Branża motoryzacyjna i lotnicza

Rodzaje narzędzi skrawających oraz obserwacja i kontrola przy użyciu mikroskopu cyfrowego

Dążenie do uzyskania większej wytrzymałości, większej dokładności i mniejszej masy doprowadziło do wzrostu zapotrzebowania na detale obrabiane o trudnych do wycięcia kształtach, wykonane z trudnoskrawalnych materiałów, takich jak węglik spiekany, twarde materiały kruche czy hartowana stal nierdzewna. Materiały trudnoskrawalne powodują duże obciążenie narzędzi skrawających, dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na monitorowanie zużycia i wyszczerbień (defektów) na krawędziach narzędzi skrawających. W tym rozdziale przedstawiono rodzaje narzędzi skrawających wraz z przykładami ich obserwacji i analizy przy użyciu naszego mikroskopu cyfrowego.

Co to jest skrawanie?
Typowe metody skrawania i narzędzia skrawające
Typowe materiały i cechy narzędzi
Wskazówki dotyczące odrzucania
Przykłady obserwacji i kontroli narzędzi skrawających przy użyciu mikroskopu cyfrowego

Co to jest skrawanie?

Skrawanie oznacza obróbkę polegającą na cięciu metalu i innych materiałów przy użyciu narzędzi takich jak ostrza.
Inna metoda obróbki metalu, zwana szlifowaniem, polega na ścieraniu powierzchni przy użyciu kamienia szlifierskiego.

Zasada skrawania

Narzędzie tnące w sposób ciągły rozdrabnia materiał docelowy i generuje wióry.
W przypadku idealnym wióry są generowane w sposób ciągły i płynny.

A: Wiór nieodcięty

B: Wiór

C: Obrabiany przedmiot

D: Narzędzie

E: Kąt natarcia

F: Powierzchnia natarcia

G: Powierzchnia przyłożenia narzędzia

H: Kąt przyłożenia narzędzia

Warunki skrawania

Prędkość skrawania, prędkość posuwu i ilość skrawania są ważnymi czynnikami dla prawidłowego skrawania.

Prędkość skrawania = odległość skrawania na minutę (m/min)

Prędkość skrawania (m/min) odnosi się do odległości, którą narzędzie skrawa w ciągu minuty.
Im większa prędkość skrawania, tym większa wydajność, ale tym krótsza żywotność narzędzia.

A: Obrabiany przedmiot

B: Odległość skrawania na minutę

Im większa prędkość skrawania, tym
większa wydajność,
*ale*
tym krótsza żywotność narzędzia.

Prędkość posuwu = odległość do przebycia w trakcie jednego obrotu (mm/obr.)

Prędkość posuwu (mm/obr.) odnosi się do odległości, jaką narzędzie pokonuje w trakcie jednego obrotu.
Wraz ze wzrostem prędkości posuwu wzrasta wydajność, ale również chropowatość powierzchni skrawania.

A: Jeden obrót

B: Obrabiany przedmiot

C: Odległość przebyta w trakcie jednego obrotu

Wraz ze wzrostem prędkości posuwu wzrasta
wydajność,
*ale*
również chropowatość powierzchni skrawania.

Ilość skrawania = odległość skrawania w obrabianym przedmiocie

Ilość skrawania oznacza odległość, na jaką narzędzie zagłębia się w obrabiany przedmiot.
Im większa ilość skrawania, tym większa wydajność, ale idealna ilość skrawania jest określona przez rodzaj i materiał narzędzia.

A: Obrabiany przedmiot

B: Ilość skrawania

Im większa ilość skrawania, tym
większa wydajność,
*ale*
idealna ilość skrawania jest określona przez rodzaj i materiał narzędzia.

Typowe metody skrawania i narzędzia skrawające

W tym rozdziale opisano typowe metody skrawania, ich cechy oraz stosowane narzędzia skrawające.

Toczenie

Metoda ta polega ogólnie na skrawaniu cylindrycznych lub dyskoidalnych elementów obrabianych na okrągłe kształty poprzez ich toczenie.

Wiercenie

Narzędzia obracają się, aby wykonać otwory w powierzchniach przedmiotów obrabianych.

