obrada metala-rezanjem

MAŠINSKI FAKULTET - KRAGUJEVAC

BOGDAN NEDIĆ MIODRAG LAZIĆ

PROIZVODNE TEHNOLOGIJE

OBRADA METALA REZANJEM PREDAVANJA

Kragujevac, 2007.

PROIZVODNE TEHNOLOGIJE

OBADA METALA REZANJEM

skripta Autori: Dr Bogdan Nedić, vanredni profesor

Mašinski fakultet, Kragujevac

Dr Miodrag Lazić, redovni profesor Mašinski fakultet, Kragujevac

Mašinski fakultet

34000 Kragujevac Sestre Janjić 6

Višegodišnji rad autora skipte i ostalih saradnika Laboratorije za obradu metala rezanjem Mašinskog fakulteta u Kragujevcu, omogućio je izradu velikog broja publikavija iz oblasti proizvodnih tehnologija, posebno obrade metala rezanjem. Mnogobrojne knjige, udžbenici i priručnici sadrže obilje saznanja i podataka do kojih su saradnici došli kroz dogogodišnji stručni rad i istraživanja i veoma korisno služe kako studentima tako i inženjerima - stručnjacima u praksi za svakodnevno rešavanje niza problema. Ova skripta je namenjena studentima osnovnih akademskih studija Mašinskog fakulteta u Kragujevcu i bazirana je na nastavnom planu i programu zajedničkog predmeta PROIZVODNE TEHNOLOGIJE (deo koji se odnosi tehnologije obrade metala rezanjem). Skripta sadrži osnovne i neophodne podatke potrebne za razumevanje problematike definisanje tehnologija i tehnoloških postupaka, izbor i primenu alata, pribora, merne opreme, mašinai parametara režima obrade u obradi metala rezanjem. Skripta sadrži i neophodne podatke potrebne za ovladavanje znanjima na laboratorijskim vežbama i izradu samostalnog rada. Autori

S A D R Ž A J 1. OSNOVI PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA 1

1.1. Proizvodne tehnologije 1 1.2. Tehnologije mašinogradnje 1 1.3. Tehnologije obrade 3 1.4. Obrada metala rezanjem 5

1.4.1. Postupci obrade metala rezanjem 5 1.4.2. Osnovi procesa rezanja 7 1.4.3. Osnovna kretanja alata i predmeta obrade 10 1.4.4. Osnovna geometrija reznog alata 11 1.4.5. Tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem 13 1.4.6. Naučne oblasti OMR 14

2. OBRADNI SISTEMI I PROCESI 15 2.1. Obradni sistemi 15 2.2. Obradni procesi 15 2.3. Mašine u obradi metala rezanjem 17

2.3.1. Prenosnici alatnih mašina 18 2.4. Rezni alati 20

2.4.1. Klasifikacija reznih alata 20 2.4.2. Oblik i osnovni konstruktivni elementi reznih alata 21 2.4.3. Alatni materijali 27

2.5. Pomoćni pribori 31 2.5.1. Uloga i klasifikacija pribora 31 2.5.2. Univerzalni (stezni) pribori 32 2.5.3. Specijalni pribori 36

2.6. Merni pribori (merila) 37 2.6.1. Osnovi merenja i kontrole 37 2.6.2. Sredstva merenja i kontrole (merila) 38

3. OSNOVI TEORIJE OBRADE METALA REZANJEM 43 3.1. Obrazovanje strugotine 43

3.1.1. Mehanizam nastanka strugotine 43 3.1.2. Vrste i oblici strugotine 45 3.1.3. Naslaga na reznom klinu alata 46 3.1.4. Faktor sabijanja strugotine 47

3.2. Mehanika rezanja 49 3.2.1. Otpori rezanja pri ortogonalnom rezanju 49 3.2.2. Snaga rezanja i pogonska snaga mašine 51

3.3. Termodinamika rezanja 52 3.3.1. Toplota rezanja 52 3.3.2. Temperatura rezanja 54

3.4. Tribologija rezanja 55 3.4.1. Priroda triboloških procesa 55 3.4.2. Habanje reznih elemenata alata 57

3.4.3. Obradljivost materijala 64 3.4.4. Sredstva za hladjenje i podmazivanje - SHP 65

3.5. Kvalitet obrade 71 3.5.1. Tačnost obrade 71 3.5.2. Kvalitet obradjene površine 72

3.6. Ekonomika rezanja i režimi obrade 77 3.6.1. Struktura vremena obrade 77 3.6.2. Troškovi obrade 78 3.6.3. Postojanost alata 79

4. OBRADA STRUGANJEM 81 4.1 Proizvodne operacije i alati 81

4.1.1 Proizvodne operacije u obradi struganjem 82 4.1.2 Alati u obradi struganjem 83

4.2 Otpori i snaga rezanja 88 4.2.1 Otpori rezanja 88 4.2.2 Snaga mašine 89

4.3 Režim obrade u obradi struganjem 89 4.3.1 Korak u obradi struganjem 90 4.3.2 Brzina rezanja u obradi struganjem 91

4.4 Mašine u obradi struganjem 91 4.4.1 Strugovi za pojedinačnu proizvodnju 92 4.4.2 Strugovi za serijsku proizvodnju 93 4.4.3 Strugovi za masovnu proizvodnju 94

5. OBRADA BUŠENJEM 95 5.1 Proizvodne operacije i alati 95

5.1.1 Osnovna kretanja 95 5.1.2 Proizvodne operacije u obradi bušenjem 96 5.1.3 Alati u obradi bušenjem 98

5.2 Otpori i snaga rezanja 102 5.2.1 Obrada bušenjem 102

5.3 Režim obrade u obradi bušenjem 103 5.4 Mašine u obradi bušenjem 104

5.4.1 Jednovretene bušilice 104 5.4.2 Viševretene bušilice 106

6. OBRADA GLODANJEM 108 6.1 Proizvodne operacije i alati 108

6.1.1 Osnovna kretanja 108 6.1.2 Proizvodne operacije obrade glodanjem 110 6.1.3 Alati u obradi glodanjem 112

6.2 Otpori i snaga rezanja 115 6.2.1 Otpori rezanja 115 6.2.2 Snaga mašine 116

6.3 Režim obrade u obradi glodanjem 116 6.3.1 Korak po zubu 117

6.3.2 Brzina rezanja u obradi glodanjem 117 6.4 Podeoni aparati 118 6.5 Mašine u obradi glodanjem 120

7. OBRADA TESTERISANJEM 125 7.1 Osnovne operacije i alati 125

7.1.1 Proizvodne operacije u obradi testerisanjem 125 7.1.2 Alati u obradi testerisanjem 126

7.2 Brzina rezanja 127 7.3 Mašine u obradi testerisanjem 127

8. OBRADA RENDISANJEM 129 8.1 Proizvodne operacije 129 8.2 Alati u obradi rendisanjem 131 8.3 Otpori i snaga rezanja 132 8.4 Režim obrade u obradi rendisanjem 133 8.5 Mašine u obradi rendisanjem 134

8.5.1 Kratkohode rendisaljke 135 8.5.2 Dugohode rendisaljke 136 8.5.3 Vertikalne rendisaljke 136

9. OBRADA PROVLAČENJEM 137 9.1 Proizvodne operacije i alati 137 9.2 Otpori rezanja i snaga mašine 142

9.2.1 Otpori rezanja i vučna sila mašine 142 9.3 Režim obrade u obradi provlačenjem 142 9.4 Mašine u obradi provlačenjem 143

10. OBRADA BRUŠENJEM 145 10.1 Proizvodne operacije 145 10.2 Alati u obradi brušenjem 149 10.3 Otpori i snaga rezanja 151 10.4 Režim obrade u obradi brušenjem 151 10.5 Mašine u obradi brušenjem 153

11. IZRADA NAVOJA 155 11.1 Izrada navoja na strugu 155 11.2 Izrada navoja na bušilici 157 11.3 Izrada navoja na glodalici 157 11.4 Specijalni postupci izrade navoja 158

12. IZRADA ZUPČANIKA 159 12.1 Izrada cilindričnih zupčanika glodanjem 159

12.1.1 Izrada zupčanika pojedinačnim rezanjem 159 12.1.2 Izrada zupčanika relativnim kotrljanjem 160

12.2 Izrada cilindričnih zupčanika rendisanjem 161 12.2.1 Izrada zupčanika relativnim kotrljanjem 161

12.3 Izrada koničnih zupčanika 162 12.3.1 Izrada koničnih zupčanika glodanjem 162 12.3.2 Izrada koničnih zupčanika rendisanjem 163

12.4 Izrada zupčanika provlačenjem 163 12.5 Završna obrada zupčanika 164

12.5.1 Obrada zupčanika brušenjem 164 12.5.2 Obrada zupčanika ljušenjem (brijanjem) 164 12.5.3 Obrada zupčanika glačanjem (poliranjem) – uparivanjem 164

13. NOVI POSTUPCI OBRADE 165 13.1 Visokoproduktivni postupci obrade 165 13.2 Nekonvencionalni postupci obrade 166

13.2.1 ECM - Elektrohemijska obrada 167 13.2.2 EDM - Elektroeroziona obrada 168 13.2.3 EUS - Ultrazvučna obrada 169 13.2.4 LBM - Obrada laserom 170 13.2.5 PJM - Obrada plazmom 170 13.2.6 CM – Hemijska obrada 171 13.2.7 AJM i WJM obrada 172 13.2.8 Ostali NPO obrade 172

14. LITERATURA 173

Prilig 1. Pitanja za kolokvijum iz PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA - OMR

Prilog 2. Pitanja za završni ispit iz PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA - OMR

1. OSNOVI PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA

1.1 PROIZVODNE TEHNOLOGIJE Tehnologija (od grčkih reči tehnos - zanat, logos - nauka) je nauka koja proučava procese i postupke prerade sirovina (ruda i sl.) u polufabrikate i gotove proizvode. Ona obuhvata materijalne i nematerijalne procese i deli se na:

♦ neproizvodnu ili nematerijalnu i ♦ proizvodnu ili materijalnu tehnologiju.

Neproizvodne tehnologije proučavaju problematiku transformacije ili prerade energije i informacija, transporta i organizacije transporta, skladištenja, čuvanja i ispitivanja materijala i proizvoda i sl.

Proizvodne tehnologije su tehnologije prerade sirovina i izrade polufabrikata i proizvoda različitih tipova i namena (alatnih mašina, automobila, aviona, brodova ...). To su tehnologije kojima se menja:

» suština materije (dobijanje gvožđa, čelika, bakra i drugih metala, granulata za izradu sinterovanih delova i delova od plastike, drobljenje, mlevenje i rastvaranje sirovina ...),

» oblik, dimenzije i karakteristike delova i proizvoda i » struktura materijala i estetski izgled proizvoda (termička i hemijskotermička

obrada, površinska zaštita, tehnologija modifikovanja površina ...). Razvoj tehnologija je inicirao veliki broj postupaka izrade proizvoda u različitim oblastima života, tako da se prema nameni proizvodne tehnologije dele na:

♦ tehnologije mašinogradnje, ♦ tehnologije prerade plastičnih masa, ♦ tehnologije prerade drveta, ♦ tehnologije prerade papira, ♦ tehnologije prehrambene industrije, ♦ tehnologije dobijanja cementa itd.

1.2 TEHNOLOGIJE MAŠINOGRADNJE Prerada materijala (metala i nemetala) i oblikovanje različitih delova (vratila, zavrtnjeva, navrtki, zupčanika i sl.), podsklopova i sklopova (spojnica, kućišta, menjača, prenosnika ...) i proizvoda (alatnih mašina, automobila itd.) se ostvaruje primenom različitih tehnologija mašinogradnje. Izučava osobine metala, nemetala i legura i postupke njihove prerade u poluproizvode ili proizvode. Postoji šest osnovnih tehnologija, to su tehnologije:

♦ materijala, ♦ obrade,

Proizvodne tehnologije

2

♦ termičke i hemijsko-termičke obrade, ♦ montaže, ♦ površinske zaštite i ♦ modifikovanja površina.

Tehnologija materijala proučava postupke prerade sirovina, problematiku dobijanja materijala, osobine, namenu, sisteme označavanja i metode ispitivanja materijala.

Tehnologija obrade proučava postupke izrade i obrade (oblikovanja) mašinskih delova željenog oblika i dimenzija od polufabrikata, dobijenih livenjem, kovanjem, valjanjem i sl. Pojednostavljeno rečeno obuhvata problematiku izrade i oblikovanja gotovih delova (slika 1.1).

Polufabrikat - sirovina( )pripremak

Gotov deo( )izradak

Predmet obrade( )obradak

tehnologija obraderezanjem

SREDSTVA RADA:* alatna ma ina* rezni alati, pribori* merila i drugi ure|aji* upravlja ki sistem

š

č

TEHNOLO KA ZNANJA:Š* redovnim obrazovanjem* permanentnim usavr avanjem* kroz prakti an rad

šč

know

-how

Slika 1.1. Ilustracija postupka obrade

Tehnologija termičke obrade (žarenje, kaljenje, poboljšanje, normalizacija, otpuštanje...) obuhvata postupke promene strukture, hemijskog sastava i mehaničkih osobina (tvrdoća, čvrstoća, žilavost itd.) materijala. Hemijskotermičkom obradom (cementacija, nitriranje, cijanizacija...) menjaju se karakteristike površinskog sloja obrađenih delova.

Postupcima montaže se, od delova, formiraju podsklopovi, sklopovi i proizvodi različite funkcionalnosti i namene.

Tehnologija površinske zaštite obezbeđuje: » zaštite metalnih delova i konstrukcija od štetnog dejstva različitih hemijskih

uticaja okoline (kiselina, baza, soli, gasova, kiseonika iz vazduha itd.) i » poboljšanje estetskog izgleda delova i proizvoda

Ostvaruje se: metalom: cinkovanje, kadmijumizacija, pobakrenje, kalaisanje, niklovanje,

hromiranje, posrebrivanje, pozlaćivanje ..., nemetalom: emajliranje, bojenje, lakiranje, premazivanje sredstvima za

konzerviranje... i hemijskim i elektrohemijskim postupcima: bruniranje, fosfatiranje...


3

Tehnologijama modifikovanja površina se obezbeđuje poboljšanje karakteristika površinskih slojeva, veka trajanja i pouzdanosti mašinskih delova i tehničkih sistema. Poznate su pod nazivom i površinske tehnologije. Dve osnovne tehnologije su tehnologije: nanošenja prevlaka i modifikovanja površinskih slojeva. Tehnologijama nanošenja prevlaka nanose se ili deponuju anti-habajuće, zaštitne, dekorativne, optičke, regenerativne i druge prevlake na površinu mašinskog dela. Najčešće korišćene tehnologije su:

CVD - hemijsko taloženje prevlaka, PVD - fizičko taloženje prevlaka, termalni postupci (gasni, elektrolučni, plazma sprej, laserski), galvanizacija, elektroforeza (anaforeza i kataforeza), TD (difuzioni) postupci, nanošenja prevlaka čvrstih maziva (molibden disulfid...) , plastifikacija, nanošenja neorganskih prevlaka (oksidne prevlake, fosfatiranje,

hromiranje, emajliranje ...), nanošenja organskih prevlaka (gumiranje, bojenje i lakiranje).

Tehnologijama modifikovanja površinskih slojeva se menja hemijsko, strukturno i fizičkometalurško stanje materijala u površinskim slojevima. Najčešće korišćene tehnologije modifikovanja su:

a) Termička obrada Poboljšanje, Kaljenje itd.

b) Termohemijski i hemijski postupci nitriranje (klasično, plazma ...) cementacija karbonitriranje difuziona metalizacija (boriranje, siliciranje, alitiranje ...) bruniranje ...

c) Jonska implantacija d) Deformaciono otvrdnjavanje ....

1.3 TEHNOLOGIJE OBRADE

Tehnologija obrade proučava problematiku izrade i oblikovanja gotovih delova. Zavisno od osnovnih principa uklanjanja viška materijala i oblikovanja gotovih delova (korišćenjem mehaničke ili drugih vidova energije) tehnologije obrade se dele na:

tehnologije mehaničke obrade i nekonvencionalne postupke obrade.

U tehnologije obrade spadaju i novi postupci obrade kao što su postupci: visokoproduktivne obrade, obrade na suvo, bez primene SHP, brze izrade prototipa, mikro obrade, nano obrade...


4

Tehnologija mehaničke obrade proučava problematiku izrade i oblikovanja gotovih delova mehaničim putem (delovanjem alata na predmet obrade). Postupci mahaničke obrade se dele na postupke:

sa uklanjenjem viška materijala (sa skidanjem strugotine) i bez uklanjanja viška materijala (bez skidanja strugotine).

Obrada bez skidanja strugotine obezbeđuje obradu i oblikovanje bez ili sa neznatnim uklanjanjem viška materijala. To su postupci:

Obrade livenjem, Obrade spajanjem, Obrade deformisanjem.

Obrada livenjem (slika 1.2.a) obuhvata livenje čelika, sivog liva, obojenih metala i nematala u pesku, kokili, pod pritiskom, u obliku košuljice, centrifugalno...

Elektrootporno - ta kasto zavarivanječb) Zavarivanje

žičanaelektroda

Kotur saicomž

Za titni gas(Argon)

š

MIG postupakZavarivanje u za titi argona

topljivom metalnom elektrodomš

2

5 4

1

3

1 - kalup2 - pogonski ure|aj3 - te~ni SL4 - zidovi kalupa5 - gotov deo (izradak)

Centrifugalno livenje u vertikalnomrotiraju em kalupuć

1

2

3

4

78

5

6

1 - jezgro2 - gotov deo (izradak)3 - gornji deo kalupa4 - donji deo kalupa5 - elementi za vezivanje6 - optere enje7 - ulivni sistem8 - ispusni otvor

ć

Izgled kalupa za livenje u pesku

a) Livenje

c) Obrada metala deformisanjem

F

v

F

v

duboko izvla enje limač

Gornji pokretni deo

Donji nepokretni deo

Kovanje u kalupu

oblikačgotov deo(izradak)

matrica

Slika 1.2. Postupci mehaničke obrade bez uklanjanja viška materijala

Obrada spajanjem (slika 1.2b) obuhvata postupke zakivanja, lemljenja, zavarivanja, lepljenja ...

Obrada deformisanjem (slika 1.2c) predstavlja postupke kovanja, prosecanja i


5

probijanja, dubokog izvlačenja, savijanja ...

Obrada sa skidanjem strugotine (slika 1.3) podrazumeva postupke obrade kod kojih se oblikovanje ostvaruje uklanjanjem viška materijala. To su:

Bravarski radovi - ručna obrada (sečenje, turpijanje ...) i Obrada metala rezanjem.

Obrada metala rezanjem (struganje, bušenje, glodanje ...) je postupak oblikovanja uklanjanjem viška materijala mehaničkim putem alatima najčešće znatno veće tvrdoće od tvrdoće materijala predmeta obrade.

D d

obrada struganjema) Obrada metala rezanjem

b) Nekonvencionalni postupci obrade

A Kelektrolit

A - anoda - predmet obradeK - katoda - alat

ECM - elektrohemijska obrada

dielektrikum

EDM - elektroeroziona obrada

alat

predmet obrade

obrada bu enjemš

alat

alatpredmet obrade

predmetobrade

Slika 1.3. Ilustracija nekih postupaka obrade metala rezanjem

Nekonvencionalni postupci obrade - NPO (elektrohemijska - ECM, elektroeroziona - EDM, laserska obrada ...) su postupci oblikovanja uklanjanjem viška materijala različitim fizičko-hemijskim mehanizmima, korišćenjem električne, hemijske, svetlosne, magnetne i drugih vidova energije.

1.4 OBRADA METALA REZANJEM 1.4.1 Postupci obrade metala rezanjem Postupci obrade metala rezanjem su postupci oblikovanja (promene oblika, dimenzija, hrapavosti obrađene površine i karakteristika površinskog sloja) uklanjanjem viška materijala mehaničkim dejstvom reznog alata na predmet obrade (slika 1.4). Najčešće se razvrstavaju na postupke:

prethodne - grube obrade i završne - fine obrade

Postupci prethodne obrade (struganje, bušenje, glodanje, rendisanje ... ) imaju, prvenstveni, cilj da uklone što veću količinu materijala. Postupcima završne obrade (razvrtanje, provlačenje, brušenje, honovanje, lepovanje ...) se ostvaruje zahtevani kvalitet obrade (tačnost i kvalitet obrađene površine).

Osnovni postupci OMR su: struganje, bušenje, glodanje, testerisanje (odsecanje), rendisanje, provlačenje, brušenje i glačanje (lepovanje, superfiniš, honovanje i poliranje).


6

POSTUPCI OBRADE META LA REZANJEM

alatima definisane geometrije alatima nedefinisane geometrijestruganje

uzdu`no popre~nobu{enje

bu{enje pro{ irivanje razvrtanjeglodanje

obimno ~eonoprovla~enje

odsecanje

rendisanje

bru{enje

spolja{njekru`no

ravno

lepovanje

superf ini{

honovanje

poliranje* ~etkama* obrtnim diskovima* elektrohemijsko

Slika 1.4. Postupci obrade metala rezanjem

Postupci OMR se razvrstaju i prema obliku obrađivanog dela na postupke (slika 1.5): obrade rotacionih delova (osovine, vratila ...)


7

obrade prizmatičnih površina (kućišta, blokovi motora ...) izrade navoja (spoljašnjeg, unutrašnjeg ...) izrade zupčanika (cilindričnih, koničnih ...) izrade ožljebljenih vratila ....

izrada zuba zup anika pojedina nimrezanjemč č

izrada navoja vretenastimglodalima

izrada navoja bu enjemšizrada navoja struganjem

izrada zup anika relativnimkotrljanjemč

c) Izrada o ljebljenih vratilaž

b) Izrada zup anikač

a) Izrada navoja

spolja njiš

unutra njiš

Slika 1.5. Postupci izrade navoja, zupčanika i ožljebljenih vratila

U postupke OMR se često ubrajaju i kombinovani postupci obrade kao što su postupci: vibracionog rezanja, obrade u abrazivnoj sredini, obrade na povišenim temperaturama, ojačanja površinskih slojeva deformisanjem, nareckivanja i sl. To su različiti postupci kojima se obezbeđuje poboljšanje efekta obrade klasičnih postupaka.

1.4.2 Osnovi procesa rezanja Proces rezanja nastaje prodiranjem reznog klina alata (1), brzinom v, u materijal predmeta obrade (2), slika 1.6. Prodiranjem reznog klina alata, pod dejstvom spoljašnje


8

sile (sile rezanja F), dolazi do pretvaranja viška materijala debljine a (dubina rezanja) u strugotinu (3) debljine as.

4 5

2

3 1

Va

as F

obrada bu enjemš

obrada struganjem

6 7

67

Slika 1.6. Osnovi procesa rezanja

U procesu rezanja se uočavaju tri osnovne površine: Obrađivana površina (4), Obrađena površina (5) i Površina rezanja (6)

Obrađivana površina je površina koja prethodi obradi i nalazi se ispred reznog klina. To je površina koja se potpuno ili delimično uklanja u procesu rezanja. Obrađena površina je površina nastala kao rezultat procesa rezanja. Nalazi se iza reznog klina i karakteriše je tačnost oblika i dimanzija, površinska hrapavost i veličina i osobine površinskog sloja. Površina rezanja je površina predmeta obrade koja se nalazi u direktnom kontaktu sa reznim alatom. To je površina koju obrazuje rezna ivica alata u toku rezultujućeg kretanja. Dve grupe osnovnih parametara obrade su:

Tehnološki parametri obrade i Geometrijski parametri obrade

Tehnološki parametri obrade (slika 1.7) su: » a, mm - dubina rezanja,

» s, mm/o - korak ili vp, mm/min - brzina pomoćnog kretanja i

» v, m/min - brzina rezanja ili n, o/min - broj obrta.


9

S

V, n

struganje

V, n

Vp

glodanjeD d

D

a

a

h

h 1

2

2

1

1

Slika 1.7. Tehnološki parametri obrade u obradi struganjem i glodanjem

Dubina rezanja a, mm je vrednost debljine sloja materijala koji se uklanja u procesu rezanja, određena rastojanjem obrađivane (1) i obrađene površine (2):

2dDa −

= , mm pri obradi rotacionih delova i

,1hha −= mm pri obradi prizmatičnih delova.

Korak (posmak) s, mm/o je pomeranje alata ili predmeta obrade u pravcu pomoćnog kretanja za jedan obrt alata ili predmeta obrade, za jedan zub alata s1, mm/z (glodanje), za jedan dupli hod alata ili predmeta obrade s, mm/dh (rendisanje) ili jedan hod alata s, mm/hod (ravno brušenje).

Brzina pomoćnog kretanja vp, mm/min je pomeranje alata ili predmeta obrade u jedinici vremena.

Brzina rezanja v, m/min ili v, m/s (brušenje) je pređeni put glavne rezne ivice alata u jedinici vremena.

Osnovni geometrijski parametri obrade su: » širina reznog sloja b, » debljina reznog sloja h i » površina poprečnog preseka reznog sloja A.

U obradi struganjem (slika 1.8), na primer, širina i debljina reznog sloja su:

κκ

sin;sin

⋅== Shab ,

gde je κ - napadni ugao.

S

b

κ

a

hD d

A B

E

CD

Slika 1.8. Rezni sloj u obradi struganjem


10

U procesu rezanja veći deo viška materijala CE uklanja glavno sečivo i pretvara u strugotinu. Manji deo obrađivane površine BE, uz obrađenu površinu, koji obrazuje pomoćna rezna ivica AE, ostaje na obrađenoj površini kao sastavni deo mikrogeometrije obrađene površine. Zato je nominalna površina poprečnog preseka reznog sloja ograničena konturom ABCD i iznosi: hbSaA ⋅≈⋅= .

1.4.3 Osnovna kretanja alata i predmeta obrade Da bi se proces rezanja ostvario neophodno je da postoje relativna kretanja alata i predmeta obrade. Na mašinama za obradu metala rezanjem se realizuju osnovna i dopunska kretanja (slika 1.9). Osnovna kretanja se izvode u toku procesa obrade, a dopunska na početku i kraju procesa obrade ili u prekidima. Osnovna kretanja se dele na: glavna i pomoćna.

S (2)

V, n (1)

struganje

V, n (1)

V (2)p

glodanje

S (2)V, n (2)

bu enješ

V , Vr p

n (1)L

S (2)

rendisanje

S (2)

V, n (1)

razvrtanje

S (2)a

V ,n (1)

tt

V ,n (2)

rr

bru enješ

D

D

D

L

Slika 1.9. Glavna (1) i pomoćna kretanja (2, 3) u obradi metala rezanjem

Glavna kretanja (kretanje 1, slika 1.9) su kretanja koja omogućavaju stvaranje strugotine i nastanak procesa rezanja. Definisana su:

• brzinom rezanja - v, m/min ili m/s (obrada brušenjem),

• brojem obrta n: ,π⋅⋅

=D

v1000n o/min

• brojem duplih hodova nL, dh/min (rendisanje) ili hodova nL, hod/min (ravno

brušenje): L

v1000nL⋅

= , dh/min (hod/min).


11

gde su, pored poznatih veličina: D, mm - prečnik predmeta obrade ili alata i L, mm - dužina hoda alata ili predmeta obrade u pravcu glavnog kretanja.

Pomoćna kretanja (kretanja 2 i 3) obezbeđuju nastavak procesa rezanja. Definisana su:

» korakom - s, mm/o; mm/dh; mm/hod,

» korakom po zubu s1, mm/z: s1 = s / Z ili

» brzinom pomoćnog kretanja - sp, mm/min: ,SnVp ⋅= mm/min

gde je, pored poznatih veličina, Z - broj zuba alata. Glavna i pomoćna kretanja mogu biti: obrtna i/ili pravolinijska, a izvode ih: rezni alat, predmet obrade ili rezni alat i predmet obrade.

Dopunska kretanja su kretanja kojima se alat i predmet obrade dovode u tačan međusobni položaj (primicanje, odmicanje ili podešavanje položaja alata i sl.).

1.4.4 Osnovna geometrija reznog alata Svi rezni alati (slika 1.10) se sastoji od najmanje dva dela:

tela alata na kome se nalaze rezni elementi alata (rezni klin) i drške ili otvora u telu alata, preko kojih se izvodi postavljanje i pričvršćivanje

alata na nosač alata i mašinu.

Rezni klin alata ispunjava osnovnu ulogu reznih alata, obezbeđujući rezanje (uklanjanje viška materijala). Rezni alati (slike 1.10 i 1.11) u svom osnovnom obliku imaju zajednički geometrijski oblik - rezni klin (slika 1.12.b).

αβ

γ1

2α

γβ

2

1 α

γβ

2

1

α

γβ

2

1 α

γβ

2

1α

γβ

2

1

γ1 2

α

γβ

2

1

Slika 1.10. Neki od alata u obradi metala rezanjem


12

dr kaštelo

osnova

grudnapovr inaš

grudnapovr inaš

le napovr inađ

š

le napovr inađ

š

glavnose ivoč

glavnose ivočpopre no

se ivoč

čpomo nose ivo

ćč

strugarski nož valjkasto glodaloJUS K.D2.020

telo

otvor

rub(fazeta)

spiralna burgija

telo dr kaš

rub (fazeta) Slika 1.11. Osnovni delovi reznih alata

Na reznom klinu alata se uočavaju karakteristične površine, linije i tačke: » grudna površina, GP - površina po kojoj klizi strugotina, » leđna površina, LP - površina okrenuta prema površini rezanja i » pomoćna leđna površina, PLP - površina reznog klina alata okrenuta prema

obrađenoj površini predmeta obrade.

Presek grudne i leđne površine reznog klina alata predstavlja glavno sečivo - GS ili glavnu reznu ivicu alata - GRI, a presek grudne i pomoćne leđne površine pomoćno sečivo - PS ili pomoćnu reznu ivicu - PRI. Presek glavnog i pomoćnog sečiva je rezni vrh alata - RV.

dr kaš

osnovaalata (no a)ž

Ps

Pr

PoPn

Z

YX

rezni klin

LP

GP

a

β

α

γ

GS

a) Tehnolo ki koordinatni sistemš

b) Osnovna geometrija reznogklina alata

Slika 1.12. Koordinatne ravni tehnološkog koordinatnog sistema i osnovna geometrija

reznog klina alata Osnovna geometrija reznog alata je geometrija reznog klina alata (slika 1.12.b). Prema standardu JUS K.A2.010 definisanje i utvrđivanje geometrije se izvodi korišćenjem dva koordinatna sistema:

♦ tehnološkog - definisanje geometrije reznih alata kao geometrijskog tela pri njegovoj izradi, oštrenju i kontroli (osnovna geometrija alata) i


13

♦ kinematskog - definisanje geometrije alata u procesu rezanja (kinematska geometrija alata).

Tehnološki koordinatni sistem (slika 1.12.a) čine četiri ravni: » osnovna ravan Pr - ravan koja prolazi kroz posmatranu tačku na sečivu alata i

paralelna je ili upravna na neku ravan ili osu alata od značaja za izradu i oštrenje alata ili kontrolu geometrije alata. Može se definisati i kao ravan koja sadrži osu predmeta obrade ili alata i normalna je na vektor brzine u tački u kojoj se posmatra geometrija alata,

» ravan rezanja Ps - ravan tangencijalna na glavnu reznu ivicu (sadrži glavnu reznu ivicu alata) i normalna je na osnovnu ravan,

» normalna ravan Po - ravan upravna na osnovnu i ravan rezanja i » normalna ravan na glavno sečivo Pn - ravan normalna na glavnu reznu ivicu

ili tangentu na sečivo u posmatranoj tački. Položaj grudne i leđne površine reznog klina alata određen je osnovnom geometrijom alata (slika 1.12.b), koja obuhvata tri ugla:

♦ leđni ugao α - ugao između leđne površine reznog klina alata i ravni rezanja, ♦ grudni ugao γ - ugao između grudne površine reznog klina alata i osnovne

ravni i ♦ ugao klina β - ugao između grudne i leđne površine reznog klina alata.

