędkości
Wykończenie powierzchni Wysoka sztywność modalna 1
Podatny na wibracje
3 2 4
Obróbka zgrubna Wysoka sztywność dynamiczna + siła docisku 3
Najlepszy zacisk, dobra sztywność. Podatny na drgania
2 4
Dobre mocowanie, świetna odporność na drgania
2
Koszt   4
Najtańszy
3
Niedrogi
1
Drogi
1
Drogi
Najlepsze użycie   Ciężka obróbka przy niskich prędkościach przy użyciu dużych narzędzi Lżejsze frezowanie i wiercenie Precyzyjne umiarkowane frezowanie i wiercenie Obróbka z dużą prędkością i zastosowania o wysokiej precyzji

 

Precyzja

Aby osiągnąć precyzję, potrzebujesz niskiego bicia i powtarzalności uchwytu narzędziowego. Oprawka Weldon na wkręty dociskowe ma najniższą precyzję, ponieważ wkręty dociskowe na powierzchni chwytu narzędzia odpychają narzędzie od środka (nie ma współosiowości) i nie można zagwarantować powtarzalności, ponieważ niewielki obrót chwytu zmieni dokładny punkt, w którym śruby dociskowe zazębiają się.

Uniwersalność

Jest to po prostu miara tego, ile rozmiarów chwytów może pomieścić pojedyncza oprawka narzędziowa tego typu. Teoretycznie większa wszechstronność oznacza, że będziesz potrzebować mniej oprawek narzędziowych.

 

Łatwość użycia

Jest to miara tego, jak łatwo jest zamontować frez w uchwycie narzędziowym lub wyjąć go z powrotem. Nic nie może być prostsze niż użycie oprawki narzędziowej na śruby ustalające - wystarczy włożyć frez do gniazda i dokręcić śruby dociskowe. Uchwyt termokurczliwy np. Haimer wymaga użycia specjalnego zespołu składającego się z cewki i systemu chłodzącego. Pomiędzy oprawkami Weldon a termokurczliwymi w łatwości użycia plasują się uchwyty narzędziowe, które w celu dociśnięcia narzędzia wymagają dobrania odpowiedniego momentu obrotowego.

Aby uzyskać najlepszą wydajność w oprawkach zaciskowych ER należy użyć większego momentu obrotowego przy dokręcaniu nakrętki, niż większość operatorów zdaje sobie z tego sprawę. Ten moment obrotowy służy do zaciśnięcia narzędzia tak, aby się nie wysunęło, oraz do usztywnienia całego zespołu, aby był odporny na wibracje i drgania. Kiedy słyszysz operatora mówiącego o poślizgu freza palcowego w uchwycie zaciskowym ER, musisz się zastanowić nad dwiema rzeczami:

  • Czy tulejka i chwyt frezu były czyste, gdy były ze sobą skręcone? Najmniejsze pozostałości oleju lub chłodziwa mogą szybko zmniejszyć siłę trzymania tulei.
  • Ile momentu obrotowego użyto do dokręcenia nakrętki tulei zaciskowej?

Poniższa tabela przedstawia wartości momentów obrotowych do konkretnego rozmiaru nakrętki.

moment dokrecania nakrętek ER

Niezależnie od tego, czy używasz klucza dynamometrycznego, czy nie, zaopatrz się w dobry klucz do swojego uchwytu. Będziesz potrzebować sposobu na solidne zamontowanie uchwytu zaciskowego podczas dokręcania nakrętki. Do tego zadania najbardziej przydatne są stołowe podstawy montażowe.

 

Niezawodność

Jest to miara tego, jak należy konserwować oprawkę, aby utrzymać jej wydajność zgodnie ze specyfikacją. Uchwyty weldon są bardzo łatwe w konserwacji, podobnie jak oprawki termokurczliwe - brak ruchomych części. Uchwyty zaciskowe ER i uchwyty frezarskie muszą być utrzymywane w czystości i dokręcane zgodnie z podanymi wartościami momentów obrotowych.

Wysoka prędkość obrotowa

Ten rząd ocenia przydatność różnych oprawek narzędziowych do wyższych prędkości wrzeciona. „Wysoki” zaczyna się w zakresie 8000–10 000 obr./min, a podstawowym wymaganiem jest dobre wyważenie oprawki narzędziowej. Mniejsza masa uchwytu narzędziowego również pomoże, ponieważ im mniejsza masa obrotowa, tym mniejsze wibracje na danym poziomie wyważenia. Dobra praca z wrzecionami o dużej prędkości to jeden z powodów, dla których warto inwestować w bardziej wyszukane oprawki narzędziowe.

Wykończenie powierzchni i obróbka zgrubna

Aby uzyskać dobre wykończenie powierzchni, musimy utrzymać wysoką sztywność modalną, aby zminimalizować wibracje. W przypadku obróbki zgrubnej chcemy, aby wysoka sztywność dynamiczna była odporna na drgania pod wpływem zmiennych obciążeń, prędkości obrotowych i częstotliwości, a także chcemy, aby silne mocowanie narzędzia wytrzymało większe siły obróbki zgrubnej.

Koszt

Koszt jest bardzo ważny dla każdego portfela, a koszty różnią się znacznie między tymi różnymi oprawkami narzędziowymi.

Najlepsze użycie

Jakie jest najlepsze zastosowanie dla każdego typu oprawki?

Podsumowując:

  • W przypadku zastosowań związanych z frezowaniem i wierceniem o absolutnie najwyższej objętościowej wydajności skrawania (MRR) należy rozważyć oprawkę narzędziową typu Weldon. Mówimy w większości o dużych, głowicach składanych na płytki wymienne wieloostrzowe a nie o frezach monolitycznych.
  • W przypadku frezowania i wiercenia średniej wielkości, rozważ oprawki frezarskie. Zakres używanych średnic narzędzi w tych uchwytach to 16 - 32 mm. Weź je również pod uwagę, gdy masz problemy z drganiem przy korzystaniu z oprawek Weldon.
  • Do lżejszego frezowania i wiercenia rozważ oprawki zaciskowe ER. Stosuj w nich narzędzia od średnicy 20 mm w dół.
  • W przypadku zastosowań z wysokimi prędkościami obrotowymi należy rozważyć oprawki termokurczliwe.

Oczywiście w każdym z tych przypadków występuje strefa nakładania się, ale powinno to służyć jako dobry punkt wyjścia do wyboru oprawki narzędziowej.

Sprzedam Mercedes Benz ATEGO 1222

photo 01photo 02photo 03photo 04photo 05photo 06photo 07photo 08

Sprzedam Mercedes Benz ATEGO 1222

Rok produkcji 2009, platforma 6t, do auta dołożę plandekę łącznie z ramą,

Przebieg: 144000 km.

Klimatyzacja kabiny, elektryczne szyby.

Regularny Serwis i konserwacja.

Zachowany oryginalny stan.

Rozmiar paki 6 x 2,5 m

Cena: 615 000kč

Kontakt:

+420 725 385 568

weber@markagro.cz

Trzpienie do frezarki poziomej

 

Na frezarce poziomej standardową oprawką narzędziową jest trzpień poziomy. Składa się on z hartowanego i precyzyjnie szlifowanego rdzenia. Na jednym końcu znajduje się uchwyt stożkowy 7:24 zazwyczaj DIN 2080 pasujący do wrzeciona maszyny. Zazwyczaj jest to wrzeciono poziome, drugi koniec ma specjalną nakrętkę. Trzpień mocujący na całej swojej długości ma rowek wpustowy. Dostarczany jest z kilkoma wpustami o różnej długości. W skład zestawu wchodzą pierścienie dystansowe, które pasują na całej długości trzpienia. Pierścienie mają różną długość, więc odstęp pomiędzy frezami tarczowymi może być różny. Ustawienie dystansów można dowolnie konfigurować, dzięki czemu frez można umieścić w dowolnym miejscu na trzpieniu.

Klin spasowany jest z rowkiem wpustowym w trzpieniu oraz z wybraniem w otworze freza. Połączenie wpustowe zapewnia przenoszenie momentu obrotowego na frez, zwiększając tym samym efektywność. W przypadku obróbki z małymi frezami i małymi obciążeniami wystarczy ciasno docisnąć pierścienie dystansowe można pracować bez wpustów. Jeśli trzpień używany  jest bez wpustu, ważne jest, aby wszelkie siły tnące działały w kierunku, w którym dokręca się nakrętkę, a nie w kierunku, który ją odkręca. Jeżeli frez jest luźny, przestanie ciąć. Nie stanowi to żadnego problemu jeśli obrabiany przedmiot jest podawany ręcznie (możliwość szybkiej reakcji). Problem pojawia się wtedy, gdy obróbka jest zautomatyzowana (automatyczne podawanie materiału) - w takim przypadku frez nie tnący (ślizgający się) zostanie mocno wciśnięty w nieruchomą bryłę metalu co skutkuje uszkodzeniem narzędzia.

Trzpień poziomy podparty jest na drugim końcu za pomocą bardzo sztywnego ramienia przymocowanego do górnej części korpusu frezarki. Na trzpieniu znajduje się zazwyczaj jeden pierścień dystansowy o większej średnicy niż wszystkie pozostałe. Jest on zaprojektowany tak, aby pasował do łożyska ramienia frezarki. Ponieważ siły działające na to łożysko mogą być bardzo duże, ważne jest, aby było ono smarowane podczas użytkowania.

Aby uzyskać jak największą sztywność zespołu trpzień - frez należy ustawić frez jak najbliżej kolumny frezarki. Wspornik trzpienia należy zamontować tak, aby długość trzpienia od kolumny do wspornika była jak najkrótsza. Trzpień poziomy jest zazwyczaj zbyt długi, aby zmieścił się we frezarce pionowej. Jeżeli jednak gniazdo od trzpienia pionowego ma taki sam rozmiar i rodzaj jak gniazdo poziome, to wówczas do gniazda poziomego można zamontować dowolne oprzyrządowanie, które może być wykorzystane w gnieździe pionowym.

Nowy trzpień mocujący jest zawsze dostarczany z zestawem elementów dystansowych. Jest ich wystarczająco dużo, aby wypełnić całą długość trzpienia. Są to pierścienie o różnej długości, które dokładnie pasują do rdzenia trzpienia. Bardzo ważne jest, aby płasczyzny boczne pierścieni znajdowały się pod kątem prostym do osi trzpienia. Pierścienie można kupić oddzielnie w bardzo dużej ilości rozmiarów. Oznacza to, że na trzpieniu można zamontować więcej niż jeden frez, a odstęp między frezami może być ustawiony bardzo dokładnie.

 

 

Głowica gwintująca GGZ

Głowica gwintująca GGZ z kompletem wkładek szybkomocujących - jak to działa?

Operacja maszynowego gwintowania z użyciem gwintowników wymaga pewnej uwagi, ostrożności aby nie dopuścić do zakleszczenia, złamania gwintownika. Dlatego też, szczególnie przy gwintowaniu na wiertarkach stosuje się głowice gwintujące. Zapewniają one odpowiedni luz osiowy, aby gwintownik wgłębiał się z odpowiednim posuwem bez ingerencji ze strony operatora. Posiadają też wbudowane sprzęgło przeciążeniowe chroniące gwintownik przed złamaniem w momencie dojścia do dna otworu nieprzelotowego lub przy nieoczekiwanym zakleszczeniu wiórami. Sprzęgło znajduje się we wkładce szybkomocującej i rozłącza obroty gwintownika przy pewnej ustawianej sile oporu. Do regulacji tej siły służy specjalny klucz znajdujący się w komplecie i widoczny na fotografii poniżej.

W naszej ofercie znajdują się głowice-oprawki gwintujące GGZ z chwytem na stożek Morse'a GGZA oraz oprawki na stożki: DIN (wg normy DIN68871) i BT (wg normy MAS-BT). Do każdego typu oprawki stosujemy odpowiednie wkładki szybkowymienne tak zwane zabieraki. Każda wkładka przystosowana jest do zamocowania gwintownika o określonej średnicy chwytu i o określonym rozmiarze boku kwadratu na końcówce chwytu. Odpowiedni mechanizm szybkomocujący oparty o zestaw kulek stalowych w odpowiednich gniazdach zapewnia szybkie zamocowanie i odmocowanie zarówno gwintownika we wkładce, jak i wkładki w oprawce.

Wkładki szybkowymienne muszą być odpowiednio dobrane wg poniższego schematu.