Wiercenie

Narzędzia obracają się i obrabiają wnętrze wywierconych otworów z dużą dokładnością.

Przeciąganie

Przeciągacze (narzędzia do wykańczania otworów) skrawają przedmioty obrabiane w trakcie ruchu liniowego. W procesie przeciągania można wykonać cały proces (aż do wykończenia) za pomocą jednej maszyny i łatwo jest oszacować żywotność narzędzi. Te czynniki sprawiają, że przeciąganie jest atrakcyjnym rozwiązaniem dla przemysłu motoryzacyjnego, gdzie konieczna jest produkcja masowa.

Obcinanie kół zębatych

Koła zębate są cięte za pomocą obracającego się frezu.

Nazwa maszyny: Maszyna do cięcia kół zębatych

Narzędzie skrawające: Frez do kół zębatych, frez do zębników, frez do zębatek

Frezowanie

Podczas frezowania materiał jest usuwany podczas obracania narzędzia zwanego frezem. Frezarki są używane do skrawania powierzchni i wykonywania rowków. Zasadniczo istnieją 2 rodzaje narzędzi: frezy czołowe do obróbki powierzchni i frezy końcowe do wykonywania rowków.

Narzędzie skrawające: Frez czołowy, frez końcowy

Typowe materiały i cechy narzędzi

W tym rozdziale opisano materiały i cechy typowych narzędzi skrawających.

Stal szybkotnąca

Metale, w tym wolfram, chrom, wanad i molibden, stopione z żelazem.

ZaletaDoskonała ciągliwość
WadyNiższa odporność na ciepło i zużycie

Materiały docelowe: Stal węglowa i stopowa

Węglik spiekany

Stopy węglika tytanu i węglika tantalu, które są dodawane do proszku węglika wolframu, a następnie spiekane z użyciem kobaltu.

ZaletyDoskonała równowaga między wytrzymałością, wysoką twardością i odpornością na zużycie

Materiały docelowe: Stal węglowa, stal stopowa, stal nierdzewna i inne materiały odporne na cięcie.

Materiały ceramiczne

Twarde materiały, w tym tlenek aluminium, węglik tytanu i azotek krzemu, które są spiekane.

ZaletyDoskonała odporność na ciepło i zużycie
WadySłaba wytrzymałość i łatwo się wykruszają

Materiały docelowe: Żeliwo, stopy żaroodporne, stal hartowana i stal narzędziowa

Diament

Materiał formowany z monokryształu diamentu (najtwardszy materiał)

ZaletyDoskonała odporność na ciepło i zużycie, nadaje się do cięcia na lustro.
WadySłaba ciągliwość i łatwe odpryskiwanie

Materiały docelowe: Metale nieżelazne, w tym aluminium

Diament spiekany

Korpus polikrystaliczny wykonany przez dodanie kobaltu do drobnego proszku diamentowego i spiekanie.

ZaletyDoskonała odporność na ciepło i zużycie oraz wyższa twardość niż diamentu
WadyTrudno uzyskać ostre krawędzie

Materiały docelowe: Metale nieżelazne, węglik spiekany, materiał ceramiczny

Cermet

Nikiel i inne materiały dodawane do węglika tytanu i azotku tytanu, a następnie spiekane.

ZaletyRodzaj węglika spiekanego. Doskonała odporność na zużycie i korozję w porównaniu z normalnym węglikiem spiekanym. Jest często używany do wykańczania stali.

Materiały docelowe: Stal węglowa i stopowa

Wskazówki dotyczące odrzucania

Zaletą jest to, że krawędź jest wymienna i może być używana natychmiast po wymianie.
Końcówki wymienne są przed użyciem mechanicznie mocowane w uchwytach za pomocą śrub. Materiałem na krawędź jest zazwyczaj węglik spiekany, a kształty są określone przez ISO (np. trójkąt równoboczny, kwadrat, romboid i koło).

Przykłady obserwacji i kontroli narzędzi skrawających przy użyciu mikroskopu cyfrowego

Poniżej przedstawiono najnowsze przykłady obrazów obserwacji i kontroli narzędzi skrawających uzyskane za pomocą mikroskopu cyfrowego 4K KEYENCE Serii VHX.