Vrednosti uglova reznog klina alata se definišu (mere), najčešće, u normalnoj ravni Po (osnovni uglovi reznog klina sa ili bez indeksa - αο, γο, βο). Mogu se definisati i normalni (αν, γν, βν - u normalnoj ravni na glavno sečivo Pn), radijalni i aksijalni uglovi reznog klina alata.

1.4.5 Tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem Proces rezanja u svim vrstama obrade metala rezanjem se ostvaruje u tribo-mehaničkom sistemu (TMS) čiju strukturu čine (slika 1.13):

rezni klin alata, predmet obrade i sredstvo za hlađenje i podmazivanje.

Tribomehanički sistem predstavlja skup međusobno povezanih elemenata u jednu celinu radi ostvarivanja postavljenog cilja: uklanjanje viška materijala i oblikovanje delova uz minimalne troškove izrade i maksimalnu proizvodnost, tačnost i kvalitet obrade.

Materijal

Energija

Informacija

Obra enapovr ina

đš

1 - rezni alat2 - predmet obrade3 - sredstvo za hla enje i podmazivanje - SHP

đ2

1

3

V

Slika 1.13. Tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem

Pored strukture, TMS karakterišu ulazne i izlazne veličine.


14

Ulazne veličine su: » materijal, energija i informacija.

Materijal se odnosi na materijal predmeta obrade i pomoćni materijal (sredstva za hlađenje i podmazivanje, ulja za podmazivanje prenosnika i vođica alatnih mašina itd.). Polazni materijal ili polufabrikat se naziva pripremak, materijal ili deo u toku obrade obradak (predmet obrade), a gotov deo izradak. Energija se troši na ostvarivanje procesa rezanja, savlađivanje otpora rezanja, otpora kretanju izvršnih organa obradnog sistema i ostvarivanje potrebnih kretanja alata i predmeta obrade. Informacija obezbeđuje upravljanje procesom rezanja. Predstavljaju skup podataka o mašinama, alatima, priborima, pripremku, mernim i kontrolnim sredstvima, režimima obrade, sistemima upravljanja procesom itd.

Izlazne veličine iz tribomehaničkog sistema su: » informacija, energija i materijal.

Izlazne informacije su transformisane ulazne informacije i obuhvataju skupove podataka o: kvalitetu obrade (tačnost oblika, položaja i ostvarenih mera i kvalitet obrađenih površina), proizvodnosti i ekonomičnosti obrade. Izlazna energija je transformisana ulazna energija, toplotna i kinetička energija elastičnih deformacija i vibracija elemenata tehnološkog sistema (mašina - rezni alat - pribor - predmet obrade). Izlazni materijal je izradak i otpadni materijal (strugotina, utrošeno sredstvo za hlađenje i podmazivanje, utrošeno ulje za podmazivanje i sl.).

1.4.6 Naučne oblasti OMR Proces rezanja prati pojava otpora kretanju reznog klina alata kroz materijal predmeta obrade, toplote i visokih temperatura u zoni rezanja, trenja u zonama kontakta alata i predmeta obrade i habanja alata.

Mehanika procesa rezanja je deo nauke o obradi metala rezanjem posvećen problematici određivanja vrednosti otpora i brzina rezanja i dinamičkog ponašanja elemenata obradnog sistema. Termodinamika procesa rezanja je posvećena problemima generisanja i odvođenja toplote iz zone rezanja (obrade), kao i određivanja temperatura rezanja.

Tribologija rezanja obuhvata proučavanje procesa trenja u zonama kontakta alata i predmeta obrade i procesa habanja reznih elemenata alata.

Ekonomika procesa rezanja je oblast nauke o OMR posvećen problematici troškova obrade i obezbeđenja maksimalnih tehno - ekonomskih efekata obrade (minimalne cene koštanja proizvoda, maksimalnog profita i sl.).

2. OBRADNI SISTEMI I PROCESI 2.1 OBRADNI SISTEMI Sistemi za obradu rezanjem ili obradni sistem (slika 2.1) se sastoji od sredstava rada i obradnih procesa, sa karakterističnim ulaznim i izlaznim veličinama, prikazanim na slici.

SISTEM ZA OBRADU METALA

SREDSTVARADA

OBRADNIPROCESI

Ma inaRezni alatPriborMeriloPredmet obrade- obradak

š Procesiobrade

Pomo niprocesi

ć

Informacije

Energija

Pripremak(sirovina)

Informacije

Energija

Izradak(gotov deo)

Otpadnimaterijal

Pomo nimaterijal

ć

Slika 2.1. Struktura sistema za obradu rezanjem

Sredstva rada obuhvataju pet podsistema i to podsisteme: mašina, reznih alata, pribora, mernih instrumenata - merila i predmeta obrade. Podsistem mašina čini jedna ili više alatnih mašina sa svim instalacijama i agregatima. Podsistem alata se sastoji od jednog ili više reznih alata za izvođenje procesa obrade. Podsistem pribora obuhvata sve standardne, univerzalne i specijalne pribore za pozicioniranje, vođenje i stezanje alata i obratka. Podsistem merila čine univerzalna i specijalna sredstva merenja i kontrole (prema standardima sistema upravljanja kvalitetom ISO 9001:2001 oprema za merenje, kontrolisanje i ispitivanje). Jedan ili više predmeta obrade čine podsistem predmeta obrade.

2.2 OBRADNI PROCESI Obradni procesi se sastoje od:

procesa obrade (direktnih ili efektivnih procesa) i pomoćnih ili dopunskih procesa.

Procesi obrade su procesi direktne transformacije predmeta obrade u gotov proizvod ili poluproizvod za dalju obradu (struganje, bušenje, glodanje...). Pomoćni procesi omogućavaju izvođenje procesa obrade (pozicioniranje i stezanje alata i predmeta obrade, odlaganje predmeta obrade, uključivanje i isključivanje mašine...).


16

Tehnološki ili obradni proces (proces izrade delova ili proizvoda) se realizuje kroz tehnološke postupke obrade. Tehnološki postupak je skup svih obrada na predmetu obrade u toku izrade na odgovarajućim mašinama, uz primenu reznog, steznog i mernog alata. Elementi tehnološkog postupka su tehnološke operacije ili jednostavno operacije. Operacija je obrada pripremka na jednoj mašini (jednom radnom mestu) uz jednu pripremu mašine. Broj operacija je broj priprema ili broj mašina (kada se operacija poklapa sa obradnim procesom) ili broj pozicija obrade. Dva osnovna principa projektovanja tehnoloških procesa (slika 2.2) su sa:

♦ diferencijacijom i koncentracijom operacija.

DIFERENCIJACIJA OPERACIJA KONCENTRACIJA OPERACIJA

Gotov deo - izradak

Operacija 10: Operacija 50:Popre na obradač Popre na obradač

Operacija 10:Obrada jedne strane

Operacija 20:Obrada druge strane

Operacija 20: Operacija 60:Uzdu na obradaž Uzdu na obradaž

Operacija 30: Operacija 70:Bu enje otvoraš Obaranje ivice

Operacija 40:Obaranje ivice

Zahvati:1 - Popre na obrada2 - Uzdu na obrada (2 prolaza)3 - Bu enje otvora4 - Obaranje ivice

čž

š

Zahvati:1 - Popre na obrada2 - Uzdu na obrada3 - Obaranje ivice

čž

4

3

1 2

1 2

3

Slika 2.2. Diferencijacija i koncentracija operacija, podela operacija na zahvate i prolaze

Diferencijacija operacija podrazumeva tehnološki proces proizvodnje kod koga su proizvodne operacije svedene na najjednostavnije elemente (zahvate). Koncentracija operacija je objedinjavanje nekoliko različitih obrada (zahvata) na jednoj mašini i u isto vreme.

2. OBRADNI SISTEMI I PROCESI

17

U okviru jedne operacije može da postoji više podoperacija. Podoperacija predstavlja jedan položaj predmeta obrade u odnosu na mašinu i stezni alat ili pribor. Svaka operacija odnosno podoperacija se sastoji od:

zahvata i prolaza. Zahvat je proces istovremene obrade jedne ili više površina predmeta obrade korišćenjem jednog ili više alata, bez promene režima obrade. Razlikuje se elementarni, složeni i grupni zahvat. Elementarni zahvat je obrada jedne površine jednim alatom. Složeni zahvat (slika 2.3.a) je proces oblikovanja složene površine jednim alatom (kopiranjem ili na NU mašinama). Grupni zahvat (slika 2.3.b) čini proces istovremene obrade više površina većim brojem alata.

Prolaz (slika 2.4) je deo zahvata u kome se jedan sloj materijala uklanja jednim alatom. Poslednjim prolazom završava se zahvat i proces oblikovanja i obrade posmatrane površine.

b) Slo eni zahvatž

c) Grupni zahvat

a) zahvatElementarni

Slika 2.3. Složeni (obrada kopiranjem) i grupni zahvat (obrada višesečnim alatom)

a) Jedan prolaz b) Dva prolaza Slika 2.4. Prolazi u obradi struganjem

2.3 MAŠINE U OBRADI METALA REZANJEM Alatne mašine obezbeđuju izradu i obradu delova različitih oblika i dimenzija, počev od najjednostavnijih (vratila, osovine, osovinice i sl.) do najsloženijih (lopatice turbina, bregovi i sl.). Alatne mašine se razlikuju po obliku, strukturi i konstrukciji, dimenzijama, eksploatacijskim karakteristikama i nameni. Klasifikacija mašina se najčešće izvodi prema nameni, proizvodnoj operaciji, na: strugove, bušilice, glodalice, rendisaljke, testere, brusilice, mašine za provlačenje, obradne centre, fleksibilne tehnološke module, ćelije, centre i sisteme ....


18

Strukturni elementi univerzalnih (na primer struga - slika 2.5) i specijalnih alatnih mašina se razvrstavaju na glavne ili osnovne, elemente gradnje i montaže i elemente upravljanja. Glavni ili osnovni elementi su: noseći sistem, sistem vođenja i pogonski sistem.

EM

no

n =n , n ,..., ni 1 2 m s =s , s ,..., si 1 2 m

glavnovreteno

nosa~alata

zadnjioslonac(konji )ć

prenosnikglavnogkretanja

prenosnikpomo nog

kretanjać

izmenljivagrupa

zup anikač

mehanizampretvaranjaobrtnog u

pravolinijskokretanje

1 2

4

367

8

510

9

1 - pogonski elektromotor; 2 - prenosnik glavnog kretanja; 3 - izmenljiva grupa zup anika;4 - prenosnik pomo nog kretanja; 5 - stezna glava; 6 - vu no vreteno; 7 - vode e

vreteno; 8 - suport; 9 - konji ; 10 - predmet obrade

čć č ć

ć Slika 2.5. Šematski prikaz univerzalnog struga

Pogonski sistemi glavnog obrtnog i pravolinijskog kretanja obezbeđuju neophodne momente i brzine rezanja za nastanak procesa rezanja datog spektra materijala i dimenzija predmeta obrade. Sastoje se od pogonskog elektromotora, prenosnika i vreteništa kod glavnog obrtnog kretanja, odnosno pogonskog elektromotora, prenosnika, mehanizma za pretvaranje obrtnog u pravolinijsko kretanje i izvršnog organa kod glavnog pravolinijskog kretanja.

Pogonski sistemi pomoćnog kretanja obezbeđuju neophodne momente i brzine kretanja za nastavak procesa rezanja. Zavisno od koncepcijskog rešenja i vrste alatne mašine mogu biti zavisni ili nezavisni, kontinualni ili periodični. Sastoje se od prenosnika pomoćnog kretanja, mehanizma pretvaranja obrtnog u pravolinijsko kretanje i izvršnog organa. Kod zavisnih prenosnika pogon se obezbeđuje dopunskim prenosnikom između prenosnika glavnog i pomoćnog kretanja, a kod nezavisnih posebnim elektromotorom.

2.3.2 Prenosnici alatnih mašina Mehanizmi koji obezbeđuju izmenu parametara kretanja izvršnih organa alatnih mašina (broja obrta, broja duplih hodova, koraka, brzine pomoćnog kretanja i sl.) su prenosnici alatnih mašina. Predstavljaju jedan od osnovnih elemenata konstrukcije alatnih mašina (slika 2.5) i dele se na prenosnike:

glavnog kretanja i pomoćnog kretanja.

Prenosnici alatnih mašina prema principu gradnje mogu biti: mehanički, električni, hidraulični i pneumatski, a prema vrednosti izlaznih parametara kretanja odnosno načinu regulisanja izlaznih parametara: kontinualni i stupnjeviti. Mehanički stupnjeviti prenosnici, izvedeni najčešće kao kaišni ili zupčasti prenosnici (slika 2.6), obezbeđuju diskretne vrednosti parametara kretanja unutar oblasti izmene parametara kretanja (od minimalne do maksimalne vrednosti).


19

EM EMno

no

n =n , n , ni 1 2 3n =

n , n ,..., ni

1 2 12

glavnovreteno

glavnovreteno

kai ni prenosnikš zup asti prenosnikč Slika 2.6. Mehanički stupnjeviti prenosnici

Kontinualni prenosnici se izvode najčešće kao mehanički u vidu varijatora (slika 2.7 a), električni (slika 2.7 b), hidraulični ili kombinovani. Obezbeđuju bilo koju vrednost parametara kretanja unutar oblasti izmene parametara kretanja.

EM EM

no

n =n - ni min max

n =n - ni min max

n =n - ni min max

glavnovretenoglavno

vreteno

varijator - mehani ki prenosnikč elektri ni prenosnikč Slika 2.7. Mehanički i električni kontinualni prenosnici

Prenosnici za glavno kretanje se izvode najčešće kao stupnjeviti ili kombinovani (stupnjeviti i kontinualni).

Zakonitosti promene parametara kretanja Broj obrta alata ili predmeta obrade:

),D,V(fD

V1000n =⋅⋅

=π

o/min

je funkcija brzine (V) i prečnika alata ili predmeta obrade (D). Jedna te ista vrednost brzine rezanja V, pri različitim vrednostima prečnika, se može ostvariti samo različitim brojevima obrta alata ili predmeta obrade. Kako se prečnik kontinualno menja u granicama Dmin - Dmax, to se utvrđena brzina rezanja može ostvariti prenosnicima sa kontinualnom promenom broja obrta u granicama nmin - nmax. Kontinualnih (mehaničkih) prenosnika ima malo i sreću se najčešće u laboratorijskim uslovima, jer je njihova konstrukcija i izrada veoma složena, a cena visoka. Međutim, pojavom frekventnih regulatora nove generacije primena električnih kontinualnih prenosnika postaje dominantna.


20

Većina obradnih sistema (mašina) ima prenosnike sa stupnjevitom promenom broja obrta. Prenosnici sa stupnjevitom promenom mogu biti sa: aritmetičkom, geometrijskom, dvostrukom geometrijskom i logaritamskom promenom.

Najčešće se koristi geometrijska promena. To je promena broja obrta koju karakteriše konstantan odnos dva susedna broja obrta:

.constnn.......

nn

nn

1m

m

2

3

1

2 =====−

ϕ

Odnos brojeva obrta (koraka ili brzina pomoćnog kretanja) se naziva geometrijskim faktorom promene prenosnika mašine ϕ. Za unifikaciju i standardizaciju mašina i prenosnika za glavno i pomoćno kretanje koriste se standardne vrednosti brojeva obrta i parametara pomoćnog kretanja. Standardne vrednosti se formiraju za geometrijsku promenu korišćenjem osnovnog reda zasnovanog na geometrijskom faktoru promene prenosnika:

.12,11020R 20 ==∴ ϕ

Pored osnovnog reda najčešće se koriste izvedeni redovi:

,25,11010R 10 ==∴ ϕ i ,4,1103/20R 3/20 ==∴ ϕ

a ređe 6,1105R 5 ==∴ ϕ i .2103/10R 3/10 ==∴ ϕ

Na osnovu navedenih vrednosti geometrijskih faktora promene formiraju se tabele standardnih vrednosti brojeva obrta i koraka (tabele P.20 i P.21 Priručnika). I osnovni i izvedeni redovi ukazuju na niz vrednosti brojeva obrta i koraka, formiran tako da odnos dve susedne vrednosti bude konstantan i odgovara geometrijskom faktoru promene prenosnika.

2.4 REZNI ALATI 2.4.1 Klasifikacija reznih alata Osnovne oblici reznih alata, dimenzije, namena i tehnički zahtevi standardnih reznih alata su definisani odgovarajućim standardima, odnosno tehničkim uslovima kojima je određen kvalitet i rezna sposobnost alata. U masovnoj i visokoserijskoj proizvodnji, posebno u uslovima visoke automatizacije i fleksibilne proizvodnje, racionalnije je koristiti tzv. specijalne rezne alate. To su alati specijalno projektovani i izrađeni za konkretne uslove obrade i konkretnu proizvodnu opremu. Klasifikacija reznih alata se može vršiti na različite načine. Opšta podela reznih alata je na: ručne i mašinske. Podela mašinskih alata se izvodi na bazi različitih kriterijuma i to prema vrsti obrade, materijalu predmeta obrade, vrsti alatnog materijala, broju reznih ivica, obliku alata i položaju površina obrade, tipu alata, načinu postavljanja alata itd.

Najčešća podela alata je prema vrsti obrade i to na rezni alati za: struganje, bušenje, proširivanje i razvrtanje, glodanje, rendisanje, brušenje i glačanje, provlačenje, izradu zupčanika, ožljebljenih vratila, navoja i sl.


21

Prema vrsti materijala predmeta obrade razlikuju se rezni alati za obradu metala, drveta, plastičnih masa, nemetala (kamen, staklo, mermer, hartiju, grafit i sl.).

Prema vrsti alatnog materijala alati se dele na alate od alatnog čelika, brzoreznog čelika, tvrdih metala, keramičkih materijala, dijamantske alate, alate od supertvrdih materijala i sl. Pored ovim alata i alatnih materijala postoje alati od brzoreznih čelika i tvrdih metala sa tvrdim prevlakama.

Prema broju reznih ivica razlikuju se jednosečni (noževi za rendisanje, struganje, bušenje, rezanje navoja i sl.), dvosečni (spiralne i ravne burgije i sl.), višesečni (proširivači, razvrtači, upuštači, glodala, ureznici, ...) i mnogosečni alati (alati za brušenje - tocila).

Prema obliku alata razlikuju se alati za obradu spoljašnjih površina, izradu otvora, izradu navoja, ožljebljenih vratila i zupčanika.

Prema tipu alati se razvrstavaju na alate izrađene izjedna od alatnog materijala (integralni alati), sa umetnutim reznim elementima (zubima), alati sa lemljenim i mehanički pričvršćenim pločicama.

Prema načinu postavljanja na mašinu razlikuju se alati sa drškom i nasadni alati ili alati sa otvorom.

Najvažnije karakteristike reznih alata su: geometrijski oblik, koji je određen postupkom obrade kome je namenjen, rezna geometrija, koju čine osnovna geometrija i geometrija specifična za

pojedine alate i materijal alata, materijal od koga je rezni alat izrađen.

2.4.2 Oblik i osnovni konstruktivni elementi reznih alata Svi rezni alati se sastoji od najmanje dva osnovna dela (slika 2.8):

tela alata na kome se nalaze rezni elementi alata (rezni klin) i drške ili otvora u telu alata, preko kojih se izvodi postavljanje i stezanje alata na

nosač alata i mašinu.

dr kaštelo

osnova

grudnapovr inaš

grudnapovr inaš

le napovr inađ

š

le napovr inađ

š

glavnose ivoč


se ivoč

čpomo nose ivo

ćč

strugarski nožvaljkasto glodaloJUS K.D2.020

telo

otvor

rub(fazeta)

spiralna burgija

telo dr kaš

rub (fazeta) Slika 2.8. Osnovni delovi reznih alata


22

Rezni klin alata ispunjava osnovnu ulogu reznih alata, obezbeđujući rezanje odnosno uklanjanje viška materijala. Sastoji se od jedne ili više reznih ivica (glavnih i pomoćnih sečiva), utvrđene osnovne geometrije.

Telo alata sa reznim klinom alata čini jedinstvenu konstruktivnu i funkcionalnu celinu formiranu na različite načine i to kao alat: iz jednog komada (integralno) - slika 2.8, sa umetnutim reznim elementima (zubima), lemljenom ili mehanički pričvršćenom pločicom (slika 2.9).

izgled alata

`ica zavezivanje

telo sadr komš

plo icač

borakssredstvo zalemljenje - lem

š čema lemljenja plo ica

Strugarski no sa lemljenom plo icomž č

Strugarski no sa okretnom plo icomž čDva sistema vezivanja (stezanja)

Slike 2.9. Oblik alata sa lemljenim i mehanički pričvršćenim pločicama

Drugi deo, drška odnosno prihvatni i stezni deo, obezbeđuje pravilno postavljanje - baziranje, prihvatanje i pouzdano stezanje alata u odgovarajući pribor mašine. U nizu slučajeva drška se koristi i za centriranje alata. Oblik drške zavisi od tipa alata. Kod strugarskih noževa drška je kružnog, pravouga-onog ili kvadratnog poprečnog preseka (slika 2.10.a). Kod cilindričnih alata (burgije, razvrtači, vretenasta glodala i sl.) oblici drški (slika 2.10.b-d) se razvrstavaju na:

cilindrične i sa Morze konusom i to:

» sa ušicama i » bez ušica,

pri čemu su završeci cilindričnih drški prikazani na slici 2.10.e-g. Nasadni alati imaju cilindrične ili konične otvore (slika 2.11), preko kojih se ostvaruje postavljanje, centriranje, baziranje i stezanje alata. Uzdužni ili poprečni klin sprečava proklizavanje alata i obezbeđuje prenošenje obrtnog momenta sa vratila mašine na alat.

Oblici i karakteristike reznih pločica Rezne pločice se izrađuju od brzoreznog čelika, tvrdog metala, rezne keramike, dijamanta i kubnog nitrida bora, a za nosač alata se vezuju:

lemljenjem (lemljene pločice) ili mehaničkim pričvršćivanjem (okretne ili izmenjive pločice).


23

a)

d b b

hc x

hl

b)

e) f) g)

c)

60o

120o

60o

D

d)b

D

D1 D2

Ll

l1

60o

D

dl1l2

120o

60o

D

d

l1l2

Slika 2.10. Oblici drški strugarskih noževa i cilindričnih alata

hk

b k

L

h

l1 l1

L

b

D

f

D

konus 1:30

a) Cilindri niotvori

č

b) Koni niotvori

č

Slika 2.11. Oblici otvora kod nasadnih alata


24

Lemljenje pločice (slika 2.12) od brzoreznog čelika ili tvrdog metala se koriste za izradu strugarskih noževa, burgija, razvrtača, glodala i sl. Retko se sreću u savremenim proizvodnim uslovima.

za laku obradu - JUS K.C1.150

Tip G Tip H Tip J

oblik A oblik B oblik C oblik D oblik E

za ma inske no eve - JUS K. C1. 151š ž

za kopirno struganje JUS K. C1. 152

za izradu kai nika JUS K. C1. 153

š

Slika 2.12. Neki oblici lemljenih pločica

Okretne - izmenjive ili višesečne pločice (slika 2.13) se mehanički vezuju za nosač alata. Nakon habanja jednog sečiva menja se sečivo, a nakon habanja pločice menja se pločica. Pohabane pločice se skupljaju i vraćaju na reciklažu.

trouglaste

TNUN TNMA TNMM TNMG

TPUN, TPGN TPMR, TPGR TPAN TNMXkvadratne

SNUN, SNGN SNMA SNMM SNMG

SPUN, SPGN SPGF SPGX SNAN, SNCNromboidne, romb

DNMM, DNMG, DNMA CNMA CNMGokrugle specijalne

R 166G

KNUX

R 156.3 Slika 2.13. Neki oblici izmenjivih (okretnih) pločica


25

Okretne pločice su različitog oblika, dimenzija, geometrije, tačnosti izrade i sl. Prema JUS K.A9.030 oznaka pločica je usklađena sa ISO standardima (slika 2.14).

SISTEM OBELE AVANJA REZNIH PLO ICA ZA STRUGARSKENO EVE PO STANDARDU

Ž ČŽ ISO

1. OBLIK OKRETNE PLO ICEČ

4. VRSTA LOMA A I NA IN PRITEZANJA

ČČ

12. SMER REZANJA11. OBLIK REZNE IVICE

2. LE NI UGAOĐ5. 6. DU INA REZNE IVICE

Ž 7. 8.DEBLJINAPLO ICEČ

9. 10.RADIJUSVRHA

G

N R

M

A F

Xspecijalni oblik

80o

55o

85o

88o

55o

75o

80o

35o

T

S

R

V

KM

P E B

ADO

LCH

3o 5o

7o 15o

20o 25o

30o 0

o

11o

A B

C D

E F

G N

P

F

E

T

S

R

L

N

ll

ll

l

l

l

l

l

H L

O ABK

P CDEHV

R

S

T

S

S

S

r

oznaka r, mm000002

01030406070911

04081216243240

okrug.o{t. vr.

s, mmoznaka

11,11

7,94

4,0

2,49,52 3,2

1,66,351,24,760,83,180,41,590,2

S1

P2

G3

R4

125 6

047 8

089 10

E11

R12

+0,13+0,38+0,1825,4 +0,25

+0,10+0,27+0,159,05 +0,18

+0,10+0,27+0,155,66 +0,18

+0,03+0,20+0,132,7 +0,13

+0,03+0,13+0,089,52 +0,08

+0,03+0,13+0,086,35 +0,08

d,mm

T za m T za dklasaU

klasaU

klasaN

kl. J,K,L,M

T - tolerancija mere

1 Odnosi se na plo ice sa bru e-

nom ravnom fazetomč š

2 Tolerancije zavise od veli ine

plo ice i date su u gornjoj tabelič

č

3. TOLERANCIJE

+0,005 +0,025 +0,025

+0,013 +0,025 +0,13

+0,005 +0,025 +0,013

+0,025 +0,025 +0,025

+0,013 +0,025 +0,025

+0,025 +0,13

+0,0051 +0,025

+0,0131 +0,025

+0,0251 +0,025

+0,13

+0,13

+0,025

A

Tolerancija, mmm s d

Klasa

U

M

L

K

J

G

H

BC

E

od+0,082

do+0,182

od+0,122

do+0,382

od+0,052

do+0,132

od+0,052

do+0,132

od+0,052

do+0,132

od+0,082

do+0,252

od+0,052

do+0,132

Slika 2.14. Sistem označavanja okretnih pločica

Pločice od alatne keramike imaju iste oblike kao i pločice od tvrdog metala. Izrađuju se bez centralnog otvora, imaju veću debljinu i leđni ugao im je 0o. Često se izrađuju sa rubom - fazetom duž glavnog sečiva u cilju povećanja čvrstoće.


26

Mehaničko pričvršćivanje pločica i nosači alata Mehaničko pričvršćivanje pločica za nosač pločica (alata) se ostvaruje na različite načine (preko poluge, klina i zavrtnja ili držača i zavrtnja itd.). Mehaničko pričvršćivanje pločica predstavlja osnovu gradnje savremenih reznih alata, a sistem pričvršćivanje je standardizovan. Nosači alata su različite konstrukcije i izrađeni su od konstruktivnih materijala. Prema ISO standardu oznaka nosača (slika 2.15) ima 14 simbola (12 obaveznih i dva dopunska).

SISTEM OBELE AVANJA DR A A - NOSA A ALATA ZASPOLJA NJU OBRADU PO STANDARDU

ŽISOŽ Č Č

Š

2. OBLIK OKRETNE PLO ICEČ1. SISTEM STEZANJA 5. SMER REZANJA 6. 7.VISINADR A AŽ Č

8. 9.IRINA

DR A AŠ

Ž Č

4. LE NI UGAOĐ 10. DU INA DR A AŽ Ž Č3. NAPADNI UGAO 11. 12.DU INA REZNEIVICE

Ž13. 14.OZNAKEPREMAIZBORUPROIZVO-

A AĐ Č

80o

55o

85o

88o

55o

75o

80o

35o

T

S

R

V

KM

P E B

ADO

LCH

3o

5o

7o 15o

20o 25o

30o 0o

11o

A B

C D

E F

G N

P

R

L

N

ll

ll

l

l

l

l

l

H L

O ABK

P CDEHV

R

S

T

P1

S2

B3

N4

R5

256 7

258 9

__13 14

M*10

1211 12

C

P

M

S

Pritezanje odozgo

Pritezanje odozgoi preko otvora

Pritezanje preko otvora

Pritezanje vijkom

90o

45o

63o

72,5o

50o

60o 90o

75o 60o

90o

93o 75o

45o

93o 60o 85o

95o

95o

A

75o

B

90o

C

D E F G

J K L M

N R S T

VU W Y

1

1 1

Slika 2.15. Sistem označavanja nosača reznih pločica


27

2.4.3 Alatni materijali Početkom XX veka brzina rezanja se kretala u granicama 10 - 20 m/min (slika 2.16), da bi u savremenim proizvodnim uslovima dostigla vrednost i do 1.000 m/min, pa i više, u proizvodnim operacijama struganja i čeonog glodanja.

tgV

t ,min

g

100

1

1000

10

V,m/min

1903 1974 godinaugljeni ni alatni

elicič

č rezna keramika Slika 2.16. Uticaj vrste alatnog materijala na brzinu i vreme obrade

U skladu sa razvojem alatnih materijala i porastom brzine rezanja menjala se i konstrukcija reznih alata i alatnih mašina i obradnih sistema, čime su stvoreni uslovi za korišćenje raspoloživih mogućnosti savremenih alatnih materijala, kako u pogledu povećanja brzine rezanja, tako i u pogledu proizvodnosti, ekonomičnosti, tačnosti i kvaliteta obrade. Sve vrste savremenih alatnih materijala su nastale kao rezultat stalne težnje da se obezbedi alatni materijal što veće tvrdoće i žilavosti, odnosno otpornosti na:

habanje i udarna opterećenja i vibracije,

posebno u uslovima visokih temperatura rezanja. Sa porastom temperature rezanja opadaju vrednosti mehaničkih karakteristika alatnih materijala (slika 2.17). Smanjenje tvrdoće alatnog materijala dovodi do smanjenja otpornosti na habanje i postojanosti alata.

HRC

θ, K

T

HRC

tvrdimetal - TM

brzoreznielik - Bč Č

alat: valjkasto glodalo

64

alatnielikč

rezna keramika

400 600 1000 Slika 2.17. Uticaj temperature na mehaničke karakteristike alatnog materijala i uticaj

promene tvrdoće alatnog materijala na postojanost glodala


28

Istovremeno rešenje suprotnih zahteva, posebno zahteva za visokom tvrdoćom i žilavošću, dovelo je do razvoja spektra alatnih materijala kao što su:

♦ ugljenični i legirani alatni čelici, ♦ brzorezni čelici, ♦ tvrdi metali, ♦ alatna ili rezna keramika i ♦ super tvrdi materijali.

Sem ovih alatnih materijala koriste se i materijali nedefinisane geometrije namenjeni izradi alata za brušenje, poliranje, honovanje i sl. To su različiti brusni materijali tipa korunda, silicijum karbida i sl.

Danas se za izradu reznih alata najčešće koriste: brzorezni čelik i tvrdi metal. Pored alatnih materijala za izradu alata koriste i pomoćni materijali. To su materijali za izradu drške, tela, nosača, nastavaka i sl. Kao pomoćni materijali koriste se: konstruktivni čelici, sivi liv, čelični i aluminijumski liv itd.

Ugljenični alatni čelici pripadaju grupi alatnih čelika istorijskog značaja. Koriste se za izradu alata namenjenih obradi metala malim brzinama rezanja (ručni ureznici, razvrtači i sl.) i obradi drveta.

