W naszym Serwisie używamy plików cookies. Korzystając dalej z Serwisu, wyrażasz zgodę na stosowanie plików cookies zgodnie z Polityką prywatności. Wyrażenie zgody jest dobrowolne, w każdej chwili można ją cofnąć poprzez zmianę ustawień dotyczących plików „cookies” w używanej przeglądarce internetowej. Kliknij „Akceptuję”, aby ta informacja nie wyświetlała się więcej.

 

Różne rodzaje metalu, a zwłaszcza poszczególne gatunki żeliwa i stali są znakomitymi materiałami do wytwarzania elementów maszyn i urządzeń. Zapewniają odpowiednio wysoką wytrzymałość na obciążenia statyczne i dynamiczne, a w zależności od dobranego stopu i metody jego ulepszania mogą być bardziej sztywne albo sprężyste. Mają też stosunkowo wysoką odporność na podwyższoną temperaturę, a co równie ważne mogą być łatwo kształtowane, zarówno przy wykorzystaniu metod obróbki termicznej, jak i mechanicznej. Choć do wytwarzania części i podzespołów wykorzystuje się wiele sposobów obróbki, szczególnie duże znaczenie ma obróbka skrawaniem, ponieważ ułatwia uzyskanie wymaganych kształtów i rozmiarów, pozwala na uzyskanie potrzebnej w konkretnym zastosowaniu tolerancji wymiarowej oraz chropowatości powierzchni oraz może być stosowana przy wykonywaniu elementów o bardzo różnych rozmiarach. Możliwa jest zarówno obróbka skrawaniem elementów wielkogabarytowych, jak i niewielkich detali. Przyjrzyjmy się bliżej rozwiązaniom używanym przy obróbce metalu skrawaniem, a także zobaczmy, jak przebiegają te procesy w przypadku elementów wielkogabarytowych.

Na czym polega obróbka skrawaniem?

Obróbka skrawaniem polega na usuwaniu kolejnych warstw materiału, czyli tzw. naddatku za pomocą narzędzia z krawędziami tnącymi o większej twardości. Podczas kontaktu ostrza z powierzchnią przedmiotu obrabianego naddatek jest zbierany w postaci powstających wiórów. Uzyskanie określonego kształtu może nastąpić po wykonaniu kolejnych etapów obróbki – wstępnego, kiedy usuwa się większość zbędnego materiału, kształtującego, podczas którego element obrabiany zyskuje oczekiwany kształt oraz wykańczającego, w ramach którego uzyskiwane są ostateczne wymiary oraz odpowiednia chropowatość powierzchni.

Podczas obróbki skrawaniem, która jest rodzajem obróbki ubytkowej, naddatek jest odspajany od przedmiotu obrabianego za sprawą zmiany pozycji używanego narzędzia lub samego materiału. Znaczenie dla osiąganych efektów będą miały więc nie tylko parametry narzędzia, np. właściwości substancji, z jakiej jest wykonane czy kształt powierzchni tnącej, ale również precyzja i szybkość wzajemnego ruchu powierzchni roboczej i opracowywanego elementu. Bardzo istotna będzie również ścieżka, po której przemieszcza się pracujące ostrze.

Dla zapewnienia możliwości obróbki różnych rodzajów metali, w tym gatunków o dużej twardości niezbędny jest odpowiedni dobór narzędzi skrawających. Powierzchnie tnące mogą być wytwarzane z rozmaitych materiałów, w zależności od parametrów przedmiotu obrabianego oraz prędkości, z jaką poruszają się wzajemnie skrawana powierzchnia i ostrze.

Wśród najpowszechniej stosowanych znajduje się stal narzędziowa, która może zapewnić twardość na poziomie 62–64 HRC, czyli mierzonej wg skali Rockwella. Twardsza od niej jest stal szybkotnąca, która dzięki obecności w stopie, z jakiego ją wykonano wolframu, chromu, wanadu i molibdenu oferuje również wyższą odporność na powstającą podczas obróbki wysoką temperaturę. Stal szybkotnąca może być również produkowana z dodatkiem kobaltu, a jej twardość sięga 64–66 HRC.

W zastosowaniach wiążących się z jeszcze wyższymi wymaganiami używane są narzędzia z ostrzami z węglików spiekanych. W tym przypadku powierzchnie tnące będą miały jeszcze wyższą odporność na ścieranie, twardość, a także wytrzymałość na wysokie temperatury, co oznacza możliwość pracy z większymi prędkościami. Twardość węglików jest określana na 900 do 1600 HV, czyli w skali Vickersa.

Materiały używane do wytwarzania krawędzi tnących narzędzi skrawających mogą być również wykonywane ze spieków ceramicznych, cermetali, czyli kompozytów będących połączeniem elementów ceramicznych ze szczególnie twardymi i odpornymi na wysoką temperaturę metalami. Najtwardszymi materiałami stosowanymi są azotek boru, tzw. CBM oraz diament polikrystaliczny (PCD).

Jakie są rodzaje obróbki skrawaniem?

Obróbka skrawaniem daje możliwość swobodnego kształtowania metalu. Może być wykonywana za pomocą kilku odrębnych metod, które pozwalają na osiągnięcie zupełnie innych efektów, różniąc się zarówno pod względem kinematyki, jak i rodzaju oraz geometrii używanych narzędzi. Do metod obróbki skrawającej możemy zaliczyć toczenie, frezowanie, wiercenie, dłutowanie oraz przeciąganie, a także różne typy obróbki ściernej – szlifowanie oraz gładzenie.