Oprawki GGZA z chwytem Morse'a [MK] i wkładkami DM - 108

glowica GGZ

GGZ_rysunek_wymiary

W naszej ofercie mamy następujące typy - wielkości takich oprawek

Zakresd2
[mm]
Chwyt
K
M3 - M12 19 Mk 2
M3 - M12 19 Mk 3
M3 - M12 19 Mk 4
M5 - M16 19 Mk 2
M5 - M16 19 Mk 3
M5 - M16 19 Mk 4
M12 - M24 30 Mk 2
M12 - M24 30 Mk 3
M12 - M24 30 Mk 3
M12 - M24 30 Mk 4

 

Różnica pomiędzy oprawkami M3 - M12 a M5 - M16 polega na zastosowanym innym sprzęgle zapewniającym większy moment obrotowy.

W komplecie z każdą oprawką jest 6 sztuk wkładek zapewniających mocowanie 6 najczęściej używanych rozmiarów gwintowników z danego zakresu gwintowania. Istnieje także możliwość zakupu samej oprawki i pojedyńczych wkładek

UWAGA: Zdarzają się gwintowniki wykonywane wg norm określajacych inne rozmiary chwytów i boku kwadratu niż te we wkładkach z zakresu i takie gwintowniki nie mogą być montowane w tej głowicy

wkladka_dm108

W opisie każdej wkładki mamy podane dwa najważniejsze wymiary w postaci:
d3 x a  gdzie:
d3 - średnica chwytu gwintownika
a - bok kwadratu końcówki chwytu

 wym_moc-gwintownik

Lista dostępnych wkładek DM-108

Oznaczenied2
[mm]
d3 [mm] x a [mm]Przykład
zastosowania
DM 108/19 19 3,5 x 2,7 M3 wg DIN371
DM 108/19 19 4,5 x 3,4 M4 wg DIN371
DM 108/19 19 6,0 x 4,9 M5, M6 wg DIN371
DM 108/19 19 8,0 x 6,2 M8 wg DIN371
DM 108/19 19 7,0 x 5,5 M7 wg DIN371, M10 wg DIN376
DM 108/19 19 9,0 x 7,0 M9 wg DIN371, M12 wg DIN376
DM 108/19 19 11,0 x 9,0 M14 wg DIN 376
DM 108/19 19 12,0 x 9,0 M16 wg DIN376
DM 108/30 30 9,0 x 7,0 M12 wg DIN 376
DM 108/30 30 11,0 x 9,0 M14 wg DIN376
DM 108/30 30 12,0 x 9,0 M16 wg DIN376
DM 108/30 30 14,0 x 11,0 M18 wg DIN376
DM 108/30 30 16,0 x 12,0 M20 wg DIN376
DM 108/30 30 18,0 x 14,5 M22, M24 wg DIN376

 

oprawki DM - 112 z chwytem DIN (DIN69871)

oprawka_DIN_DM-112

 

oprawka DM-112_DIN 

Oprawka do gwintowania przeznaczona do narzędzi z chwytem walcowym i  kwadratową końcówką chwytu, przede wszystkim do gwintowników maszynowych. Do głowicy z zakresem M3-M12 stosujemy wkładki szybkowymienne GGZD DM-114  z trzpieniem ø19, a do tej z zakresem M14 - M36  DM-114 z trzpieniem Ø48. Wkładki takie, zwane również zabierakami nie wchodzą w skład zestawu. Głowica wyposażona jest w urządzenie do kompensacji osiowej. 

W naszej ofercie mamy nastepujące rozmiary takich oprawek DM - 112

Zakresd2
[mm]
Chwyt
K
M3 - M12 19 DIN40
M3 - M12 19 DIN50
M14 - M36 48 DIN40
M14 - M36 48 DIN50

 

oprawki DM - 112 z chwytem BT (MAS - BT)

 oprawka_BT_DM-112

oprawka_DM-112_BT

Oprawka do gwintowania przeznaczona do narzędzi z chwytem walcowym i  kwadratową końcówką chwytu, przede wszystkim do gwintowników maszynowych. Do głowicy z zakresem M3-M12 stosujemy wkładki szybkowymienne GGZD DM-114  z trzpieniem ø19, a do tej z zakresem M14 - M36  DM-114 z trzpieniem Ø48. Wkładki takie, zwane również zabierakami nie wchodzą w skład zestawu. Głowica wyposażona jest w urządzenie do kompensacji osiowej. 

 

W naszej ofercie mamy nastepujące rozmiary takich oprawek DM - 112

Zakresd2
[mm]
Chwyt
K
M3 - M12 19 BT40
M3 - M12 19 BT50
M14 - M36 48 BT40
M14 - M36 48 BT50

 

Do oprawek typu DM-112 zarówno z chwytem DIN i BT stosowane są wkładki typu DM - 114

wkladka_DM114

 

UWAGA: pomimo podobnego wyglądu wkładki DM - 114 są różne od wkładek DM - 108 (do oprawek na chwyt Morse'a) i nie mogą być stosowane zamiennie

Lista dostępnych wkładek DM-114

w nawiasie podajemy przykładowe zastosowania

Oznaczenied2
[mm]
d3[mm] x a[mm]przykład
zastosowania
DM 114/19 19 3,5 x 2,7 M3 wg DIN371
DM 114/19 19 4,5 x 3,4 M4 wg DIN371
DM 114/19 19 6,0 x 4,9 M5, M6 wg DIN371
DM 114/19 19 8,0 x 6,2 M8 wg DIN371
DM 114/19 19 7,0 x 5,5 M7 wg DIN371, M10 wg DIN376
DM 114/19 19 9,0 x 7,0 M9 wg DIN371, M12 wg DIN376
DM 114/19 19 10,0 x 8,0 M10 wg DIN371
DM 114/48 48 11,0 x 9,0 M14 wg DIN376
DM 114/48 48 12,0 x 9,0 M16 wg DIN376
DM 114/48 48 14,0 x 11,0 M18 wg DIN376
DM 114/48 48 16,0 x 12,0 M20 wg DIN376
DM 114/48 48 18,0 x 14,5 M20, M24 wg DIN376
DM 114/48 48 20,0 x 16,0 M27 wg DIN376
DM 114/48 48 22,0 x 18,0 M30 wg DIN376
DM 114/48 48 25,0 x 20,0 M33 wg DIN376
DM 114/48 48 28,0 x 22,0 M36 wg DIN376

OBRÓBKA CIEPLNA W PIGUŁCE

Obróbka cieplna w pigułce

Jak przedstawić tak wielki i trudny temat w sposób możliwie zrozumiały i możliwie ograniczony?

Nie jest to łatwe ale spróbujmy.

Podstawowym materiałem do naszych rozważań jest stal czyli stop żelaza z węglem (do ok. 2% C). Pominiemy zagadnienie obróbki cieplnej żeliw, staliw i stopów innych metali.

W czasie nagrzewania albo chłodzenia takiego stopu zachodzi w nim szereg przemian wewnętrznej struktury. Struktury takie różnią się wieloma cechami: budową krystaliczną, własnościami wytrzymałościowymi.

Ci, którzy uczyli się metaloznawstwa wiedzą, że takie przemiany ilustruje tzw. wykres żelazo-węgiel. Jednak nie będziemy go dokładnie analizować. Dokładna analiza przekraczałaby założone ramy i prostotę tego artykułu. W niektórych miejscach, gdy jest to konieczne będziemy do niego nawiązywać.

Przedmiotem tego artykułu jest część tego wykresu dotycząca tylko stali a więc stopu o zaw. C do 2% czyli lewa strona w której zawarta jest linia GSE (jedna z ważniejszych linii odzwierciedlająca temperatury bardzo ważnych przemian). Zapamiętajmy jej przebieg !

wykres zelazo wegiel

Zaczynamy od początku.

W hucie, w tzw „Wielkim Piecu” powstaje tzw „Surówka”, żelazo z rozmaitymi domieszkami w stanie płynnym (ciecz). Temperatury sięgają ok. 2000ºC. Po odlaniu do form otrzymujemy tzw staliwo (stal po odlaniu). Gdy później takie odlewy poddajemy obróbce plastycznej i cieplnej otrzymujemy stal. Zawarty w stali węgiel nadaje jej twardości (ale też zmniejsza tzw ciągliwość).

Jak to się dzieje?

Temat jest trudny, zawierający bogatą wiedzę naukową o przemianach alotropowych stopu żelaza z węglem w określonych temperaturach.

Dla przykładu: para wodna zmienia się w wodę w określonej temperaturze przy chłodzeniu, a następnie w lód.

W przypadku stopu żelaza z węglem, po zakrzepnięciu (czyli przejściu ze stanu płynnego w stan stały) doznaje on nadal (przy ochładzaniu) jeszcze kilku przemian struktury (będąc już w stanie stałym), w zależności od temperatury i zawartości węgla, a nawet od szybkości chłodzenia. Główną przyczyną takich przemian jest przemiana samego żelaza (zawartego w stopie) w różnych temperaturach.

W tym momencie musimy (niestety) wspomnieć o takich przemianach, bez wchodzenia w szczegóły budowy krystalicznej.

przem alotropowa Fe

Temperatura topnienia czystego żelaza to ok. 1536ºC. Przy chłodzeniu ze stanu płynnego mamy na początku żelazo  δ, struktura niemal identyczna jak żelazo  α, lecz paramagnetyczna, następnie zmienia się w żelazo  γ (przy ok.1400ºC). W temperaturze ok. 910ºC zamienia się w żelazo  α ferromagnetyczne. Poszczególne odmiany odznaczają się różną rozpuszczalnością węgla.

Żelazo  γ – bardzo dobra rozpuszczalność,  żelazo  α,  δ – niewielka rozpuszczalność).

W wielkim uproszczeniu wyobraźmy sobie kryształ żelaza jako sześcian, w którym poszczególne atomy żelaza mogą być umieszczone na jego wierzchołkach, środkach boków (w punkcie przecięcia przekątnych ściany) i w środku całego sześcianu.

Żelazo  α, δ  ma atom w centrum tego sześcianu, a nie ma w środkach boków, zawiera więc 9 atomów żelaza

Żelazo  γ  (istnieje tylko w wysokich temperaturach ok. 900º ÷ 1400ºC) ma natomiast, oprócz 8 atomów na wierzchołkach dodatkowe 6 na środkach ścian. Nie ma natomiast atomu w środku sześcianu. Zawiera więc 14 atomów. Dlatego też, w uproszczeniu ma większą zdolność do przyjmowania innych atomów (węgla) w miejsce pierwotnych. To powoduje w rezultacie większą zdolność do tworzenia roztworu z innym związkiem, pierwiastkiem i lepszą jego rozpuszczalność w tym rozworze.

Dla lepszego zrozumienia i ułatwienia porównajmy to z rozpuszczalnością cukru w wodzie. W gorącej wodzie cukier rozpuszcza się znakomicie, ale spróbujcie rozpuścić cukier w pojemniku z lodem.

Przechodzimy do rozważania stopu żelaza z węglem. W tym momencie pomijamy zawartość innych składników: krzemu, manganu, siarki, fosforu. Mają one oczywiście również duży wpływ na ostateczne właściwości otrzymanej stali, ale na początku rozważmy dla ułatwienia tylko stop żelaza z węglem. Wpływ innych składników na właściwości stali będzie poruszony pokrótce w dalszej części tego artykułu.

Dla uproszczenia wymieńmy tylko nazwy i temperatury istnienia pojawiających się struktur z krótkim opisem.

Dokładne analizowanie, przy jakiej temperaturze i składzie pojawia się dana struktura (a właściwie mieszanka wielu struktur) i dlaczego, przekracza ramy tego artykułu.

Ferryt (do ok. 910ºC) - prawie czyste miękkie żelazo 50 ÷ 70 HB występuje do pewnej temperatury przemiany z wykresu żelazo węgiel (linia GS). Potem zamienia się w austenit. Przemiana związana z przemianą alotropową samego żelaza α w żelazo γ.

Cementyt (do ok. 1135ºC) - węglik żelaza Fe3C bardzo twardy (pomiędzy twardością korundu i diamentu) występuje do pewnej temperatury przemiany jak powyżej.

Perlit (do 723ºC) – specyficzna mieszanina cementytu i ferrytu (zaw. Węgla 0,8%). W temp. 723ºC zamienia się w austenit.

Trostyt (do 723ºC) -  drobnoziarnista odmiana perlitu. Większa twardość, mniejsza ciągliwość niż perlit

Sorbit (do 723ºC) -  odmiana perlitu o jeszcze lepszych właściwościach plastycznych niż Trostyt przy zachowaniu dużej twardości (45-55HRC)

Austenit (723 ÷ ok.1500ºC) - roztwór węgla w żelazie  γ nastąpiła przemiana samego żelaza.

Martenzyt ( poniżej 723ºC) - bardzo twarda drobnoziarnista struktura powstała z austenitu w wyniku gwałtownego chłodzenia. Rozpuszczony wcześniej cementyt zamiast powrócić do swej postaci ulega zasadniczej przemianie nazwanej „martenzytyczna”. Ta struktura to najtwardsza struktura stali w temperaturze otoczenia, niestety też najbardziej krucha.