Legirani alatni čelici su čelici poboljšanih karakteristika, posebno u pogledu otpornosti na visokim temperaturama i otpornosti na habanje. Koriste se, uglavnom, za izradu alata koji rade sa malim opterećenjima i malim brzinama rezanja. Češće se koriste za izradu alata za isecanje i oblikovanje lima, kao i izradu mernih alata i pribora. Prema osnovnom legirajućem elementu dele se na: hrom, volfram, hrom - volframove, hrom - silicijuumove i hrom - vanadijumove legirane alatne čelike. To su, na primer, čelici tipa Č4140, Č4141, Č4143, ..., Č4149, prokron čelici (Č4170 ... Č4176), merilo čelici (Č3840, Č4840, Č6440, ...), OCR čelici (Č4150, Č4650, Č4750 ...) ...

Brzorezni čelik se pretežno koriste za izradu alata za bušenje, glodanje, rendisanje, provlačenje i sl., alata koji pretežno rade u uslovima prekidnog rezanja. Predstavljaju najvažniji i najčešće primenjivani visokolegirani alatni čelik sa većim sadržajem legirajućih elemenata, pre svih: hroma, volframa, molibdena, vanadijuma i kobalta. Variranjem sadržaja legirajućih elemenata menjaju se tvrdoća i otpornost na habanje, žilavost i otpornost na udarna - dinamička opterećenja, otpornost na povišenim temperaturama i sl.

Brzorezni čelici sa povećanim sadržajem volframa (18 % W, 4 % Cr i 1 % V) su klasični brzorezni čelici. U savremenim proizvodnim uslovima sve više se ko-riste molibdenski brzorezni čelici sa smanjenim sadržajem volframa (5 % Mo, 6 % W i 2 % V). Brzorezni čelici povećane postojanosti na visokim temperatrama sadrže veći procenat vanadijuma (do 4 %), a brzorezni čelici visoke otpornosti na povišenim temperaturama sadrže veći procenat molibdena, vanadijuma i kobalta. To su tzv. super brzorezni čelici. Povećanjem sadržaja volframa povećava se i osetljivost brzoreznog čelika na pojavu defekata pri brušenju - oštrenju. Povećanjem sadržaja kobalta smanjuje se žilavost brzoreznog čelika. Prema osnovnim legirajućim elementima brzorezni čelici se dele na:


29

volframove brzorezne čelike: Č6880, Č6881, Č6882, Č6883, Č9782 ... namenjene izradi normalno opterećenih reznih alata,

volfram - molibdenske brzorezne čelike: Č7680, Č9780, Č9783... namenjene izradi alata povećanog opterećenja,

molibdenske brzorezne čelike: Č7880, ... namenjene izradi alata za prekidno rezanje, jer se odlikuju povećanom žilavošću,

vanadijumske brzorezne čelike: Č8780, Č9681, Č9683, Č6981, Č9880, ... koje odlikuje povećana otpornost na habanje i visoke temperature, a namenjeni su izradi alata za završnu obradu i

kobaltske brzorezne čelike: Č6980, Č9682, Č9780, ... koje karakteriše otpornost na visokim temperaturama i namenjeni su izradi jače opterećenih alata.

Savremeni brzorezni čelici sa prevlakama, najčešće titan - nitrida (TiN) poskupljuju alat za 20 - 40 %, ali obezbeđuju i povećanje postojanosti alata za 2 - 3 pa i nekoliko puta (slika 2.18). Prevlake se izrađuju kao jednoslojne ili višeslojne od TiC, TiN, Al2O3, kubnog nitrida bora ili dijamanta.

h

T

brzorezni elikč brzorezni elik +TiN

č

TiNhk

T1 T2 Slika 2.18. Uticaj prevlake na postojanost alata od brzoreznog čelika

Tvrdi metali se koriste za izradu strugarskih noževa, čeonih glodala i sl., alata koji pretežno rade u uslovima neprekidnog rezanja.

Tvrdi metali su fizičko - metalurška smeša tvrdih (osnovni materijal tipa karbida WC, TiC, TaC, NbC, ...) i žilavih komponenti - vezivnog materijala (metali Co, Ni, ...). Variranjem sadržaja osnovnog i vezivnog materijala prilagođavaju se tvrdoća i žilavost tvrdih metala širokom području primene.

Tvrde metale odlikuju visoka postojanost i tvrdoća na povišenim temperaturama (i do 1250oC), što obezbeđuje povećanje brzine rezanja i proizvodnosti. Međutim, manja žilavost dovodi do smanjenja otpornosti na udarna, dinamička opterećenja. Prema sadržaju volfram - karbida WC razlikuju se:

tvrdi metali sa velikim sadržajem WC i neznatnim dodatkom ostalih karbida TiC, TaC. Namenjeni su obradi tvrdih i krtih materijala, kada se formira kidana strugotina i

tvrdi metali na bazi WC, TiC i TaC (sa povećanim sadržajem TiC i TaC). Namenjeni su obradi žilavih materijala, kada se formira neprekidna strugotina.


30

Prema ISO i JUS standardima oznaka tvrdog metala sadrži: slovni i brojni deo.

Slovni deo oznake (slika 2.19) ukazuje na osnovnu grupu tvrdih metala. Prema slovnoj oznaci tvrdi metali se razvrstavaju u tri grupe:

» grupa P (plava) - namenjena obradi čelika, čeličnog i temper liva, » grupa M (žuta) - namenjena obradi čelika, čeličnog, temper i sivog liva i » grupa K (crvena) - namenjena obradi krtih materijala.

ISO P ISO M ISO K

tvrd

oać tvrdo

ać

žilav

ost žilavost

M10M20M30M40

P01P05

P08P10

P20P25

P30P40

P50

K01K05

K10K20

K30K40

K50

Slika 2.19. Klasifikacija i označavanje tvrdih metala

Brojni deo oznake određuje kvalitet tvrdog metala i sužava oblast njegove primene. Tako, na primer, otpornost na habanje (tvrdoća) tvrdog metala raste sa porastom sadržaja karbida TiC i TaC (niža brojna oznaka). U tim slučajevima opada žilavost, raste osetljivost na mehanička i termička naprezanja. Otuda se, na primer, kvalitet P tvrdog metala sa većim sadržajem TiC i TaC (P01 - P10) koristi za izradu alata namenjenih završnoj obradi, velikim brzinama rezanja i pri malim presecima strugotine. Kvalitet P tvrdog metala sa većim sadržajem WC i Co (P20 - P50) se koristi za izradu alata namenjenih gruboj obradi, manjim brzinama rezanja i pri većim presecima strugotine, jer se odlikuje povećanom žilavošću i otpornošću na dinamička opterećenja. Tehnologijom nanošenja prevlaka (slika 2.20) nanose se: jednoslojne i višeslojne prevlake od TiC, TiN, Al2O3, kubnog nitrida bora, dijamanta i sl.

V

tvrdi metal tvrdi metal +TiC

TiC

V1 V2

T

T

Slika 2.20. Prevlake i uticaj prevlake na postojanost alata od TM

Nanošenjem prevlaka se obezbeđuje povećanje tvrdoće površinskih slojeva (otpornosti na habanje) pri nepromenjenoj žilavosti, koja zavisi od kvaliteta osnovnog materijala - tvrdog metala. Time se obezbeđuje značajno povećanje brzine rezanja ili postojanosti alata. Nedostatci prevlaka se ogledaju u nemogućnosti preoštravanja alata i obrade


31

malim dubinama i koracima zbog relativno većeg radijusa vrha. Zato se koriste alati sa višesečnim izmenjivim okretnim pločicama.

Rezna ili alatna keramika Rezna keramika se, najčešće, javlja u tri varijante - tipa kao:

♦ mineralna (čista ili oksidna) keramika, Al2O3 , ♦ mešana (oksidno - karbidna) keramika se sastoji od 60 % Al2O3 i 40 % WC,

Mo2C ili TiC. ♦ silicijumnitridna keramika Si3N4 .

Presovanjem i sinterovanjem na temperaturi od 1600 - 1800oC izrađuju se pločice različitog oblika, koje se isključivo mehanički prićvršćuju za nosač alata. Prednosti rezne keramike u odnosu na tvrde metale su veća tvrdoća, otpornost na habanje i otpornost na visokim temperaturama. Nedostatci su niska žilavost i visoka osetljivost na dinamička opterećenja i promenu termičkih naprezanja. Rezna keramika se koristi za izradu alata namenjenih neprekidnom rezanju na mašinama veće krutosti i stabilnosti i to obradu konstruktivnih čelika (ugljeničnih i legiranih), visokokvalitetnih čelika, sivog i temper liva, legura obojenih metala i nemetala. Nije pogodna za obradu lakih metala i njihovih legura zbog porasta intenziteta difuzionog habanja.

Supertvrdi alatni materijali Supertvrdi alatni materijali su: prirodni dijamant, kubni nitrid bora - CBN (borozan i elbor) i sintetički dijamant - PKD. Odlikuju se vrlo visokom tvrdoćom i otpornošću na habanje, niskom žilavošću i otpornošću na dinamička opterećenja.

2.5 POMOĆNI PRIBORI

2.5.1 Uloga i klasifikacija pribora Pribori su dopunski uređaji koji se koriste pri obradi, montaži i kontroli delova, sklopova i proizvoda. U toku izvođenja procesa obrade i realizacije pomoćnih operacija, pribori se koriste za pozicioniranje i stezanje predmeta obrade i alata. U mnogim slučajevima obezbeđuju i potrebno vođenje alata u odnosu na predmet obrade. Prema nameni dele se na: univerzalne i specijalne.

Univerzalni pribori su namenjeni obradi različitih pripremaka. Predstavljaju standardni pribor svake alatne mašine.

Specijalni pribori su namenjeni obradi određenih pripremaka ili izvođenju određenih operacija obrade na jednom ili više delova. Pravilno koncipiranje pribora, projektovanje i konstrukcija, podrazumeva poznavanje i analizu baznih površina dela koji se izrađuje. Pri projektovanju konstrukcije i tehnologije obrade delova, posebno projektovanju tehnoloških procesa, najpre se vrši izbor baznih površina (baza). Baze su tačke, linije


32

ili površine u odnosu na koje se orijentišu drugi delovi ili površine delova u procesu obrade, merenja ili montaže. Dele se na:

konstrukcione, tehnološke, merne i montažne. Grupu konstruktivnih baza čine: osnovne i pomoćne baze, koje, pri konstruisanju (izboru oblika površina, njihovog položaja, utvrđivanju dimenzija i normi tačnosti i sl.), imaju suštinski značaj. U fazi konstrukcije se identifikuju i: funkcionalne i slobodne površine.

Osnovne površine (baze) su površine u odnosu na koje se određuje položaj dela u proizvodu (sklopu). Po pravilu položaj dela u sklopu se određuje kompletom od dve ili tri baze. Osnovne baze vratila prikazanog na slici 2.21 su cilindrična površina čaura 2(2'), osa vratila OO i stepenaste površine 1(1'), jer određuju položaj vratila u kućištu 6(6'). Stepenaste površine sprečavaju pomeranje vratila duž ose vratila.

Pomoćna površina (baza) određuje položaj montiranih delova podsklopova. Za vratilo, na primer, se javljaju dva kompleta pomoćnih površina za postavljanje zupčanika, sa tri elementa: rukavac 3(3'), stepenica 5(5') i klin (slika 2.21).

Funkcionalne površine su površine preko kojih se ostvaruje funkcija zadatog sklopa. To su, u pomenutom slučaju, bočne površine zuba zupčanika.

Slobodne površine su površine povezuju osnovne i pomoćne površine. To je površina valjka (4).

O O2'1'

6'

3'

5'5

43

1

2

6

Slika 2.21. Karakteristične površine delova sklopa

Tehnološka baza je površina koja određuje položaj dela u procesu izrade (obrade) u odnosu na rezni alat i/ili pribor.

Merne baze se koriste u procesu merenja i kontrole gotovog dela. Merna baza je površina koja određuje relativni položaj dela ili sklopa i sredstva merenja.

Montažne baze se koriste za orijentaciju i postavljanje delova pri montaži. To su baze koje lišavaju deo ili sklop tri stepena kretanja, na primer pomeranja duž jedne ose i obrtanja oko druge dve ose.

2.5.2 Univerzalni (stezni) pribori Univerzalni pribori ili stezni pribori su namenjeni prvenstveno pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji za postavljanje i stezanje predmeta obrade i alata


33

različitih oblika i dimenzija. Kao univerzalni pribori koriste se: univerzalna glave za stezanje, šiljci, univerzalni stezač za alate sa cilindričnom drškom, brzi stezač za alate sa cilindričnom drškom, mašinske stege, obrtni stolovi, trnovi (vratila), odstojni prstenovi, obrtni prstenovi, stezne čaure, elastične stezne čaure, magnetne ploče i sl. Univerzalni pribori su najčešće i standardizovani, pa se nazivaju i standardnim priborima alatnih mašina (isporučuju se uz mašinu).

Univerzalna glava za stezanje (slika 2.22) sa tri (četiri, retko dve) čeljusti je standardni pribor strugova, glodalica i brusilica. Služi za stezanje okruglih (često i prizmatičnih) delova ili alata sa drškom (burgije, vretenasta glodala ...). Razlikuju se po stepenu univerzalnosti, konstrukciji mehanizma za samocentriranje i stezanje. Postoje i druge konstrukcije univerzalnih glava, sa ručnim i mehanizovanim (pneumatskim, hidrauličnim ili elektromehaničkim) stezanjem.

Slika 2.22. Univerzalna glava za stezanje

Mašinske stege (slika 2.23) se koriste za ručno stezanje različitih delova na rendisalj-kama, bušilicama, glodalica-ma i dr. Različite konstrukcije stega, okretne u ravni ili prostoru, omogućujući orijen-taciju dela za obradu površina pod uglom. Pored ručnih, postoje i stege sa mehanizovanim stezanjem, najčešće hidrauličnim.

Slika 2.23. Neki tipovi mašinskih stega

Šiljci (slika 2.24) se koriste za pozicioniranje i stezanje cilindričnih delova većih dužina (odnos dužine i prečnika L/d iznad 4 do 10), najčešće na strugovima i brusilicama za okruglo brušenje. Delovi se pozicioniraju i oslanjaju sa jedne ili obe strane (slika 2.25), primenom nepokretnih (neobrtnih) ili pokretnih (obtnih) šiljaka. Oslanjanju na šiljke prethodi izrada središnjih gnezda na delovima.


34

standardni

zase eni - popre na obradač č

sa kuglicom - izrada konusa

sa sredi njim gnezdom - obradapripremaka malog pre nika

šč

nepokretni - neobrtni

pokretni - obrtni

Slika 2.24. Šiljci

Slika 2.25. Pozicioniranje pomoću šiljaka

Obrtači (srca) služe za prenos obrtnog kretanja sa glavnog vretena na predmet obrade, kod pozicioniranja pomoću šiljaka (slika 2.26).

Slika 2.26. Osnovne konstrukcije obrtača (srca)

Linete (slika 2.27) se koriste za oslanjanje predmeta obrade u toku rezanja sa ciljem sprečavanja i smanjenja deformacija dužih delova, nastalih dejstvom spoljašnjih sila (sila i otpora rezanja, sopstvene mase i sl.). Dva osnovna tipa lineta su: pokretne i nepokretne. Pokretne se postavljaju na uzdužni nosač alata, a nepokretne na vođice nosača alata odnosno nosača šiljka.


35

a) Nepokretna lineta b) Pokretna linetasuport

postolje ma ine(vo ice)

šđ

Slika 2.27. Pokretne i nepokretne linete

Trnovi (slika 2.28) se primenjuju za postavljanje i stezanje predmeta sa centralnim otvorom većeg prečnika i manje debljine zida, odnosno stezanje alata.

predmet obrade

Slika 2.28. Trnovi

Magnetne ploče se koriste za postavljanje i stezanje predmeta od feromagnetnih materijala sa ravnim površinama, kod brusilica za ravno brušenje (slika 2.29). Mogu biti sa permanentnim magnetima ili elektromagnetima. Obezbeđuju ravnomernu silu stezanja po oslonoj, baznoj površini obratka, imaju visoku krutost i jednostavno i brzo stezanje (prebacivanjem ručica ili isključivanjem jednosmerne struje).

N N NNS S S S

Slika 2.29. Magnetna ploča

Za stezanje alata sa drškom (burgije, upuštači, proširivači, razvrtači, vretenasta glodala...) koriste se univerzalni stezači (slike 2.30 i 2.31).


36

alat

univerzalni steza za alate sacilindri nom dr kom

čč š

čaura za stezanje alata sa MK dr komš

Slika 2.30. Stezanje alata sa drškom

za ve e pre nikeć č

za manje pre nikečelasti ne aureč č

elasti na aura za male pre nikeč č č

brzi steza za alate sa koni nom dr komč č š

Slika 2.31. Brzi stezač i stezne čaure

2.5.3 Specijalni pribori Specijalni pribori ili pomoćni pribori se, prvenstveno, koriste u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Sastoje se (slika 2.32) od: tela pribora, elemenata za postavljanje (baziranje), mehanizama za pritezanje (stezanje) i elemenata za povezivanje (čivije, zavrtnjevi i sl.).

predmetobrade mehanizam za

stezanje

telo pribora

elementi za baziranje

elementi za povezivanje Slika 2.32. Šematski prikaz mogućeg rešenja pribora u obradi glodanjem


37

2.6 MERNI PRIBORI (MERILA)

2.6.1 Osnovi merenja i kontrole Prema standardima sistema upravljanja kvalitetom serije ISO 9001: 2001 (standardima QMS) tehnička kontrola kvaliteta izrade proizvoda (merenje, kontrolisanje i ispitivanje) obuhvata, između ostalog, i kontrolu:

♦ kvaliteta izrade proizvoda i ♦ sposobnosti tehnoloških procesa i proizvodne opreme.

Kontrola kvaliteta izrade proizvoda je provera stepena bliskosti - ″poklapanja″ pokazatelja kvaliteta izrade sa zahtevima definisanim konstruktivno - tehnološkom dokumentacijom.

Kontrola sposobnosti tehnoloških procesa (proizvodne opreme) podrazumeva identifikovanje:

» indeksa potencijala (preciznosti): 331TTCp

p ,≥=

» indeksa sposobnosti (tačnosti): 331T2C

ppk ,≥

Δ⋅=

gde su (slika 2.33):

• T = Xg - Xd, mm - konstruktivnom dokumentacijom propisana tolerancija izrade;

• Tp = 6 σ, mm - prirodna tolerancija koja se obezbeđuje datim procesom izrade;

• σ, mm - standardna devijacija rasipanja rezultata višestruko ponovljene procedure merenja posmatrane dimenzije:

2n

1ii XX

n1 )(∑

=−=σ

• X , mm - srednja aritmetična vrednost rezultata merenja: ∑=

⋅=n

1iiX

n1X

• Xi, mm - vrednosti pojedinačnih merenja;

• n - broj merenja;

• Δ, mm - minimalno rastojanje srednje aritmetičke vrednosti rezultata meranja i granica specifikacije (Xd, Xg);

• sXXr −=Δ , mm - veličina podešavanja;

• Xs, mm sredina tolerantnog polja: 2

XXX dg

s−

= .

Kontola sposobnosti, očigledno, predstavlja kontrolu: tačnosti i stabilnosti tehnoloških procesa, prema unapred utvrđenim kriterijumima.


38

T =6p σ

Xd

XS

Xg

X1 X2 X3 XnX =X+32 σX =X-31 σ

X

Tteorijska krivastvarna kriva

f

X

f

Δr

Δ

Slika 2.33. Ilustracija postupka kontrole sposobnosti procesa

Osnovni strukturni elementi sistema kvaliteta u oblasti ispitivanja, kontrolisanja i proveravanja kvaliteta (tehničke kontrole kvaliteta), prema standardima sistema upravljanja kvalitetom serije ISO 9000, su: funkcija kvaliteta u proizvodnji, kontrola proizvodnje i verifikacija kvaliteta proizvoda (klasična kontrola kvaliteta proizvoda: ulazna ili prijemna, međufazna ili operacijska i završna kontrola .

Merenje je eksperimentalno određivanje numeričke vrednosti fizičke veličine. Vrednost se očitava na indikatorskoj jedinici mernog pribora (slika 2.34).

d = a

18.02

d

a

Slika 2.34. Ilustracija postupka merenja

Kontrola (slika 2.35) je postupak kojim se izvodi provera da li se kontrolisana dimenzija (veličina) nalazi unutar propisanih granica tolerancije (maksimalnog i minimalnog odstupanja). Vrednost kontrolisane veličine je određena atributima:

u granicama, iznad gornje granice i ispod donje granice.

Na osnovu rezultata kontrole delovi se razvrstavaju na usaglašene (u granicama) i neusaglašene (van granica). Neusaglašeni delovi se mogu doraditi ako je kontrolisana dimenzija iznad gornje granice kod spoljašnje odnosno ispod donje granice kod unutrašnje dimenzije.

2.6.2 Sredstva merenja i kontrole (merila) Sredstva merenja i kontrole ili merila (oprema za merenje, kontrolisanje i ispitivanje prema QMS - standardima) predstavljaju tehničke uređaje namenjene formiranju merne informacije o izvršenim merenjima i kontrolama. Prema nameni merila se dele na: etalone, merke, kontrolnike ili tolerancijska merila, univerzalna merna sredstva, merna sredstva specijalne namene, kontolne uređaje (poluautomate i automate) i merne sisteme.


39

kompleksni - integralnimetod kontrole

diferencijalni - elementarnimetod kontrole

Slika 2.35. Šematski prikaz operacija kontrole

Etaloni (primarni, sekundarni i radni) su merila i merni pribori kojima se identifikuje (materijalizuje), čuva i reprodukuje jedinica mere neke fizičke veličine u odgovarajućem opsegu. Primarni etalon je nacionalni etalon jedinice mere i nalazi se u Saveznom zavodu za mere i dragocene metale.

Merke su mehanička jednostruka (granična merila, šabloni, kalibri i sl.) ili višestruka merila (merni lenjiri, pomična merila, mikrometarska merila i sl.) za merenje ili kontrolu jedne ili više vrednosti fizičkih veličina.

Granična merila se razvrstavaju uglavnom na granična merila za dužine i uglove. Za merenje i kontrolu dužina najčešće se koriste paralelna granična merila - PGM (slika 2.36), kod kojih rastojanje dve paralelne ravni predstavlja nominalnu vrednost. Formiranje slogova različite nominalne vrednosti dužine se vrši slepljivanjem, odnosno slaganjem merki.

9 9

3535 12

30

25

l>10l<10

9

l15

25 250,2 l 0,2 l

l>100

1,002

17,4

02

105

1,4

Slika 2.36. Paralelna granična merila


40

Granična merila za uglove (slika 2.37) po svom obliku mogu biti veoma različita (trougaona, četvorougaona i sl.). Obezbeđuju formiranje slogova različite nominalne vrednosti ugla (slepljivanjem - slaganjem merki).

β

β

α

α

γ

δ

+

-15

o

15o

5o

5o

+

+

+

+

-

-

-

-

α = 15 + 5 = 20o o o

α = 15 - 5 = 10o o o

α

α

37o

1020

'o

α = 47 20'o

α

59o

9055

'o

α = 149 55'o

α

116o

105'

o

α = 126 5'o

α

Slika 2.37. Granična merila za uglove

Kontrolnici ili tolerancijska merila (slika 2.38) se koriste za kontrolu dimenzija, jer obezbeđuju proveru da li se kontrolisana dimenzija nalazi u granicama dozvoljenih odstupanja. Najpoznatiji kontrolnici su kontrolni čepovi i kontrolne račve.

ne id

e

ide

ne id

e

ide

ne id

e

ide

C

d D

C

d D

Kontrolnik za du inežKontrolnik za konus

Kontronik za dubine

ide ne ide

dvostrana za merenje pre nikač

ne ideide

jednostrana

ide ne ide

dvostrana za ve e pre nikeć č

za manje pre nikečza ve e pre nikeć č

Kontrolne ra ve za osovineč

Kontrolni epovi za osovineč Slika 2.38. Kontrolnici ili tolerancijska merila

Univerzalna merna sredstva su instrumenti i pribori sa indikatorom za očitavanje vrednosti mernih veličina u obliku: skale, brojčanika, štampača, plotera (uređaja za crtanje dijagramskih zavisnosti) ili signalizatora (uređaja za signalizaciju usaglašenih i neusaglašenih proizvoda, kao i proizvoda koji se mogu doraditi). Nezavisno od namene dele se na: instrumente sa nonijusom (kljunasta ili pomična merila, univerzalni uglomeri i sl.), mikrometarska merila, komparatore, merne mašine, merne projektore i mikroskope, interferometre, numerički upravljane merne mašine, mernokontrolne robote itd.

Pomična ili kljunasta merila (slika 2.39) spadaju u grupu najčešće korišćenih merila u industriji prerade metala, za merenje spoljašnjih i unutrašnjih mera (prečnici, dužine, širine, dubine i sl.), visina, međuosnih rastojanja itd.


41

0 10

0 5 10

20 30 40

Slika 2.39. Standardno pomično merilo

Mikrometri za spoljašnja i unutrašnja merenja (slika 2.40) koriste za iste namene kao i pomična merila. Obezbeđuju znatno tačnija merenja i najčešće se primenjuju u operacijama završne obrade.

0 - 25

1 2 3

6 4

5

Mikrometar za spolja nja merenjaš

Mikrometar za unutra nja merenjaš1 - ra va; 2 - nepokretni pipak;3 - pokretni pipak; 4 - dobo sa

dopunskom skalom; 5 - mehanizam saskakavicom; 6 - ko nica

čš

č

Slika 2.40. Mikrometri za spoljašnja i unutrašnja merenja

Komparatori (slika 2.41) ili merni pretvarači su merni instrumenti za merenje i identifikovanje odstupanja merene veličine. Mogu biti različitog tipa i konstrukcije, a najčešće korišćeni su sat komparatori i subito za kontrolisanje unutrašnjih dimenzija.

Minimetar Ortotest Sat komparator Subito Slika 2.41. Neki tipovi komparatora

Univerzalni mehanički uglomer (slika 2.42) se koristi za merenje uglova u rasponu od 0 - 360o sa tačnošću ±5'.


42

6

4

5

3

2

10 1 - osnovna skala

2 - dopunska skala3 - nepokretni disk4 - nepokretni lenjir5 - pokretni disk6 - pokretni lenjir

Slika 2.42. Univerzalni mehanički uglomer

Merna sredstva specijalne namene su merila za merenje i kontrolu: dužina i uglova (kalibri, šabloni, tolerancijska i granična merila, merni projektori i mikroskopi, merila sa nonijusom i mikrometarska merila, interferometri, merne mašine i sl.), parametara hrapavosti površina (dvojni mikroskopi, profilografi, profilometri, interferometri itd.), parametara navoja (šabloni, tolerancijska merila, mikrometri, merni mikroskopi, specijalni merni uređaji itd.), parametara zupčanika (šabloni, modulna merila, kompleksna merila, specijalni uređaji i sl.).

Kontrolni uređaji su uređaji sa nizom funkcionalno povezanih mernih sredstava i pomoćnih pribora namenjenih merenju i kontroli objekata složene konfiguracije (blokovi motora, kolenasta vratila itd.).

Merni sistemi su skup tehničkih uređaja i/ili instrumenata međusobno povezanih u jednu konstruktivnu i funkcionalnu celinu (slika 2.43). Sistem se povezuje sa objektom merenja, kontrole, analize, upravljanja, istraživanja ili drugim objektima radi generisanja, pretvaranja, memorisanja, prikazivanje ili korišćenja mernih rezultata i informacija (mernih signala) za odgovarajuće namene.

4 5 6

POLAZNI PODACI UPRAVLJA KA JEDINICAČ

MERNI INSTRUMENT

OBJEKT UPRAVLJANJA

poja ivač č izvr niorgan

š

indikatorskajedinica

dava ko-pretv. jed.č

poja i-va

čč 3 12

1 - merni pipak2 - pretvara ki niz3 - predajnik4 - prijemnik signala5 - memorija6 - pretvara sa poja iva em7 - upore iva

č

čč čđ č

7

Slika 2.43. Tok informacija za obezbeđenje kvaliteta izrade proizvoda primenom

aktivnog mernog sistema

Merni ili metrološki sistemi najviše klase tačnosti su fleksibilni metrološki sistemi kao što su fleksibilni metrološki moduli, ćelije, centri, stanice i informacioni metrološki sistemi (CIQ, CAQ i sl.), računarom integrisani sistemi. Osnovu gradnje fleksibilnih mernih sistema čine numerički upravljane merne mašine i mernokontrolni roboti.

3. OSNOVI TEORIJE OBRADE METALA REZANJEM

Pri prodiranju reznog klina alata (1 - slika 3.1) u materijal predmeta obrade (2) mogu da se pojave dva slučaja (principa) rezanja: ortogonalno i koso rezanje.

1

2

VGS

ω=90o

ortogonalno rezanje

2

1

VGS

ω=90o

koso rezanje Slika 3.1. Osnovni principi rezanja: ortogonalno (a) i koso (b)

Ortogonalno rezanje nastaje u slučajevima kada je glavna rezna ivica alata (glavno sečivo) normalna na pravac kretanja alata ili predmeta obrade (pravac relativnog kretanja). Kod kosog rezanja pravac kretanja alata ili predmeta obrade i glavnog sečiva zaklapaju ugao različit od 90o. Principi kosog ili ortogonalnog rezanja zastupljeni su kod svih vrsta obrade metala rezanjem (slika 3.2), mada su uslovi pri kojima se izvodi obrada različiti. Struganje je, u opštem slučaju, koso rezanje. Pri odsecanju (usecanju) i obradi kada je napadni ugao 90o nastaje ortogonalno rezanje. Pri obimnom glodanju koso rezanje nastaje pri obradi valjkastim glodalima sa zavojnim zubima, a ortogonalno pri glodanju glodalima sa pravim zubima. Rendisanje je koso rezanje, osim usecanja žljebova kada nastaje ortogonalno rezanje. Pri bušenju se javlja koso rezanje. Provlačenje je najčešće ortogonalno rezanje. Obrada mnogosečnim alatima, na primer tocilima, je koso rezanje.

3.1 OBRAZOVANJE STRUGOTINE 3.1.1 Mehanizam nastanka strugotine Formiranje strugotine se odvija kroz tri sukcesivne faze:

plastično deformisanje materijala predmeta obrade (stvaranja strugotine), odvođenje strugotine iz zone rezanja i savijanje i lomljenje strugotine. Ova faza se ne pojavljuje uvek.

Proces formiranja strugotine ostvaruje se, u osnovi, lokalnim plastičnim deformisanjem materijala predmeta obrade. Pri prodiranju reznog klina alata u materijal predmeta obrade javljaju se, u materijalu ispred reznog klina, složena naprezanja. Ravan u kojoj su naprezanja na smicanje maksimalna (slika 3.3) se naziva ravan smicanja, a njen položaj je određen uglom smicanja φ. Većem uglu smicanja odgovara manja debljina strugotine.


44

ortogonalno

ortogonalno

ortogonalno

koso

koso

koso

struganje

rendisanje

bušenje

koso

glodanje Slika 3.2. Primeri kosog i ortogonalnog rezanja

ravan smicanja

as

a φ

γ

β

α

ravan smicanja

A

O

a

A

O

V st FR

V

zona deformisanja - rezanja

C

B

Slika 3.3. Ravan i zona smicanja

U stvarnosti proces deformisanja se ne odvija u jednoj ravni (ravni smicanja), već u jednom sloju materijala oko te ravni, koji se naziva zona smicanja ili zona deformisanja (zona rezanja). Deformacija zrna materijala predmeta obrade započinje u ravni AO, a završava u ravni OCB, u kojoj je struktura materijala potpuno deformisana (slika 3.3).

