Blog

A+ A A-

Co to jest prędkość skrawania?

  • Opublikowano w Blog
  • Ilość odsłon: 9541

Prędkość skrawania – Co dokładnie oznacza?

 

Prędkość skrawania jest to prędkość liniowa z jaką porusza się ostrze narzędzia względem materiału lub na odwrót (materiał względem ostrza) w strefie skrawania. Jest jednym z najważniejszych parametrów, które muszą być ustalone przed rozpoczęciem każdej obróbki skrawaniem.

Z reguły sugerowana prędkość skrawania jest podawana przez producenta narzędzia w postaci pewnego zakresu, zależnego od gatunku skrawanego materiału. Dla ułatwienia będziemy ją nazwać "ustalona"

W przypadku ruchu obrotowego jednego z elementów procesu (narzędzia lub przemiotu skrawanego istnieje następująca zależność pomiędzy prędkością skrawania a prędkością obrotową (czyli ilością obrotów w ciągu minuty).

Vc = Π d n/1000

Vc - prędkość skrawania w m/min

d - średnica elementu wykonującego ruch obrotowy(narzędzia lub przedmiotu)

n - prędkość obrotowa (ilość obrotów /minuta)

Prędkość skrawania jest parametrem ustalanym na początku, więc z reguły obliczamy liczbę obrotów w zależności od średnicy (materiału – przy toczeniu lub narzędzia-np. freza , wiertła).

n = 1000 Vc / Π d

Dla przykładu:

mamy toczyć wałek o średnicy fi 30 i fi 60 z materiału – stal zwykła węglowa, za pomocą noża składanego z płytką skrawającą.
Ustalona prędkość to załóżmy Vc = 100m/min.
Obliczamy obroty dla fi = 30   n = 1062 obr/min, 
dla dla fi = 60     n = 531. 
Oczywiście dla obrabiarki manualnej ustawiamy najbliższe (raczej w dół dla bezpieczeństwa).

Drugim przykładem jest wiercenie otworu fi 8 i fi 20 na wiertarce kolumnowej wiertłem z HSSE w detalu ze stali stopowej nierdzewnej.
Z tabeli wynika ustalona Vc = 12 m/min, 
dla fi 8mm    n = 478 obr/min, a dla fi = 20    n = 191 obr/min.
Ustawiamy na maszynie najblizszą wartość Vc zzaokrągleniem w dół dla bezpieczeństwa.

Wartość prędkości skrawania powinna mieścić się w pewnym zakresie podanym dla określonych warunków danej obróbki aby proces przebiegał bez zakłóceń. Niewłaściwa jest zarówno wartość mniejsza jak i większa niż ta z zakresu podanego przez producenta. Zbyt mała może pogarszać jakość otrzymanej powierzchni, zwiększać czas (a więc i koszt operacji ), zwiększać zużycie ostrza, a w skrajnym przypadkach uniemożliwić proces skrawania i spowodować zniszczenie narzędzia. Podobnie i zbyt wysoka prędkość może doprowadzić do zwiększania zużycia ostrza, a nawet do zniszczenia narzędzia, ale także do wzrostu temperaturu pociągających za sobą zmiany strukturalne przedmiotu obróbki.

Jak widzimy w obu przypadkach pojawia się proces zużycia ostrza. Na czym polega? Czy mamy na niego jakiś wpływ?

Zużycie ostrza jest wywołane przez jednoczesne obciążenie mechaniczne i cieplne ostrza.

Możemy wymienić 4 podstawowe przyczyny zużycia:

  • ścieranie mechaniczne
  • adhezja
  • procesy utleniania
  • dyfuzja.

Ścieranie mechaniczne to zjawisko, które najczęściej powstaje podczas styku ostrza z twardym materiałem. Cząstki narzędzia są powoli wykruszane. Do ścierania dochodzi zarówno, gdy stosujemy zbyt niską lub zbyt wysoką prędkość skrawania.

Adhezja w uproszczeniu to tworzenie się narostu na ostrzu narzędzia. Narost przejmuje funkcję ostrza, co bardzo negatywnie wpływa na jego trwałość i prowadzi w głównej mierze do wykruszeń. Do tego zjawiska dochodzi wówczas, gdy używamy zbyt niskiej prędkości skrawania, gdzie zalecane jest oczywiście jej podniesienie.

Dyfuzja oraz utlenianie występują przy bardzo dużych temperaturach (duże prędkości skrawania), gdzie następuje przemieszczenie atomów pomiędzy materiałem obrabianym a ostrzem. Należy zmniejszyć prędkość skrawania, a w przypadku bardzo twardych materiałów, zastosować np. ceramikę (płytki skrawające ze spieków związków glinu, krzemu, cyrkonu) albo pokrycia.