Bainit (poniżej 723ºC) - struktura drobnoziarnista powstała z austenitu w wyniku wolniejszego chłodzenia podobna do martenzytu, ale mające lepsze od niego właściwości plastyczne (ciągliwość, udarność) z oczywistym zmniejszeniem twardości.

Obróbka cieplna to jeden lub kilka zabiegów podgrzewania i chłodzenia stali pod wpływem których (na skutek wspomnianych przemian strukturalnych) zmieniają się jej właściwości chemiczne, fizyczne i mechaniczne (wytrzymałościowe).

HARTOWANIE

STALENIESTOPOWEHartowanieiodpuszczanie

cel: osiągnięcie wysokiej twardości materiału (niestety kosztem plastyczności, ciągliwości)

przebieg: połączenie dwóch bezpośrednio następujących po sobie operacji: nagrzania do odpowiedniej temperatury i szybkiego chłodzenia.

Nagrzewanie do ok. 30 ÷ 50ºC powyżej linii GSK. Ta temperatura wynika z wykresu żelazo-węgiel i zależy od zawartości węgla w stali. Następuje zmiana cementytu i ferrytu w austenit.

Gwałtowne chłodzenie: zmienia strukturę austenitu w martenzyt w temperaturze, którą też bierzemy z naukowo wyznaczonych wykresów. Taka przemiana martenzytyczna przebiega w temperaturach od ok. 600ºC dla stali o małej zawartości węgla do temperatury otoczenia (a nawet do temperatur ujemnych) dla większych zawartości węgla.

przemiana mar

krzywa Ms - początek przemiany martenzytycznej

krzywa Mf - koniec przemiany martenzytycznej

 

CPK3

Na tym wykresie widoczny jest wpływ prędkości chłodzenia na zachodzące procesy przemiany martenzytycznej. Linia niebieska to krytyczna szybkość chłodzenia

Chłodzenie na takich wykresach może być odzwierciedlone linią: prostą, łamaną lub krzywą biegnącą od góry. Wykres przedstawia zależność [temperatura – czas], tak więc kąt pochylenia tej linii względem osi jest proporcjonalny do prędkości chłodzenia. Określa o jaką wartość w: º C spada temperatura w określonym czasie (w sekundach).

To oznacza (jeżeli oczywiście chcemy uzyskać efekt zahartowania), że nasza linia szybkości chłodzenia V nie może wejść na pole: perlit – bainit (dla zwykłego hartowania). Dla stali niskowęglowych jest ona duża i wynosi ok. 200 ÷ 600 ˚/s.

Wyobraźmy sobie stal zwykłej jakości St3 lub obecne oznaczenie: S215 o zawartości węgla ok. 0,22%. Temperatura przemiany martenzytycznej dla tej stali to ok. 400º.

Krytyczna szybkość chłodzenia jest w granicach 400˚/s (V5 na poniższym rysunku). Oznacza to, że w ciągu ok. 1,25 sekund musimy obniżyć temperaturę tej stali z ok. 900ºC do ok. 400˚C.

Praktycznie jest to niewykonalne, szczególnie dla większych przedmiotów i chłodzenie przebiega według V1, V2.

wykres CTP

Dlatego też, wiele stali niskowęglowych nie daje się zahartować, a jeżeli już, to na niewielką głębokość.

Po prostu austenit zamienia się z powrotem w ferryt, cementyt, perlit (w zależności od składu).

Tak więc w zasadzie, stale o zawartości węgla poniżej 0,25% nie dają się zahartować.

Taką zdolność - podatność danej stali na proces hartowania nazwano: hartowność.

Ten termin obejmuje kilka cech:

  • głębokość otrzymanej maksymalnej warstwy hartowanej
  • maksymalną twardość, jaką możemy uzyskać
  • wielkość ziarna (im mniejsze tym lepiej)
  • skłonność do pęknięć (im mniejsza tym lepiej)

Pewną miarą hartowności stali jest tzw. średnica krytyczna pręta Dk, w którym, po zahartowaniu uzyskuje się strukturę martenzytu np. D50 - oznacza maksymalną średnicę w której jest 50% martenzytu albo D95 – 95% martenzytu. Zawartość węgla w stali zwiększa hartowność a więc i tą średnicę. W jeszcze większym stopniu zwiększa te wartości zawartość składników stopowych.

Dla przykładu:

stal węglowa bez składników stopowych o zawartości ok. 0,45% C (np.C45-1.0503)

D50 = 15mm  D95 = 5 mm

stal stopowa chromo-niklowa o zawartości ok. 0,45%C; Cr; Ni; Mo, V( np. 45HN; 40HM);

D50 = 200 ÷ 250mm   D95 = 120 ÷ 150 mm

Składniki stopowe typu: mangan, molibden,chrom, krzem, nikiel mają wielki wpływ nie tylko na hartowność stali, ale ogólnie na właściwości wytrzymałościowe, chemiczne stali po obróbce cieplnej.

W zasadzie stale węglowe bez dodatków stopowych mają słabą hartowność. Nawet te o większej zawartości węgla hartują się na niewielką głębokość (do ok.10mm).

Dodanie składników stopowych znacznie poprawia tą właściwość, czyli zmniejsza prędkość krytyczną, jak również poprawia właściwości i strukturę stali po hartowaniu.

Jak duży wpływ mają te składniki na hartowność możemy pokazać poprzez ułożenie ich w pewnej kolejności, od składnika mającego największy wpływ: mangan, molibden,chrom, krzem, nikiel. Dodaje się oczywiście nie jeden a kilka, co zwiększa skuteczność oddziaływania. Składniki te tworzą w stali dodatkowe związki chemiczne: np. węgliki: chromu, wanadu, molibdenu. Pozostałe tworzą z ferrytem (który ma słabe własności wytrzymałościowe) tzw. roztwory stałe o znacznie lepszych parametrach. Dodanie chromu, manganu zwiększa też twardość stali po zahartowaniu.

Najbardziej widoczne jest to przy stalach niskowęglowych(do 0,4%C). Bez tych składników hartowność tych stali jest niewielka. Można stwierdzić, że umożliwiają uzyskanie struktury martenzytycznej przy znacznie mniejszej krytycznej szybkości chłodzenia. Praktycznie biorąc, oznacza to możliwość stosowania do chłodzenia oleju zamiast wody. To z kolei zmniejsza naprężenia wewnętrzne, odkształcenia i ryzyko powstawania pęknięć.

W uproszczeniu możemy stwierdzić, że składniki stopowe powodują przesunięcie wielu linii temperaturowych na wykresie żelazo-węgiel (w tym tych najważniejszych np. linia GSE/K) i nasz układ żelazo-węgiel zaczyna wyglądać jak namalowany przez Picassa.

Przy dostatecznie dużej, odpowiedniej ilości składników stopowych, stal może mieć w temperaturze otoczenia twardą strukturę martenzytyczną nawet przy wolnym chłodzeniu w procesie wyżarzania. W ten sposób np. otrzymujemy tzw. stal Hadfielda (ok.12% manganu) lub stale kwasoodporne. Niektóre składniki stopowe podwyższają temperatury hartowania (chrom, wolfram, krzem, molibden), niektóre obniżają(mangan, nikiel). Położenie tego punktu temperatury ma wpływ na wybór odpowiedniej temperatury grzania przy hartowaniu. Jedno i drugie może być korzystne w zależności od właściwości stali, jakie chcemy uzyskać. Dla utrzymania prostoty tego artykułu na tym nasze rozważanie zakończymy.

Możemy wyróżnić kilka zasadniczych rodzajów hartowania w zależności od przebiegu tego procesu i efektów jakie uzyskujemy:

Hartowanie zwykłe

cel: osiągnięcie największej twardości ok. 60 ÷ 65 HRC

przebieg: nagrzanie ok. 30 ÷ 50 º C powyżej. linii GSK (zmiana na austenit)

szybkie chłodzenie (przeważnie w wodzie) do temperatury otoczenia (tworzenie martenzytu). Martenzyt ma objętość większą o ok. 1 ÷ 1,5 % od austenitu (podobnie jak lód od wody), co wywołuje ogromne naprężenia wewnętrzne i mogą powstawać odkształcenia i pęknięcia (podobnie jak zamarznięta woda w szklanym słoiku)

Hartowanie stopniowe

cel: zwiększenie twardości do ok. 55 ÷ 62 HRC przy mniejszych naprężeniach i odkształceniach

przebieg: nagrzanie standardowe jak powyżej / natomiast zmienia się przebieg chłodzenia.

Zaobserwowano, że po zakończeniu przemiany martenzytycznej dalsza prędkość chłodzenia już nie ma wpływu na uzyskaną twardość, ale ma wpływ na powstające naprężenia, a tym samym na odkształcenia i pęknięcia.

Zastosowano więc chłodzenie stopniowe:

gwałtowne w specjalnej kąpieli o temp zbliżonej do temp. przemiany martenzytycznej ok. 300 ÷ 400˚C. Do takiej kąpieli stosujemy specjalne ciecze: związki sodu, potasu chloru itp. Pamiętajmy, że zanurzamy przedmiot stalowy który ma temperaturę ok. 700 ÷ 900ºC.

Po krótkim przetrzymaniu w takiej temperaturze następuje już chłodzenie w wodzie lub oleju

Taki sposób znacznie obniża naprężenia i odkształcenia.

Hartowanie z przemianą izotermiczną

cel: zwiększenie twardości ok. 35 ÷ 55 HRC przy znacznie mniejszych naprężeniach i odkształceniach.

przebieg: nagrzanie standardowe jak powyżej.

Chłodzenie ma jeszcze inny przebieg. Następuje mniej gwałtowne chłodzenie do temperatury powyżej przemiany martenzytycznej i utrzymywane w niej przez czas wystarczający do wytworzenia żądanej mikrostruktury.

W tym przypadku zamiast martenzytu otrzymujemy trochę odmienną strukturę nazywaną bainitem.

Bez wchodzenia w szczegóły hartowanie izotermiczne jest głównie używane do utwardzania stali o zawartości węgla od średniej do wysokiej w zakresie ok. 35 ÷ 50 HRC, gdy jest wymagana większa ciągliwość, zaś dodatkową korzyścią jest zmniejszenie odkształceń.

Proces ten jest szeroko używany w branży motoryzacyjnej dla zacisków i innych części, gdzie wysoka ciągliwość jest ważniejsza niż duża twardość.

To są podstawowe rodzaje hartowania. Oprócz nich istnieją:

  • hartowanie powierzchniowe – hartowana tylko powierzchnia a rdzeń pozostaje plastyczny.

Rozróżnia się wśród nich: płomieniowe, laserowe, indukcyjne, kąpielowe.

Nazwa wskazuje na metodę szybkiego nagrzania powierzchni przedmiotu do temp. hartowania.

  • hartowanie przerywane (dla zmniejszenia naprężeń w większych przedmiotach)
  • podwójne (po nawęglaniu przy dużej warstwie).

ODPUSZCZANIE

cel: Odpuszczanie jest zabiegiem cieplnym stosowanym do stali hartowanych o twardości ok. 60-65 HRC, który ma na celu usunięcie naprężeń hartowniczych, ale też zmniejszenie twardości i wytrzymałości na rozciąganie Rm. Jednocześnie następuje polepszenie ciągliwości, udarności. Tak więc stosujemy je wówczas, gdy właśnie taki efekt jest nam potrzebny.

Przebieg: nagrzanie do temperatury ok. 180 ÷ 650ºC / wygrzanie / chłodzenie w wodzie lub oleju

Martenzyt w wyższych temperaturach rozpada się na inne struktury (trostyt, sorbit)

Odpuszczanie możemy podzielić na:

  • niskie ok. 150 ÷ 250ºC
  • średnie ok. 250 ÷ 500ºC
  • wysokie pow. 500 ºC

Przy odpuszczeniu niskim zachowujemy najwyższą twardość przy niewielkim podwyższeniu ciągliwości i odwrotnie przy wysokim następuje znaczne zmniejszenie twardości (z ok 60HRC na ok 300HB). Następuje wspomniany rozpad martenzytu lub nie i stal nadaje się już do obróbki skrawaniem i ma znacznie lepszą ciągliwość, udarność lub nadal obróbka skrawaniem jest trudna lub wręcz niemożliwa za pomocą narzędzi ze stali..

ULEPSZANIE CIEPLNE

to jest połączenie procesu hartowania i odpuszczania wysokiego.

Otrzymujemy optymalne własności: połączenie dość wysokiej twardości, ale też możliwości skrawania i wysoką ciągliwość. Taki proces często jest wykonywany przez huty i w takim stanie stal jest sprzedawana na rynku.