Izgled zone deformisanja prikazan je na slici 3.4. Pored primarne zone deformisanja (I) - zona ADOHB, javlja se i sekundarna zona deformacija (II) - zona OHC sa kočionim slojem debljine a1 ≈ 0,1 as. Relativna deformacija u sekundarnoj zoni značajno (do 20 puta) prevazilazi srednju deformaciju slojeva strugotine. Ispred zone ODA metal je elastično deformisan. Debljina deformisanog sloja a2 (tercijalne zone deformisanja) zavisi od osobina materijala predmeta obrade i opterećenja. Pravac u kome se vrši deformisanje zrna materijala izduženjem ne poklapa se nikada sa pravcem ravni smicanja, već zaklapa neki ugao ψ (ugao teksture) u odnosu na ravan smicanja. Usled dejstva sile trenja ( FT ) i normalne sile ( FN ) dolazi do naknadnog deformisanja sabijanjem i povijanja linija tekstura u oblasti kočionog sloja.


45

b) Linije teksture

a1

φ

ψ

a) Zona deformisanja

strugotinarezni klin

c1c

a 2

a

a1

as

A

B

D O

C

E

Hφ

ψ

γ

FN

Vst

FT

V

A

O

Slika 3.4. Zona smicanja (zona rezanja) i linije teksture

Na debljinu zone smicanja (zone plastičnog deformisanja) utiče vrsta materijala predmeta obrade i uslovi pod kojima se proces rezanja ostvaruje. Pri visokim brzinama rezanja i korišćenju alata sa malim ili negativnim vrednostima grudnog ugla, debljina zone smicanja je relativno mala, tako da se može aproksimirati sa ravni smicanja. Međutim, pri rezanju malim brzinama rezanja i korišćenju alata sa velikim vrednostima grudnog ugla debljina zone smicanja je znatna.

3.1.2 Vrste i oblici strugotine U zavisnosti od mehanizma i karaktera obrazovanja strugotine formira se strugotina različitog oblika i tipa. Oblik i tip strugotine zavisi od vrste i fizičko-mehaničkih osobina materijala predmeta obrade (pre svega plastičnosti) i uslova plastičnog deformisanja reznog sloja: karaktera naprezanja (prekidno ili neprekidno rezanje), vremena, stepena i brzine deformisanja. Šarolikost uslova obrade, po spektru obrađivanih materijala i njihovih osobina, metodama obrade itd., dovodi do velikog broja oblika i tipova strugotine, razvrstana u četiri osnovna tipa (slika 3.5):

prekidna ili diskontinualna, neprekidna ili kontinualna (trakasta), neprekidna u uslovima pojave naslage i lamelarna.

Prekidna ili diskontinualna strugotina (lomljena, segmentna itd.) nastaje pri obradi livenog gvožđa, livene bronze i drugih krtih materijala. Nastaje i pri obradi žilavih materijala malim brzinama rezanja i velikim koracima. Proces formiranja prekidne strugotine prate lomovi materijala nestacionarne prirode između kojih teče proces plastičnog deformisanja dela materijala koji se pretvara u strugotinu.

prekidna (diskontinualna) neprekidna - trakasta (kontinualna)

p ( ) p ( )

neprekidna (kontinualna) u uslovimapojave naslage lamelarna

Slika 3.5. Osnovne vrste strugotine

Neprekidna ili kontinualna (trakasta) strugotina je najčešće željeni oblik strugotine pri obradi većine materijala. Njeno formiranje je posledica uglavnom plastičnog deformisanja u zoni smicanja, odvajanje materijala se vrši kontinualno u vidu traka


46

određene debljine. Pri tome je kvalitet obrađene površine veoma dobar. Pri obradi na automatima ovaj oblik strugotine nije poželjan.

Neprekidna strugotina u uslovima pojave naslage javlja se u uslovima rezanja pogodnim za stvaranje naslage na reznim elementima alata. Debljina strugotine zavisi od ugla smicanja. Pri manjim vrednostima ugla smicanja višak materijala se pretvara u strugotinu veće debljine i obrnuto.

3.1.3 Naslaga na reznom klinu alata Visoka specifična toplotna i mehanička opterećenja dovode do visokih temperatura i do 1600 K i kontaktnih pritisaka i do 35000 MPa. To su idealni uslovi za pojavu zavarivanja dva materijala (materijala predmeta obrade i alata). Kako je kontakt grudne površine reznog klina alata i strugotine diskontinualne prirode, u pogodnim uslovima obrade, do-lazi do stvaranja zavarenih spojeva u nizu tačaka. Zavareni spojevi su dobra podloga za dalje nagomilavanje čestica materijala i stvaranje naslage (slika 3.6). Pod naslagom se podrazumeva klinasta manje ili više nepokretna oblast materijala uz reznu ivicu alata.

γγf

Vst

L

O

H

VaΔ

a Slika 3.6. Šema nastanka i lokacija naslage

Periodična pojava i lom naslage utiče na proces nastanka strugotine, oblik i veličinu zone rezanja, geometriju i postojanost alata, habanje alata, kvalitet obrade, sile i snagu rezanja, stabilnost procesa rezanja i sl.

Uticaj naslage na habanje alata je dvojak: zaštita i destrukcija. Naslaga štiti rezni klin od habanja, jer se kretanje strugotine ne odvija direktno po grudnoj površini reznog klina alata. Destruktivno dejstvo naslage nastaje kada se naslaga razara kada se odvajaju delići reznog klina alata. Delići se odnose strugotinom i pošto su tvrđi od osnovnog materijala izvode abrazivno habanje grudne površine i leđne površine reznog klina. Pojava naslage ima negativan uticaj i na kvalitet obrade. Pojava loma naslage izaziva skraćenje reznog klina, smanjenje tačnosti obrade i pojavu većih neravnina na obrađenoj površini (slika 3.7).

ΔH

1Δ

H2

H1

H2

H

formiranje naslage posle loma naslage

aΔa

Slika 3.7. Posledice pojave i loma naslage


47

Povećanjem naslage menja se stvarni grudni i ugao reznog klina, što značajno utiče na smanjenje otpora i snage rezanja. Otpori se periodično povećavaju i smanjuju i zbog promene dubine rezanja. Periodični nastanak i razaranje naslage, promena dubine rezanja i sl., izazivaju i samopobudne oscilacije u obradnom sistemu.

3.1.4 Faktor sabijanja strugotine Kao parametri procesa deformisanja materijala strugotine koriste se faktori deformisanja strugotine, faktor sabijanja strugotine, relativno klizanje, brzina relativnog klizanja, kvadratno izduženje, relativna dilatacija i stvarni ili logaritamski stepen deformacije. Stepen deformacije materijala koji se pretvara u strugotinu se izražava koeficijentima deformacije (faktorima deformisanja strugotine, slika 3.8): faktorima debljine, širine i dužine strugotine i faktorom površine preseka strugotine.

D

B

Ab

A=b a

A =b aS S S

a

as

as

bsλ λ= = >asa

a1

λ bsb

b= > 1

λ lsll

= < 1

λ λ λAs s

a ba ba b

=⋅⋅

= ⋅ > 1

Slika 3.8. Osnovne veličine za određivanje parametara deformisanja strugotine

Za identifikovanje stepena deformisanja strugotine najčešće se koristi faktor sabijanja strugotine koji predstavlja odnos debljine strugotine (as) i dubine rezanja (a):

.52aas −==λ

Vrednost faktora sabijanja strugotine se može definisati na bazi vrednosti grudnog ugla i ugla smicanja, matematičkom interpretacijom šeme prikazane na slici 3.9.a.

γ

φ

φ−γ

90−φ+γOB

C

A

a

as

γ

90−γ

φ

90−(φ−γ)Vst

Vs

V

F

G O

A

a) Geometrijske veli ineč b) Brzine u zoni rezanja Slika 3.9. Faktor sabijanja strugotine definisan preko geometrijskih veličina i brzina

Iz trouglova OAC i OAB sledi: )(cosOAas γφ −⋅= i φsin

aOA = ,


48

što znači da je debljina strugotine: .)(cossin

aas γφφ

−⋅=

Prema definiciji faktor sabijanja strugotine je: .sin

)(cosa

asφ

γφλ −==

Faktor sabijanja strugotine se može definisati i preko brzine rezanja V i brzine klizanja strugotine po grudnoj površini Vst (slika 3.9.b). Naime, na bazi sinusne teoreme primenjene na trougao OFG:

[ ] ,)(cos

V)(90sin

VsinVst

γφγφφ −=

−−= sledi: .

sin)(cos

VV

stλ

φγφ

=−

=

Vrednost faktora sabijanja strugotine: ,sin

)(cosVV

aa

st

sφ

γφλ −===

zavisi od brzine rezanja i strugotine, dubine rezanja, debljine strugotine, ugla smicanja i grudnog ugla alata.

Vrednost faktora sabijanja strugotine eksperimentalno se određuje na tri načina: merenjem brzine rezanja i brzine strugotine, zapreminskom metodom i masenom metodom.

Najjednostavniji postupak određivanja faktora sabijanja strugotine se zasniva na jednakosti zapremina sloja materijala pre rezanja i strugotine (zapreminska metoda):

ssss lbalba;VV ⋅⋅=⋅⋅= , tako da za bs ≈ b sledi: .ll

aa

s

s λ==

To znači da se postupak svodi na identifikovanje pređenog puta alata ili dužine mate-

rijala pre rezanja (slika 3.10): ,S

lDl 1⋅⋅=

π i merenje dužine strugotine nakon rezanja ls.

D

S

l1l

SSlika 3.10. Šema identifikovanja dužine strugotine pre rezanja

Masena metoda je nešto tačnija i bazira na jednakosti mase materijala i strugotine. Primenom analitičke vage za merenje mase ms i merila dužina za merenje dužine odrezane strugotine ls stvaraju se uslovi za određivanje faktora. Masa strugotine je:

,lbalbaVm sssssss ρρρ ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=

gde su: as, mm - debljina strugotine; b, mm - širina obrade i ρ, kg/mm3 - specifična masa materijala predmeta obrade.


49

Za bs ≈ b debljina strugotine je: ,lbma

s

ss ρ⋅⋅

=

dok je faktor sabijanja strugotine: ,lA

mlba

ma

a

s

s

s

ssρρ

λ⋅⋅

=⋅⋅⋅

==

gde je: A, mm2 - površina poprečnog preseka strugotine A = a b = a S.

3.2 MEHANIKA REZANJA 3.2.1 Otpori rezanja pri ortogonalnom rezanju Prodiranju reznog klina alata u materijal predmeta obrade (slika 3.11) suprotstavljaju se otpori rezanja. Njihovo poznavanje ima značajnu ulogu u postupku definisanja obradljivosti materijala, habanja reznih elemenata alata, dimenzionisanja elemenata mašina, pogonske snage mašine i sl. Kod ortogonalnog rezanja rezultujuća sila rezanja FR se može razlažiti na:

tangencijalnu silu (silu trenja) FT, koja deluje u ravni grudne površine i normalnu FN, koja deluje u ravni normalnoj na grudnu površinu reznog klina,

silu u ravni smicanja (silu smicanja) FS i normalnu silu FSN, koja deluje u ravni normalnoj na ravan smicanja i

glavnu silu (glavni otpor rezanja) F1 i silu (otpor) prodiranja F2, koja deluje normalno na obrađenu površinu predmeta obrade.

φ

γ

γ

ρ−γ

ρ−γ

φ+ρ−γ

90−ρρ

b

A

F1

F2

FS

FRFSN

FN

FT

aa a

Slika 3.11. Komponente rezultujuće sile rezanja pri ortogonalnom rezanju

U slučaju kosog rezanja javlja se i otpor pomoćnom kretanju F3 (slika 3.12).

Odnos sile smicanja i sile normalne na ravan smicanja ssSN

S tgFF

ρμ == , definiše

koeficijent unutrašnjeg trenja μs odnosno ugao unutrašnjeg trenja ρs. Za praksu je

značajniji odnos sile trenja i normalne sile ρμ tgFF

N

T == , kojim se utvrđuje koeficijent


50

trenja μ odnosno ugao trenja ρ, jer omogućuje izračunavanje pojedinih komponenti rezultujućeg otpora rezanja.

nF2

F1

F3

S

n

S

F2

F3

F1

a) uzdu na obradaž b) popre na obradač Slika 3.12. Komponente rezultujuće sile rezanja u obradi struganjem

Glavna sila rezanja se najčešće i najlakše meri i eksperimentalno određuje. Na osnovu

rezultujućeg otpora rezanja: )(cos

FF 1R γρ −

= , odnosno glavne sile rezanja ostale

komponente rezultujuće sile rezanja mogu se definisati relacijama:

sila trenja ili tangencijalna sila: ,F)(cos

sinFsinFF N1RT ⋅=−

⋅=⋅= μγρ

ρρ

normalna sila: ,)(cos

cosFcosFF 1RN γρρρ−

⋅=⋅=

sila smicanja ili sila u ravni smicanja:

,F)(cos

)(cosF)(cosFF SNs1RS ⋅=−

−+⋅=−+⋅= μ

γργρφγρφ

sila normalna na ravan smicanja )(cos

)(sinF)(sinFF 1RSN γργρφγρφ

−−+

⋅=−+⋅= i

sila prodiranja: )(tgFF 12 γρ −⋅= .

Jednačinama za proračun najčešće se utvrđuje zavisnost glavne sile rezanja. Na bazi glavne sile rezanja određuju se i ostale komponente. Najuticajnije veličine na glavnu silu rezanja su materijal predmeta obrade i parametri režima obrade, pre svih dubina rezanja (a) i korak (S), tako da je najčešće korišćeni izraz oblika: 11 yx

1k1 SaCF ⋅⋅= ,

u kome su Ck1, x1 i y1 - konstanta i eksponenti uticaja materijala predmeta obrade, geometrije alata i uslova obrade.

Za proračun glavne sile rezanja koriste se različiti izrazi oblika: ,SaKAKF ss1 ⋅⋅=⋅= zasnovani na specifičnom otporu rezanja Ks.

gde su: KS, MPa/mm2 - specifični otpor rezanja čija vrednost zavisi od geometrije i materijala alata, materijala predmeta obrade, vrste obrade itd. i A = a S, mm2 - površina poprečnog preseka strugotine.


51

S

b

κa

h h S

b a= ⋅

=

sin

sin

κ

κ

Slika 3.13. Geometrija preseka strugotine u obradi struganjem

Od vrednosti ugla smicanja zavisi utrošak energije pri rezanju, razvijena količina toplote, veličina deformacija i intenzitet razvoja triboloških procesa na alatu i sl. Ugao smicanja se može odrediti na dva načina:

♦ preko faktora sabijanja strugotine i ♦ iz uslova maksimalnog naprezanja na smicanje u ravni smicanja.

Iz izraza za faktor sabijanja strugotine ,sin

)(cosφ

γφλ −= odgovarajućim matematičkim

transformacijama ,sintg

cossin

sinsincoscossin

)(cos γφγ

φγφγφ

φγφλ +=

⋅+⋅=

−= sledi

ugao smicanja .sin

costgγλ

γφ−

=

Određivanje ugla smicanja iz uslova maksimalnog naprezanja na smicanje u ravni smicanja predstavlja Merčant (Merchant) - ov model analize ugla smicanja.

φ

γ

γ

ρ−γ

ρ−γ

φ+ρ−γ

90−ρρ

b

A

F1

F2

FS

FRFSN

FN

FT

aa a

Slika 3.14. Šema određivanja ugla smicanja

3.2.2 Snaga rezanja i pogonska snaga mašine U procesu rezanja potrebno je savladati otpore rezanja i trenja u obradnom sistemu. To znači da se snaga pogonskog elektromotora obradnog sistema sastoji od snage praznog hoda Po i snage potrebne za savladavanje:

glavnog otpora rezanja PF1 , otpora prodiranja PF2 i otpora pomoćnog kretanja PF3.


52

Snaga Po je snaga praznog hoda neopterećene mašine zajedno sa dopunskim gubicima izazvanim opterećenjima pri radu (otpori trenja i drugi otpori u obradnom sistemu). Njena vrednost je promenljiva i zavisi od optrećenja, jer sa opterećenjem rastu pritisci u ležajevima, a usled zagrevanja menja se i koeficijent trenja.

Snaga glavnog otpora rezanja: 41

F106

VFP 1 ⋅

⋅= , kW

zavisi od vrednosti glavnog otpora rezanja (F1, N) i brzine rezanja (V, m/min).

Snaga otpora prodiranja je snaga potrebna za savladavanje otpora prodiranja. Kako je brzina prodiranja jednaka nuli ili približno jednaka nuli, to je i snaga 0P 2F = .

Snaga pomoćnog kretanja: 7p3

F106

VFP 3 ⋅

⋅= , kW

zavisi od otpora (F3, N) i brzine pomoćnog kretanja (Vp, mm/min).

Snaga pogonskog elektromotora: ηη ⋅⋅

⋅== 4

1k106

VFPP , kW

zavisi i od η - mehaničkog stepena iskorišćenja snage mašine, koji uključuje i snagu praznog hoda obradnog sistema Po.

3.4 TERMODINAMIKA REZANJA 3.4.1 Toplota rezanja Pojava toplote u zoni rezanja posledica je pretvaranja mehaničke energije u toplotnu. Toplota utiče na: proces obrazovanja strugotine, plastično deformisanje strugotine i faktor sabijanja strugotine, otpore rezanja, pojavu naslage, intenzitet razvoja procesa habanja reznih elemenata alata i strukturu i debljinu defektnog sloja.

Više od 99,5 % energije (mehaničkog rada) utrošene na deformisanje materijala predmeta obrade i savlađivanje sila trenja na kontaktnim površinama reznog klina alata (grudnoj i leđnoj) pretvara se u toplotu, tako da je količina generisane toplote:

VFAQ 1 ⋅== , J.

Generisana toplota (Q) je rezultat pojave četiri toplotna izvora (slika 3.15) u zonama: Q1 = (75 - 80) % Q - smicanja (primarna zona deformisanja), u kojoj se izvodi

plastično deformisanje materijala predmeta obrade i njegovo pretvaranje u strugotinu,

Q2 = (19 - 22,5) % Q - kontakta grudne površine reznog klina alata i strugotine širine c,

Q3 =(2 - 3,5) % Q - kontakta leđne površine reznog klina alata i obrađene površine i

Q4 = oko 0,5 % Q - zona elastičnih deformacija (ispod zone smicanja).

Kratka analiza toplotnih izvora pokazuje da se najveća količina toplote generiše u zoni deformisanja i na kontaktu grudne površine reznog klina alata i strugotine. Upravo su to i oblasti kojima se, u analizi problematike procesa rezanja i posvećuje najveća pažnja.


53

a

Q1

Q4Q2

Q3

a

Q =75 - 80 %Q 1

Q =0,5 %Q 4Q =2 - 3,5 %Q 3

Q =19 - 22,5 %Q 2

Slika 3.15. Toplotni izvori

a

q4 q1

q2

q5

q3

a

q =8 - 25 %q 4

q =68 - 80 %q 1

q =2 - 10 %q 3

q =2 - 5 %q 2

q =1 - 6 %q 5

c

predmet obradestrugotina

rezni alat

0

20

40

60

80

100Q, %

50 100 150 200 V, m/min

~elik

bronza

mesing

alumin.

sivi liv

00

500

1000

1500

2000

1000 2000Brzina rezanja V, m/min

Sre

dnja

tem

pera

tura

reza

nja

, C

θ sr

o

3000 4000 5000

a) Toplotni ponori

b) Procentualni udeo odvo enja toploteđ Slika 3.16. Toplotni ponori i procentualni udeo odvođenja toplote

Karakter odvođenja (distribucije) toplote zavisi od postupka obrade, brzine rezanja, toplotne provodljivosti materijala predmeta obrade i alata, dimenzija predmeta obrade i alata i sl. Toplotni ponori (slika 3.16.a) su:

q1 = (68 - 80) % q - strugotina; odvodi veći deo toplote generisane izvorom Q1 i deo toplote od izvora Q2 ,

q2 = (2 - 5) % q - rezni alat; odvodi veći deo toplote generisane izvorom Q2 i deo toplote od izvora Q3 ,

q3 = (2 - 10) % q - predmet obrade; odvodi toplotu generisanu izvorom Q4 i deo toplote od izvora Q2 i Q3 ,

q4 = (8 - 25) % q - okolina (sredstvo za hlađenje i podmazivanje); odvodi deo ukupne generisane toplote. Pri obradi bez primene SHP toplota se odvodi vazdušnim strujanjem u okolinu, a pri obradi uz primenu SHP sredstvom i

q5 =(1 - 6) % q - površinski slojevi alata. Deo toplote se akumulira u površinskim slojevima i izaziva povećanje temperature slojeva.

Najveći deo generisane toplote se odvodi strugotinom (slika 3.16.b). Kod malih brzina rezanja količina generisane toplote koja se odvodi strugotinom i predmetom obrade je približno ista. Sa povećanjem brzine rezanja smanjuje se količina toplote koja se odvodi predmetom obrade i alatom. Pri primeni savremenih postupaka obrade visokim


54

brzinama rezanja strugotina odvodi i do 95 % generisane toplote, tako da su alat i predmet obrade praktično hladni.

Poznavanjem toplotnih izvora i ponora može se formirati i jednačina toplotnog bilansa procesa rezanja oblika:

543214321 qqqqqQQQQQ ++++=+++= .

3.4.2 Temperatura rezanja Generisana toplota u zoni rezanja dovodi do zagrevanja predmeta obrade, strugotine i reznog alata i pojave karakterističnih temperaturnih polja i temperatura (slika 3.17). Sa slike 3.17 je evidentno da se različite tačke strugotine i grudne površine reznog klina alata nalaze na različitim temperaturama.

le na povr ina reznog klinađ š grudna povr ina reznog klinaš

200o

250o300

o500

o600o700

o800

o850

o

900o

400o

50o

200o

100o150

o

350o

50o

30o

150o

100o

600o500o

400o

900o

850o

800o

700o

750o

A

A

A (x, y, z)

Slika 3.17. Temperaturna polja pri obradi čelika

U oba slučaja maksimalna temperatura je na sredini kontakta. Temperatura bilo koje tačke u zoni rezanja zavisi od koordinata te tačke (x, y, z) i vremena (t): ,)t,z,y,x(f=θ

funkcija koordinata te tačke (na primer tačke A), za razliku od temperaturskih oblasti ograničenih karakterističnim temperaturnim poljima, izotermama (krivama konstantne temperature). Pored temperature u bilo kojoj tački, za proučavanje procesa obrade rezanjem značajne su i:

temperature u karakterističnim tačkama zone rezanja (slika 3.18.a) i srednja temperatura rezanja (slika 3.18.b).

Temperatura Θ1 nastaje kao posledica loma materijala odnosno raskidanja strukture osnovnog materijala predmeta obrade. Kod žilavijih materijala prouzrokovana je sabijanjem strugotine i raste sa porastom brzine rezanja. Zato se često i naziva temperaturom brzine rezanja.

Temperatura otpora rezanja Θ2 nastaje u korenu strugotine kao rezultat sabijanja i deformisanja strugotine.

Temperatura Θ3 je temperatura kontakta površine strugotine i grudne površine reznog klina alata. Svoj maksimum dostiže na polovini kontakta.


55

Na kontaktnoj površini leđne površine reznog klina alata i obrađene površi ne predmeta obrade javlja se kontaktna temperatura Θ4.

Temperatura zone rezanja je srednja temperatura rezanja Θsr.

a

θ4

θ3θ2

θ1

θ

θ1

θ3

θ

brzina rezanja V, m/min

a

80% 10%

10%θsr

θ

θsr

θ3

200

400

600

800

0 200 400 V, m/min

a) Temperatura u ta kič

b) Srednja temperatura

Slika 3.18. Temperatura u karakterističnim tačkama i srednja temperatura rezanja

Za određivanje vrednosti temperature rezanja postoji veći broj manje ili više tačnih, preciznih i pouzdanih metoda. Sve metode određivanja temperature rezanja se dele u tri grupe i to na metode:

proračuna temperature rezanja, analogije i merenja temperature rezanja.

Metode merenja temperatura alata, strugotine i predmeta obrade se razvrstavaju u dve grupe, zavisno od toga da li se meri temperatura u zoni rezanja ili u tački, tačnije u uskom području alata, strugotine ili predmeta obrade, i to na metode merenja:

srednje temperature rezanja i temperature u tački (na pojedinim mestima).

Za merenje srednje temperature rezanja najčešće se koriste metode: kalorimetarska, metod promene boje tankog sloja oksida, metod termoosetljivih boja ili premaza i metod prirodnih termoparova. Za merenje temperature rezanja u tački primenjuju se: metod veštačkih termoparova, metod poluveštačkih termoparova, radijacijski ili optički metod, metod mikroskopske analize, metod elektrotoplotne analogije i sl.

3.5 TRIBOLOGIJA REZANJA 3.5.1 Priroda triboloških procesa Osnovni tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem (slika 3.21) čine: rezni alat (1), predmet obrade (2) i sredina, koju najčešće čini sredstvo za hlađenje i podmazivanje (3). Tribomehanički sistem ima dva kontaktna para (slika 3.19):


56

prvi - kontakt grudne površine reznog klina alata i strugotine i

drugi - kontakt leđne površine reznog klina alata i obrađene površine predmeta obrade.

1

2

31 - predmet obrade2 - rezni alat3 - sredstvo za hla enje i podmazivanje - SHP

đ

I - kontaktni par II - kontaktni par

AA

FN

Vst Vstrugotina

grudna povr inareznog klina alata

š

le|na povr inareznog klina alata

š

F =Fr 2

obra|enapovr{ina

F - normalna sila; F - radijalna sila; F - otpor prodiranja;V - brzina strugotine; V - brzina rezanja

N r 2st

Slika 3.19. Tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem i kontaktni parovi

Tribološki procesi na kontaktnim površinama grudne površine alata i predmeta obrade utiču na: karakter i intenzitet habanja alata, kvalitet obrađene površine, tačnost obrade, sile rezanja itd. Kontakt strugotine i grudne površine odlikuje: promenljiv kvalitet površina kontakta, neravnomernost naprezanja (napona) i izmena temperature kontakta u širokim granicama od sobne do temperature topljenja. To znači da se klizanje strugotine duž grudne površine odvija u različitim uslovima, od graničnog trenja (veoma retko, skoro nikada) do potpunog mikrozavarivanja kontaktnih površina.

FT

Ft2

- estica alatnog materijalač

1

3

2

1 - rezni alat2 - predmet obrade3 - SHP

F - sila trenja na le noj povr ini reznog klina alatat2 šđF - sila trenja na grudnoj povr ini reznog klina alataT š

Slika 3.20. Kretanje masa u procesu ostvarivanja kontakta

U uslovima visokih toplotnih i mehaničkih opterećenja dolazi do razvoja procesa formiranja i raskidanja frikcionih veza (zavarenih spojeva) između materijala alata i


57

predmeta obrade. Otuda se priroda trenja u procesu rezanja može razjasniti čestom pojavom i raskidanjem frikcionih veza - zavarenih spojeva. Posledica ovih pojava je gubitak energije, utrošak rada na raskidanje veza i generisanje toplote. Pored toga u procesu ostvarivanja kontakta nastaje i kretanje masa između elemenata tribomehaničkog sistema (odlazak čestica alatnog materijala sa strugotinom i obrađenom površinom predmeta obrade - slika 3.20). Odlazak čestica alatnog materijala dovodi do habanja reznih elemenata alata.

3.5.2 Habanje reznih elemenata alata Mehanizmi habanja reznih elemenata alata (slika 3.21) se mogu podeliti na:

♦ mehaničko habanje: abrazivno habanje i mikrorezanje ♦ fizičko-hemijsko habanje: tribohemijsko habanje, atheziono habanje,

difuziono habanje, oksidno habanje i habanje usled zamora.

Abrazivno habanje (2) je mikrorezanje površinskih slojeva reznog klina alata. Mikrorezanje se javlja u uslovima pojave tvrdih čestica (uključaka, karbida, oksida) u zoni rezanja. Tvrde čestice mogu biti i: delići strugotine, produkti habanja, produkti sagorevanja legirajućih elemenata u sredstvu za hlađenje i podmazivanje i sl.

Tribohemijsko habanje je rezultat hemijskog dejstva sredstva za hlađenje i podmazivanje, uticaja okoline, različitih procesa između materijala predmeta obrade i alata i sl. Aktivne komponente, u tečnom i gasovitom stanju, dovode do formiranja prevlake na površinskim slojevima reznog klina alata. Razaranjem prevlake nastaje i habanje alata.

Najčešći vid tribohemijskog habanja je oksidno habanje (4) nastalo kao rezultat difuzije ili athezije kiseonika u površinske slojeve.

Poseban vid tribohemijskog habanja je koroziono habanje.

Jedan od oblika tribohemijskog habanja je i difuziono habanje (1) nastalo kao rezultat međusobne difuzije pojedinih legirajućih elemenata materijala predmeta obrade i alata (ugljenika, volframa, kobalta).

3) adhezivno habanje

mikroelement

alat

predmet obrade

2) abrazivno habanje

rezni alat

predmet obrade

5) zamorno habanje

rezni alat rezni alat

predmetobrade

predmetobrade

SHP SHP

- frikcione veze

Uku

pno

haba

nje

Brzina rezanja(Temperatura rezanja)

Korak ...

1

1 - difuziono habanje2 - abrazivno habanje3 - adhezivno habanje4 - oksidno habanje

F

+_

naponipromenljivipo znaku iintenzitetu

4

2

3

Slika 3.21. Osnovni mehanizmi habanja reznog klina alata


58

Atheziono habanje (3) je proces nastanka i razaranja frikcionih veza - zavarenih spojeva na površinama u kontaka alata i strugotine. Atheziono habanje je prisutno na svim temperaturama, a njegov intenzitet raste sa porastom temperature rezanja, posebno u uslovima pojave naslage.

Zamorno habanje nastaje u uslovima dinamičkih opterećenja. Manifestuje se pojavom mikropukotina koje prerastaju u makropukotine i dovode do odvajanja sitnih delića alatnog materijala. Odvajanjem delića stvaraju se karakteristične jamice i krateri ("pitting"). Dinamička opterećenja su rezultat nedovoljne krutosti i stabilnosti elemenata tehnološkog sistema, neravnomernosti dubine rezanja, nehomogenosti strukture materijala predmeta obrade i sl.

Habanje reznih elemenata alata predstavlja gubitak rezne sposobnosti alata (slika 3.22) i rezultat je:

plastičnog deformisanja reznog vrha alata, krzanja, odlamanja ili razaranja reznog klina alata i habanja reznog klina alata.

H1

H2

a) Habanje b) Krzanje c) Deformisanje Slika 3.22. Osnovni oblici gubitka rezne sposobnosti alata

Plastično deformisanje reznog klina nastaje pri visokim toplotnim i mehaničkim opterećenjima i manifestuje se izmenom oblika kontaktnih površina alata (povijanje grudne i pojava ispupčenja na leđnoj površini reznog klina alata). Krzanje, odlamanje i razaranje reznog klina je nepovoljan oblik trošenja alata, jer dovodi do brzog otkaza alata. Krzanje je odvajanje čestica dimenzija do 0,3 mm, odlamanje odvajanje čestica dimenzija 0,3 - 1 mm i razaranje odvajanje čestica dimenzija iznad 1 mm. Javlja se, uglavnom, kod krtih alatnih materijala (rezna keramika, tvrdi metali na bazi TiC i sl.) i nije funkcija vremena rada. Odlazak čestica alatnog materijala sa strugotinom, obrađenom površinom i sredstvom za hlađenje i podmazivanje dovodi do promene oblika reznog klina alata (habanja alata - slika 3.23). Ta promena se manifestuje preko pojave: kratera na grudnoj i pojasa habanja na leđnoj površini reznog klina alata.