Odpowiedni zakres prędkośći ustala (jak wspomnieliśmy) producent narzędzia a dokładny wybór z tego zakresu należy już do operatora. Musi on przeanalizować bardziej dokładnie szereg czynników wpływających na ten wybór takich jak:

  • rzeczywista twardość, skrawalność danego materiału (np. gatunek stali)
  • sztywność obrabiarki
  • pożądaną jakość powierzchni
  • koszt i wydajność operacji

Ustalona prędkość skrawania zależy od kilku czynników:

  • rodzaju obróbki
  • materiału ostrza
  • materiału przedmiotu obrabianego

Co to znaczy, że prędkość skrawania zależy od rodzaju obróbki?

Rozważmy dwa skrajne przypadki: gwintowanie za pomocą gwintowników oraz szlifowanie tarczami ściernymi. Proces gwintowania za pomocą gwintowników ręcznych i maszynowych jest przykładem najmniejszych prędkości skrawania. Delikatna budowa gwintownika i drobny zarys ostrza wymuszają stosowanie niewielkich prędkości skrawania. Dla przykładu polski producent gwintowników umieścił w swoim katalogu taką tabelę doboru prędkości skrawania.

Tak więc, jak widać prędkość skrawania Vc przy gwintowaniu zawiera się pomiędzy:

Vc = 10 m/min (gwintowanie ręczne), a Vc = 50 m/min (gwintowanie maszynowe w stalach zwykłych nieulepszonych, metalach lekkich i ich stopach itp.) i dla średnicy d = 10 mm (np. gwintownik M10) oznacza to zakres obrotów n = 300 ÷ 1600 obr/min

średnia dla gwintowania maszynowego to ok Vc = 15 m/min

Drugi biegun prędkości to szlifowanie ściernicami, gdzie prędkość robocza dochodzi do Vc = 4800 m/min (80m/s).

Średnia stosowana prędkość to Vc = 1800m/min (30m/s), co dla ściernicy d = 250mm daje obroty n = 2292 obr/min.

Operacje toczenia, frezowania, wiercenia znajdują się pod tym względem pośrodku tego zakresu i w zależności jak twardych i wytrzymałych używamy narzędzi, są bliżej lub dalej od wartości krańcowych.

Co to znaczy, że prędkość skrawania zależy od materiału ostrza narzędzia?

Dziś mamy na rynku narzędzia zbudowane z rozmaitych materiałów: od stali narzędziowej węglowej do narzędzi diamentowych. Ich twardość wynosi od ok 60 HRC do 8000 HV a nawet więcej w przypadku diamentu.

Z tego powodu również i zakresy dopuszczalnych prędkości pozostają bardzo różne.

  • Stale narzędziowe węglowe

Zacznijmy od stali narzędziowych węglowych typu: N10 , NC10, N10E. Są już bardzo rzadko stosowane na narzędzia w obróbce skrawaniem. Jeżeli już, to raczej na narzędzia ręczne typu: pilnik, skrobak do wymiarów rzędu 20 ÷ 30 mm. Rzadko  na narzędzia typu: frezy i wiertła. Przy tego typu materiałach prędkość skrawania kształtuje się na poziomie Vc = 10-15 m/min. Takie materiały są coraz częściej zastepowane przez stale szybkotnące.

  • Stale szybkotnące

Są to stale o znacznie lepszych właściwościach od stali narzędziowych węglowych. Spotykane obecnie ogólne oznaczenia to HSS, HSS-E i dawniejsze SW18, SK5.

Prędkość skrawania przy tego rodzaju ostrzach już dochodzić może do Vc = 60 m/min, a w przypadku pokrycia związkami tytanu , glinu (TiN itp.) nawet do Vc = 120 m/min (przy skrawaniu raczej miękkich stali węglowych , metali lekkich). Przykładowa prędkość ustalona dla frezów trzpieniowych wg normy DIN 844 z pokryciem TiN do obróbki stali zwykłej to Vc = 40  m/min (z tabeli doboru Vc = 30 m/min i zwiększamy o ok. 35% ze względu na pokrycie).