WYŻARZANIE

wyżarzanie

Cel: polepszenie własności plastycznych materiału (czyli cel podobny jak odpuszczanie).

Różnica polega na tym że stosujemy je do stali w stanie surowym (nie hartowanych), często po obróbce plastycznej na zimno lub po to aby przygotować strukturę stali do takiej obróbki. Naprawiamy w ten sposób zdeformowane struktury, zgnioty albo właśnie tworzymy strukturę bardziej odporną na takie zniekształcenia.

Przebieg: przebieg wyżarzania jest również nieco inny niż odpuszczania.

  • Nagrzanie do pewnej, zależnej od rodzaju procesu temperatury (zakres bardzo szeroki 400 ÷ 1200ºC)
  • wygrzanie (czyli dłuższe przetrzymanie w tej temperaturze, aby cały przedmiot uzyskał tą temperaturę)
  • Powolne studzenie (studzenie na powietrzu lub z piecem (wyłączenie nagrzewania i niewyjmowanie stali z pieca do czasu aż osiągnie temperaturę otoczenia)

Tak szeroki zakres temperatury (400 ÷ 1200ºC) powoduje, że zachodzą rozmaite procesy w każdym z tych rodzajów i różne zmiany we właściwościach.

Zacznijmy od najniższych temperatur.

wyżarzanie odprężające

Cel: usunięcie naprężeń wewnętrznych bez wyraźnej zmiany struktury (przedmioty spawane, kute, prasowane na gorąco). Najmniejsza ingerencja w istniejącą strukturę.

Przebieg: nagrzanie ok. 400 ÷ 600ºC / wygrzanie / powolne studzenie na powietrzu.

Wyżarzanie rekrystalizujące

Cel: stosuje się do przedmiotów po obróbce plastycznej na zimno. Usunięcie objawów zgniotu, zdeformowanej twardej struktury i zastąpienie miękką, drobnoziarnistą.

Przebieg: nagrzanie ok. 550 ÷ 650ºC / wygrzanie / powolne studzenie na powietrzu.

Wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzujące)

Cel: otrzymanie struktury tzw cementytu kulkowego na tle ferrytu. Obniżenie twardości przy znacznym polepszeniu właściwości plastycznych i skrawających. Stosuje się do stali przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno.

Przebieg: nagrzanie do ok. 723ºC / wygrzanie / powolne studzenie na powietrzu.

Wyżarzanie zupełne

Cel: Usunięcie naprężeń,polepszenie własności wytrzymałościowych (głównie ciągliwości kosztem twardości), struktura bardziej drobnoziarnista.

Przebieg: nagrzanie do temperatury ok. 30 ÷ 50ºC powyżej GSE / wygrzanie / studzenie bardzo powolne (z piecem).

Wyżarzanie normalizujące

cel: ten sam jak przy „zupełnym”.

Przebieg: Nagrzanie i wygrzanie jak przy powyższym „zupełnym”. Natomiast chłodzenie jest nieco szybsze (w powietrzu). Stosowane do stali o zaw do 0,8% C (tzw podeuktoidalnych).

Wyżarzanie ujednorodniające

Cel: zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego stali stosowane do odlewów zawierających niepożądane miejscowe domieszki.

Przebieg: nagrzanie do wysokiej temp ok. 900 ÷ 1300ºC (w zależności od zawartości węgla: niższa zawartość- wyższa temperatura i odwrotnie), wygrzanie i powolne studzenie w powietrzu.

W hutnictwie stosuje się jeszcze kilka typów wyżarzania: izotermiczne, stabilizujące, grafityzujące. Stosuje się je do odlewów w celu poprawy ich właściwości. Poza hutnictwem raczej nie stosowane.

OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA

cel ogólny: utwardzenie powierzchni w stali o małej hartowności, zwiększenie odporności na korozję

Obróbka w której osiąga się zmiany strukturalne stali, ale też zmienia się skład chemiczny cienkiej warstwy na powierzchni. Następuje nasycenie tej warstwy określonym pierwiastkiem. Procesy obróbki cieplno-chemicznej są długotrwałe (od kilku do nawet kilkunastu godzin)

Przebieg: nagrzewanie do odpowiedniej (zależnej od rodzaju procesu) temperatury / wygrzewanie z chemicznym oddziaływaniem ośrodka zawierającego pierwiastek, który ma wzbogacić skład chemiczny stali.

Zmiana taka odbywa się poprzez przenikania cząsteczek głównego składnika do stali (adsorbcja i dyfuzja) w procesie oddziaływania proszków, kąpieli w roztworze, gazów.

Nawęglanie

Cel: utwardzenie powierzchni z reguły miękkiej stali o słabej hartowności. Uzyskujemy warstwę o grubości ok. 0,5 ÷ 2mm o twardości ok. 60-65 HRC

Przebieg: nagrzanie do ok. 900 ÷ 950ºC / wygrzewanie (czas ma istotny wpływ na grubość warstwy nawęglonej) w środowisku stałym(proszek) lub gazowym (gaz ziemny i inne) / hartowanie jednokrotne lub dwukrotne (w zależności od grubości warstwy) / odpuszczanie niskie

Azotowanie

Cel: utwardzenie powierzchni i duże zwiększenie odporności na ścieranie w wysokiej jakości stalach stopowych. Uzyskujemy warstwę o grubości ok. 0,02 ÷ 0,03 o twardości nawet do 1200 HV. Warstwa ma również właściwości antykorozyjne.

Przebieg: nagrzanie do temperatury ok. 500ºC w środowisku bogatym w azot (np. Gazowy amoniak)

uwaga: stal do azotowania jest już po obróbce cieplnej właściwej dla danego gatunku (hartowanie, odpuszczanie i inne)

inne: węglo - azotowanie (cyjanowanie) – połączenie procesów nawęglania i azotowania,

oksydowanie (czernienie) - proces pokrywania powierzchni metali cienką warstwą tlenków (przeciw korozji i dla ozdoby). Oksydowanie można przeprowadzać metodą chemiczną (np. zanurzanie przedmiotów stalowych we wrzącym stężonym roztworze wodorotlenku sodu i azotanu srebra) lub metodą elektrolityczną (w procesie anodowego utleniania).

Metalizowanie: chromowanie, aluminiowanie, borowanie

Na zakończenie można jednoznacznie stwierdzić, że odkrycie przemian stopu żelaza z węglem zapoczątkowało epokę stali i co ciekawe nastąpiło to już nie dziesiątki, nawet nie setki a tysiące lat temu

Gwint calowy jest ich wiele, czy tylko jeden?

Gwint calowy jest ich wiele czy tylko jeden?

Często spotykamy się (jako handlowcy) z klientem, który chce zamówić np. gwintownik calowy 1/2”. Uważa on, że to jest wystarczające określenie swojego zamówienia. Jest ogromnie zdziwiony, gdy słyszy, że istnieją dziesiątki typów gwintów calowych. Czasem się nam wydaje, że dotąd uważał, że istnieje jeden i ma właśnie taką swoją unikalną nazwę „calowy”.

Gwinty calowe nie były w Polsce zbyt popularne w czasach PRL. W zasadzie jedynym znanym szerzej był gwint calowy rurowy G, wykorzystywany w połączeniach hydrauliki budowlanej. Obecnie dociera do Polski wiele rozwiązań technicznych z krajów anglosaskich, z USA, gdzie nadal głównym systemem pozostaje system calowy. W związku z tym również i w połączeniach gwintowych stosowane są bardzo często gwinty calowe. Okazało się wkrótce, jak wielki jest wybór takich gwintów.

Nasze rozważania zacznijmy jednak od podstaw i odpowiedzmy na pytania: co to jest gwint, jak jest zbudowany i dlaczego?

gwint metryczny

 

Gwint (z niem. Gewinde) – śrubowe nacięcie na powierzchni walcowej lub stożkowej, zewnętrznej lub wewnętrznej. Odpowiednie gwinty: wewnętrzny i zewnętrzny mają tak dobrany kształt, że pasują do siebie. Element z gwintem wewnętrznym nazwijmy umownie nakrętką, a ten z gwintem zewnętrznym śrubą. Ruch obrotowy jednego z elementów powoduje przesuwanie wzdłużne tego elementu względem drugiego.

Gwint może być interpretowany jako równia pochyła nawinięta na powierzchnię walcową. W związku z tym mechanika gwintu jest identyczna jak równi pochyłej. Dlatego też połączenie gwintowe zalicza się, wraz z równią pochyłą do maszyn prostych (np. Wikipedii).
Tak więc możemy zwielokrotnić działanie przyłożonej siły. W przypadku połączenia gwintowego siła przyłożona, to siła z jaką obracamy jeden z elementów. Ta siła tworzy oczywiście pewien moment obrotowy. Uzyskujemy natomiast o wiele większą siłę wzdłużną (wzdłuż osi symetrii elementów gwintowanych), podobnie jak to się dzieje na równi pochyłej.

Większość gwintów jest samohamowna. Co to znaczy?
Jak wspomniano równia pochyła to maszyna prosta, która służy do zwielokrotnienia siły przyłożonej. Gdy przykładamy siłę dokręcając gwint, uzyskujemy o wiele większą siłę wzdłużną, która porusza jednym z elementów.
Co się stanie natomiast gdy siłę przyłożymy odwrotnie, w miejscu gdzie uzyskiwaliśmy siłę wzdłużną?
Czy uzyskamy moment obrotowy (czyli obrót drugiego elementu, a więc i pewną siłę)?
Czasami jest to pożądane, ale w większości przypadków absolutnie nie.
Weźmy przykład podnośnika śrubowego np. do podniesienia naszego samochodu. Co by się stało, gdyby gwint nie był samohamowny? Wzdłużna siła (podnoszony ciężar) spowodowałaby obrót śruby i ruch ciężaru do dołu.
Chyba nie o to jednak chodzi w przypadku podnośnika?
Na tym właśnie polega samohamowność. Uzyskujemy pożądany skutek działania siły tylko w jedną stronę. Odwrotne przyłożenie siły nie wywoła skutku w postaci ruchu. Samohamowność zależy od kąta pochylenia linii śrubowej gwintu i znika przy pewnej wartości przy jego zwiększaniu. To jest szeroki temat obejmujący zjawiska tarcia, kształtu zarysu i innych. Ramy tego artykułu nie pozwalają na dalsze rozwinięcie tego tematu.

Na rysunku widzimy przekrój wzdłużny typowego połączenia gwintowego trójkątnego z kątem wierzchołkowym  60 stopni. Taki zarys mają występujące w Polsce gwinty metryczne.

Istnieją również jak wiemy gwinty o innych zarysach: trapezowe, okrągłe. Gwinty nacięte na powierzchni stożkowej tworzą niezwykle szczelne połączenia niezbędne np. w hydraulice. Czasami gwint w nakrętce ma kształt walcowy a śruba lekko stożkowy z pochyleniem.
Każdy gwint ma dwa podstawowe parametry: średnicę nominalną (z której możemy określić średnicę zewnętrzną np. gwintownika) i skok w mm - P, lub w ilości zwojów na cal ang.(25,4mm) - TPI

Klienci niekiedy też, określają gwint calowy określeniem „ Gwint Whitwortha” i uważają, że to już ostateczne i wystarczające określenie typu gwintu. Nic bardziej mylnego! Pod takim określeniem kryje się nadal kilka typów gwintów.

Pozostaje najbardziej dokładna i wystarczająca metoda: posługiwanie się symbolami z katalogów. Gwinty calowe (jak i metryczne) mają swoje oznaczenia i symbole. Dla przykładu wystarczającym określeniem gwintu metrycznego zwykłego jest M10. Podobnie i przy gwintach calowych mamy zawsze pewien zestaw liter i cyfr.

Oto zestaw spotykanych w Polsce gwintów calowych

ACME – gwint trapezowy symetryczny,

BSF – gwint calowy Whitwortha, drobnozwojny,

BSW – gwint calowy Whitwortha, zwykły,

E – gwint Edisona, elektrotechniczny,

G (lub BSPP;BSP) – gwint rurowy Whitwortha, walcowy,

NC – gwint specjalny elektryczny

NPT – gwint rurowy Briggsa, stożkowy

Pg – gwint specjalny instalacyjny, pancerny,

R (lub BSPT) – gwint rurowy Whitwortha, stożkowy, zewnętrzny,

Rc – gwint rurowy Whitwortha, stożkowy, wewnętrzny,

Rd – gwint okrągły,

Rp – gwint rurowy, walcowy wewnętrzny,

RW, FG – gwint rowerowy,

UN – gwinty zunifikowane o skoku uprzywilejowanym,

UNC – gwint calowy, zunifikowany, zwykły,

UNEF – gwint calowy, zunifikowany, bardzo drobnozwojny,

UNF – gwint calowy, zunifikowany, drobnozwojny,

UNS – gwinty zunifikowane specjalne,

W – gwint stożkowy do zaworów gazowych,

Wśród tych gwintów są gwinty:
- z zarysem trójkątnym o kącie wierzchołkowym 55° i 60°,
- trapezowym symetrycznym i niesymetrycznym,
- okrągłym, jak również gwinty na powierzchni walcowej i stożkowej.