Tri osnovna oblika habanja reznih alata (slika 3.23 i 3.24) su: ♦ habanje isključivo po grudnoj površini reznog klina alata u vidu kratera.

Karakteristično je za obradu alatima od brzoreznog čelika bez primene sredstva za hlađenje i podmazivanje,

♦ habanje isključivo po leđnoj površini reznog klina alata u vidu pojasa habanja odgovarajuće širine. Karakteristično je za završnu obradu i

♦ opšti oblik habanja (habanje i po leđnoj i po grudnoj površini reznog klina alata). Karakteristično je za obradu krtih materijala, čelika sklonih pojavi naslage, obradi većim dubinama rezanja i pri primeni sredstva za hlađenje i podmazivanje i sl.


59

h

LP

GP

a

e

b GP - krater LP - pojas habanjaa - dubina kraterab - irina kraterae - polo aj kraterah - irina pojasa habanja

šž

š

a) Pojas habanja nale noj povr ini:Krti materijali,

male vrednosti korakai brzine rezanja

đ šc) Op ti oblik habanja:š

srednje vrednosti korakai brzine rezanja

b) Krater na grudnojpovr ini:š

žilavi materijali,ve e vrednosti dubine

i brzine rezanjać

d) Op ti oblik habanja:Abrazivni, obojenii laki metali i legure

š f) Krzanje:Plo ice od tvrdog

metala i reznekeramike

če) Deformisanje:

Vrlo velike vrednostibrzine rezanja

Slika 3.23. Oblici habanja reznih elemenata alata

razvrtačpro irivaš čstrugarski no- op ti oblik habanja

žš

spiralna burgija

valjkasta glodala

vretenasta glodala

odvalno glodalo

zup asti noč ž

Slika 3.24. Oblici habanja reznih alata


60

Pored osnovnih javljaju se i drugi oblici habanja kao što su: zaobljenje reznog vrha, radijalno habanje, koncentrisano habanje na leđnoj površini reznog klina itd. Koncentrisano habanje (slika 3.25) se manifestuje pojavom niza žljebova, najčešće u zoni prelaza sa pomoćne na glavnu reznu ivicu.

le na povr inađ š

h L

a) Oblik habanja le ne povr ineđ š

le na povr inađ š

c) Radijalno habanje

hr

h 1 h 2 h 3

h Lh m

ax

b) Koncentrisano habanje

SS S

le na povr inađ š

grudna povr inaš`ljebovi

glavna rezna ivica

pomo na rezna ivicać

Slika 3.25. Koncentrisano i radijalno habanje reznog klina alata

Proces habanja reznih elemenata alata može se pratiti brojnim parametrima koji se dele na:

direktne i indirektne parametre habanja.

Direktni parametri habanja su parametri kojima se prati promena oblika reznog klina alata. To su:

» linijski ili jednodimenzionalni, » površinski ili dvodimenzionalni i » zapreminski ili trodimenzionalni.

Linijski parametri su osnovni parametri habanja. Njima se prate promene dimenzija kratera na grudnoj površini reznog klina alata (a, b) i/ili širine pojasa habanja na leđnoj površini (h), slika 3.26.

h

a

e

b

a - dubina kraterab - {ir ina kraterae - polo`aj kraterah - {ir ina pojasa habanja

h sr

h - srednja { ir ina pojasa habanja

sr

hn

hsr ii

i n=

=

=

∑1

1

A g

A p

Vg

Vp

Slika 3.26. Linijski, površinski i zapreminski parametri habanja reznog klina alata

Površinski parametri habanja (slika 3.26) su: površina poprečnog preseka kratera na grudnoj površini Ag i površina poprečnog preseka pojasa habanja na leđnoj površini Ap.

Zapreminski parametri habanja (slika 3.26) su zapremina pohabanog materijala sa: grudne (Vg) i leđne površine reznog klina (Vp). Parametar habanja može biti i masa pohabanog materijala: sa grudne površine reznog klina, sa leđne površine ili ukupna masa pohabanog materijala.


61

Indirektni parametri habanja (slika 3.27) su parametri koji se odnose na praćenje promena na predmetu obrade, promena u procesu rezanja i sl. kao što su promene: hrapavosti obrađene površine, dimenzija predmeta obrade (tačnosti obrade), otpora rezanja, temperature rezanja i sl.

Rz

T (h)srednja visina neravnina

ΔD

T (h)promena dimenzije - ta nostč

F1

T (h)glavni otpor rezanja

q

T (h)temperatura rezanja

Slika 3.27. Indirektni parametri habanja

Za praćenje habanja reznih elemenata alata koriste se: direktne i indirektne metode. Direktne metode praćenja habanja reznih elemenata alata su metode koje obezbeđuju merenje parametera habanja reznih elemenata alata. To su: masene, mikroskopske, metode otisaka i radioaktivne metode.

Indirektne metode su metode praćenja promene: parametara hrapavosti obrađene površine, dimenzija predmeta obrade, otpora rezanja, temperature rezanja i sl., sa vremenom. To su metode praćenja promena na predmetu obrade i u procesu rezanja. Retko se primenjuju i ne mogu obezbediti praćenja procesa habanja, već samo mogu ukazati na momenat zatupljenja alata. Proces habanja se matematički modelira korišćenjem funkcionalnih zavisnosti promene parametra habanja sa vremenom. Tri osnovne zavisnosti su: krive habanja, intenziteta i otpornosti na habanje. Razvoj procesa habanja reznih elemenata alata sa vremenom se prikazuje, najčešće, krivom promene širine pojasa habanja na leđnoj površini reznog klina alata, poznatom pod nazivom kriva habanja (slika 3.28). Kriva habanja ukazuje na tri karakteristične zone habanja reznih elemenata alata i to zone:

I. inicijalnog (početnog) ili ubrzanog habanja, II. ustaljenog ili normalnog habanja i

III. naglog porasta širine pojasa habanja ili katastrofalnog habanja.

U zoni inicijalnog habanja intenzitet habanja je prouzrokovan visokim specifičnim toplotnim i mehaničkim opterećenjima, nastalim kao posledica relativno male mase reznog klina alata, jer je alat potpuno oštar. U drugoj fazi alat poprima drugi oblik tako da je masa reznog klina veća. To prouzrokuje smanjenje specifičnih opterećenja, kako toplotnih tako i mehaničkih. Posledica je usporavanje intenziteta razvoja procesa habanja i pojava zone ustaljenog ili normalnog habanja.


62

h, mm

hk

h1

T1 Tk T, min

I II III

I - zona inicijalnog habanjaII - zona ustaljenog habanjaIII - zona katastrofalnog habanja

h=0 h1 hk

h

Th

Th

Tmogu i oblici krivihhabanjać

Slika 3.28. Principijelni oblik krive habanja

U trećoj fazi (katastrofalno habanje) dolazi do naglog porasta širine pojasa habanja. Rezni klin alata se menja, pa može doći do pojave krzanja, međukristalnih promena i sl., odnosno do trajne neupotrebljivosti alata. Alat, zbog pojave kritične vrednosti parametra habanja, gubi rezne sposobnosti i postaje neupotrebljiv, tako da bi dalji rad značio, po pravilu, i njegov lom. Krive habanja se analitički mogu aproksimirati, u koordinatnom h - T sistemu (slika 3.28), sa dve parabole oblika: .;; 1zTT0TChI 11

z1 1 <≤≤⋅=∴

.;; 1zTTTCTChII 213z

2 2 >≤≤+⋅=∴

Krive habanja se mogu matematički prikazati i polinomima trećeg ili višeg reda: 3

32

21 TaTaTah ⋅+⋅+⋅= .

Primenom polinoma dobija se jedinstvena zavisnost u sve tri faze habanja, bez obzira na izabrani parametar habanja. Izabrani parametar habanja može se prikazati u funkciji uslova obrade i elemenata režima obrade, funkcijom oblika:

pzyx TVSaCVB ⋅⋅⋅⋅= ,

što znači da njegova vrednost zavisi od dubine rezanja, koraka, brzine i vremena rezanja (postojanosti alata) i sl.

Promena širine pojasa habanja u jedinici vremena predstavlja intenzitet habanja (slika 3.29). Na osnovu funkcionalne zavisnosti krive habanja h = f (T) proizilazi i intenzitet habanja reznih elemenata:

,; 11z

11I

I TT0TzCdTdhII 1 ≤≤⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=∴ −

.; TTTTzCdTdhIII 1

1z22

IIII 2 ≤≤⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=∴ −


63

h, mm

T, min

h

h1

T1

TI

II

T, min

h1

T1

III

I,mmmin

I=f(T)

Slika 3.29. Kriva habanja i intenziteta habanja reznih elemenata alata

Vreme rezanja u toku koga se parametar habanja promeni za jedinicu dužine predstavlja otpornost na habanje (slika 3.30). Proizilazi na osnovu funkcionalne zavisnosti krive habanja oblika T = f (h) i određena je relacijom:

,; 11u

11I

I hh0hTuKdhdTRI 1 ≤≤⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=∴ −

.; hhhhuKdhdTRII 1

1u22

IIII 2 ≤≤⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=∴ −

T, min

h1

T1

T

h, mmh

I

II

h1

R1

hk h, mm

I II

R,minmm

R=f(T)

T

Slika 3.30. Kriva habanja i otpornosti na habanje reznih elemenata alata

Za dati kriterijum zatupljenja hk, na bazi krive otpornosti na habanje, može se odrediti postojanost alata T, jer ista predstavlja površinu ispod krive.

Kriterijum zatupljenja alata definiše trenutak prekida procesa rezanja i zamene alata novim ili preoštrenim. Kod utvrđivanja kriterijuma zatupljenja alata treba: izbe-gavati nepotrebna oštećenja alata - krzanje ili lom alata (nastaje pri visokom stepenu pohabanosti alata); obezbediti zahtevani kvalitet obrade (tačnost obrade i kvalitet obrađene površine); obezbediti maksimalnu ekonomičnost i proizvodnost obrade i sl.

Izbor alata za konkretne uslove obrade rezanjem podrazumeva izbor: vrste, oblika, dimenzija, i materijala alata, uz poznavanje i triboloških karakteristika (kvaliteta) alata. Ispitivanje triboloških karakteristika alata se zasniva na primeni dve grupe metoda: kompleksnih i komparativnih metoda. Kompleksne metode su metode sistematskog ispitivanja alata i formiranja tehnoloških baza podataka. Komparativne metode ili indeksne - relativne metode zasnovane su na upoređivanju ispitivanog i referentnog alata, čiji je indeks kvaliteta 100. Za upoređivanje se koriste osnovni: postojanost alata, brzina rezanja i troškovi obrade i dopunski kriterijumi: otpori rezanja, temperature rezanja, kvalitet obrađene površine, tačnost obrade i sl.


64

Osnovna veličina za utvrđivanje triboloških karakteristika alata je postojanost alata (T). Postojanost alata određena je oblikom krive habanja i kriterijumom zatupljenja alata (slika 3.31). Na osnovu krivih habanja za različite alate (alate od različitih alatnih materijala) identifikuju se odgovarajuće postojanosti alata i određuje indeks triboloških karakteristika alata:

.100TTI

A

BTaB ⋅=

Pri tome je jedan od alata etalon alat (npr. alat A), čiji je indeks triboloških karakteristika 100. Postojanosti alata (TA, i TB) su određene na bazi zadatog kriterijuma zatupljenja alata hk.

h

T

hk

TA TB

A

B

ITTaB

T B

A

= ⋅ 100I aT

100 100

A B

A lat Slika 3.31. Krive habanja pri primeni različitih alata

3.5.3 Obradljivost materijala Projektanti i konstruktori različitih delova i elemenata pri izboru materijala posebnu pažnju obraćaju samo na osobine materijala (tvrdoća, zatezna čvrstoća, žilavost, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i sl.). Međutim, cena i kvalitet projektovanih i konstruisanih elemenata zavise i od obradljivosti materijala. Obradljivost materijala je relativna osobina materijala predmeta obrade, koja se definiše kao lakoća kojom se izvodi obrada. Pojam obradljivosti materijala je složen i razmatra se istovremeno sa više aspekata i u različitim uslovima obrade. Tako, na primer, materijal dobre obradljivosti u obradi struganjem može da ima nisku obradljivost, na primer, u obradi provlačenjem i sl. Ispitivanje obradljivosti materijala se zasniva na primeni dve grupe metoda:

♦ komparativnih i ♦ kompleksnih metoda.

Komparativne metode ili indeksne - metode relativne obradljivosti su zasnovane na upoređivanju obradljivosti ispitivanog i referentnog (etalon) materijala, čiji je indeks obradljivosti 100. Kompleksne metode su metode sistematskog ispitivanja obradljivosti i formiranja tehnoloških baza podataka.

Kriterijumi za ocenu obradljivosti materijala predmeta obrade, pri komparativnim ispitivanjima, se formiraju na osnovu: postojanosti alata, ekonomične brzine rezanja, troškova obrade, otpora rezanja, temperature rezanja, parametara hrapavosti obrađene površine i sl.


65

Postojanost alata je jedan od osnovni pokazatelja za definisanje indeksa obradljivosti materijala. Na osnovu formiranih krivih habanja za različite materijale (slika 3.32) i utvrđenih kriterijuma zatupljenja alata identifikuju se vrednosti postojanosti alata (TE i TA) pri obradi različitih materijala.

h

T

hk

TA TB

AB

I TTmB

T Bi

Ai= ⋅ 100I m

T

100 100

A B

materijal Slika 3.32. Krive habanja i indeks obradljivosti materijala

Ako se indeks obradljivosti materijala A (etalon materijala) označi sa 100 tada je indeks obradljivosti materijala B:

.100TTI

A

BTmB ⋅=

Kompleksne metode su metode utvrđivanja skupova funkcija obradivosti, koje obezbeđuju kompleksna znanja o mehanici, termodinamici, tribologiji i ekonomici rezanja, kao i kvalitetu obrade. Odlikuju ih kompleksna, dugotrajna i skupa ispitivanja, uz veliki utrošak raspoloživih resursa. Zato se i koriste za sistematska i sistemska ispitivanja usmerena formiranju tehnoloških baza podataka (TB) neophodnih za razvoj računarski podržanih sistema projektovanja tehnologija.

3.5.4 Sredstva za hlađenje i podmazivanje - SHP Sredstva za hlađenje i podmazivanje predstavljaju treći element tribomehaničkog sistema u obradi rezanjem (slika 1.13). Primena SHP počela je još u ranim fazama razvoja procesa obrade metala rezanjem sa ciljem da se oblivanjem prostora u kome se izvodi proces rezanja prvenstveno odvede generisana toplota, a zatim smanji trenje na kontaktnim površinama alata, slika 3.33.

p

p

p

SHP

SHP

SHP

p

pSHP

SHP

a) Polivanjem prekostrugotine

b) Pod pri tiskom u pravcugrudne i le| ne

povr{ine

c) Pod viskom pri tiskomkroz rezni alat

d) Unutra{nje hla| enje krozdr{ku alata

Slika 3.33. Dovođenje SHP i hlađenje alata i predmeta obrade


66

Uklanjanje viška materijala sa predmeta obrade, bilo kojom vrstom obrade metala rezanjem, ostvaruje se u uslovima koje karakterišu visoke temperature rezanja i visoki pritisci na kontaktnim površinama alata i predmeta obrade. Tribološki procesi koji se u ovakvim uslovima razvijaju dovode do intenzivnog trošenja alata i pojave velikih neravnina na obrađenoj površini. Intenzitet razvoja triboloških procesa je funkcija, pored ostalog, i količine generisane toplote koja se razvija u zoni rezanja i pritiska između kontaktnih površina. Zato su osnovni zadaci, mehanizmi dejstva i uloga (time i karakteristike) SHP:

♦ sposobnost hlađenja - toplotna provodljivost, ♦ sposobnost podmazivanja - sposobnost smanjenja trenja i ♦ zaštitna sposobnost - sprečavanje neželjenih pojava u procesu obrade.

U procesu rezanja prisutni su i drugi mehanizmi dejstva SHP (slika 3.59) kao što su: mahaničko dejstvo, difuziono dejstvo i spirajuće dejstvo. Oblivajući strugotinu, alat i predmet obrade, SHP odvodi deo generisane toplote u zoni rezanja, smanjujući temperaturu rezanja. Efekat hlađenja zavisi od načina dovođenja (slika 3.33), vrste i kvaliteta SHP itd.

Mehanizam podmazivanja kontaktnih površina alata, pri primeni SHP, je još uvek nedovoljno razjašnjen. Smanjenje trenja formiranjem nosećeg (uljnog) filma nekog fluida između kontaktnih površina obezbeđuje se kod većine kliznih parova (slika 3.34). Eksperimentalna ispitivanja su pokazala da se pri veoma malim brzinama rezanja može formirati noseći film SHP i da se u tim slučajevima intenzitet trenja smanjuje i do 80 %. Međutim, pri porastu brzine rezanja mogućnosti formiranja nosećeg filma su svedene na minimum, zbog pojave visokih temperatura i kontaktnih pritisaka pri kojima se razara noseći film i ostvaruje direktni kontakt alata i predmeta obrade.

rezni alat

predmet obradeSHP

kl izni par rezni alat - predmet obrade

uljni film

element 1

element 2

FN

V

FN

V

Slika 3.34. Noseći - uljni film u uslovima trenja klizanja i obrade rezanjem

Sredstva za hlađenje i podmazivanje imaju i značajnu zaštitnu ulogu, koja zavisi od njihove zaštitne sposobnosti. SHP treba da: spreče pojavu korozije na elementima tehnološkog sistema, zadrže stabilnost u procesu obrade (ne smeju se razlagati, obrazovati penu itd.), spreče stvaranje otrovnih para i negativne reakcije na koži radnika, ne poseduju neprijatan miris, ne rastvaraju sredstva za podmazivanje (maziva) i ne dovode do drugih negativnih reakcija i sl.

Vrste SHP Razvoj SHP zasniva se na stvaranju fluida koji može efikasno da hladi zonu rezanja (odvodi generisanu toplotu), efektivno da podmazuje kontaktne površine alata i predmeta obrade i da pri svemu tome ne utiče negativno na radnika, elemente tehnološkog sistema i okolinu.


67

Efikasno hlađenje obezbeđuje voda, jer ima visoku termičku provodljivost i specifičnu toplotu. Ali, voda ima izuzetno slaba podmazujuća svojstva, ispira sredstva za podmazivanje elemenata i sklopova, izaziva koroziju i sl.

Mineralna ulja imaju izvanredna podmazujuća svojstva, deluju antikoroziono na elemente tehnološkog sistema, podmazuju i klizne parove. Međutim, njihova termička provodljivost i specifična toplota su izuzetno niske, tako da je efekat hlađenja izuzetno mali. Rešavanje ova dva suprotna zahteva dovelo je do razvoja niza SHP, koja se mogu razvrstati u tri grupe:

uljne emulzije, hemijska - sintetička sredstva i čista ulja za rezanje.

Uljne emulzije su mešavina mineralnih ulja, emulgatora i vode. Koriste se u proizvodnim operacijama koje se izvode velikim brzinama rezanja, pri relativno niskim vrednostima otpora rezanja. U ovim uslovima obrade primarna je sposobnost hlađenja (struganje, bušenje, glodanje...). Dele se na:

» mlečne - neprozirne emulzije,

» čiste mlečne, prozirne ili transparentne emulzije i

» mlečne emulzije sa EP aditivima (aditivi visokog pritiska).

Hemijska ili sintetička sredstva su rastvori neorganskih i organskih materija u vodi sa ili bez aditiva za poboljšanje triboloških i drugih karakteristika sredstva. Dele se na:

» hemijska - sintetička SHP za brušenje i

» hemijska - sintetička SHP za struganje, bušenje i glodanje.

Polusintetička sredstva sadrže manju količinu mineralnih ulja od uljnih emulzija i veću količinu emulgatora i površinski aktivnih molekula od hemijskih. Uljne emulzije, hemijska - sintetička i polusintetička sredstva sadrže i odgovarajuće dodatke - aditive:

» emulgatore (stvaranje kvalitetne emulzije), » inhibitore korozije (sprečavanje pojave korozije), » antipenušavce (sprečavanje penušanja sredstva), » baktericide (sprečavanje biološkog zagađenja sredstva) i » EP aditive (obezbeđenje mogućnosti primene sredstva u uslovima obrade

sa visokim kontaktnim pritiscima).

Čista ulja za rezanje su mineralna ulja sa ili bez aditiva. U ovu grupu spadaju i masna ulja. Koriste u proizvodnim operacijama u kojima je bitna sposobnost podmazivanja i antikoroziona stabilnost SHP (provlačenje, izrada zupčanika...). Dele se na:

» aktivna sa EP aditivima i » neaktivna sa EP aditivima.

Izbor SHP podrazumeva izbor pre svega: vrste SHP, koncentracije SHP, tipa aditiva, i zavisi od: vrste obrade, materijala alata, materijala predmeta obrade i sl.


68

Osnovna veličina kojom se ocenjuju tribološke karakteristike SHP je postojanost alata (T). Postojanost alata određena je oblikom i položajem krive habanja i kriterijumom zatupljenja alata (slika 3.35).

h

T

hk

TA TB

SHP A

SHP B

ITTshpB

T B

A= ⋅ 100I shp

T

100 100

SHPA

SHPB

SHP Slika 3.35. Krive habanja pri primeni različitih SHP

Ekološki aspekti primene SHP Proizvodne procese, pored izrade delova i proizvoda, prati i pojava različitih tipova otpada (slika 3.36) kao što su: otpadne vode, ulja i emulzije, hemikalije i drugi vidovi organskih i neorganskih zagađivača životne sredine. Sve vidove otpada treba evidentirati, odložiti i odstraniti, čime se sprečava zagađenje životne sredine i stvaraju podloge za razvoj i izgradnju sistema zaštite životne sredine prema zahtevima standarda upravljanja kvalitetom (standardi ISO 9000 i ISO 14000) i međunarodnih konvencija u oblasti zaštite životne sredine.

proizvodiuslugestrugotinaotpadna SHPostal i otpad

osnovni i pomo}nimaterij al

energijavodaznanje

PROIZVOD NI PROCES

- evidencija- odlaganje- regeneracija (recikla a)- odstranjivanje

Slika 3.36. Strukturni elementi proizvodnog procesa

Višestruko negativno delovanje SHP na čoveka, elemente tehnološkog sistema i radnu i životni sredinu zahteva razradu ekološkog sistema primene SHP u cilju ekološke zaštite životne sredine (slika 3.37). To iz razloga što neorganska (strugotina, produkti habanja, prašina i sl.), organska (papir, cigarete, kafa, hrana i sl.) i biološka (bakterije i gljvice) zagađenja SHP u toku pripreme i korišćenja dovode do velikog broja posledica. Posledice se ogledaju u pojavi neprijatnog mirisa i isparenja, promeni boje i stabilnosti SHP, pojavi korozije na elementima tehnološkog sistema, penušanja, infekcija, alergija i drugih štetnih dejstava SHP. Osnovu ekološkog sistema poslovanja sredstvima za hlađenje i podmazivanje čini sistem održavanja propisanih osobina SHP sastavljen iz dva nivoa zaštite. Prvi nivo je smanjenje svih zagađenja SHP, a drugi prečišćavanje i regeneracija SHP. Smanjenje nivo zagađenja se postiže revitalizacijom sistema podmazivanja mašine (sprečavanje ili svođenje na minimum mogućnosti prodiranja SHP i drugih ulja u SHP), sprečavanjem zagađenja izborom SHP (vrsta, koncentracija i sl.), kvalitetnom pripremom SHP, stal-nom kontrolom, prečišćavanjem i poštovanjem propisa, tehničkih uslova i standarda.


69

obaveze preduzetnika

za tita ljudiš za tita ivotinjskog svetaš ž

za tita prirodešza titaivotne sredine

šžza tita na raduš

ekolo ka za titaivotne sredine

š šž

ekolo ka za titaradne sredine

š š

EKOLO KAZA TITA

ŠŠ

ekolo kaza tita prirode

šš

ekolo ka za titaivotinjskog sveta

š šž

- pokazatelji dermatolo kog uticaja SHP- pokazatelji isparljivih gasova nastalih sagoreva- njem SHP- pokazatelji sklonosti ka reagovanju sa ne isto ama- pokazatelji aktivnosti EP aditiva- pokazatelji korozionog delovanja SHP

š

č ć- mogu nost razgradnje- mogu nost recikla e

ćć ž

- pokazatelji sadr aja opas- nih materija u SHP- sadr aj mineralnog ulja u SHP- pokazatelji ekolo kih tro kova

ž

ž

šš

Slika 3.37. Sistem ekološke zaštite životne sredine

Poslovanje sa sredstvima za hlađenje i podmazivanje Savremeni sistem poslovanja sredstvima za hlađenje i podmazivanje zahteva poznavanje metodologije poslovanja SHP koja obuhvata:

izbor SHP sa tribološkog i ekološkog aspekta, skladištenje, pripremu, praćenje i kontrolu SHP, primenu tehnologija prečišćavanja, razgradnje, regeneracije (reciklaže) SHP, primenu proizvodne opreme sa sistemima za razgradnju i regeneraciju SHP, razradu novih postupaka projektovanja proizvodnih procesa koji uključuju

ekološki aspekt primene SHP i sl.

Postupak i kvalitet pripreme SHP zadatog sastava i karakteristika određuje vek trajanja i tehnološku efektivnosti SHP u procesu obrade. Emulzije se pripremaju od koncentrata rastvaranjem u vodi ili od vodenih rastvora različitih komponenata. Rezna ulja su najčešće već pripremljena za upotrebu. Osnovnu pripreme čini uvođenje komponenti SHP (koncentrata, emulgatora, aditiva) u vodu, primenom specijalnih uređaja - miksera (slika 3.38) ili postupaka mešanja, homogenizacije, ultrazvučne disperzije, koloidnog mešanja i sl.


70

12

43

1 6 7

8

9

10

11

5

2

NE →

DA →

Slike 3.38. SHP mikser razvijen u LOMT -u Mašinskog fakulteta u Kragujevcu

Prečišćavanje, razgradnja i regeneracija (reciklaža) SHP se sastoje u primeni različitih principa i postupaka: izdvajanje mehaničkih nečistoća, uništavanja mikroorganizama, izdvajanja nerastvorljvih ulja iz emulzija i rastvora, izdvajanja vode iz čistih reznih ulja i kompleksne razgradnje i regeneracije (reciklaže) SHP, slika 3.39.

SPALJIVA NJE

DESTILACIJAEL EKTROLIZA

FLOTA CIJA

H EMIJSK E

FILTRIRANJE

CENTRIFU -GIRANJE

RAZGRADNJASHP

Slika 3.39. Postupci razgradnje SHP


71

3.6 KVALITET OBRADE Kvalitet proizvoda je kompleksan pokazatelj i funkcija je kvaliteta: konstrukcije dela, izrade i obrade, obradnog sistema, obradnog procesa, pripremka i sl. Kvalitet izrade i obrade je jedan od uslova za postizanje visokog nivoa kvaliteta proizvoda i obuhvata:

tačnost obrade i kvalitet obrađenih površina.

Ova dva kompleksna pokazatelja kvaliteta obrade su u međusobnoj zavisnosti, različito za svaki obradni sistem, i funkcije su velikog broja uticajnih faktora.

3.6.1 Tačnost obrade Tačnost obrade je stepen podudarnosti (bliskosti) obrađenih delova i modela definisanog konstruktivno-tehnološkom dokumentacijom. Uslovljena je zahtevima konstruktivne dokumentacije (oblik, dimenzije, klasa tačnosti, odstupanja i sl.), funkcionalnost, zamenljivost delova i sklopova itd. Osnovni cilj ekonomične proizvodnje, sa minimalnim troškovima obrade, je proizvoditi delove samo onoliko tačno koliko je potrebno, a ne koliko je moguće.

Greške obrade su slučajnog karaktera, retko sistematskog, i ne mogu se unapred predvideti. Međutim, pravilnim izborom tehnologija i parametara obrade mogu se svesti na minimum, u granice dozvoljenih odstupanja. Pri obradi rezanjem se javljaju greške u mikrostrukturi - površinskom sloju i geometrijske greške obrade. Geometrijske greške obrade (slika 3.40) su:

makrogeometrijske i mikrogeometrijske greške.

T

Gre{ka oblika

T

Gre{ka mere

T

Gre{ka polo`ajaM AK ROGEOMETRI JSKE GRE[ KE M IK ROGEOMETRIJSKE

GRE[ KE

T

Hrapavost

Slika 3.40. Geometrijske greške obrade

Mikrogeometrijske greške se odnose na hrapavost obrađene površine, a makrogeometrijske na tačnost - odstupanja: oblika, položaja i mera - dimenzija. Odstupanje oblika je odstupanje stvarnog oblika od idealnog. Dozvoljena odstupanja oblika su pravost, ravnost, kružnost, cilindričnost, oblik linije i oblik površine. Neki primeri označavanja odstupanja oblika na crtežu, prema standardu JUS M. A1. 243, 244 i 246, su prikazani na slici 3.41.

Odstupanja položaja površina su odstupanja međusobnog položaja u odnosu na idealni. Dozvoljena odstupanja položaja (slika 3.41) su odstupanja: pravca (paralelnost, upravnost i ugao nagiba), mesta (lokacija, koncentričnost, koaksijalnost i simetričnost) i tačnosti obrtanja (tačnost, kružnost i ravnost obrtanja).


72

0,1

tolerancija za pravost

0,01

tolerancija za ravnost

0,1

tol erancija za kru`nost

0,1

R

tolerancija obli ka povr{ ine

0,04

tolerancija oblika linije

0,1

tolerancija cilindr i~nosti Slika 3.41. Primeri označavanja odstupanja oblika

3.6.2 Kvalitet obrađene površine Izlazna površina iz tribomehaničkog sistema u obradi metala rezanjem je uvek obrađena površina, površina iza reznog alata.

Pod obrađenom površinom se podrazumeva površinski sloj materijala ispod površine nastale obradom (slika 3.42). To je tanak sloj materijala sastavljen, po Schmalz-u, od dva dela:

♦ spoljašnjeg graničnog sloja i ♦ unutrašnjeg graničnog sloja.

Spoljašnji granični sloj debljine oko 0,0001 - 0,001 mm je sloj koji razdvaja metalnu površinu predmeta obrade od atmosfere ili nekog naležućeg čvrstog tela. Sastavljen je od apsorbovane vode, ulja, gasova i drugih organskih jedinjenja, kao i sloja oksida, nastalih nakon reakcije obrađene površine sa sredinom u kojoj se izvodi proces obrade.

SGS

UGS

[ malc Ja{} er icin

1

6

5

4

32

Slika 3.42. Obrađena površina prema Šmalzu i Jašćericinu

Unutrašnji granični sloj debljine oko 0,01 - 0,05 mm je tanak strukturno izmenjen prelazni sloj materijala u odnosu na strukturu materijala pre obrade. Fizičke i hemijske osobine sloja se znatno razlikuju od osnovnog materijala, a promene su rezultat ukupnih toplotnih i mehaničkih opterećenja, fizičko-hemijskih i drugih međudejstava. Zbog strukturnih promena, promene hemijskog sastava, mehaničkih karakteristika, pojave zaostalih napona i drugih defekata sloj se često naziva i defektnim slojem.


73

Osobine površinskog sloja su rezultat dejstva složenog i međusobno uslovljenog kompleksa kinematskih i fizičkohemijskih faktora, među kojima odlučujuću ulogu ima plastično deformisanje, otvrdnjavanje i zagrevanje predmeta obrade. Dve grupe pokazatelja kvaliteta obrađenih površina su:

geometrijske (odstupanje oblika, valovitost i hrapavost) i fizičkomehaničke karakteristike površinskog sloja (struktura, mikrotvrdoća,

zaostali naponi). Geometrijski parametri podrazumevaju odstupanja od geometrijski pravilnog makro i mikro novoa. Fizičkohemijsko stanje površinskog sloja ocenjuje se parametrima koji karakterišu strukturu, fazni i hemijski sastav, deformacije, naprezanja i sl.