Toczenie jest specyficzną metodą obróbki skrawaniem, ponieważ można je stosować do uzyskiwania elementów, których forma jest odzwierciedleniem obrotu wokół jednej osi dowolnej krzywej. Podczas toczenia przedmiot obrabiany jest poddawany rotacji wokół swej osi symetrii, a narzędzie skrawające, w tym przypadku nóż tokarski porusza się wzdłuż osi obrotu, mogąc się jednocześnie do niej zbliżać bądź oddalać.

Toczenie może się wiązać z obróbką punktową, kiedy kształt nadawany przedmiotowi obrabianemu zależy głównie od ścieżki ruchu noża, albo z obróbką kształtową, gdy głównym czynnikiem wpływającym na osiągane efekty ma geometria ostrza. W ramach toczenia możliwa jest zarówno obróbka powierzchni zewnętrznych, jak i wewnętrznych, mamy wówczas do czynienia z tzw. wytaczaniem.

Kolejną metodą obróbki skrawaniem jest frezowanie. W tym przypadku ruch obrotowy wykonuje narzędzie umieszczone w głowicy roboczej, czyli frez. W zależności od zastosowanego rozwiązania za wzajemne przemieszczanie się powierzchni obrabianej i ostrza może odpowiadać albo przesuw głowicy, albo samego materiału.

Frezy używane do obróbki skrawaniem mogą mieć krawędzie tnące rozmieszczone na swoim obwodzie (frezy walcowe) albo na tzw. czole, czyli na czubku (frezy czołowe), równolegle do płaszczyzny obrotów. Występują również frezy łączące obie te możliwości (frezy walcowo-czołowe).

Następna metodą, za której pomocą można prowadzić obróbkę skrawaniem, jest wiercenie. Stosuje się je do wykonywania otworów, a także nawiercania, czyli przygotowania nakiełka, jak również rozwiercanie i pogłębianie. Otwory wykonywane podczas wiercenia mają różną specyfikę i mogą służyć jako punktu montażowe, kanały do przepływu cieczy, a także wewnętrzne powierzchnie rozmaitych cylindrów.

Dłutowanie stosuje się do wykonywania w przedmiocie obrabianym rowka o jednolitym przekroju. Przeciąganie to rodzaj obróbki, który może być użyty do kształtowania powierzchni wewnętrznej otworów. Pozwala na wycięcie w nich odpowiedniego wzoru, również z wykorzystaniem ruchu obrotowego, może więc dawać efekt podobny do gwintowania. Za pomocą przeciągania można również przygotowywać powierzchnie zewnętrzne, np. nadawać kształt prętom.

Metody obróbki skrawaniem używane przy elementach wielkogabarytowych

Elementy wielkogabarytowe, oznaczane zwykle skrótem EWg, to wszystkie części lub podzespoły, których rozmiary uniemożliwiają obróbkę przy użyciu standardowych obrabiarek przemysłowych. Charakteryzują się one zazwyczaj nie tylko dużymi rozmiarami, ale również sporą masą. Najczęściej EWg to korpusy maszyn lub ich fragmenty, obudowy rozmaitych urządzeń, pokrywy, wszelkiego typu podstawy i łoża, a także płyty, wsporniki czy gniazda albo części łożysk. Do elementów wielkogabarytowych zalicza się w wielu przypadkach również dźwignie, ramiona, cylindry albo tuleje. Niekiedy EWg będą również koła zębate lub pasowe o szczególnie dużych rozmiarach, wały czy osie.

Cechą charakterystyczną elementów wielkogabarytowych poddawanych obróbce skrawaniem jest to, że muszą one uzyskiwać bardzo niskie tolerancje wymiarowe oraz wskaźniki chropowatości. W tym przypadku jednak normy wykonania są zupełnie inne, niż przy niewielkich detalach, a dopuszczalne różnice sporo większe. Nawet jednak przy większym marginesie błędu dokładna obróbka jest na tyle trudna, że sam proces wymaga stosowania wielu nietypowych rozwiązań.

Najczęściej używanymi metodami obróbki EWg jest korzystanie ze specjalnych obrabiarek przenośnych, które są mocowane na obrabianym elemencie albo korzystanie z dużych konstrukcji portalowych lub urządzeń z kolumną przejezdną. Precyzyjna praca przy elementach wielkogabarytowych wymaga bardzo dokładnych pomiarów położenia oraz uzyskiwanych efektów. Prawdziwym wyzwaniem jest też radzenie sobie z dobrym odprowadzaniem ciepła, ze względu na dużą powierzchnię roboczą narzędzia oraz wielkość samego elementu.

Elementy wielkogabarytowe są najczęściej poddawane jedynie określonym rodzajom obróbki skrawającej. Do najczęściej wykorzystywanych metod należy obróbka otworów, w tym wiercenie, rozwiercanie, a także gwintowanie oraz wytaczanie związane z kształtowaniem powierzchni wewnętrznych, np. cylindrów czy gniazd. Częste jest też przygotowywanie powierzchni czołowych otworów. Bardzo często wykonuje się także różne rodzaje frezowania, m.in. związane z obróbką płaszczyzn, choćby przy przygotowaniu korpusów i obudów albo fundamentów maszyn.

Obróbka EWg wiąże się z koniecznością stosowania narzędzi o dużej odporności na ścieranie oraz temperaturę. Często stosowane są zarówno węgliki spiekane, jak i cermetale, w wielu przypadkach z dodatkowymi powłokami poprawiającymi ich właściwości.