Częstym błędem podczas doboru gwintów jest np. mylenie gwintów Rurowych Whitwortha G (dla przykładu średnica zewnętrzna G 1" = 33,25 mm) z gwintami Calowymi WhitworthaBSW  (średnica zewnętrzna BSW 1" = 25,40 mm), albo podawanie średnicy zewnętrznej dla gwintu, który nie ma w oznaczeniu takiej średnicy (np. UNC No 4 - 40). Często również zapomina się o skoku TPI.

Dlatego też przy określaniu rozmiarów gwintu calowego, oprócz średnicy nominalnej należy koniecznie określić skok TPI.

Przeanalizujmy określenia kilku wybranych gwintów calowych.

UNC No 4 - 40
Gwint amerykański zunifikowany zwykły wg norm USA ANSI B - 1.1.

Jest to calowa pochodząca z USA odmiana zwykłego gwintu (jak nasz metryczny M), kąt zarysu 60°;
średnica zewnętrzna ok. 2,845 mm (otwór pod gwint Ø 2,35 mm ), skok TPI = 40 ( P = 0,635 mm).
Nasz metryczny zbliżony M3 ma skok P = 0,5mm.

UNC 3/4 - 10
Jak wyżej wg norm USA ANSI B - 1.1.

Gwint jak wyżej (od średnicy ok. 10mm zmienia się nieco oznaczenie),
średnica zewn. ok. 19,050 mm, skok TPI = 10 (P = 2,504 mm), kąt zarysu 60º.
Metryczny M20 ma skok P = 2,5mm.

UNF No 12-28
Gwint amerykański zunifikowany drobnozwojny wg norm USA ANSI B - 1.1.

Jest to amerykańska odmiana gwintu drobnozwojnego,
średnica zewn. ok. 5,486 mm, skok TPI = 28 ( P = 0,907 mm), kąt zarysu 60°.

G 3/8”
Gwint rurowy walcowy Whitwortha wg DIN - ISO 228.

Najbardziej znany u nas od dawna gwint calowy,
średnica zewnętrzna ok. 26,44 mm, skok TPI = 14 (P = 1,814 mm), kąt zarysu 55°.

BSW 3/8 - 16
Gwint calowy zwykły Whitwortha wg BS - 84:1956.

Średnica zewnętrzna ok. 9,525 mm, skok TPI = 16 (P = 1,588 mm), kąt zarysu 55°.

Rp - 3/4”
Gwint rurowy walcowy Whitwortha wg DIN EN 10226-1.

Średnica zewnętrzna ok. 26,441 mm, skok TPI = 14 (P = 1,814), kąt zarysu 55º.

NPT 3/8”
Gwint amerykański rurowy stożkowy
Briggsa wg norm USA ANSI B - 1.20.1.

Średnica zewnętrzna ok. 26,67 mm (umowna – jest to gwint stożkowy), skok TPI = 14 (P = 1,814 mm), kąt zarysu 60º, pochylenie 1:16.

Podsumowanie

Gdy dobieramy odpowiednie narządzie do wykonania gwintu calowego (gwintownik, narzynka , płytka skrawająca), musimy precyzyjnie określić typ tego gwintu i jego podstawowe parametry: średnicę zewnętrzną i skok TPI. Mimo wielu podobieństw pomiędzy niektórymi typami, nie są one identyczne i nie można ich stosować zamiennie.

Rysunek techniczny maszynowy – Zasady wymiarowania

Rysunek techniczny maszynowy – Zasady wymiarowania

Rysunek techniczny to podstawa do wykonania jakiegoś przedmiotu. Jednak samo narysowanie go w rzutach prostokątnych to za mało. Same rzuty, bowiem informują nas o kształcie przedmiotu i szczegółach jego wyglądu, ale nie mówią nic o jego wielkości. Należy dodać konieczne wymiary, czyli zwymiarować go.

Przystępując do wymiarowania rysunku technicznego należy pomyśleć o osobie, która na jego podstawie będzie wykonywać dany przedmiot. Trzeba zadbać o to, aby nie zabrakło żadnego z potrzebnych wymiarów i aby można je było jak najłatwiej sprawdzić na materiale podczas obróbki.

Wymiarowanie jest to podawanie wymiarów przedmiotów na rysunkach technicznych za pomocą linii, liczb i znaków wymiarowych. Wymiarowanie jest jedną z najważniejszych czynności związanych ze sporządzeniem rysunku technicznego i objete jest wieloma zasadami. To powoduje, że rysunek staje się powszechnie zrozumiały i możliwe jest wykonanie przedmiotu zgodnie z wymaganiami konstruktora - autora rysunku.

Rysunek techniczny będący podstawą wykonania przedmiotu, narysowany bez wymiarów albo z błędami i brakami w zakresie wymiarowania nie ma żadnej wartości.

Ogólne zasady wymiarowania w rysunku technicznym maszynowym dotyczą:

  • linii wymiarowych i pomocniczych linii wymiarowych
  • strzałek-grotów wymiarowych
  • liczb wymiarowych
  • znaków wymiarowych

Linie wymiarowe

Linie wymiarowe rysuje się linią ciągłą cienką równolegle do wymiarowanego odcinka w odległości co najmniej 10 mm. Są one zakończone grotami dotykającymi ostrzem krawędzi przedmiotu, pomocniczych linii wymiarowych lub osi symetrii z reguły od wewnątrz linii, między którymi wymiar ma być podany. Przy braku miejsca groty można umieszczać na zewnątrz tych linii, na ich przedłużeniach.
Linie wymiarowe nie mogą się przecinać. Jedynym dopuszczalnym wyjątkiem od ogólnego zakazu przecinania się linii wymiarowych jest przecinanie się linii wymiarowych średnic w ich środku.

Pomocnicze linie wymiarowe

To są to linie ciągłe cienkie, będące przedłużeniami linii rysunku. Rysuje się je prostopadle do mierzonego odcinka.

Pomocnicze linie wymiarowe mogą się przecinać.

linie wymiarowe

strzałki-groty wymiarowe

  • Długość grota powinna wynosić 6-8 grubości linii zarysu przedmiotu, lecz nie mniej niż 2,5 mm.
  • Grot może być otwarty, zamknięty lub zamknięty i zaczerniony. Z reguły groty powinny być zaczernione. Na szkicach odręcznych dopuszcza się stosowanie grotów niezaczernionych.
  • Długość grotów powinna być jednakowa dla wszystkich wymiarów na rysunku.
  • Ostrze grota powinno mieć kąt rozwarcia, zawarty w przedziale 15÷90°.
  • Zasadniczo ostrza grotów powinny dotykać od wewnątrz linii, między którymi wymiar podajemy.
  • Przy podawaniu małych wymiarów groty można umieszczać na zewnątrz tych linii, na przedłużeniach linii wymiarowej.
  • Dopuszcza się zastępowanie grotów cienkimi kreskami o długości co najmniej 3,5 mm, nachylonymi pod kątem 45o do linii wymiarowej albo zaczernionymi kropkami o średnicy do 3mm.

groty wymiary

Liczby wymiarowe

  • Liczby wymiarowe pisze się nad liniami wymiarowymi w odległości 0,5 - 1,5 mm od nich, mniej więcej na środku. Wymiary liniowe (długościowe) podaje się w milimetrah przy czym oznaczenie "mm" pomija się. Wymiary kątowe podaje się w stopniach, minutach i sekundach, oznaczając je odpowiednio symbolami ° , ' oraz ''
  • Jeżeli zachodzi potrzeba podania wymiaru w innej jednostce, to za liczbą należy podać jej symbol bez żadnych nawiasów
  • Jeżeli linia wymiarowa jest krótka, to liczbę wymiarową można napisać nad jej przedłużeniem
  • Należy unikać umieszczania liczb wymiarowych na liniach zarysu przedmiotu, osiach i liniach kreskowania przekrojów.
  • Należy unikać przecinania się linii pomocniczych wymiarowych z liniami wymiarowymi innych wymiarów i z liniami rysunku
  • Wymiary powinny być tak rozmieszczone, żeby jak najwięcej z nich można było odczytać patrząc na rysunek od dołu lub od prawej strony
  • Jeżeli jest to konieczne, to trzeba w miejscach, gdzie mają być napisane liczby wymiarowe lub narysowane groty, przerwać linię rysunku
  • Wymiary nominalne pisze się pismem o wysokości min. 3,5 mm
  • Ułamki zwyczajne i odchyłki graniczne pisze się pismem o jeden stopień mniejszym (lecz nie mniej niż 2,5 mm)
  • Na dużych rysunkach poglądowych wysokość cyfr przyjmuje się odpowiednio do grubości linii rysunkowych
  • Na wszystkich rysunkach wykonanych na jednym arkuszu i w jednakowej podziałce liczby wymiarowe powinny mieć jednakową wysokość, niezależnie od wielkości rzutów i wartości wymiarów

liczby wym

Znaki wymiarowe

Do wymiarowania wielkości średnic i promieni krzywizn, gwintów stosujemy specjalne znaki wymiarowe.
Średnice wymiarujemy poprzedzając liczbę wymiarową znakiem Ø (fi). Znak ten pomija się gdy wymiar podany jest w postaci symbolu (d) oraz przed oznaczeniem gwintu.

Średnice powierzchni obrotowych przedstawione na rysunku w postaci niepełnego okręgu wymiaruje się jak na rysunkach poniżej.

wymiary srednice

Promienie łuków wymiarujemy poprzedzając liczbę wymiarową znakiem R. Linię wymiarową prowadzi się od środka łuku i zakańcza się grotem tylko od strony łuku.

Grubość płaskich przedmiotów o nieskomplikowanych kształtach zaznaczamy poprzedzając liczbę wymiarową znakiem x.

wymiary prom

Gwinty wymiaruje się przez podanie oznaczenia gwintu i jego długości użytkowej. Oznaczenie gwintu składa się ze znaku określającego rodzaj gwintu i jego wymiarów.

wymiary gwinty

 Znaki wymiarowe

ZnakNazwa znakuPrzykład zapisuZastosowanie
Ø średnica Ø100 wymiarowanie elementów okrągłych, kołowych
R promień R50 wymiarowanie promieni łuków
symbol boku kwadratu kwadrat  symbol boku kwadratu 10 wymiarowanie elementów kwadratowych
symbol n kata kąt, wielokąt 6 symbol n kata 20 wymiarowanie wielokątów foremnych z parzystą liczbą boków (poza kwadratem)
SR promień kuli SR50 wymiarowanie powierzchni kulistych
średnica kuli SØ40 wymiarowanie średnicy kuli
x grubość przedmiotu w jednym rzucie x5 wymiarowanie grubości jeżeli mamy tylko jeden rzut
symbol pochylenia powierzchni pochylenie powierzchni symbol pochylenia powierzchni 1:100 wymiarowanie powierzchni pochylonych pod małym kątem
 symbol dlugosci rozwiniecia długość rozwinięcia  symbol dlugosci rozwiniecia 200 wymiarowanie przedmiotów wygiętych po wyprostowaniu lub w rozwinięciu
znak luku długość łuku

znak luku
100

wymiarowanie długości łuku

Podstawowe zasady wymiarowania

Podstawowe zasady wymiarowania w rysunku technicznym dotyczą:

  1. Stawiania wszystkich wymiarów koniecznych
  • Zawsze podajemy wymiary gabarytowe (zewnętrzne), wymiary mniejsze rysujemy bliżej rzutu przedmiotu
  • Zawsze podajemy tylko tyle i takich wymiarów, które są niezbędne do jednoznacznego określenia wymiarowego przedmiotu
  • Każdy wymiar na rysunku powinien dawać się odmierzyć na przedmiocie w czasie wykonywania czynności obróbkowych
  • Wymiary powinny być umieszczane na tych rzutach, na których wymiarowane elementy przedmiotu widać najwyraźniej
  1. Niepowtarzania wymiarów
  • Wymiarów nie należy nigdy powtarzać, ani na tym samym rzucie, ani na różnych rzutach tego samego przedmiotu
  • Każdy wymiar powinien być podany na rysunku tylko raz i to w miejscu, w którym jest on najbardziej zrozumiały, łatwy do odszukania i potrzebny ze względu na przebieg obróbki
  1. Niezamykania łańcuchów wymiarowych

Łańcuchy wymiarowe stanowią szereg kolejnych wymiarów równoległych (tzw. łańcuchy wymiarowe proste) lub dowolnie skierowanych (tzw. łańcuchy wymiarowe złożone)
W obu rodzajach łańcuchów nie należy wpisywać wszystkich wymiarów, gdyż łańcuch zamknięty zawiera wymiary zbędne wynikające z innych wymiarów. Łańcuchy wymiarowe powinny więc pozostać otwarte, przy czym pomija się wymiar najmniej ważny.