Hrapavost obrađene površine Osnovne karakteristike mikrogeometrije obrađene površine (slika 3.43) su:

valovitost i hrapavost obrađene površine.

Valovitost obrađene površine je definisana neravninama kod kojih je odnos koraka (Sv) i visine neravnina (Hv) iznad 40 (Sv / Hv ≥ 40).

S

Sv

Hv

Slika 3.43. Valovitost i hrapavost obrađene površine

Hrapavost obrađene površine čine neravnine kod kojih je odnos koraka (S = 2 - 800 μm) i visine neravnina (H=0,03 - 400 μm) ispod 40.

Hrapavost obrađene površine je skup svih neravnina koje obrazuju reljef površine u granicama odabranog isečka takve veličine da su eliminisane greške oblika i valovitosti. Hrapavost površine zavisi od uslova rezanja, posebno oblika alata, stanja reznih ivica alata, habanja reznih elemenata alata, naslage, vibracija, krutosti elemenata tehnološkog sistema i sl. Razlikuje se poprečna i uzdužna hrapavost.

popre~na hrapavost

V

S

uzdu

`na h

rapa

vost

SV

S

popre~nahrapavost

Slika 3.44. Poprečna i uzdužna hrapavost obrađene površine

Parametri hrapavosti obrađene površine Za praćenje hrapavosti obrađene površine postoji više od 30 parametara. Prema JUS standardima (JUS M. A1. 020) parametri hrapavosti se dele na: osnovne i dopunske.


74

Tri osnovna parametra hrapavosti su: Ra - srednje aritmetičko odstupanje profila od srednje linije profila, Rz - srednja visina neravnina i Rmax - maksimalna visina neravnina.

m

0

Ra

Rm

ax

y

x

l

y ....1

..... yn

Slika 3.45. Parametri hrapavosti površina

Za njihovo definisanje koriste se dve osnovne veličine: » m - srednja linija profila i

» l - referentna dužina.

Srednja linija profila - m (osa x - slika 3.45) je linija koja seče profil obrađene površine tako da je, u granicama referentne dužine, zbir kvadrata odstupanja svih tačaka profila minimalan:

∑=

→n

1i

2iy .min

Referentna dužina - l je minimalna dužina isečka profila površine, neophodna za pouzdano definisanje paramatara hrapavosti, na kojoj su eliminisani uticaji drugih vrsta nepravilnosti (valovitosti, greške oblika itd.).

Srednje aritmetičko odstupanje profila od srednje linije profila - Ra (slika 3.45) je srednja aritmetička vrednost odstupanja svih tačaka efektivnog profila (y1, y2, ...., yn) od srednje linije profila u granicama referentne dužine:

∫ ⋅=l

0a dxy

l1R .

Maksimalna visina neravnina - Rmax (slika 3.45) je rastojanje dve paralelne prave sa srednjom linijom profila, povučene tako da, u granicama referentne dužine profila, dodiruju najvišu i najnižu tačku profila. Srednja visina neravnina - Rz (slika 3.46) je razlika srednjih aritimetičkih vrednosti pet najviših i pet najnižih tačaka profila u granicama referentne dužine:

.5

RRRRR5

RRRRRR 10864297531z

++++−

++++=


75

RR

l

Rz

R1

R2

R6

R3

R8 R

5

R7

R10

R9

R4

Slika 3.46. Srednja visina neravnina

Pored osnovnih postoji i veći broj dopunskih parametara hrapavosti. Prema JUS standardima to su:

dužina nošenja profila, koeficijent nošenja profila, kriva nošenja profila i sl.

Dužina nošenja profila - lc (slika 3.47) je zbir dužina svih elementarnih odsečaka na profilu, u granicama referentne dužine, koje odseca prava paralelna srednjoj liniji profila

na rastojanju (c): .∑=

=k

1icic ll

0

Rm

ax c

c/R

max

y

x

l

lc1lci lcn

l/Σ lpi

pi

10

1

Slika 3.47. Dužina nošenja profila i relativna kriva nošenja profila

Koeficijent nošenja profila - pnc je odnos dužine nošenja profila i referentne dužine

profila: .%,100llp c

nc ⋅=

Kriva nošenja profila, slika 3.47, najbolje govori o rasporedu materijala u hrapavom sloju obrađene površine. Predstavlja grafičku interpretaciju zavisnosti dužine nošenja profila od položaja ravni sečenja (rastojanja ravne površine od gornje granice AA - pi). Sve površine, od najgrubljih do najfinijih, prema standardu JUS M. A1. 020, razvrstane su u 12 klasa hrapavosti površina (tabela 3.3). Označavanje kvaliteta površina na crtežu je propisano standardom JUS M. A0. 065 (slika 3.52).


76

OZNA KE HRAPAVOSTI

Znak Tuma~enjeZna~enje znaka se unosi nacrte u, na primerOzna~ena povr{ina se obra| uj ebilo kojim postupkom obradeOzna~ena povr{ina se obra| uj epostupcima skidanja materijalaOzna~ena povr{ina se ne obra| uje

Ozna~ena povr{ina se obra| uj epostupcima bez skidanja materi jala

N9

N9

N9

=

RASPORED D ODATNIH OZNA KA H RAPAVOSTIa - Klasa hrapavosti il i vrednost R , mb - Postupak obrade i li vrsta prevlake - upisuje se jasno re~imac - Referentna du` ina prema JUS M. A1. 120 ili broj talasnog fi ltra kada odstupa od standardnog brojad - Oznaka pravca prostiranja neravninae - Dodatak za obradu, mm

a

s

μ

λ

f - D rugi parametr i hrapavosti , osim R , uz obavezno upisivanje oznake i vrednosti parametra, m, na pr imer R 12

a

zμPRI MERI OZNAKA:

ea

bc ( f)

d

z B z n

OZ NAKE PRAVCA PROSTIRANJA NERAVNINA

Znak

Tum

a~en

jeO

pisn

oG

rafi~

ko

M

M

C R

C R

Paralelno ravnipr ojekci je ukojoj je znakpostavljen

Upravno naravan projekcijeu kojoj je znak

postavljen

Ukr{teno u dvakosa pravcarelat ivno premaravni projekcije

U vi {epravaca

Pri bli` nokru`no prema

sredi{tupovr{ina

Pribli` noradijal no premasredi{tupovr{ina

VELI^ INA KUKICE

Oznaka

60o

60oH2

H2

H1

H1 d'3,557

57

10

101420

0,350,50,7

d' - debljina linija kukice Slika 3.48. Označavanje kvaliteta površina na radioničkim crtežima

Tabela 3.1: Pregled klasa hrapavosti površina pri pojedinim postupcima obrade

0,025 0,05 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 6,3 12,5 25 50V RSTAOBRA DE

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N9 N10 N11 N12N8GRA DACIJE

KL ASAKVAL ITETA

GRU BA OBRADAPRETH ODNAOBRADA

FI NAOBRADANAJFI NIJA OBRADA

A ritmeti~ko odstupanje od srednje linije prof ila, R , ma μ

Grubo rendisanjeFino rendi sanjeGrubo struganjePrethodno strug.Fino struganjeNajfinije struganjeBu{enjeUpu{tanjeRazvrtanjeFino razvrtanjeNajfinije razvrt.Grubo glodanjePrethodno glod.Fino glodanjeNajfinije glodanjeProvla~enjeFino provla~enjeGrubo bru{enjeNormalno bru{.Fino bru{enjeNajfinije bru{enjeHonovanjeFino honovanjeNajfinije honov.Grubo lepovanjePrethodno lepov.Fino lepovanjeNajfinije lepov.


77

U površinskim slojevima obrađene površine, usled dejstva toplotnih i mehaničkih opterećenja, dolazi do pojave neželjenih efekata kao što su: pojava mikropukotina i zaostalih napona, plastično deformisanje i otvrdnjavanje, promena mikrostrukture i mikrotvrdoće, pojava mestimično nagorelih površina i sl.

3.7 EKONOMIKA REZANJA I REŽIMI OBRADE 3.7.1 Struktura vremena obrade Svi delovi se obrađuju na većem broju obradnih sistema ili jednom obradnom sistem sa većim brojem obradnih jedinica. Savremeni obradni sistemi namenjeni serijskoj i masovnoj proizvodnji projektovani su i izgrađeni tako da izvrše potpunu obradu predmeta određenog oblika. Ukupno vreme obrade serije od Z komada je [89, 126]:

,kpzu tZTT ⋅+= min

gde su: Tpz, min - pripremno - završnog vremene za seriju i

tk, min - komadno vreme (vreme obrade po komadu).

Pripremno - završno vreme je vreme potrebno za proučavanje tehnološke dokumentacije, pripremu obradnog sistema (mašine, alata i pribora i sl.) i raspremanje obradnog sistema (odlaganje pribora, alata, čišćenje i podmazivanje mašine i sl.) nakon završetka izrade serije od Z - komada.

Broj komada u seriji obuhvata broj komada koji se izradi u toku jedne ili više smena, jedne ili više nedelja/meseci.

Komadno vreme ili vreme obrade po komadu se sastoji od osnovnog redoslednog (tor) i izgubljenog vremena (ti). Izgubljeno vreme obuhvata vremenske gubitke u procesu proizvodnje (organizaciono-tehnički i drugi razlozi), dok se osnovno redosledno vreme sastoji od osnovnog vremena (to) i međuvremena (tm), uslovljenog tehnološkim razlozima (prelaz sa jedne na drugu tehnološku operaciju). Osnovno vreme obuhvata glavno vreme obrade (tg) i pomoćno vreme (tp). Komadno vreme je vreme izvođenja jedne proizvodne operacije se može prikazati relacijom oblika:

.min,dgppzk ttttt +++=

u kojoj su: tpz - pripremno završno vreme (tpz = Tpz / Z), tp - pomoćno vreme, tg - vreme efektivnog rezanja (glavno vreme obrade) i td - dodatno vreme.

Pomoćno vreme je vreme koje se troši za realizaciju pomoćnih aktivnosti i kretanja u procesu obrade kao što su: postavljanje i stezanje predmeta obrade, prazni hodovi, otpuštanje i skidanje predmeta obrade i sl. Snima se i određuje metodama studije rada i vremena.

Dodatno vreme je vreme koje se troši na kratke odmore i druge potrebe radnika. Određuje se najčešće u funkciji pomoćnog i glavnog vremena:

%.)(min;,)( 205ptt100pt 1pg1

d −=+⋅=

Glavno vreme ili vreme efektivnog rezanja je vreme koje se troši na direktno oblikovanje predmeta obrade (vreme kontakta alata i predmeta obrade). Definisano je relacijama (slika 3.49):


78

za mašine sa glavnim obrtnim kretanjem min,,Sn

Litg ⋅⋅=

i za mašine sa glavnim pravolinijskim kretanjem: min,,Sn

BitL

g ⋅⋅=

U izrazima su: i - broj prolaza; L, mm - radni hod alata i B, mm - širina obrade.

V, n

S

Ll e

d

L= l+ e

abB

e2 e2

Smm/dh

B= b+ 2 e2a) Obrada struganjem b) Obrada rendisanjem

Slika 3.49. Osnovni parametri za određivanje glavnog vremena obrade

3.7.2 Troškovi obrade Obradne sisteme u kojima se izvodi proces rezanja i oblikovanja predmeta obrade čine:

alatna mašina na kojoj se vrši obrada, rezni alat kojim se izvodi proces rezanja, sredstvo za hlađenje i podmazivanje kojim se poboljšavaju uslovi obrade i radnik koji upravlja procesom obrade.

Vrednost proizvodnje koja se stvara na obradnim sistemima sastoji se iz troškova obrade (Vo) i dodatnih troškova (Vd):

,∑=

+=+=n

1idiodo VVVVV

gde su: Vo, din - troškovi obrade proizvodne operacije i Vdi, din - dodatni troškovi (kontrole, pripreme, doprinosi, energija, vode, pare i sl.) svedeni na proizvodnu operaciju.

Troškovi obrade koji nastaju u obradnom sistemu:

,SHPMARVo +++= din/operaciji

se sastoje od: R - troškova rada, A - troškova alata, M - troškova mašine i SHP - troškova sredstva za hlađenje i podmazivanje.

Troškovi rada su direktno proporcionalni faktoru uticaja bruto ličnog dohotka stručnog radnika (n), bruto ličnom dohotku radnika (k1) i komadnom (ukupnom) vremenu obrade (tk): ,, dintknR k1 ⋅⋅= o znači da se mogu smanjiti smanjenjem komadnog vremena odnosno povećanjem produktivnosti rada. Faktor uticaja bruto ličnog dohotka

stručnog radnika: ,2

1

1

3NN

kk1n ⋅+= zavisi od: k1, k3, din/min - bruto ličnog dohotka

proizvodnog i stručnog radnika i N1, N2 - broja mašina koje opslužuje jedan proizvodni odnosno jedan stručni radnik.


79

Troškovi alata e sastoje od: A1 - troškova zamene pohabanog alata novim ili preoštrenim, A2 - troškova regeneracije odnosno održavanja alata i A3 - troškova amortizacije alata. U izrazu su: t1, min - vreme zamene alata, k2, din/min - bruto lični dohodak oštrača, t2, min - vreme oštrenja alata, Ca, din - nabavna vrednost alata, i - broj mogućih oštrenja alata i T, min - postojanost alata, vreme rada između dva oštrenja alata:

,, dinTt

1iCtktknAAAA ga

2211321 ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++⋅+⋅⋅=++=

Troškovi mašine su definisani izrazom:

,, dint60100F

pCM km ⋅

⋅⋅⋅⋅

=η

u kome su: Cm, din - nabavna vrednost mašine (obradnog sistema) sa priborom, na koju se primenjuje amortizaciona stopa, p = 7-12 % - amortizaciona stopa, F, h - raspoloživi godišnji fond časova rada mašine i η - vremenski stepen iskorišćenja mašine.

Troškovi sredstva za hlađenje i podmazivanje zavise od: Qshp, l - količine utrošenog sredstva za hlađenje i podmazivanje, Cshp, din/l - nabavne cene SHP i tk, min - komadnog vremena obrade:

dint60

CQSHP k

shpshp ,⋅⋅

=

Ukupni troškovi obrade se mogu prikazati kao na slici 3.50.

R

M

A

SHP

TTe

V oV o

RAM

V ,di n

o V ,%

o

0,3

0,2

0,1

0

60

40

20

0

48.7, %

10.5, %

40.8, %

0.370

0.220

0.180

Slika 3.50. Struktura troškova obrade

3.7.3 Postojanost alata

Postojanost alata (T) je vreme neprekidnog rezanja između dva oštrenja ili dve zamene alata. Izražava se u vremenskim jedinicama, mada se koriste i veličine kao što su: pređeni put alata, broj obrađenih komada, zapremina skinute strugotine, površina obrađena u toku procesa rezanja i sl. Postojanost alata zavisi od velikog broja parametara: režima rezanja, geometrije alata, materijala predmeta obrade i alata, vrste alata, vrste i načina dovođenja SHP, vrste proizvodne operacije, postupka obrade, vrste rezanja (prekidno ili neprekidno), dinamičkih pojava u procesu itd. Pri optimalnoj geometriji alata i konstantnim uslovima obrade osnovni parametri uticajni na postojanost alata su korak, brzina i dubina rezanja.


80

Ekonomična postojanost alata je vreme neprekidnog rezanja između dva oštrenja alata (dve zamene alata) pri kome su troškovi obrade minimalni ili je specifična proizvodnost obrade maksimalna. Na osnovu definicije ekonomične postojanosti alata proizilaze i metode proračuna. To znači da se ekonomična postojanost može proračunati na bazi:

troškova obrade, proizvodnosti obrade, vremena izrade i sl.

Ekonomični i merodavni režimi obrade su definisani parametrima: glavnog i pomoćnog kretanja.

Ekonomični režim obrade je režim obrade određen na bazi troškova obrade odnosno ekonomične postojanosti alata. Za izabrani režim obrade bira se mašina. Merodovani režim obrade se projektuje za poznatu mašinu relativno male snage.

4. OBRADA STRUGANJEM 4.1 PROIZVODNE OPERACIJE I ALATI Obrada struganjem je postupak obrade prvenstveno rotacionih delova (vijaka, navrtki, osovina, vratila, čaura, remenica, ...). Ostvaruje se tako što predmet obrade izvodi glavno obrtno kretanje, a alat pomoćno pravolinijsko kretanje (slika 4.1). Relativna kretanja alata i predmeta obrade uslovljavaju i vrstu proizvodne operacije u obradi struganjem (uzdužna i poprečna obrada, izrada konusa i sl.).

2

1

Uzdu na obradaž

1

3Popre na obradač

1

2

usecanje - odsecanje

1

2

izrada konusa Slika 4.1. Osnovna kretanja alata i predmeta obrade u obradi struganjem

Glavno kretanje (1) je definisano brzinom rezanja (V, m/min) - brojem obrta predmeta obrade (n, o/min). Pomoćno kretanje (2) je određeno korakom (S, mm/o - aksijalno pomeranje alata za jedan obrt predmeta obrade) i brzinom pomoćnog kretanja (Vp, mm/min). Osnovni geometrijski parametri obrade su širina i debljina reznog sloja (slika 4.2):

κsinab = i κsinSh ⋅= ,

tako da je površina poprečnog preseka reznog sloja: hbSaA ⋅=⋅= .

S

b

κ

a

hD d

Slika 4.2. Površina poprečnog preseka strugotine u obradi struganjem


82

Dubina rezanja (a) zavisi od dodatka za obradu i iznosi:

2dDa −

= ili 2

a iδ=

gde su dodaci za obradu (slika 4.3, tabele P.4 - P.10, Priručnik [79]): δ1 - dodatak za grubu obradu, δ2 - dodatak za finu obradu i δ3 - dodatak za brušenje.

LD

δ 2/2

δ 3/2

L δ3p

δ1pδ2p

D

Uzdu na obradaž Popre na obradač Slika 4.3. Dodaci za obradu u obradi struganjem

4.1.1 Proizvodne operacije u obradi struganjem Proizvodne operacije obrade struganjem se, prema kvalitetu obrađene površine, razvrstavaju na proizvodne operacije: grube i fine obrade, odnosno proizvodne operacije:

♦ prethodne i ♦ završne obrade,

pri čemu su proizvodne operacije prethodne obrade operacije grube obrade, a proizvodne operacije završne obrade operacije grube ili fine obrade.

Obradom struganjem (slika 4.4) se realizuje veliki broj operacija kao što su: ♦ uzdužna obrada (spoljašnja i unutrašnja - a), ♦ poprečna obrada (spoljašnja i unutrašnja, usecanje, prethodno i završno

odsecanje - b), ♦ izrada konusa (spoljašnjeg i unutrašnjeg - c), ♦ izrada profila (profilnim alatom i kopiranjem - d), ♦ nerotaciono struganje (prizmatičnih delova i leđno struganje - e), ♦ izrada navoja (spoljašnjeg i unutrašnjeg - f), ♦ izrada i obrada otvora i rupa itd.

4. OBRADA STRUGANJEM

83

Spolja njaš

obrada otvora obrada rupaUnutra njaš

gruba Zavr naš

usecanje prethodnoodsecanje

zavr{noodsecanje

Spolja nji navojš

Unutra nji navojš

a) Uzdu na obradaž

c) Izrada konusa

d) Izrada profila

f) Izrada navojae) Nerotaciona obrada uz dopunsko oscilatorno

radijalno kretanje alata

b) Popre na obradač

Spolja njaš

Unutra njaš

Spolja njiš Unutra njiš

kopiranjemprofilnim no evimaž

Prizmati ni delovič Le no struganjeđ

Slika 4.4. Proizvodne operacije u obradi struganjem

4.1.2 Alati u obradi struganjem

Strugarski noževi su raznovrsni po obliku, dimenzijama i vrsti alatnog materijala. Prema vrsti obrade razlikuju se strugarski noževi za spoljašnju obradu (uzdužnu i poprečnu), unutrašnju obradu, usecanje i odsecanje, izradu navoja i sl. Prema kvalitetu površine strugarski noževi se razvrstavaju na strugarske noževe za grubu (prethodnu) i završnu (finu) obradu.

Prema obliku strugarski noževi mogu biti pravi, savijeni i krstasti (slika 4.5), a prema obliku poprečnog preseka drške pravougaoni, kvadratni i kružni.

pravi savijeni krstasti Slika 4.5. Oblici strugarskih noževa


84

Prema smeru kretanja u toku obrade strugarski noževi se dele na leve, desne i čeone (slika 4.6). Orijentacija se određuje položajem palca ruke.

desni

glavnose ivoč

glavnose ivoč

levi

desni

levi

Popre nič Slika 4.6. Levi, desni i poprečni strugarski noževi

Prema vrsti alatnog materijala razlikuju se strugarski noževi od brzoreznog čelika, sa lemljenim pločicama od tvrdog metala i mehanički pričvršćenim pločicama savremenih alatnog materijala.

Za izradu strugarskih noževa danas se uglavnom koriste tvrdi metali (sa ili bez prevlake), rezna keramika i super tvrdi materijali u vidu okretnih (izmenjivih) pločica. Pločice se mehanički vezuju za nosače alata, tako da se formiraju različiti tipovi strugarskih noževa (slika 4.7). Strugarski noževi sa okretnim pločicama se ne oštre, već se pločica okreće sve dok se ne iskoriste sve rezne ivice. Iskorišćene i pohabane pločice se prikupljaju i upućuju na reciklažu.

Strugarski noževi sa lemljenim pločicama (slika 4.8) se retko koriste u savremenoj industriji. To iz razloga što je njihova izrada skuplja, a i troškovi eksploatacije su veći zbog potrebe preoštravanja alata (troškovi oštrenja i obrade).

a) Strugarski no evi za spolja nju obraduž š

b) Strugarski no evi za unutra nju obraduž š Slika 4.7. Strugarski noževi sa izmenjivim (okretnim) reznim pločicama


85

a) Strugarski no evi za spolja nju obraduž š

b) Strugarski no evi za unutra nju obraduž š Slika 4.8. Strugarski noževi za lemljenim pločicama

Brzorezni čelici se koriste za izradu profilnih noževa namenjenih obradi složenih i profilisanih površina na jednovretenim i viševretenim automatskim strugovima (slika 4.9).

αα

γ

γ

Kru niž

paralelni

nagnuti

paralelni

nagnuti

Prizmati nič

Slika 4.9. Profilni strugarski noževi


86

Osnovni oblici i dimenzije strugarskih noževa od brzoreznih čelika i sa lemljenim pločicama su standardizovani. Istovremeno su standardizovane i drške strugarskih noževa i okretne pločice. Takvi strugarski noževi spadaju u grupu standardnih strugarskih noževa i proizvode ih visoko specijalizovane kompanije. U metaloprerađivačkoj industriji koriste se i specijalni strugarski noževi, koji se projektuju i izrađuju od strane korisnika.

Strugarski nož (slika 4.10) se sastoji od:

tela alata na kome se nalaze rezni elementi (rezni klin) i drške preko koje se izvodi postavljanje i pričvršćivanje na nosač alata.

Dr kaštelo

osnova

grudnapovr inaš

le napovr inađ

š

pomo nale napovr ina

ćđ

š

glavnose ivoč

pomo nose ivo

ćč

rezni vrh

Slika 4.10. Osnovni delovi strugarskog noža

Leđna i grudna površina reznog klina noža (pločice) se mogu izvoditi sa rubovima (fazetama) utvrđene širine, naročito kada je vrednost grudnog ugla, u oblasti ruba, negativna (slika 4.11).

αo

α α1 o= +2o

αo1

α1

αo2

γo1 γo2

bγ

bα

αo1

α1

γo1 γo2

0,8-1

gruba obradafina obradaαγλ

oo o

oo

so

= −= −= − −

6 8208 0

αγλ

oo o

oo

so

= −= −= − −

6 80 254 0

Slika 4.11. Oblikovanje grudne i leđne površine reznog klina

Grudne površine okretnih pločice su izrađene sa elementima za savijanje i lomljenje strugotine. To su kanali, stepenice (slika 4.12) ili specijalno oblikovani profili sa jedne (jednostrane) ili obe strane (dvostrane pločice). Kanali su različitog oblika i dimenzija, polukružni (manji ili veći), dva kanala (prvi za savijanje kod manjih koraka, a drugi kod većih koraka) i sl. Stepenici su manji i veći ili složene konfiguracije.

manji ve ićpolukrug dva kanala

manji ve ićstepenik

Slika 4.12. Oblici grudne površine okretnih pločica


87

ravan Poravan Pf

ravan Pp

ravan Pr

ravan Ps

Pr Ps

PpPr

Pf

Pr

Pp

Pr

Pn

Pr

αfαo

αn

αp

κr

κ'r

εr

βf

βo

βn

βp

γf

γo

γn

λs

γp

r

f

rκo

oblici vrha reznog klina

Slika 4.13. Rezna geometrija strugarskog noža

Reznu geometriju strugarskog noža (slika 4.13), pored uglova reznog klina γ - grudni ugao, α - leđni ugao i β - ugao klina, određuju:

κ − napadni ugao - ugao između projekcija glavne rezne ivice i pravca pomoćnog kretanja na osnovnu ravan,

κ1 - pomoćni napadni ugao - ugao između projekcija pomoćne rezne ivice i pravca pomoćnog kretanja na osnovnu ravan,

ε - ugao vrha - ugao između projekcija glavne i pomoćne rezne ivice na osnovnu ravan,

λ - ugao nagiba rezne ivice (sečiva) - ugao koji zaklapa glavna rezna ivica sa osnovnom ravni i

r - radijus vrha noža.

Rezni vrh strugarskog noža može biti izveden sa radijusom r ili rubom (fazetom) širine f, pri čemu je napadni ugao fazete κo. Vrednosti grudnog i leđnog ugla reznog klina u procesu rezanja se menjaju u zavisnosti od položaja reznog vrha alata u odnosu na osu predmeta obrade, koraka i ugla nagiba rezne ivice. Ukoliko se rezni vrh alata nalazi iznad ili ispod ose predmeta obrade dolazi do promene uglova u procesu rezanja za vrednost (slika 4.14):

,D

e2sinarc;D

e2sin ⋅=

⋅= γΔγΔ

gde je e - odstupanje vrha reznog klina od ose predmeta obrade.


88

α

γ γ + Δγk =

γk

γk

α α − Δγk =

αk αk

γ γ − Δγk = α α + Δγk =

eD

γ

Δγ

Δγ

Slika 4.14. Uticaj položaja reznog vrha alata na vrednost uglova reznog klina

4.2 OTPORI I SNAGA REZANJA 4.2.1 Otpori rezanja Rezultujući otpor rezanja FR se razlaže na tri komponente (slika 4.15):

♦ F1 - glavni otpor rezanja,

♦ F2 - otpor prodiranja i

♦ F3 - otpor pomoćnom kretanju,

tako da je: .FFFF 23

22

21R ++=

nF2

F1

F3

S

n

S

F2

F3

F1

a) uzdu na obradažb) popre na obradač

F K AK k R

s

s m

1 = ⋅= ⋅

K CAsk

k= ε

Kronenberg:

Slika 4.15. Komponente rezultujućeg otpora rezanja pri uzdužnoj i poprečnoj obradi

Otpori rezanja zavise od uslova obrade, tehnoloških i geometrijskih parametara rezanja, geometrije alata itd. Za orijentacioni proračun komponenti rezultujućeg otpora rezanja u obradi struganjem najčešće se koriste izrazi oblika:

N,SaCF ii yxkii ⋅⋅=

gde su:

» Cki, xi i yi - konstanta i eksponenti otpora rezanja (tabela 2.1, Priručnik [79]), » a, mm - dubina rezanja i S, mm/o - korak.


89

Za tačnije proračune otpora rezanja koriste se složeniji prošireni izrazi ili izrazi u funkciji debljine (h), širine reznog sloja (b) i specifičnog otpora rezanja:

hPOVaz1

1,1Sii KKKKKKhbKF ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= −λγ , N

u kojima su: » KSi1,1 - glavne vrednosti specifičnih otpora rezanja,

» Ki - korekcioni faktori uticaja: K� - grudnog ugla, K� - ugla nagiba rezne ivice, Ka - materijala alata, KV - brzine rezanja, KPO - oblika obrađivane površine, Kh - kriterijuma zatupljenja alata, K�- leđnog ugla i K� - napadnog ugla na otpore rezanja (tabela P.24, Priručnik [79]).

4.2.2 Snaga mašine Snaga mašine u obradi struganjem je:

ηη ⋅⋅

⋅=

⋅⋅⋅

=4

11

106

VF601000VF

P , kW

gde su: η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine (tabela P.22, Priručnik [79]) i V, m/min - brzina rezanja.

4.3 REŽIM OBRADE U OBRADI STRUGANJEM Režim obrade u obradi struganjem (slika 4.16) je određen brzinom rezanja:

min/m,320

nD1000

nDV ⋅≈

⋅⋅=

π

odnosno brojem obrta predmeta obrade:

min/o,D

V320D

V1000n ⋅≈

⋅⋅

=π

i

korakom: S, mm/o - pomeranjem alata za jedan obrt predmeta obrade, a ređe i brzinom pomoćnog kretanja:

SnVp ⋅= , mm/min.

V, n

S

L

l e

da

Slika 4.16. Osnovni elementi proračuna glavnog vremena obrade


90

Na osnovu parametara režima obrade definiše se i glavno vreme obrade:

min,,Sn

Litg ⋅⋅=

gde su, pored poznatih veličina: i = δ /(2 a) - broj prolaza; δ, mm - dodatak za obradu; a, mm - dubina rezanja; L = l +e, mm - hod alata; l, mm - dužina obrade i e = 2 - 5 mm - prilaz alata.

Poprečna obrada se izvodi na strugovima sa stupnjevitom ili kontinualnom promenom brojeva obrta.

Pri poprečnoj obradi na strugovima sa stupnjevitom promenom (broj obrta predmeta obrade je konstantan - slika 4.17) režim obrade je određen: korakom S, mm/o i brojem

obrta: n = f (De), gde je ekvivalentni prečnik približno: ,D32De ≈

dok su tačnije vrednosti definisane u tabeli 2.3, Priručnik [79].

r

D

0 rD/2

Vn n=const

V=f(r)

e

De

Slika 4.17. Zavisnost brzine rezanja i broja obrta u toku obrade (n = const)

Glavno vreme izrade u ovom slučaju je: min,Sn

Ltg ⋅=

gde su: L, mm - hod alata - L=0,5 D'=0,5(D+2 e) za slučaj potpune čeone obrade i n, o/min - broj obrta koji odgovara prečniku De.

Pri poprečnoj obradi na specijalnim strugovima za poprečnu obradu, sa kontinualnom promenom brojeva obrta, brzina rezanja je konstantna do prečnika d (slika 4.23). U tom slučaju režim obrade je određen: korakom S i rasponom brojeva obrta maxmin nn − , pri čemu je: nmin = f (D) i nmax = f (d).

4.3.1 Korak u obradi struganjem Izbor koraka u obradi struganjem obuhvata:

♦ proučavanje proizvodne operacije, ♦ izbor preporučene vrednosti koraka i ♦ proveru i konačni izbor koraka.

Provera koraka se izvodi primenom četiri kriterijuma i to obzirom na: ♦ otpornost drške strugarskog noža, ♦ uslove nastanka strugotine, ♦ kvalitet obrađene površine i ♦ stabilnost predmeta obrade.


91

4.3.2 Brzina rezanja u obradi struganjem Brzina rezanja u obradi struganjem predstavlja obimnu brzinu predmeta obrade. Definisana je za maksimalnu vrednost prečnika obrade D (slika 4.31):

S

V

D d

,1000

nDV ⋅⋅=

π m/min.