  • Węgliki spiekane

Dla noży tokarskich z lutowaną płytką z węglików spiekanych prędkość skrawania zaczyna zbliżać się do nawet Vc = 200 m/min dla zwykłej nieulepszanej stali węglowej, a dla miękkich stopów aluminium sięga nawet Vc = 800 m/min. Przeciętna-średnia wartość dla narzędzi wykonanych z węglika to Vc = 150 m/min. Niestety są to wartości dla idealnych warunków skrawania (nowa maszyna, hydrauliczna oprawka, krótki wysięg, stabilnie zamocowany półfabrykat). Doświadczenie pokazuje że poniżej Vc = 80 m/min zaczyna występować zjawisko narostu na ostrzu, a powyżej Vc = 120 m/min dyfuzja oraz utlenianie.

  • Płytki skrawające wymienne

Przy płytkach wymiennych mamy dalszy wzrost możliwych parametrów. Oczywiście zależy to od konstrukcji płytki, zastosowanych pokryć, które hamują procesy: adhezji, dyfuzji i utleniania itp. Tutaj prędkość skrawania dochodzi nawet do ok Vc = 400 m/min w przypadku niewymagających stali węglowych.. Przeciętnie wartości są w zakresie Vc = 200 ÷ 250 m/min.  To jeszcze nie koniec możliwości dzisiejszych matariałów na ostrza skrawające.

Dla przykładu:

w przypadku płytek skrawających z azotku boru CBN prędkość skrawania dochodzi do Vc = 500 m/min, a w przypadku polikrystalicznego diamentu PKD (PCD) do ok Vc = 1200 m/min. Powyżej są jak wspomnieliśmy narzędzia ścierne, ale są one specyficznymi narzędziami. W ich przypadku zwiększamy znacznie szybkość skrawania godząc się niejako na zniszczenie cząsteczek ostrza. Materiały ścierne typu elektrokorund są bardzo twarde same w sobie (HV w granicach 6000 i nawet więcej) a na dodatek w procesie szlifowania cząsteczki ostrza mogą być usuwane. Przy tak wysokich parametrach jest to normalne i w pewnych granicach pożądane.
Przy tego typie obróbki prędkości skrawania dochodzą do Vc = 4800 m/min.

Co to znaczy, że prędkość skrawania zależy od rodzaju materiału skrawanego?

W podanych powyżej zależnościach, czyli w zależności obróbki i materiału ostrza producent dla konkretnego narzędzia podaje nadal pewien zakres prędkości skrawania Vc zależny tym razem od rodzaju materiału skrawanego. Im materiał bardziej miękki (stopy metali lekkich), tym Vc przybiera większe wartośći i odwrotnie dla twardych stali, ulepszanych, a nawet hartowanych, te wartości radykalnie się obniżają.

Dla przykładu tabela FENES dotycząca narzędzi frezów palcowych wykonanych ze stali HSS/HSSE wg DIN 844, DIN845 - PARAMETRY SKRAWANIA.

Jak widzimy prędkość skrawania kształtuje się w granicach Vc = 10-30 m/min w zależności od materiału obrabianego, ale możemy ją zwiększyć o ok. 35% w przypadku zastosowania frezów z pokryciami TiN (lub stali HSSE-kobaltowej).

Drugi przykład narzędzi z węglika spiekanego (frezy VHM FENES) tabela FENES - PARAMETRY SKRAWANIA DLA FREZÓW OGÓLNEGO PRZEZNACZENIA VHM (z tego samego linku).

Nadal są to o wiele węższe zakresy i ostateczny wybór z tej ostatecznej wartości należy już do technologa, operatora CNC (jak wspomniano już wcześniej).

Powinien on wziąć pod uwagę także koszt takiej obróbki – szczególnie przy produkcji seryjnej i masowej.

 

 

predkosc skrawania optymalnajpg

Jak widzimy istnieje pewien zakres prędkości pomiędzy minimalnym kosztem jednostowym, a maksymalną wydajnością, który jest najbardziej optymalny dla danej operacji. Tych wartości już nie znajdziemy w katalogach. Stanowią wiedzę doświadczonych technologów, operatorów i często znajdują się w dokumentacji technologicznej firmy po wieloletnich doświadczeniach i próbach.

Dla osoby, która nie dysponuje taką wiedzą i doświadczeniem pozostaje wybór z zakresu podanego przez producenta narzędzia, dla danego materiału obrabianego. Często wybiera się środkowe wartości i obserwuje dokładnie proces obróbki. Ewentualnie później zmienia się parametry, (prędkość skrawania i posuw) w zależności od zaobserwowanego przebiegu obróbki.

 

 

Zmodyfikowano: poniedziałek, 22 czerwiec 2020 06:18

Odwiedza nas 192 gości oraz 0 użytkowników.

fundusze unia stopka