  1. Pomijania wymiarów oczywistych

Pomijanie wymiarów oczywistych dotyczy przede wszystkim wymiarów kątowych, wynoszących 0o lub 90o, tj. odnoszących się do linii wzajemnie równoległych lub prostopadłych.

  1. Wymiarowania od baz

Wymiarowanie powinno uwzględniać proces konstruowania, wykonania przedmiotu i pomiary w trakcie kolejnych faz tego procesu. Należy obrać odpowiednie powierzchnie przedmiotu jako bazy pomiarowe niezbędne w trakcie jego wykonania. Rozróżnia się w związku z tym bazy: konstrukcyjne, obróbkowe, pomiarowe. Wybór następuje podczas tworzenia i opracowywania technologii. To jest trudny i szeroki temat, który przekracza ramy tego artykułu.

  1. Unikania wymiarowania niewidocznych zarysów i powierzchni przedmiotu

Takie fragmenty narysowane liniami kreskowymi nie powinny być wymiarowane w tym rzucie. Powinien powstać inny rzut albo przekrój, który już wyrażnie pokazuje ten fragment przedmiotu.

  1. Wymiarowanie równoległe

Polega na podawaniu wszystkich wymiarów równoległych do jednej bazy (powierzchni lub linii). Przy wymiarowaniu w układzie równoległym dokładność każdego wymiaru zależy tylko od dokładności samej obróbki, a nie zależy od dokładności innych wymiarów przedmiotu. Ten sposób wymiarowania stosuje się, gdy zależy nam na uzyskaniu dokładnego położenia pewnej ilości powierzchni przedmiotu od wybranej uprzednio bazy.

  1. Wymiarowanie szeregowe

Polega na wpisywaniu wymiarów równoległych jeden za drugim. Ten sposób wymiarowania stosuje się gdy zależy na dokładności wzajemnego położenia sąsiednich elementów przedmiotu.

  1. Wymiarowanie mieszane

To jest połączenie wymiarowania w układzie równoległym i szeregowym i jednoczy zalety obu tych sposobów. Dzięki takiemu wymiarowaniu, wszystkie ważne wymiary przedmiotu mogą być bezpośrednio podane, a zatem i bezpośrednio sprawdzone.

wym szereg

Temat „Rysunek techniczny maszynowy - zasady wymiarowania” to ważny, ale wąski zakres materiału z całej dziedziny wiedzy o tworzeniu rysunków technicznych. Warto zapoznać się również z zasadami rzutowania, rysowania przekrojów, przenikań i rozwinięć powierzchni, a także złożeń części. Innym ciekawym tematem jest pokrótce poruszone w tym artykule „ Wymiarowanie od baz”.

Każdy doświadczony technolog, ślusarz narzędziowy, monter maszyn i urządzeń doskonale wie, że podanie wymiaru to jeszcze nie wszystko. Wymiar musi być odpowiednio wybrany, po to aby był odpowiednio zmierzony przez wykonawcę detalu i w końcowym efekcie detal pasował do innych współpracujących detali.

Pasowanie Ø50 H7/f6 co to znaczy?

Pasowanie Ø50 H7/f6 co to znaczy?

Przy konstrukcji maszyn, urządzeń bardzo często występuje konieczność współpracy dwóch i więcej elementów, podzespołów dla przykładu:

  • łożysko kulkowe ma zostać umieszczone w gnieździe
  • kamień ustalający imadła ma dokładnie pasować do rowka teowego we frezarce
  • Oś ma obracać się w łożysku ślizgowym bez drgań, ale też bez dużego tarcia

Jak więc wykonać oba elementy (z jaką dokładnością i z jakimi odchyłkami), aby uzyskać pożądany efekt: znacznego wcisku albo dokładnych obrotów, czy też dokładnego pasowania bez nadmiernego luzu?

Tego wszystkiego dowiadujemy się analizując ten dział technologii budowy maszyn o nazwie: PASOWANIA.

Współpracujące części, mające generalnie dany wymiar nominalny, można podzielić na te:
z wymiarem wewnętrznym (otwory, rowki itp),
zewnętrznym (wałki, trzpienie .suwaki itp.),
Występują też wymiary mieszane (uskok itp.) ale te z reguły nie muszą być objęte Pasowaniami.

Wymiar nominalny jest w zasadzie tylko wymiarem teoretycznym i w rzeczywistości bardzo rzadko może być osiągnięty. Jak duży jest nasz dopuszczalny zakres różnicy (pomiędzy otrzymanym rzeczywistym wymiarem a wymiarem nominalnym) określa właśnie klasa dokładności.

Każdą operację obróbki skrawaniem można wykonać zachowując określoną klasę dokładności.

Klasa dokładności to rozpiętość pomiędzy dopuszczalnym wymiarem maksymalnym a minimalnym. Można ten zakres nazwać polem tolerancji. Im niższa klasa tym ten obszar jest węższy i zależy też od poziomu wymiaru nominalnego. Stworzono specjalne tabele w których nazwy wierszy to zakresy średnic, a nazwy kolumn to numer klasy dokładności. Pola tabeli określają odchyłki dla danej kombinacji. Różnicę pomiędzy wymiarem maksymalnym a nominalnym nazywamy odchyłką górną wymiaru a różnicę pomiędzy wymiarem minimalnym a wymiarem nominalnym odchyłką dolną.

Norma PN-EN 20286-2 przewiduje 18 klas dokładności: IT1 ÷ IT18, stosowane są również klasy dokładności IT0, IT01 (wg ISO-286-1).

  • klasy IT0, IT01, IT1 ÷ IT5 najdokładniejsze (narzędzia pomiarowe, urządzenia precyzyjne),
  • klasy IT5 ÷ IT11 średnio dokładne (części maszyn),
  • klasy IT12 ÷ IT16 mało dokładne oraz wymiary nietolerowane.

W budowie maszyn nietolerowane „otwory” wykonuje się wg tolerancji H12 ÷ 14, a nietolerowane „wałki” wg tolerancji h12 ÷ 14. Taka dokładność jest nazywana tolerancją warsztatową

Wyznaczenie klasy dokładności dla konkretnego wymiaru (ważnego dla współpracy dwóch elementów) to jednak nie koniec.
Równie ważne jest, jak te wymiary (lub odchyłki) : maksymalny i minimalny (górna , dolna) są położone w stosunku do wymiaru nominalnego?

Przyjęto oznaczać takie położenie kolejnymi literami alfabetu łacińskiego od A do U. Dla precyzyjnego określenia, czy chodzi o wymiar zewnętrzny-wałek, czy też wewnętrzny-otwór przyjęto, że duże litery oznaczają otwór a małe wałek. Położenie A oznacza najdalej oddalone w głąb materiału, od wymiaru nominalnego, pole klasy dokładności.
W przypadku otworu są to średnice największe, a przypadku wałka odwrotnie – średnice najmniejsze

położenie Z to odwrotne położenia pól tolerancji.

Połączenia położenia pola tolerancji z numerem klasy dokładności np: H7, p6 tworzy kompleksową dokładność wykonania danego wymiaru.

Określamy tym samym na jaki maksymalny i minimalny wymiar (z jakimi odchyłkami) możemy wykonać tą operację, aby ten rzeczywisty otrzymany wymiar został uznany za właściwy i zatwierdzony z reguły przez kontrolę jakości.

Ciekawostka ; jest wiele typów dokładności wymiarowej np. 100 P7, gdy wymiar rzeczywisty nie może wynosić 100 mm i taki zostanie uznany za błąd !!!

W ten sposób dotarliśmy do określenia pasowania

Pasowanie jest to połączenie dwóch elementów o jednakowym wymiarze nominalnym i różnych odchyłkach (różnych klasach i położeniach pola tolerancji).

Można wyróżnić:

  • Pasowanie luźne (ruchowe) jest to połączenie, w którym występuje luz, elementy pasowane mogą się przemieszczać względem siebie.
  • Pasowanie mieszane jest to połączenie, w którym może wystąpić niewielki luz lub niewielki wcisk (luz ujemny)
  • Pasowanie ciasne jest to połączenie, w którym występuje wcisk, elementy pozostają w spoczynku względem siebie po zmontowaniu

Symbole tolerancji:

(A ÷ H), (a ÷ h) dotyczą pasowań luźnych

(J ÷ N), (j ÷ n) dotyczą pasowań mieszanych

(P ÷ U), (p ÷ u) dotyczą pasowań ciasnych

Zachodzi pytanie: w jakiej dokładności mamy wykonać wymiar zewnętrzny (wałek) i wymiar wewnętrzny (otwór) w dwóch współpracujących ze sobą elementach, aby to połączenie spełniało nasze założenia jak wspomnieliśmy na początku?

Czy elementy mają być ściśle i mocno połączone na wcisk? albo też dokładnie dopasowane, ale ruchome wobec siebie (jak wałek i łożysko ślizgowe)?

Jak widzimy ilość możliwych kombinacji klas dokładności obydwu elementów jest ogromna.

Aby to uporządkować i zmniejszyć taką ilość przyjęto pewne zasady tworzenia takiego pasowania – dobierania dokładności wykonania.

według zasady stałego otworu (z literą H)

Przykłady: 10H7/f6 – pasowanie luźne, 10H7/s7 – pasowanie ciasne.

według zasady stałego wałka (z literą h)

Przykłady: 10F8/h6 – pasowanie luźne, 10S7/h6 – pasowanie ciasne

Zasada stałego otworu mówi o tym, że to dokładność otworu przyjmujemy jako bazę wyjściową i do tego dopasujemy dokładność wałka. Średnicę otworu toleruje się zawsze w głąb materiału, odchyłka dolna = 0 (tolerowanie asymetryczne). Żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek wałka.
Zasada stałego wałka analogicznie przyjmuje, że to dokładność wałka jest bazą do sformułowania pasowania. Średnicę wałka toleruje się zawsze w głąb materiału, odchyłka górna = 0 (tolerowanie asymetryczne). Żądane pasowanie uzyskuje się poprzez dobranie odchyłek otworu.

Znacznie częściej Pasowanie tworzone jest na zasadzie stałego otworu Dlaczego?

Powód jest bardzo prosty – wykonanie dokładnego otworu w określonej precyzyjnie klasie dokładności i położeniu pola tolerancji i dokładny jego pomiar jest trudniejsze niż to samo w przypadku wałka. Zasada stałego otworu umożliwia zmniejszenie liczby rozmiarów narzędzi i sprawdzianów do pomiaru otworów.

Dla przykładu weźmy wymiar Ø8. Mamy do dyspozycji w zasadzie do wykończenia powierzchni tylko operację rozwiercania rozwiertakiem, który ma określoną dokładność (z reguły H7). Oczywiście możemy na zamówienie wykonać rozwiertak o innej dokładności, droższy z długim czasem realizacji albo zastosować kosztowne składane mikro-wytaczaki. Natomiast wałek możemy robić z dokładnością jaka nam przyjdzie do głowy i jest możliwa w określonych warunkach sprzętowych.

Zasadę stałego wałka stosuje się dla przykładu: w przypadku potrzeby osadzenia wielu elementów na wałku, którego średnica na pewnej długości jest stała. Dla przykładu fragment wału o tej samej średnicy w skrzyni biegów. Pewne koła zębate są osadzone na stałe z dużym wciskiem a inne muszą być przesuwne. Gdybyśmy stosowali zasadę stałego otworu wówczas każdy fragment wałka współpracujący z innym kołem, musielibyśmy wykonać z inną dokładnością. A to byłoby kłopotliwe i bardzo nietechnologiczne, nieekonomiczne. Szlifujemy całą średnicę z jednakową dokładnością i traktujemy to jako bazę a otwory w kołach wykonujemy z różną dokładnością.

Innym przykładem są rowki na wpusty na wałku i same wpusty . Wpusty są elementami handlowymi wykonanymi w stałej jednej dokładności a rowek wykonujemy dostosowując jego dokładność do pożądanego efektu: wcisku , luzu.

Aby jeszcze bardziej zmniejszyć ilość możliwych pasowań niektóre z nich uznano za uprzywilejowane i te są stosowane najczęściej.

Przykłady pasowań:

H7/p6 ; P7/h6

Części są mocno połączone, ich montaż wymaga dużych nacisków, demontaż jest przewidziany tylko podczas głównych remontów. Stosowane jest dodatkowe zabezpieczenie przed przemieszczeniem części pod wpływem dużych sił.