Slika 4.31. Geometrija obrade u obradi struganjem

Izbor brzine rezanja se ostvaruje na bazi:

preporuka (približan izbor) ili proračuna.

Približan izbor brzine rezanja se izvodi na osnovu preporuka proizvođača alata ili literaturnih podataka (tabela) datih u zavisnosti od vrste materijala predmeta obrade i alata i drugih parametara obrade (dubine rezanja, koraka), rezne geometrije alata i sl.

Proračun (provera) brzine rezanja se izvodi s obzirom na iskorišćenje:

postojanosti alata i snage mašine. Uticaj dubine rezanja na brzinu rezanja je jednoznačan (slika 4.32), jer sa porastom dubine rezanja vrednost brzine rezanja opada.

V S3S2S1

S > S > S1 2 3

V a3a2a1

a a a1 2 3> >

0,25 Sa Slika 4.32. Uticaj dubine rezanja i koraka na brzinu rezanja

Zavisnost brzine rezanja i koraka je diskontinualne prirode (slika 4.32), sa jednim ili više diskontinuiteta. Sa porastom koraka vrednost brzine rezanja opada.

Sa porastom postojanosti alata i tvrdoće materijala predmeta obrade vrednost brzine rezanja opada. To znači da se tvrđi materijali mogu obrađivati pri manjim vrednostima brzine rezanja i da se veća postojanost alata obezbeđuje smanjenjem brzine rezanja.

4.4 MAŠINE U OBRADI STRUGANJEM Mašine u obradi struganjem (strugovi) se, u zavisnosti od obima proizvodnje, razvrstavaju na strugove za:

pojedinačnu proizvodnju, serijsku proizvodnju i masovnu proizvodnju.


92

4.4.1 Strugovi za pojedinačnu proizvodnju Strugovi za pojedinačnu proizvodnju su strugovi koji se lako mogu prilagoditi prelazu sa jedne konfiguracije predmeta obrade na drugu, sa jednih dimenzija na druge. To su: univerzalni strugovi, strugovi sa vučnim vretenom, strugovi sa vodećim vretenom, strugovi za leđno struganje, strugovi za poprečnu obradu i sl.

EM

no

n =n , n ,..., ni 1 2 m s =s , s ,..., si 1 2 m

glavnovreteno

nosaalata

č

zadnjioslonac(konjic)

prenosnikglavnogkretanja

prenosnikpom nog

kretanjaoć

izmenljivagrupa

zup anikač

mehanizampretvaranjaobrtnog u

pravolinijskokretanje

1 2

4

367

8

510

9

Slika 4.33. Šematski prikaz univerzalnog struga

Univerzalni strugovi (slika 4.33) su strugovi namenjeni realizaciji različitih proizvodnih operacija. Osnovu gradnje čine pogonski elektromotor (1), prenosnik glavnog kretanja (2), izmenjiva grupa zupčanika (3), prenosnik pomoćnog kretanja (4), glavno vreteno (5), vučno vreteno (6), vodeće vreteno (7), nosač alata (8) i konjic (9). Obrtno kretanje se od elektromotora prenosi na glavno vreteno i predmet obrade (10), a preko izmenjive grupe zupčanika, prenosnika za pomoćno kretanje i mehanizma za pretvaranje obrtnog u pravolinijsko kretanje, nosač alata dobija pomoćno pravolinijsko kretanje. Na nosač alata se postavlja rezni alat. Vodeće vreteno se, umesto vučnog, uključuje pri izradi navoja na strugu.

Strugovi za leđno struganje se, najčešće, koriste za izradu glodala sa leđno struganim zubima (1). Alat (2) izvodi dopunsko, periodično oscilatorno, radijalno kretanje za vreme obrtnog kretanja predmeta obrade (slika 4.34).

1

2

Slika 4.34. Princip rada struga za leđno struganje

Strugovi za poprečnu obradu su namenjeni, isključivo, poprečnoj obradi (obrada čeonih površina, usecanje, odsecanje itd.).

Osnovne eksploatacijske karakteristike strugova za pojedinačnu proizvodnju (značajne i pri izboru i nabavci strugova) su:


93

» pogonska snaga mašine P i mehanički stepen iskorišćenja snage η, » raspon brojeva obrta nmin - nmax i geometrijski faktor promene prenosnika

glavnog kretanja ϕn, » raspon koraka Smin - Smax i geometrijski faktor promene prenosnika pomoćnog

kretanja ϕS, » koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk, » gabariti predmeta obrade (maksimalni prečnik obrade i raspon šiljaka -

maksimalna dužina) i sl.

4.4.2 Strugovi za serijsku proizvodnju Strugovi za serijsku proizvodnju se koriste za izradu većeg broja istih delova ili izvođenje većeg broja operacija na istom predmetu obrade. To su: višesečni strugovi, kopirni strugovi, revolver strugovi sa horizontalnom i vertikalnom revolver glavom i sl.

Višesečni strugovi imaju nosač alata sa većim brojem reznih alata. Time je obezbeđena istovremena obrada većeg broja površina (slika 4.35.a).

Kod kopir strugova na nosaču alata se nalazi i šablon. Strugarski nož se, u procesu obrade, kreće u skladu sa kretanjem pipka šablona (slika 4.35.b) i kopira oblik šablona na predmetu obrade.

strugarskino`

pipakablonaš

šablon

a) Princip vi nog rezanjašeseč b) Princip kopiranja Slika 4.35. Princip rada višesečnog i kopir struga

Osnovu konstrukcije revolver strugova čini revolver glava (1- slika 4.36) sa većim brojem alata poređanih prema redosledu izvođenja operacija - zahvata. Pored revolver glave strugovi imaju i dodatne nosače alata (2). Time je obezbeđena kompletna izrada delova različite konfiguracije. Osnovne eksploatacijske karakteristike strugova za serijsku proizvodnju obuhvataju, pored karakteristika strugova za pojedinačnu proizvodnju, i broj nosača alata i broj alata koji prihvata revolver glava.


94

sa horizontalnom revolver glavom

12

sa vertikalnom revolver glavomPriprema revolver struga za grupnu obradu

1-6 pozicije obradeI-III predmeti obrade

1

23

4

56

III

III

III

I

I

II

II

III

III

Slika 4.36. Šematski prikaz revolver strugova

4.4.3 Strugovi za masovnu proizvodnju

Strugovi za masovnu proizvodnju su strugovi koji obezbeđuju smanjenje komadnog vremena i smanjenjem pomoćnog vremena. To su strugovi namenski projektovani i izgrađeni za konkretne proizvode (slika 4.37) ili grupu sličnih proizvoda: automatski strugovi, automati za dugačke delove, revolver - automatski strugovi i sl.

1 2

43

1 - 4 pozicije obrade Slika 4.37. Šematski prikaz izrade tela ventila na automatskom strugu

5. OBRADA BUŠENJEM 5.1 PROIZVODNE OPERACIJE I ALATI 5.1.1 Osnovna kretanja

Bušenje je postupak izrade i obrade otvora i rupa. Glavno obrtno i pomoćno pravolinijsko kretanje izvodi alat (slika 5.1). Glavno kretanje je definisano brzinom rezanja (V, m/min) ili brojem obrta (n, o/min), a pomoćno korakom (S, mm/o - aksijalnim pomeranjem alata za jedan obrt alata) ili brzinom pomoćnog kretanja (Vp= n·S, mm/min).

DDa) Bu enješ

Db) Pro irivanješ c) Razvrtanje

2ϕ

ϕϕ

b

h

S/2 S

1 S1b

h

da a d

b

h

V, nV, n

SV, n

SS

Slika 5.1. Osnovna kretanja i rezni sloj u obradi bušenjem

Geometrijski parametri obrade

Širina i debljina reznog sloja pri bušenju (slika 5.1.a) su: ϕsin2

Db⋅

= i ϕsin2Sh ⋅= ,

tako da je površina poprečnog preseka reznog sloja:

4SDhbA ⋅

=⋅= , mm2.

Kod proširivanja i razvrtanja širina i debljina reznog sloja (slika 5.1.b, c) su:

ϕϕ sin2dD

sinab

⋅−

== i ϕϕ sinZSsinSh 1 ⋅=⋅= ,

dok je površina poprečnog preseka reznog sloja:

Z2S)dD(hbA

⋅⋅−

=⋅= , mm2

gde je Z - broj zuba (reznih ivica) alata za proširivanje ili razvrtanje. Dubina rezanja u obradi proširivanjem i razvrtanjem je:

mm,2

dDa −=


96

dok su dodaci za obradu (slika 5.2, tabela P.11 - Priručnik [79]): δ1 - dodatak za obradu proširivanjem, δ2 - dodatak za obradu grubim razvrtanjem i δ3 - dodatak za obradu finim razvrtanjem.

D1

D2

D3

D

δ2/2δ3/2

δ1/2

Slika 5.2. Dodaci za obradu u obradi bušenjem

5.1.2 Proizvodne operacije u obradi bušenjem

Pored osnovnih operacija (bušenja, proširivanja, upuštanja i razvrtanja) bušenjem se mogu realizovati i druge operacije izrade i obrade otvora i rupa kao što su: zabušivanje, bušenje dubokih otvora (duboko bušenje) i izrada navoja.

Bušenje otvora i rupa (slika 5.3) se izvodi u punom materijalu jednim alatom ili, kod većih prečnika, stepenasto u nekoliko faza, burgijama različitog prečnika.

D

Bu enje spiralnom burgijomš

prvo bu enjeD =0,6 D

š1

drugo bu enješ

Stepenasto bu enješ

DD1

Bu enje ravnomburgijom

š

Slika 5.3. Proizvodne operacije bušenja

Bušenje otvora spiralnim burgijama je efikasno kod otvora manje dubine (odnosa dubine i prečnika otvora l/D ≤ 5). Za otvore veće dubine primenjuje se postupak dubokog bušenja, korišćenjem burgija za duboko bušenje (topovske burgije).

Naknadna i konačna obrada otvora ostvaruje se operacijama proširivanja i razvrtanja (slika 5.4), koje obezbeđuju ostvarenje zadatih dimenzija otvora i propisanog kvaliteta površina.

Obrada krajeva otvora se izvodi upuštanjem (slika 5.5). Sve operacije upuštanja imaju za cilj obezbeđenje pravilnog naleganja vijaka različitog tipa (poravnavanje čeone površine i upuštanje glave vijaka). Ravno upuštanje se primenjuje za obradu čeone površine otvora kroz koji prolazi vijak sa ravnim sedištem (šestougaone glave i sl.), cilindrično za imbus vijak, a konično za vijak sa konusnom glavom.

5. OBRADA BUŠENJEM

97

D

pro irivanješD

prethodnorazvrtanje

D

zavr norazvrtanje

š

a a a

Slika 5.4. Proizvodne operacije proširivanja i razvrtanja

koni nočcilindri nočravno Slika 5.5. Proizvodne operacije upuštanja

Zabušivanje pre bušenja otvora ili gnezda za centriranje (slika 5.6) se koristi pre bušenja ili pre obrade osovina i vratila. Zabušivanje pre bušenja obezbeđuje centriranje i pravilno vođenje spiralne burgije. Izvodi se zabušivačima sa jednostrukim konusom (slika 5.7.a). Zabušivanje gnezda za centriranje, na vratilima i osovinama, obezbeđuje pravilno centriranje i stezanje osovina i vratila u obradi struganjem i brušenjem.

60o

a) Zabu ivanje pre bu enjaš š

b) Zabu ivanje gnezdaš

60o

120o

Slika 5.6. Proizvodne operacije zabušivanja

Izrada unutrašnjeg navoja se ostvaruje korišćenjem jednostrukih ureznika (slika 5.7). Pre izrade navoja buši se otvor čiji prečnik odgovara unutrašnjem prečniku navoja.

d M

do

Slika 5.7. Izrada unutrašnjeg navoja na bušilici


98

5.1.3 Alati u obradi bušenjem

Za bušenje otvora i rupa koriste se burgije, zabušivači i burgije za duboko bušenje. Burgije (slika 5.8) su definisane standardima JUS K.D3.001 - 063. Prema obliku dele se na ravne i spiralne (sa cilindričnom i koničnom drškom), specijalne i sl. Prema vrsti alatnog materijala burgije se dele na burgije od brzoreznog čelika i sa pločicama od tvrdog metala, prema postupku izrade na burgije izrađene glodanjem, valjanjem i brušenjem.

1

2 3 4 6

5

1-ravna burgija; 2-spiralna burgija sa koničnom drškom; 3-spiralna burgija sa

cilindričnom drškom; 4-specijalna spiralna burgija za dovod SHP; 5-zabušivač; 6-spiralna burgija sa pločicom od tvrdog metala

Slika 5.8. Alati za bušenje

1 2 63

4

5

1- sa cilindričnom drškom; 2- sa koničnom drškom; 3-vratni proširivači; 4-konični

upuštač; 5-nasadni proširivač; 6-proširivač sa pločicom od tvrdog metala

Slika 5.9. Alati za proširivanje i upuštanje otvora

5. OBRADA BUŠENJEM

99

Za proširivanje i upuštanje otvora koriste se proširivači i upuštači (JUS K.D3.280 - 342, slika 5.9). Prema obliku razvrstavaju se na: spiralne proširivače sa cilindričnom i koničnom drškom, vratne, sa vođicama, nasadne, sa pločicom od tvrdog metala, specijalne i sl. odnosno cilindrične, konične, specijalne upuštače itd.

Razvrtači (JUS K.D3.100 - 201) se dele na ručne i mašinske, prema konstrukciji na podešljive i nepodešljive, vrsti alatnog materijala na razvrtače od brzoreznog čelika i sa pločicama od tvrdog metala, prema obliku na cilindrične i konične (slika 5.10).

1 2 3 4 56

78

1-razvrtač sa koničnom drškom; 2-razvrtač sa zavojnim zubima; 3-ručni razvrtač;

4-ručni podešljivi razvrtači; 5 i 7-nasadni razvrtači; 6-konični razvrtač; 8-razvrtač sa pločicom od tvrdog metala

Slika 5.10. Alati za razvrtanje

U savremenim proizvodnim uslovima sve češće se koriste burgije (alati) sa izmenjivim pločicama od tvrdog metala, rezne keramike i super tvrdih materijala (slika 5.11) ili burgije (alati) poboljšanih karakteristika, sa prevlakama.

Svi alati za obradu otvora se od drške, vrata, tela i vrha (slika 5.11). Drška obezbeđuje pozicioniranje, centriranje i stezanje burgije. Može biti cilindrična (za burgije prečnika do 20 mm) ili konična (za burgije prečnika preko 5 mm). Vrat se koristi za upisivanje osnovnih karakteristika burgije (materijal i prečnik). Telo čini cilindrični deo, koji odgovara nominalnom prečniku burgije. Na telu se nalaze dva naspramna zavojna žljeba za odvođenje strugotine. Zavojni žljebovi su složenog profila izrađeni tako da obrazuju konično centralno jezgro zamišljenog prečnika od oko 2/15 D na vrhu burgije, sa povećanjem prečnika ka vratu burgije.

Vrh burgije se formira pomoću dva konusa brušenjem na specijalnom uređaju za oštrenje burgija. Na reznom vrhu se uočavaju dve grudne i dve leđne površine. Grudne površine se poklapaju sa površinama zavojnih žljebova. Leđne površine ne obrazuju centralni konus sa uglom 2ϕ, jer bi u tom slučaju došlo do direktnog kontakta sa materijalom. Zbog toga se leđne površine obrazuju pomoću dva konusa (slika 5.11.a), kao presek konusa i tela burgije. Presekom leđnih i grudnih površina nastaju dva glavna sečiva. Glavna sečiva su povezana pomoćnim sečivom nastalim presekom leđnih površina.


100

grudnapovr inaš

le napovr inađ

š


se ivoč

čpomo nose ivo

ćč spiralna burgija

telo dr kaš

rub

čaura

morze konusu icašD ≥ 5

D ≤ 20D

vrh telo vrat dr kaš

Osnovni elementi spiralne burgije

Slika 5.11. Osnovni konstruktivni elementi

Reznu geometriju spiralne burgije (slika 5.12), kao dvosečnog alata, pored uglova reznog klina (α, β i γ), definišu i uglovi:

2 ϕ - ugao vrha spiralne burgije, ψ - ugao nagiba pomoćnog sečiva i ω - ugao uspona spirale - zavojnice.

ax

akx

gx

aMgM

l

gkx

g

a

y

w

mx

mx

p d x

dx

d o

2j

H

D

f

S S' sin= ⋅ ϕ

tg Sd

Sdx

x xμ

π πϕ=

⋅=

⋅⋅

' sin

γ γ μkx x x= +α α μkx x x= −

d Do ≈ ⋅0 2,

S'S

g= 18 - 30o

2j = 90 - 135o

w = 10 - 45o

y < 60o

a = 8 - 14 - na priferijio

aM = 20 - 26 - na popre nom se ivuo

č č

stati ki uglovič

kinematski uglovi

S'

Slika 5.12. Rezna geometrija spiralne burgije

5. OBRADA BUŠENJEM

101

Radni deo proširivača i razvrtača (slika 5.13 i 5.14) se sastoje od dva dela: reznog i kalibrirajućeg. Rezni deo, u vidu konusa sa uglom vrha 2ϕ, obezbeđuje uklanjanje viška materijala, a kalibrirajući vođenje alata, kalibrisanje otvora i održavanje dimenzija (prečnika) alata nakon oštrenja (pomeranjem reznog dela prema dršci alata).

α

π ω

= −

= ⋅ ⋅

= − ⋅

= −

8 10

0 35 0 53 4

o o

o

H D tgd DZ

( , , )

D

f 1d o D2ϕ

ωγ

α

H

kalibriraju i deoćreznideo

f

Slika 5.13. Geometrija alata za proširivanje

Z = 6 - 12razli ite vrednostiugaonog koraka

č

Bν

γ

f

rD

ϕ

45o

α=0

γ

α

γ

kalibriraju i deoć rezni deo

Slika 5.14. Geometrija alata za razvrtanje

5.2 OTPORI I SNAGA REZANJA 5.2.1 Obrada bušenjem Rezultujući otpor rezanja u obrdi bušenjem (slika 5.15) se razlaže na tri komponente:

F1 - glavni otpor rezanja, F2 - otpor prodiranja i F3 - otpor pomoćnom kretanju.


102

F1

Mo

F1

D/4

D

F2 F /23

V

S/2

ϕ

2ϕ

VR HR

M F D K D So s= ⋅ ⋅ = ⋅

⋅24 81

2

F K AF F FF F

s1

2 1 1

3 2

0 7 0 92

= ⋅= − ⋅ ≈= ⋅ ⋅

( , , )sinϕ

Slika 5.15. Otpori rezanja u obradi bušenjem

Međutim, analiza uticaja glavnog otpora rezanja i otpora prodiranja je pokazala da su osnovne komponente rezultujućeg otpora rezanja (slika 5.15):

otpor pomoćnom kretanju: N,SDCF 11 yxf3 ⋅⋅= i

obrtni moment (moment uvijanja): Nmm,SDCM yxm ⋅⋅=

gde su: » Cf, Cm, x1, y1, x i y - konstanta i eksponenti otpora (tabela 3.1, Priručnik [79]), » D, mm - prečnik burgije i S, mm/o - korak.

Snage mašine Na osnovu obrtnog momenta u obradi bušenjem:

,n

P1055,9SDCM 6yxm

η⋅⋅⋅=⋅⋅= Nmm

definiše se snaga mašine: ,1055,9

nSDCP 6

yxm

η⋅⋅

⋅⋅⋅= kW

pri čemu su: η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine (tabela P.22, Priručnik [79]) i n, o/min - broj obrta alata.

Snaga mašine se orijentaciono može proveriti i na osnovu specifične snage rezanja

preko izraza: kW,pqPη⋅

=

gde su, pored poznatih veličina: q, cm3/min - specifična proizvodnost obrade i p, kW/cm3 min - prosečna specifična snaga rezanja (tabela P.25, Priručnik [79]).

5.3 REŽIM OBRADE U OBRADI BUŠENJEM Režim obrade u obradi bušenjem (slika 5.16) je određen brzinom rezanja:

,320

nD1000

nDV ⋅≈

⋅⋅=

π m/min

5. OBRADA BUŠENJEM

103

odnosno brojem obrta alata: ,D

V320D

V1000n ⋅≈

⋅⋅

=π

o/min i

korakom S, mm/o - pomeranjem alata za jedan obrt alata, a ređe i brzinom pomoćnog kretanja: Vp = n ⋅ S, mm/min

Dl

l 1L

e


Na osnovu parametara režima obrade proračunava se i glavno vreme obrade:

,Sn

Ltg ⋅= min

gde su, pored poznatih veličina: L = l + e + l1, mm - hod alata (slika 5.17); l, mm - dubina obrade; e = 2 - 5 mm - prilaz alata i l1 ≈ D/3, mm - izlaz alata,

Preporučena vrednost koraka bira se u zavisnosti od prečnika burgije, materijala predmeta obrade i alata i drugih parametara, na osnovu preporuka proizvođača alata za bušenje ili iz drugih literaturnih izvora (priručnici, fabrički normativi i sl.).

Provera koraka se izvodi obzirom na: ♦ otpornost spiralne burgije, ♦ mogućnost odvođenja strugotine i ♦ vrednost kinematskog leđnog ugla.

Pod brzinom rezanja u obradi bušenjem podrazumeva se obimna brzina alata na spoljašnjem prečniku. Izbor brzine rezanja se vrši na bazi:

preporuka ili proračunom.

Proračun (provera) brzine rezanja se izvedi s obzirom na iskorišćenje: postojanosti alata i snage mašine.

5.4 MAŠINE U OBRADI BUŠENJEM Mašine u obradi bušenjem - bušilice se mogu razvrstati na različite načine. Prema položaju glavnog vretena na: horizontalne i vertikalne bušilice, a prema broju glavnih vretena na: jednovretene i viševretene bušilice.

5.4.1 Jednovretene bušilice Jednovretene bušilice su namenjene pojedinačnoj i serijskoj proizvodnji. Ovoj grupi bušilica pripadaju: stone, stubne, radijalne, univerzalne radijalne i koordinatne bušilice.


104

Stona bušilica (slika 5.17) se sastoji od nosećeg stuba (1), konzole (2) sa pogonskim agregatom (ektromotor - 3 i prenosnik za glavno kretanje) i radnog stola (5). Ručicom (4) se ostvarivanje ručno aksijalno pomoćno pravolinijsko kretanje radnog vretena (7) sa reznim alatom. Predmet obrade (6) se postavlja na radni sto bušilice (5).

3

1

6

2

4

7

5

Slika 5.17. Šema stone bušilice

3

6

8

2

4

5

1

7

Slika 5.18. Šema stubne bušilice

Stubna bušilica (slika 5.18) je bušilica kod koje se na nosećem stubu (1) nalaze konzola radnog stola (2) i konzola pogonskog agregata (3), sastavljenog od elektromotora (4) i prenosnika za glavno i pomoćno kretanje. Posredstvom ručice (7) se obezbeđuje automatsko ili ručno pravolinijsko pomoćno kretanje radnog vretena (8) sa alatom. Radni predmet (6) se postavlja na radni sto mašine (5).

Radijalna bušilica (slika 5.19.a) se sastoji od nosećeg stuba (1) na kome se nalazi verikalno pomerljiva konzola (2) sa pogonskim agregatom (elektromotorom, prenosnicima za glavno i pomoćno kretanje i radnim vretenom - 3). Bušilica obezbeđuje zakretanje konzole u horizontalnoj ravni, vertikalno pomeranje konzole duž nosećeg stuba i horizontalno pomeranje pogonskog agregata duž konzole, čime je obezbeđeno dovođenje alata u radnu poziciju pri bušenju predmeta obrade (4) postavljenog na radni sto mašine (5). To je posebno značajno kod bušenja predmeta većih gabarita.

Univerzalna radijalna bušilica (slika 5.19.b) je slična radijalnoj bušilici, s tom razlikom što obezbeđuje i zakretanje konzole oko svoje ose, čime je obezbeđeno bušenje otvora pod uglom.

Koordinatna bušilica obezbeđuje bušenje odnosno obradu prema zadatim koordinatama centra otvora, u skladu sa programom utvrđenim koordinatama. Zahteva posebne uslove, u pogledu mikroklime, i obezbeđuje visok kvalitet obrade.

5. OBRADA BUŠENJEM

105

a) Radijalna bu ilicaš b) Univerzalna radijalna bu ilicaš

4

5

1

2

3

Slika 5.19. Šematski prikaz radijalne i univerzalne radijalne bušilice

Osnovne eksploatacijske karakteristike jednovretenih bušilica (značajne i pri izboru i nabavci mašina) su:

» koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk, » pogonska snaga mašine P i mehanički stepen iskorišćenja snage �, » raspon brojeva obrta nmin - nmax i geometrijski faktor promene prenosnika

glavnog kretanja ϕn, » raspon koraka Smin - Smax i geometrijski faktor promene prenosnika pomoćnog

kretanja ϕS, » gabariti predmeta obrade (maksimalni prečnik i dubina bušenja) i sl.

5.4.2 Viševretene bušilice Viševretene bušilice su namenjene masovnoj proizvodnji. To su: redne, bušilice sa viševretenom glavom i viševretene bušilice.

Redne bušilice (slika 5.20) su bušilice sa većim brojem radnih jedinica (pozicija) za istovremenu obradu, u skladu sa tehnološkim postupkom izrade i obrade otvora (na primer, na prvoj bušenje otvora, drugoj proširivanje, trećoj razvrtanje, četvrtoj izrada navoja itd.).

Bušilice sa viševretenom glavom su bušilice koje obezbeđuju istovremenu izradu i/ili obradu većeg broja otvora. Na radno vreteno bušilice postavlja se viševretena glava, sa većim brojem radnih vretena raspoređenih u skladu sa rasporedom otvora na predmetu obrade.

Viševretene bušilice (slika 5.21) su bušilice sa većim brojem radnih vretena raspoređenih u zavisnosti od namene (konfiguracije predmeta obrade). Posebna grupa viševretenih bušilica su agregatne bušilice sa većim brojem različito postavljenih agregata (jednovretenih i/ili viševretenih - slika 5.22).

U osnovne eksploatacijske karakteristike viševretenih bušilica se, pored karakteristika jednovretenih bušilica, ubrajaju i broj radnih vretena, broj agregata itd.


106

Slika 5.20. Šematski prikaz redne bušilice Slika 5.21. Šema viševretene bušilice

Slika 5.22. Neke od šema agregatnih bušilica

6. OBRADA GLODANJEM

6.1 PROIZVODNE OPERACIJE I ALATI 6.1.1 Osnovna kretanja Obrada glodanjem je postupak obrade ravnih površina, žljebova, profilisanih (fazonskih) kontura, površina specijalnog i složenog oblika. Glavno kretanje (slika 6.1) je obrtno kretanje alata definisano brzinom rezanja V, m/min. Pomoćno kretanje je pravolinijsko kretanje predmeta obrade i/ili alata i određeno je brzinom pomoćnog kretanja (Vp = n·S, mm/min - aksijalnim pomeranjem u jedinici vremena), a može biti definisano korakom po zubu (S1, mm/z - aksijalnim pomeranjem za jedan zub alata) i korakom (S, mm/o - aksijalnim pomeranjem za jedan obrt alata).

V, m/minn, o/min

Vp , mm/min

a

V, m/minn, o/min

Vp , mm/min

a

a) obimno glodanje b) eono glodanječ

istosmerno glodanje suprotnosmerno glodanje

V V

Vp Vp

aah m

ax h max

h=0 h=0

S1

Slika 6.1. Osnovni postupci obrade glodanjem

Prema rasporedu reznih elemenata alata (slika 6.1) razlikuju se dva postupka obrade glodanjem:

obimno glodanje i čeono glodanje, pri čemu su zubi glodala za obimno glodanje raspoređeni po obimu cilindra, a kod glodala za čeono glodanje na čeonoj strani diska.


108

Prema smeru međusobnih kretanja alata i predmeta obrade razlikuju se dva postupka obrade glodanjem (slika 6.1) i to obrada:

istosmernim glodanjem i suprotnosmernim glodanjem. Kod obrade istosmernim glodanjem smerovi glavnog i pomoćnog kretanja se poklapaju, dok kod suprotnosmernog glodanja to nije slučaj. Pored toga kod istosmernog glodanja debljina strugotine se menja od maksimalne vrednosti do nule, a kod suprotnosmernog od nule do maksimalne vrednosti hmax.

Osnovni geometrijski parametri obrade glodanjem, pored dubine rezanja (a) i širine glodanja (B), su: ugao kontakta ψ, ugao zahvata ϕ, širina (b) i debljina reznog sloja - strugotine (h), trenutna, srednja i maksimalna.

Ugao kontakta ψ je centralni ugao koji odgovara luku (FD) dodira alata i predmeta obrade (slika 6.2), dok ugao zahvata ϕ definiše trenutni položaj zuba glodala u zahvatu.

Kod obimnog glodanja širina reznog sloja (strugotine) je jednaka širini glodanja b, dok trenutna debljina strugotine (slika 6.2) za proizvoljni ugao zahvata sledi iz trougla ABC:

ϕsinSh 1 ⋅= , gde je S1, mm/z - korak po zubu.

ϕ

A B

C

h

S1

h max

a

ψ

ϕ

O

DE

F

D/2

D 2-

a

CB

A

H1

H

Slika 6.2. Osnovni geometrijski parametri procesa rezanja pri obimnom glodanju

ϕ

κκ

ϕψ

Vp

S1S1

S1r

S1r

VA BC

A B

C

h

baD

EF

GH

b

D

E

Fh

Slika 6.3. Osnovni geometrijski parametri procesa rezanja pri čeonom glodanju

6. OBRADA GLODANJEM

109

Maksimalna debljina strugotine odgovara uglu kontakta i iznosi: ψsinSh 1max ⋅= .

dok je trenutna površina poprečnog preseka reznog sloja:

ϕsinbSbhA 1 ⋅⋅=⋅= , za obimno i

ϕsinaSbhA 1 ⋅⋅=⋅= , za čeono glodanje.

Kod čeonog glodanja širina reznog sloja (slika 6.3) sledi iz trougla GHD:

κsinab = , gde je κ - napadni ugao zuba čeonog glodala.

Dubina rezanja pri obradi ravnih površina glodanjem iznosi:

hha 1 −= ,

gde su h1 i h, mm - dimenzije pre i nakon obrade (slike 6.2 i 6.3), dok su dodaci za obradu (slika 6.3 i tabela P.12 i P.13, Priručnik [79]):

δ1 - dodatak za grubu obradu glodanjem,

δ2 - dodatak za finu obradu glodanjem i

δ3 - dodatak za brušenje.

L

b

Hδ 3

δ 1δ 2 δ 1

δ 2

δ 3H

3 H2 H

1

H

Slika 6.4. Dodaci za obradu u obradi glodanjem

6.1.2 Proizvodne operacije obrade glodanjem Osnovne operacije u obradi glodanjem su obrada:

ravnih površina,

krivolinijskih kontura,

površina specijalnog oblika i

površina složenog oblika.

Obrada ravnih površina (slika 6.5) je obrada horizontalnih, vertikalnih ili nagnutih površina, izrada kanala i žljebova na ravnim i cilindričnim površinama (žljebova za klin), usecanje i odsecanje, obrada stepenastih površina i sl.

Obrada krivolinijskih kontura (slika 6.6) je obrada profilisanih povr-šina, ispupčenja, udubljenja, zaobljenja, zavojnih žljebova, složenih kontura i sl.

Izrada i obrada površina specijalnog oblika glodanjem (slika 6.7) je izrada T - žljebova, profila prizmi, žljebova u vidu ″lastinog repa″, površina sa većim brojem stepenica, pravolinijskih i krivolinijskih žljebova itd.