Zastosowanie: Koła zębate napędowe na wałach ciężkich maszyn (wstrząsarki, łamacze kamieni), tuleje łożyskowe, kołki, pierścienie ustalające, wpusty itp.

H7/m6 ; M7/h6

Części są mocno osadzone. Łącznie i rozłączanie wykonywane jest poprzez mocne uderzenia ręcznym młotkiem. Części należy zabezpieczyć przed przemieszczeniem.

Zastosowanie: Wewnętrzne pierścienie łożysk tocznych, koła pasowe, koła zębate, tuleje, dźwignie, osadzane na wałach, korby, sworznie tłokowe, sworznie łączące, kołki ustalające itp

H7/h6

Części po nasmarowaniu można ręcznie przesuwać względem siebie. Pasowanie nadaje się do tych połączeń, które powinny umożliwiać wolne przesuwanie części względem siebie

Zastosowanie: Zewnętrzne pierścienie łożysk tocznych, pierścienie uszczelniające, prowadzenia różnego rodzaju, łożyska ślizgowe z bardzo małym luzem, narzędzia na trzpieniach itp.

H7/f7

Połączenie ruchowe ze znacznym luzem, części mogą się poruszać ze średnimi prędkościami

Zastosowanie: Łożyska i prowadnice ślizgowe (np. popychacze zaworowe) itp.

H11/d9 ; H11/d11 ; D11/h11

Połączenia wykazują duże luzy, części mają duże tolerancje wykonawcze

Zastosowanie: Połączenia nitów z otworami, części z niedostatecznym smarowaniem, koła pasowe luźno osadzone na wałach itp.

 

Twardość a sprężystość stali i innych metali i stopów– dlaczego tak trudno mieć jedno i drugie?

Twardość a sprężystość stali i innych metali i stopów– dlaczego tak trudno mieć jedno i drugie?

Na wstępie musimy dokładnie wyjaśnić, co rozumiemy w tym artykule jako sprężystość i twardość. Są to bardzo ogólne pojęcia, które w różnych okolicznościach mogą być różnie definiowane. Zakres wiedzy na ten temat jest olbrzymi.

Musimy jednak w tym krótkim artykule nieco uprościć zagadnienie i wyciągnąć najistotniejsze sprawy, aby było to zrozumiałe dla każdego. Zacznijmy od sprężystości stali i innych metali i stopów. Materiały takie charakteryzują się budową krystaliczną. Bez wchodzenia głębiej oznacza to, że mają pewną charakterystyczną cechę: do pewnego obciążenia mają zdolność powrotu do kształtu pierwotnego(po zaniku obciążenia), a po jego przekroczeniu powstają już odkształcenia trwałe czyli plastyczne albo materiał ulega zniszczeniu.

Ta wartość naprężeń jest dokładnie wyznaczona dla każdego materiału. Są tzw próby wytrzymałościowe na urządzeniu zwanym zrywarką, gdzie próbka materiału w kształcie pręta ze zmniejszoną średnicą w środku, zostaje poddana siłom rozrywającym przyłożonym na jej końcach.

zrywarka

 

Odpowiedni przebieg badań (zwiększanie obciążenia-siły i obserwowanie odkształceń) powoduje określenie pewnych obliczonych (na podstawie przyłożonej siły i pola przekroju próbki) charakterystycznych naprężeń przy których następuje wyrażna zmiana w strukturze próbki (silne wydłużenie z przęwężeniem , zerwanie). Krótko mówiąc im materiał jest bardziej sprężysty tym większe naprężenia wytrzyma i wróci do poprzednich kształtów i odwrotnie im jest bardziej miękki, plastyczny tym szybciej zaczyna się trwale odkształcać. Zaobserwowano, że do pewnego momentu (w granicach odkształceń sprężystych materiału) zależność pomiędzy silą, naprężeniami a odkształceniami jest liniowa.

Ta prawidłowość została sformułowana przez Roberta Hook'a już w 1660 r. w formie ut tensio sic vis (jakie wydłużenie, taka siła). Wówczas sformułował on pewną zależność zwaną dziś, od jego imienia prawem Hooka. Głosi ono, że odkształcenie ciała pod wpływem działającej na nie siły jest proporcjonalne do tej siły. Stosunek naprężenia wywołanego przyłożeniem siły do powstałego odkształcenia, jest nazywany współczynnikiem (modułem) sprężystości E. Jest to tzw moduł Younga charakterystyczny współczynnik stały dla danego gatunku materiału i w pewien sposób określający spreżystość materiału. Jest to pewne uproszczenie, aby artykuł był zrozumiały.

Wydłużenie = naprężenie / E

czyli          ε = σ / E

Moduł Younga definiujemy w [MPa]. Jego wartość waha się pomiędzy: 2,2 x105 [MPa] dla stali hartowanych a 0,5 (x105) [MPa] dla niezbyt twardych stopów aluminiowych.

Omawiana zależność pozostaje prawdziwa tylko dla niezbyt dużych odkształceń, nie przekraczających tzw. granicy Hooke’a (zwanej też granicą proporcjonalności, sprężystości) i tylko dla niektórych materiałów. Prawo Hooke’a zakłada też, że odkształcenia ciała, w reakcji na działanie sił, następują w sposób natychmiastowy i całkowicie znikają, gdy przyłożone siły przestają działać.

Próby zrywające doprowadziły do określenia pewnych granicznych wartości naprężeń, ważnych dla określenia własności mechanicznych materiału. Badacze znając już zależności opisane w prawie Hooka określili też między innymi:

Granicę plastyczności Re [MPa] - naprężenie po osiągnięciu którego następuje wyraźny trwały wzrost wydłużenia.

Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa] - naprężenie przy którym nastepuje zerwanie, zniszczenie próbki.

Przykładowe wartości dla:

stali zwykłych węglowych Re = 200 ÷ 300 [MPa];  Rm = 300 ÷ 800 [Mpa]

dla stopowych:                   Re = 300 ÷ 500 [MPa];  Rm = 400 ÷ 1000 [MPa]

dla stopowych po obróbce cieplnej: Re = 500 ÷ 900 [Mpa]; Rm = 500 ÷ 1400 [MPa]

stale sprężynowe Re = 800 ÷ 1400 [MPa]; Rm = 1000 ÷ 1500 [MPa]

Zależności pomiedzy jednostkami dla przypomnienia:  1 Pa = 1 N / m2 ; 1 MPa = 1000000Pa; 1 kG = 9,81 N

Dla uproszczenia można stwierdzić, że granica plastyczności to jest pewna granica sprężystości, bo z jednej strony następuje zanik własności sprężystych, a z drugiej pojawienie się odkształceń plastycznych. Tak więc im ta wartość dla danego materiału jest wyższa, tym materiał jest bardziej sprężysty.

To jest pewne uproszczenie dla jednej grupy materiałów: stale, staliwa, żeliwa, stopy metali i na dodatek do pewnego poziomu twardości. W tym miejscu do naszych rozważań musimy dodać inną cechę materiału, lepiej charakteryzującą sprężystość na wyższym poziomie twardości. To jest wytrzymałość na uderzenia (udarność) i na zginanie (niekiedy mówi się o elastyczności).
Dla uproszczenia tego trudnego tematu nazwijmy ją „ciągliwością”. Dla lepszego zrozumienia porównajmy ciągliwość z kruchością. Im materiał bardziej kruchy, tym mniej ciągliwy i odwrotnie. Ta cecha lepiej określa nam sprężystość materiału i o tym jest mowa w analizie na końcu artykułu.

Twardość materiałów

Należało w jakiś sposób określić i zmierzyć tą wielkość-cechę. Taki sposób musiał być prosty i jednakowy dla rozmaitych gatunków stali i innych materaiałów, aby można było porównać otrzymane wyniki. Istnieje wiele metod takiego badania, my zajmiemy się najważniejszymi.

Najbardziej znane i stosowane do dziś, są metody, w których bardzo twardy element wgniata się pod mierzonym obciążeniem w powierzchnię badanego materiału. Powstałe naprężenia przekraczają granicę plastyczności i powodują trwałe odkształcenie powierzchni.
Biorąc pod uwagę rozmiar odkształcenia, siłę nacisku i czas trwania otrzymuje się wynik.

Najstarszą przedstawicielką tej metody jest metoda Brinella na podstawie testu dokonanego metodą opracowaną przez szwedzkiego inżyniera Johana Augusta Brinella w 1900 roku.

 

Brinell maszyna

Twardościomierz Brinella z początków istnienia metody

Brinell dziś

Twardościomierz Brinella dziś

Opis metody
W specjalnie skonstruowanym urządzeniu wciskana jest kulka z węglików spiekanych (przedtem stalowa hartowana) o ściśle dobranych średnicach (w zależności od grupy twardości materiału): 1mm; 2,5mm; 5mm; 10mm. W tabelach ujęto wartości siły nacisku dla określonej średnicy kulek i podane są czasy nacisku dla wybranych gatunków materiałów.
Wynik tego badania określamy jako HB i możemy to określić jako wartość pewnego naprężenia ze wzoru:
HB = siła nacisku F / pole powierchni odcisku .

Mierzymy specjalną lupą z podziałką średnicę tego wgłębienia, obliczamy pole i znając siłę nacisku (z ustawień urządzenia zwanego twardościomierzem Brinela) możemy obliczyć twardość HB.
W pewnym przybliżeniu dla stali węglowwych Rm= 3,4 HB więc HB= Rm/3,4

Tą metodą możemy mierzyć twardość w zakresie do ok. 600 HB.

Rozwój przemysłu, nauki powodował, że wykonywano coraz twardsze materiały i w w miarę wzrostu Rm, metoda Brinela stawała się nieprecyzyjna. Ma ona też inną niedogodność jest tzw badaniem niszczącym, odcisk jest na tyle duży, że praktycznie eliminuje element z użycia.

Pojawiła się metoda Rockwella

Metoda ta została wynaleziona przez dwóch mieszkańców Connecticut – Hughona M. Rockwella (1890–1957) i Stanleya P. Rockwella (1886–1940) – i opatentowana w 1914 roku. Pierwszą serię markowych twardościomierzy Rockwella wypuściła firma WILSON we współpracy ze Stanleyem P. Rockwellem. Twardościomierze Rockwella pod zastrzeżonym znakiem towarowym „WILSON” są produkowane do dziś przez firmę INSTRON (ITW).

 Rockwell staryjpg

Twardościomierz Rockwela z lat 30-tych

Rockwell nowy SHRS 450

i dziś

Twardość w skali Rockwella oznacza się HR. Stosowanych jest kilka różnych skal, z których każda przeznaczona jest dla odmiennych grup materiałów:

  • Skale C i A stosuje się dla stali hartowanych
  • Skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych.
  • Skale N i T stosuje się, gdy badana próbka ma niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka.

Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu zaokrąglenia 0,2 mm dla skali C, A i N albo stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875mm (1/16") w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku. Metoda ta jest szybka i łatwa w użyciu, gdyż przyrząd jest wyposażony w czujnik wyskalowany bezpośrednio w jednostkach twardości. Próba Rockwella pozostawia na badanym przedmiocie tylko słabo widoczną skazę, dlatego może być używana do kontroli gotowych wyrobów.

Niestety i ta metoda w miarę wzrostu twardości wytwarzanych materiałów materiałów okazała się niewystarczająca i świat ujrzał metodę Vickersa.

Metoda Vickersa – metoda oznaczania twardości metali, węglików spiekanych i ceramiki na podstawie testu dokonanego metodą opracowaną w 1924 r. przez Smitha i Sandlanda w firmie Vickers Ltd. Twardość w skali Vickersa oznacza się HV.

Vickers 70 lata

Twardościomierz Vickersa (również Brinella w jednym) wczoraj – lata 70-te

Vickers nowy HV 5 1

i obecnie

Pomiar twardości metodą Vickersa polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136° pod zadanym statycznym obciążeniem F i zmierzeniu przekątnych d powstałego odcisku w kształcie kwadratu.

Istnieją jeszcze inne metody pomiaru twardości, ale dla zrozumienia tematu tego artykułu te 3 są wystarczające.

 odciski

Porównanie odcisków metody: Brinella, Rockwella i Vickersa (oczywiście w dużym powiększeniu dla pokazania proporcji pomiędzy nimi)

Teraz gdy rozumiemy pojęcie sprężystości i twardości możemy przeanalizować pewne ciekawe zalężności pomiędzy nimi.

Naszą analizę rozpoczniemy od dolnych wartości sprężystości i twardości danego materiału (stali) i będziemy posuwać się coraz wyżej.

Zaczynamy od stali zwykłych węglowych.

Re/Rm    200/300 [MPa] twardość HB od ok HB = 100  i posuwając się dalej

Re/Rm 300/900 [MPa] twardość wynosi już: HB = 200 ÷ 300

dla stali wyższej jakości, stopowych, narzędziowych po ulepszeniu cieplnym te wartości rosną dalej do ok. Re/Rm 900/1400 [MPa] i HB= 600

Przy czym ta ostatnia wartość HB oznacza już stal zahartowaną w granicach twardości HRC = 50 ÷ 55

praktycznie na tym skala Brinella się kończy.

Do tego momentu możemy stwierdzić: twardość materiału rośnie wraz z jego sprężystością.

W tym momencie zaczynamy mierzyć twardość skalą Rockwella i pojawiają się stale narzędziowe, szybkotnące o twardości HRC = 60 ÷ 66. Wskaźnik Rm przestaje rosnąć już tak znacząco i jest w granicach do Rm = 1600 ÷ 1800 [MPa]; Re = do 1400 [MPa].

Okazuje się, że po przekroczeniu pewnej granicy twardości (ok 50 ÷ 60 HRC), zaczyna się inny ciekawy proces.
Gdy rośnie twardość, maleje ciągliwość. Oczywiście są to nadal duże wartości, w porównaniu np. ze stalą zwykłą, ale ta prawidłowośc jest wyraźna. Od tego momentu musimy zacząć wybierać.

Czy chcemy mieć materiał (stal, węglik spiekany, spieki ceramiczne) bardziej twardy, czy też bardziej elastyczny-ciągliwy?

Posługujemy się już skalą Vickersa i przy np. twardości ok. HRC = 68 (koniec skali Rockvella) twardość Vickersa to ok. HV = 1000. Twardość przeciętnej płytki skrawającej z węglików spiekanych to HV = 1500 ÷ 2000. Te materiały są po prostu bardzo twarde, ale ich odporność na uderzenia, zginanie (czyli ciągliwość) nie jest już tak wielka.

Jak widzimy, twardość i ciągliwość są cechami przeciwstawnymi.

Wysoka zawartość kobaltu i/lub duże ziarna zwiększają ciągliwość węglika. Wyższa ciągliwość jest wymagana, gdy w czasie pracy występują nagłe i silne obciążenia, praca przerywana itp.

Dalsze rozważania zacznijmy od węglików spiekanych w nożach tokarskich z płytką lutowaną. Są one oznaczone literą (S, U, K i innych) w zależności od przeznaczenia i liczbą 10, 20 ,30 oznaczającą właśnie twardość i ciągliwość węglika.

Liczba 10 to węglik najtwardszy a 30 to najbardziej ciągliwy   przykłady oznaczeń: P10, S30, U20, K20 itp.

Przy płytkach skrawających wymiennych sprawa jest bardziej skomplikowana, bo tutaj nazewnictwo jest bardzo zróżnicowane. Jeżeli nawet płytka podlega normom np. ISO, to one określają tylko kształt geometryczny, natomiast oznaczenie samego gatunku węglika leży już tylko w gestii producenta. Opymistyczne jest to, że wielu producentów płytek skrawających posługuje się również tymi terminami: twardość i ciągliwość płytki. Tak więc spotykamy płytki o większej twardości (ale też kruchości) lub większej ciągliwości. Oczywiście pod względem naukowym to pewne uproszczenia, ale bez nich takie zagadnienia byłyby naprawdę trudne do zrozumienia np. dla operatora CNC w fabryce, który musi dobrać typ węglika płytki do określonej operacji. Nie musi on zgłębić szerokiej wiedzy z zakresu wytrzymałości materiałów (rodzajów naprężeń itp.), materiałoznawstwa aby dokonać prawidłowego wyboru.

 Na poniższym wykresie ta zależność jest wyrażnie widoczna:

HSS to stale szybkotnące o twardości HRC = 60 ÷ 65

węglik niepowlekany to ok. HV = 1500 ÷ 2000

węglik powlekany do ok. HV = 3000

PCBN (azotki boru) to ok. HV = ok 6000

PCD (polikrystaliczny diament) HV = ok 7000

powyżej pomiar Vickersa jest coraz trudniejszy, gdyż materiał badany zbliża się swoją twardością do twardości ostrza-diamentu, który na dziś jest najtwardszym materiałem znanym człowiekowi.

MCD - diament monokrystaliczny syntetyczny

twardośćciągliwość

 

Dzisiejsza technologia wytwarzania pozwala na wytwarzanie takich materiałów w naprawdę szerokim zakresie twardości i sprężystości (ciągliwości), ale ta główna zasada pozostaje niezmienna.
Im bardziej twardy stworzymy materiał tym bardziej jest kruchy, a więc mniej odporny na uderzenia, siły zginające. Naukowcy oczywiście, starają się uzyskać coraz twardsze materiały i jednocześnie coraz bardziej sprężyste (dla przykładu osłony statków kosmicznych), ale stworzenie materiału najtwardszego w danym okresie czasowym i jednocześnie najbardziej sprężystego-ciągliwego jest jeszcze przed nami.

 

Posuw w operacji obróbki skrawaniem - co to znaczy?

Posuw w operacji obróbki skrawaniem – co to znaczy?

Posuw to ruch liniowy narzędzia względem przedmiotu (toczenie, wiercenie) albo na odwrót (frezowanie), który umożliwia skrawanie kolejnych warstw materiału. Bez ruchu posuwowego operacja skrawania ulega zatrzymaniu (pomimo, że istnieją ruchy robocze narzędzia lub materiału-obroty). Parametrem posuwu jest prędkość posuwu i ona jest rozumiana jako posuw w katalogach i opracowaniach technicznych.

Znajomość wartości prędkości posuwu pozwala nam obliczyć objętości skrawanych warstw i co za tym idzie ocenić warunki obróbki: siły skrawania, koszt obróbki, zużycie narzędzia itp. Posuw obok prędkości skrawania jest głównym parametrem każdej obróbki skrawaniem. Podobnie jak prędkość skrawania, jest podawany w katalogach producentów narzędzi jako ustalony pewien zakres dla danych warunków. Posuw ma wielki wpływ na dokładność wymiarowo-kształtową otrzymanej powierzchni, na koszt obróbki, na trwałość i żywotność narzędzia i wreszcie na trwałość i żywotność samej obrabiarki. Dlatego też, tak jak prędkość skrawania jest definiowany przez specjalistów, producentów danego narzędzia.

Posuw możemy zdefiniować na kilka sposobów:

  • posuw liniowy    Vf w  [mm/min] ;
  • posuw na obrót   f  w  [mm/obrót]
  • posuw na ostrze fz w [mm/ostrze]

Dla każdego typu obróbki jeden z tych sposobów (lepiej niż inne), oddaje specyfikę i lepiej definiuje warstwy skrawane. Posuw na ostrze albo na obrót są parametrami podawanymi przez producentów a posuw minutowy wartością wynikową, obliczaną (czasami oczywiście też podawaną w katalogach).

Przeanalizujmy każdy z nich:

posuw liniowy (minutowy)  ft  [mm/min]

Jest to typowe podstawowe określenie prędkości liniowej narzędzia lub przedmiotu. Pokazuje jaką drogę (w mm) przesunie się ono w określonej jednostce czasu(min). Czasami nazywane jest posuwem minutowym albo posuwem stołu.

posuw na obrót                f   [mm/obrót]

Poprzednie ogólne określenie posuwu jest wystarczające dla operatora maszyny ale nie dla technologa – konstruktora narządzi. Dla nich ważne jest np. jaką warstwę zbierze ostrze podczas jednego obrotu. Pozwala to ocenić obciążenie i inne podstawowe warunki skrawania: siły, temperaturę i dalej analizować koszty obróbki, zużycie ostrza. Zdefiniowano więc, w konkretnych typach obróbki inne określenie posuwu: w mm/obrót.

Taką definicję spotykamy np. przy operacjach toczenia, w których określenie prędkości liniowej nie oddaje w pełni warunków obróbki. Zależą one w dużym stopniu od obrotów przedmiotu, a te zależą od np. od średnicy i gatunku materiału (ustalenie Vc), Posuw określony w takich jednostkach oznacza drogę o jaką przesunie się narządzie (nóż tokarski), gdy przedmiot wykona jeden obrót.

posuw na ostrze             fz   [mm/ostrze]

Podczas operacji narzędziami wieloostrzowymi okazało się, że i takie jak w poprzenim przypadku określenie jest niewystarczające. Przy jednym obrocie w obróbce brało udział nie jedno a kilka ostrzy i omawiane warunki, parametry typu siły obciążenia należałoby rozdzielić na pojedyncze ostrze. Stworzono więc pojęcie posuwu w mm/ostrze. Takie okręślenie spotykamy przy frezach wieloostrzowych.

W tabelach doboru parametrów skrawania wybieramy więc Vc – prędkość skrawania dla danego freza i materiału obrabianego i posuw na ostrze fz dla określonej średnicy freza .

Pomiędzy tymi prędkościami posuwu a obrotami zachodzą oczywiście określone zależności wynikające z kinematyki ruchów: obrotowego i liniowego:

Posuw minutowy jest iloczynem prędkości obrotowej, ilości zębów i posuwu na ostrze.

ft = n z fz

gdzie n = ilość obrotów na minutę (narzędzia lub przedmiotu),  z = ilość ostrzy,  fz = posuw na ostrze

dla gwintowania (specyficzny przypadek gdzie posuw jest narzucony i niezmienny jako skok gwintu)

ft = p N 

p = skok gwintu

posuw na obrót jest ilorazem posuwu minutowego przez prędkość obrotową

f = ft / n

posuw na ostrze jest ilorazem posuwu minutowego przez iloczyn ilości zębów i prędkości obrotowej lub jest ilorazem posuwu na obrót przez ilość ostrzy.

fz = ft / z n = f / z

często zachodzi potrzeba przeliczenia jednego rodzaju posuwu (który jest podany w katalogu) na inny który ustawiamy w obrabiarce. I tutaj możemy spotkać się z różnymi opcjami. Różne wartości spotykamy w katalogu narzędzi i również różne w parametrach do ustawień obrabiarki. Dlatego też znajomość powyższych zależności jest niezbędna w takich przypadkach.

Możemy zadać sobie pytanie od czego zależy wartość posuwu?

Odpowiedź jest podobna jak przy prędkości skrawania Vc:

Prędkość posuwu zależy od:

  • rodzaju obróbki (gwintowanie, wiercenie, toczenie, frezowanie)
  • materiału ostrza (HSS, HSSE, VHM, płytki ceramiczne , PVD)
  • materiału przedmiotu obrabianego (stal węglowa, stopowa, metale kolorowe i inne)

Często stykamy się z zapytaniem:

W jaki sposób prędkość skrawania zależy od posuwu na ostrze/posuwu na obrót (albo odwrotnie)? Odpowiedź jest jedna i prosta.

To są dwa niezależne od siebie parametry i dlatego nie można ich powiązać w jakieś zależności. Są ustalone naukowo/doświadczalnie dla pewnych parametrów obróbki skrawaniem i każda próba ich powiązania skończy się fiaskiem. Można oczywiście zauważyć pewne podobieństwa ich doboru i zmian, ale nie mogą być one ujęte w definiowane zależności.

Oczywiście matematycznie można je powiązać wzorami ale wyliczanie jednego głównego parametru na podstawie drugiego prowadzi na manowce. Obydwa należy pobrać z katalogów.

Dla przykładu doboru posuwu (i prędkości skrawania) posłużmy się przykładem:

mamy do frezowania powierzchnię za pomocą freza trzpieniowego VHM FENES DIN6527-A 4-ostrza o średnicy np. D=16mm 

materiał obrabiany: stal kwasoodporna

Z tabeli  Parametry skrawania dla frezów ogólnego przeznaczenia (VHM) dobieramy dwa podstawowe parametry:

prędkość skrawania Vc = 40 m/min (ze względu na pokrycie TiAIN możemy zwiększyć o ok. 30%), ostatecznie Vc = 53 m/min

posuw mm/min fz = 0,053 mm/ostrze (podobnie jak wyżej zwiększamy – powiedzmy na początek o 20%), ostatecznie fz = 0,066 mm/ostrze

 

a na obrabiarce musimy ustawić obroty wrzeciona i posuw w [mm/min]

obroty

n = 1000 Vc / Π d = 1000 x 53 m/min  / 3,14 x 16 mm = 1054,93 obr/min  możemy ustawić n = 1055 obr/min

posuw minutowy

ft = n z fz = 1055 obr/min x 4 ostrza x 0,066 mm/ostrze = 278,52 mm/min  możemy ustawić ft = 280 mm/min

 

Subscribe to this RSS feed

Odwiedza nas 120 gości oraz 0 użytkowników.

fundusze unia stopka