110

obrada ravnih povr inavaljkastim glodalima

š

obrada ravnih povr inaeonim glodalima

šč

obrada stepenastih povr inavretenastim glodalima

š

izrada ljebovakoturastim glodalima

ž

odsecanjetesterastim glodalima

b

b

aa

ba

b

a

a

Slika 6.5. Neke proizvodne operacije obrade ravnih površina glodanjem

izrada udubljenja obrada ispup enjač

izrada zaobljenja

obrada koni nimglodalom

č

obrada slo enih povr ina garnituromglodala

ž š

Slika 6.6. Neke proizvodne operacije obrade krivolinijskih kontura glodanjem

T - `ljeb "lastin" rep prizma Slika 6.7. Neke proizvodne operacije obrade površina specijalnog oblika glodanjem

Izrada i obrada površina složenog oblika glodanjem (slika 6.8) je izrada zupčanika, navoja, ožljebljenih vratila, gravura alata za kovanje, livenje u kokilama, presovanje itd.

6. OBRADA GLODANJEM

111

2

3

1

izrada navoja vretenastimglodalima

izrada zup anika odvalnimglodalimač

izrada o ljebljenih vratilaodvalnim glodalima

ž

Slika 6.8. Neke proizvodne operacije obrade površina složenog oblika glodanjem

Proizvodne operacije obrade glodanjem se često razvrstavaju i prema vrsti i obliku glodala koje se koristi pri obradi (slika 6.9) na glodanje: valjkastim glodalima, čeonim glodalima, vretenastim glodalima, koturastim glodalima itd.

d D

b

d D

bkoturasta glodala

dvostrana ugaona glodala

a=D

b

D

b

vretenasta glodala

a

d D

b

d D

b

ispup ena polukru na glodalač ž udubljena polukru na glodalaž

a

a

d D

b

aa a

d D

b

testerasta glodala

a

bD

čeona glodala

a

bB

d D

valjkasta glodala

a

Slika 6.9. Proizvodne operacije obrade glodanjem prema obliku alata

Sa aspekta kvaliteta obrade razlikuju se proizvodne operacije: grube obrade glodanjem i fine obrade glodanjem. 6.1.3 Alati u obradi glodanjem Alati u obradi glodanjem - glodala pripadaju grupi višesečnih alati cilindričnog oblika sa reznim elementima raspoređenim po obimu i/ili čeonoj površini. Glodala se razvrstavaju primenom različitih kriterijuma. Prema konstrukciji glodala mogu biti:


112

♦ jednodelna (integralna) glodala - glodala iz punog materijala i ♦ višedelna glodala i to sa:

» umetnutim zubima, » lemljenim pločicama od tvrdog metala i » mehanički pričvršćenim pločicama alatnih materijala.

Prema načinu postavljanja na mašinu (slika 6.10) glodala su: sa koničnom ili cilindiričnom drškom i otvorom - nasadna glodala,

a prema vrsti i obliku: valjkasta, čeona, koturasta, vretenasta, testerasta, profilna, vretenasta za T - žljebove, konična i sl., garniture glodala različitog oblika i namene (slika 6.11) itd.

koturasta glodalaJUS K.D2.043

testerasta glodalaJUS K.D2.151

čeona glodalaJUS K.D2.021

vretenasta glodala JUS K.D2.090

vretenasta glodala JUS K.D2.091

valjkasta glodalaJUS K.D2.020

polukru naispup ena

glodalaJUS K.D2.081

žč

polukru naudubljena

glodalaJUS K.D2.082

ž č žetvrtkru naudubljena

glodalaJUS K.D2.084

jednostranaugaonaglodala

JUS K.D2.070

simetri naugaonaglodala

JUS K.D2.071

č

glodalo zaT - ljebove

JUS K.D2.138ž vretenasta ugaona glodala

JUS K.D2.145 Slika 6.10. Tipovi glodala prema obliku

6. OBRADA GLODANJEM

113

garnitura sastavljena od valjkastog,koturastog i koni nog glodalač

garnitura sastavljena od dva valjkastai tri koturasta glodala

Slika 6.11. Garnitura glodala za obradu složenih površina

Za obradu ravnih površina posebno su značajni alati sa lemljenim ili mehanički pričvršćenim pločicama, poznati pod nazivom glodačke glave (slika 6.12).

sa lemljenimplo icamač

sa izmenjivimplo icamač

Slika 6.12. Glodačke glave

Glodala spadaju u grupu višesečnih alata, što znači da imaju veći broj reznih elemenata (zuba), a time i veći broj reznih ivica. Geometriju alata u obradi glodanjem čine osnovne dimenzije (prečnik - D, širina - B, prečnik otvora ili drške - d), broj zuba glodala i geometrija reznog klina (α, β i γ), slika 13.

geometrija reznog klina

mogu i oblici zubać γ

β

α

γ

β

α

γ

β

α

f

K

α

β γ

glodalo sa le nostruganim zubimađ

ω

γβ

α

GP

LP

fglodala sa glodanim

zubima

koturasto glodalovaljkasto glodalo

αo

α

βo

β

γo

γ

γN

βN αN

Slika 6.13. Geometrija reznih elemenata glodala za obimno glodanje


114

Kod čeonih glodala (slika 6.14) geometrija reznog klina je definisana napadnim (κ) i pomoćnim napadnim uglom (κ1), uglom vrha zuba (ε), uglom nagiba sečiva (λ), radijusom vrha zuba (r) i geometrijom pomoćnog reznog klina (α1, β1 i γ1). Pored geometrije reznog klina geometrija ovih alata je određena i uglom uspona spirale glodala ω.

α1

β 1

γ1

κ 1

κε

β

γ

α

f

κ o

r

GP

LP

r

α1

κ1

α

β

ε

κ

γ

β1

γ1

gloda ka glavač

valjkasto- eono glodaloč

Čeono glodalo saspiralnim zubima

γ γβ β

α

α αο

αο

γο

γ =0ο

βο

βο

desnohodo

levohodo

Slika 6.14. Geometrija reznih elemenata glodala za čeono glodanje

6.2 OTPORI I SNAGA REZANJA 6.2.1 Otpori rezanja U opštem slučaju rezultujući otpor rezanja u obradi glodanjem se može, u koordinatnom sistemu glodala, razložiti na tri komponente:

Fo - glavnu ili obimnu - tangencijalnu silu, koja deluje u pravcu brzine rezanja tangencijalno na glodalo,

Fr - radijalnu ili silu prodiranja, koja deluje u radijalnom pravcu i

Fa - aksijalnu silu, koja deluje u pravcu ose glodala.

Obimna komponenta se koristi za definisanje snage mašine i deformacija predmeta obrade, alata i elemenata mašine. Radijalna komponenta ima važnu ulogu pri proračunu elemenata mašine i alata, kao i identifikovanju vibracija u procesu rezanja.

Obimna sila jednog zuba Fo1: ,hbKAKF smsm1o ⋅⋅=⋅= N

je proizvod površine poprečnog preseka strugotine (A, mm2) i srednjeg specifičnog otpora rezanja (Ksm, MPa). Kako se debljina strugotine povećava od nule do svoje maksimalne vrednosti kod suprotnosmernog glodanja to glavni otpor rezanja raste od nule do maksimalne vrednosti, odnosno smanjuje se od maksimalne vrednosti do nule kod istosmernog glodanja to glavni otpor rezanja opada od maksimalne vrednosti do nule.

6. OBRADA GLODANJEM

115

Za praksu proučavanje i izračunavanje obimne sile jednog zuba nema praktičnog značaja. Zato se utvrđuje obimna sila nastala kao rezultat rezanja zuba glodala koji su istovremeno u zahvatu. To je srednja obimna sila ili kraće obimna sila.

6.2.2 Snaga mašine Snaga mašine u obradi glodanjem proizilazi iz izraza za brzinu rezanja i glavni otpor

rezanja: η⋅⋅

⋅= 4

o106

VFP , kW gde je η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine.

6.3 REŽIM OBRADE U OBRADI GLODANJEM Režim obrade u obradi glodanjem (slika 6.15) je određen brzinom rezanja:

L e e a D a= + + = + + ⋅ −l l l1 ( )

L e= + +l l1

l12 2

2 2= − − =

= ⋅ −

( ) ( )

( )

D D a

a D a

l12 2

2 2

2 2 212

= − − =

= − −

D D b

D D b

( ) ( )

( )

O

BAD/2

a

-aD2

l e l1

h

La) obimno glodanje

b) eono glodanječl e l1

L

b A

B

O

D/2b/2


Brzina pomoćnog kretanja je: ,zSnSnV 1p ⋅⋅=⋅= mm/min.

Pomoćno kretanje se može definisati i: S1, mm/z - korakom po zubu S, mm/o - korakom po obrtu: ,zSS 1 ⋅= mm/o

Glavno vreme obrade: min,,Sn

Litg ⋅⋅=

gde su, pored poznatih veličina: i = δ / a - broj prolaza; δ, mm - dodatak za obradu; L = l + e + l1, mm - hod alata (slika 6.15); l, mm - dužina obrade; e = 2 - 5, mm - prilaz alata i l1, mm - izlaz alata (slika 6.15).

6.3.1 Korak po zubu Preporučena vrednost koraka po zubu se usvaja u zavisnosti od vrste glodanja, materijala predmeta obrade i alata, zahtevanog kvaliteta obrade itd., na bazi preporuka,


116

prvenstveno proizvođača alata, ili preporuke definisanih u specijalizovanim priručnicima, fabričkim normativima i drugoj literaturi. Korak po zubu se najčešće proverava obzirom na:

dozvoljeni ugib vratila glodalice ili alata i kvalitet obrađene površine,

Provera koraka po zubu pri obradi valjkastim i koturastim glodalima (slika 6.16.a) vrši se na osnovu maksimalno dozvoljene vrednosti ugiba vratila glodalice na kome se

glodalo nalazi: ,IElF

1101f

3max

max ⋅⋅

⋅=

gde su: l, mm - raspon ležišta vratila glodalice; I ≈ 0,05 d4, mm4 - moment inercije poprečnog preseka vratila glodalice; d, mm - prečnik vratila glodalice; E, MPa - modul elastičnosti materijala vratila glodalice; fmax = 0,05 - 0,2 mm (do 0,2 mm za grubu i do 0,05 za finu obradu) ili fmax = T/6 - maksimalno dozvoljena vrednost ugiba vratila glodalice i T, mm - širina tolerantnog polja relevantne dimenzije.

b

ad

Fmax

Fmax

l/2

l

f max

a

b

l

d

fmax

a) Obimno glodanje

b) eono glodanjeČ

Slika 6.16. Ugib vratila glodalice i glodala usled dejstva otpora rezanja

Pri obradi vretenastim i čeonim glodalima (slika 6.16.b) korak po zubu se proverava

obzirom na dozvoljeni ugib alata - glodala: ,IElF

31f

3max

max ⋅⋅

⋅=

gde su pored poznatih veličina: l, mm - prepust glodala, I ≈ 0,05 d4, mm4 - moment inercije poprečnog preseka glodala na mestu uklještenja, E, MPa - modul elastičnosti materijala alata (glodala) i fmax, mm - dozvoljeni ugib alata.

6.3.2 Brzina rezanja u obradi glodanjem

Brzina rezanja u obradi glodanjem predstavlja obimnu brzinu glodala:

min,/m,320

nD1000

nDV ⋅≈

⋅⋅=

π

gde su: D, mm - prečnik glodala i n, o/min - broj obrta glodala. Izbor preporučene brzine rezanja se vrši u funkciji vrste materijala predmeta obrade i alata, vrste glodanja i sl., a najčešće u zavisnosti od koraka po zubu, na bazi podataka datih u literaturi i prospektnoj dokumentaciji proizvođača alata.

6. OBRADA GLODANJEM

117

6.4 PODEONI APARATI Podeoni aparati se koriste za ostvarivanje različitog broja podela u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnje, pri bušenju otvora, izradi zupčanika i sl. Dele se na: proste i univerzalne, pri čemu univerzalni podeoni aparati mogu biti mehanički i optički. Mehanički se izrađuju sa izmenjivom grupom zupčanika ili planetarnim prenosnikom. Prema načinu ostvarivanja podele podeoni aparati se dele na podeone aparate sa:

direktnim (neposrednim) deljenjem i indirektnim (posrednim) deljenjem.

Slika 6.17. Klasifikacija podeonih aparata

Prosti podeoni aparati (slika 6.18) spadaju u grupu podeonih aparata sa direktnim deljenjem, što znači da je ugao zakretanja predmeta obrade (4) jednak uglu zakretanja podeone ploče (2). Stezna glava (1) prihvata stožer (3) sa predmetom obrade (4).

Slika 6.18. Prosti podeoni aparat

Prosti podeoni aparati obezbeđuju ostvarivanje broja podela na predmetu obrade (Z′)

koji odgovara broju podela podeone ploče (Z) ili ispunjava uslov: ,kZ'Z = gde je k =

1, 2, 3, ... - ceo broj.

U cilju ostvarivanja željenog broja podela (Z′) utvrđivač podeone ploče (5) se oslobađa, podeona ploča zakreće za jednu ili k - rupa i ponovo fiksira utvrđivačem. Time je ostvarena jedna podela.

Univerzalni podeoni aparati (slika 6.19) spadaju u grupu podeonih aparata sa indirektnim deljenjem. Zakretanje ručice podeonog aparata (1) se preko zupčanika Z3 i Z4 prenosi na puž Zg i pužni točak Zp. Pužni točak je na istom vratilu (2) na kome se nalazi i stezna glava (3) koja prihvata predmet obrade (4). To znači da se zakretanjem


118

pužnog točka zakreće i predmet obrade u skladu sa prenosnim odnosom zupčanika Z3 i Z4 (uglavnom je prenosni odnos 1) i prenosnim odnosom prenosnika puž pužni točak:

,ZZ

Zg

p= koji predstavlja karakteristiku podeonog aparata (Z = 40, 60 ili 80).

Podeona ploča podeonog aparata (5) ima dva niza podela, sa jedne i druge strane ploče, sa različitim brojem podela. Broj obrta ručice podeonog aparata za ostvarivanje

(Z′) podela se definiše relacijom: .'Z

Znr =

Slika 6.19. Univerzalni podeoni aparat

U zavisnosti od mogućnosti realizacije željenog broja podela univerzalni podeoni aparati obezbeđuju tri vrste deljenja: jednostruko, dvostruko i diferencijalno deljenje.

Jednostruko deljenje je moguće primeniti kada se broj obrta ručice podeonog

aparata: ,ba

'ZZnr == može prikazati jednim razlomkom, što znači da je na krugu sa b

podela podeone ploče potrebno ručicu podeonog aparata zaokrenuti za a podela.

6. OBRADA GLODANJEM

119

Dvostruko deljenje se primenjuje kada se broj obrta ručice podeonog aparata može

prikazati relacijom oblika: .dc

ba

'ZZnr +==

Pri tome se prvi razlomak (a/b), na primer, realizuje zakretanjem ručice za a podela po krugu sa b podela, a drugi (c/d) zakretanjem podeone ploče za c podela na krugu sa d podela.

Diferencijalno deljenje se primenjuje u slučajevima kada broj obrta ručice podeonog

aparata: ,'Z

Znr = nije moguće transformisati tako da se primeni jednostruko ili

dvostruko deljenje. U tim slučajevima se usvaja fiktivni broj podela (Z″), približan

željenom broju podela. Broj obrta ručice podeonog aparata je sada: ."Z

Znr =

Željeni broj obrta se dobija korekcijom koja se izvodi povezivanjem izmenjive grupe zupčanika Z5 - Z8 (9 - slika 6.19.c) sa vratilom pužnog točka izborom brojeve zuba

izmenjive grupe zupčanika: ,"Z

)'Z"Z(ZZZ

ZZk

5

6

7

8 −⋅=⋅=

6.5 MAŠINE U OBRADI GLODANJEM Mašine u obradi glodanjem ili glodalice se, prema konstruktivnom rešenju, dele na:

konzolne (horizontalne, vertikalne i univerzalne (slika 6.20), bezkonzolne (posteljne) - horizontalne, vertikalne i univerzalne i glodalice specijalne namene (alatne, kopirne, agregatne, programske,

odvalne, glodalice za navoj i sl.). U zavisnosti od sistema upravljanja razlikuju se: konvencionalne i programsle glodalice. Prema položaju glavnog vretena glodalice se dele na: horizontalne i vertikalne, a prema broju glavnih vretena na: jednovretene i viševretene. Posebnu grupu čine univerzalne glodalice koje mogu raditi kao horizontalne i vertikalne.

Kod konzolnih glodalica kretanja u uzdužnom, poprečnom i vertikalnom pravcu (pravcu osa X, Y i Z) izvodi radni sto, tako da je krutost i stabilnost radnog stola, predmeta obrade relativno niska. Bezkonzolne (posteljne) glodalice obezbeđuju visoku krutost i stabilnost radnog stola, jer isti izvodi dva kretanja (u uzdužnom i poprečnom ili vertikalnom pravcu, pravcu osa Y i X ili Z), dok nosač alata izvodi jedno kretanja u vertikalnom ili poprečnom pravcu, pravcu ose Z ili X. Međutim, najnoviji tipovi glodalica se izrađuju sa jednim kretanjem radnog stola, uzdužnim kretanjem, dok ostala dva kretanja izvodi nosač alata.

Horizontalne glodalice (slika 6.21) se koriste za obradu ravnih površina, površina specijalnog oblika, izradu zupčanika pojedinačnim rezanjem, izradu dugohodih zavojnica i sl. Osnovni elementi horizontalnih glodalica su radno vreteno (1), radni sto (2), jedinica za glavno kretanje (pogonski elektromotor i prenosnik glavnog kretanja - 3), jedinica za pomoćno kretanje (pogonski elektromotor, prenosnik pomoćnog kretanja i sistem prenosnika tipa navojno vreteno - navrtka, 4), postolje (5), sistem upravljanja (komandna tabla, ručice, poluge i sl.), sistem za podmazivanje, sistem za hlađenje i podmazivanje i sl.


120

Slika 6.20. Konzolne glodalice

5

4

2

1

3

X

Z

Y

5

4

231

Y

X

Z

Konzolne glodaliceMTZ

REGIVA

Bezkonzolna glodalica - HURON5

4

3

1

2

X

Y

Z

Slika 6.21. Neki tipovi horizontalnih glodalica

Osnovne eksploatacijske karakteristike glodalica su: » pogonska snaga mašine P i mehanički stepen iskorišćenja snage �,

6. OBRADA GLODANJEM

121

» raspon brojeva obrta nmin - nmax i geometrijski faktor promene prenosnika glavnog kretanja ϕn,

» raspon brzina pomoćnog kretanja Vpmin - Vpmax i geometrijski faktor promene prenosnika pomoćnog kretanja ϕS,

» maksimalna dužina hoda radnog stola u pravcu sve tri ose, » koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk, » gabariti predmeta obrade, » broj radnih vretena kod viševrtenih glodalica i sl.

Kod vertikalnih glodalica (slika 6.23) položaj radnog vretena je vertikalan, mada se sve češće izrađuju glodalice sa radnim vretenima koja se zakreću za odgovarajući ugao.

X

Z

Y

Konzolne glodaliceOERLIKON MTZ

Bezkonzolna glodalica - HURON

X

Z

Y

X

Z

Y

Slika 6.23. Neki tipovi vertikalnih glodalica

Univerzalne glodalice su koncepcijski tako oblikovane da mogu raditi kao horizontalne ili vertikalne. Pored toga većina univerzalnih glodalica obezbeđuju i zakretanje radnog stola. Time se stvaraju uslovi za realizaciju velikog broja proizvodnih operacija, pa i za izradu zavojnih žljebova i dugohodih zavojnica primenom podeonog aparata.

Univerzalne alatne glodalice (slika 6.24), sa horizontalnim i vertikalnim radnim vretenom, se koriste za izradu reznih alata, alata za kovanje, presovanje i sl. Konstruktivno su tako formirane da obezbeđuju obrtanje radnog stola oko jedne ili dve ose i obrtanje nosača alata (glavnog vretena) u cilju postavljanja vertikalnog radnog vretena pod određenim uglom. Snabdevene su i uređajima za bušenje i rendisanje, tako da mogu raditi i kao bušilice ili rendisaljke, što znatno proširuje nomenklaturu proizvodnih operacija.


122

kao vertikalnarendisaljka

kao bu ilicaš

kao horizontalnaglodalica

kao vertikalna glodalica

Slika 6.24. Univerzalna alatna glodalica

Kopirne glodalice su namenjene su za obradu krivolinijskih kontura i profilisanih površina. Poseduju (slika 6.25) dva paralelna vretena od kojih je vreteno (1) glavno vreteno sa glodalom, a vreteno (2) se koristi za smeštaj kopirnog šiljka. Kopirni uređaj radi na hidrauličnom ili električnom principu i obezbeđuje prenos kretanja od kopirnog šiljka do alata, tako da alat izvodi ista kretanja kao i kopirni šiljak.

2 1

2 1

Slika 6.25. Kopirna glodalica

Suština programskog upravljanja se sastoji u automatskom upravljanju radnim organima mašine po unapred zadatom redosledu kretanja, bez učešća radnika. Redosled rada pojedinih organa mašine je definisan programom koji se unosi u upravljačku jedinicu glodalice.

7. OBRADA TESTERISANJEM 7.1 OSNOVNE OPERACIJE I ALATI 7.1.1 Proizvodne operacije u obradi testerisanjem

Obrada testerisanjem (slika 7.1) se koristi prvenstveno za realizaciju proizvodnih operacija odsecanja (sečenja) materijala, mada se može koristiti i za izvođenje operacija isecanja i usecanja. Prema osnovnim kretanjima alata i predmeta obrade, kao i tipu mašine za obradu testerisanjem, razlikuju se postupci obrade na:

kružnim, trakastim i okvirnim testerama.

V p

V p

V p

V

odsecanje na kru`nimtesterama

odsecanje na trakastimtesterama

odsecanje na okvirnimtesterama

V

V

V

Slika 7.1. Osnovni tipovi obrade na testerama

Kod obrade na kružnim testerama alat izvodi glavno obrtno kretanje (brzina rezanja V, m/min ili broj obrta testere n, o/min) i pomoćno pravolinijsko kretanje (korak S, mm/o). Pri obradi na trakastim testerama alat izvodi glavno kretanje brzinom rezanja V, m/min, a predmet obrade pomoćno pravolinijsko kretanje brzinom Vp, mm/min. U


124

obradi testerisanjem na okvirnim testerama alat izvodi glavno pravolinijsko oscilatorno (brzinom V, m/min - brojem duplih hodova nL, dh/min) i pomoćno pravolinijsko kretanje brzinom Vp, mm/min ili korakom S, mm/dh. Posebnu grupu proizvodnih operacija obrade testerisanjem čine i operacije isecanja različitih kontura, kopirnog sečenja i sl. (slika 7.2).

kopirno se enječ

šablon

predmetobrade

testeraisecanje rondela

testera

predmetobrade

testera

predmetobrade

isecanje profila

Slika 7.2. Proizvodne operacije isecanja i kopirnog sečenja na testerama

7.1.2 Alati u obradi testerisanjem

Osnovni alati u obradi testerisanjem su testerasta glodala (kružne testere), trakaste testere i trakasti listovi (lisnate testere, slika 7.3).

lisnate testerekru ne testerež trakaste testere Slika 7.3. Tri osnovna tipa alata u obradi testerisanjem

Kružne testere se izrađuju u vidu tankog diska sa zubima po obimu, tako da u suštini predstavljaju testerasta glodala. Na slici 7.4.a prikazana je geometrija zuba kružne testere. U cilju smanjenja trenja između bočnih površina testere i površina predmeta obrade izvodi se razmetanje, bočno povijanje zuba naizmenično na jednu i drugu stranu (slika 7.4.b). Pri sečenju većih preseka reznog sloja, u cilju smanjenja preseka strugotine po zubu, izvodi se naizmenično sasecanje zuba testere (slika 7.4.c). Time se postiže i ravnomerniji rad mašine. Kružne testere velikih prečnika (iznad 250 mm) se retko izrađuju iz jednog komada, integralno. Umetnuti zubi ili zubi u vidu segmenata od brzoreznog čelika ili tvrdog metala mehanički se pričvršćuju za telo testere od konstruktivnog čelika, slika 7.4. U novije vreme se izrađuju testere sa izmenjivim pločicama od tvrdog metala, sa i bez prevlaka, keramike, kubnog nitrida bora ili super tvrdih materijala, naročito dijamanta.

7. OBRADA TESTERISANJEM

125

a) Osnovna rezna geometrijaintegralna

α

βγ

b

B

b) Razmetanje zubazub levo zub desno

c) Sasecanje zuba testere

sa segmentima

sa umetnutim zubima

konstrukcija testeresa izmenjivim segmentima

α

γ

telo odkonstruktivnog

elikač

segmenti od alatnogmaterijala

Slika 7.4. Geometrija zuba testere

Lisnate testere imaju sitne zube, obično trouglastog oblika. Novije konstrukcije lisnatih testera su bimetalne lisnate testere, kod kojih je uska traka sa zubima izrađena od brzoreznog čelika, a ostali deo od konstruktivnog čelika. Spajanje se izvodi laserskim zavarivanjem, uz naknadno minimalno doterivanje, poravnavanje, brušenjem. Lisnate testere se mogu oplemeniti, presvlačenjem prevlakama od TiN.

Kod trakastih testera oblik zuba je takođe trouglast. Kod njih se posebna pažnja poklanja izboru materijala. Naime testere treba da su elastične, jer su izložene neprekidnom savijanju i ispravljanju.

7.2 BRZINA REZANJA Brzina rezanja u obradi testerisanjem je obimna brzina testere (kod kružnih), brzina pravolinijskog kretanja (kod trakastih) i brzina oscilatornog kretanja (kod okvirnih testera). Brzina rezanja se najčešće definiše na bazi preporuka datih u prospektnoj dokumentaciji proizvođača alata i/ili literaturi: ,)b,S(fV = i zavisi od koraka (S) i širine rezanja (b).

7.3 MAŠINE U OBRADI TESTERISANJEM Mašine u obradi testerisanjem (testere) se dele na:

okvirne - lisnate, kružne i trakaste testere.

Okvirne - lisnate testere (slika 7.5.a) su testere kod kojih se alat (2) postavlja na nosač alata (1). Alat izvodi pravolinijsko oscilatorno glavno kretanje i istovremeno visinsko pomeranje, kao i odizanje pri povratnom hodu, okretanjem oko osovine A. Time se ostvaruje pomoćno kretanje alata ka predmetu obrade (3), uz istovremeno smanjenje trenja materijala i alata pri povratnom hodu.

Kod kružnih testera (slika 7.5.b) alat (1) izvodi glavno obrtno i pomoćno pravolinijsko kretanje, čime se ostvaruje primicanje alata predmetu obrade (2).


126

1

2

A

3

1

2

a) Okvirna - lisnata testera

b) Kru na testeraž Slika 7.5. Okvirna - lisnata i kružna testera

Trakasta testera (slika 7.6) ima pogonski (3) i vođeni točak (4), preko kojih je prebačena testera (1) u vidu beskonačne trake. Pomoćno pravolinijsko kretanje se ostvaruje pomeranjem predmeta obrade (2) prema tesreri.

Vp

V

V

13

4

2

Slika 7.6. Trakasta testera

Osnovne eksploatacijske karakteristike mašina u obradi testerisanjem su: » pogonska snaga mašine P i stepen iskorišćenja snage mašine η, » brojevi obrtaja nmin - nmax, duplih hodova nLmin - nLmax ili brzine kretanja trake

Vmin - Vmax i geometrijski faktor promene prenosnika mašine za glavno kretanje ϕn,

» raspon koraka Smin - Smax ili brzina pomoćnog kretanja Vpmin - Vpmax geometrijski faktor promene prenosnika za pomoćno kretanje ϕs,

» koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk, » maksimalni hod alata odnosno predmeta obrade, » gabariti predmeta obrade i sl.

8. OBRADA RENDISANJEM 8.1 PROIZVODNE OPERACIJE Obrada rendisanjem (slika 8.1) se koristi za obradu horizontalnih, vertikalnih, nagnutih i profilisanih površina, izradu žljebova u glavčini i sl. Izvodi na mašinama sa glavnim i pomoćnim pravolinijskim kretanjem. Glavno kretanje je definisano brzinom rezanja (Vr, m/min) ili brojem duplih hodova (nL, dh/min), a pomoćno korakom S, mm/dh (aksijalno pomeranje alata ili predmeta obrade za jedan dupli hod, nakon povratnog hoda).

Smm/dh

n , dh/minL

Vr

Vr

Vp

Vp

S

a) Obrada na kratkohodim rendisaljkama

b) Obrada na dugohodim rendisaljkama

AB

Slika 8.1. Šema obrade rendisanjem na kratkohodoj i dugohodoj rendisaljci

U procesu obrade razlikuju se: radni i povratni hod alata ili predmeta obrade. Radni hod je hod alata ili predmeta obrade u toku koga se izvodi proces obrade (od tačke A do tačke B - slika 8.1), dok se u toku povratnog hoda (od tačke B do tačke A) proces rezanja ne odvija. U zavisnosti od toga da li alat ili predmet obrade izvodi glavno kretanje (slika 8.1) dva osnovna postupka obrade su obrada na:

kratkohodoj i dugohodoj rendisaljci.

Obrada rendisanjem je analogna obradi struganjem, jer se ravna površina predmeta obrade može smatrati kružnom površinom beskonačno velikog poluprečnika krivine (slika 8.2).

Površina poprečnog preseka strugotine (slika 8.2) je: hbSaA ⋅=⋅= ,

pri čemu su širina i debljina reznog sloja: κsin

ab = i κsinSh ⋅= ,

gde je κ - napadnu ugao; a, mm - dubina rezanja i S, mm/dh - korak.


128

struganje

S

aκ

h

rendisanje

a

κ h

S

bb

Slika 8.2. Površina poprečnog preseka strugotine u obradi rendisanjem

Dubina rezanja je:

HHa 1 −= ,

dok su dodaci za obradu rendisanjem (slika 8.3, tabela P.12 - P.14, Priručnik [79]) dodatak za:

δ1 - grubu obradu rendisanjem,

δ2 - finu obradu rendisanjem i

δ3 - brušenje.

L

b

Hδ 3

δ 1δ 2 δ 1δ 2

δ 3H

3 H2 H

1

H

Slika 8.3. Dodaci u obradi rendisanjem

U zavisnosti od tipa mašine i pravca kretanja razlikuju se postupci obrade i proizvodne operacije obrade rendisanjem na:

horizontalnoj (slika 8.4) i vertikalnoj rendisaljci (slika 8.5),

a u zavisnosti od kvaliteta obrađene površine operacije grube i fine obrade rendisanjem.

vo ice alatnih ma inađ šradni sto alatne ma inešprofilne povr ine-kopirno rendisanje

š

Slika 8.4. Proizvodne operacije obrade na horizontalnoj rendisaljci

8. OBRADA RENDISANJEM

129

izrada ljebovaž obrada kosih pro irenjaš izrada zup astog konusač Slika 8.5. Proizvodne operacije obrade na vertikalnoj rendisaljci

Posebnu grupu proizvodnih operacija u obradi rendisanjem čine proizvodne operacije izrade i obrade profilisanih površina - kopirno rendisanje (slika 8.6).

Obrada profila na rendisaljci primeno ure aja za rendisanje po ablonuđ š

šablon

predmetobrade

Rendisanje na kratkohodojrendisaljci primenom ablonaš

šablon

pipakpredmetobrade

hidrauli nicilindar

č

Slika 8.6. Kopirno rendisanje

8.2 ALATI U OBRADI RENDISANJEM Alati za rendisanje ili noževi za rendisanje (slika 8.7) su slični strugarskim noževima, po obliku, geometriji i drugim karakteristikama. Noževi za rendisanje su pri ulasku u zahvat izloženi jakim udarnim opterećenjima, da bi pri izlasku iz zahvata nastupilo njihovo rasterećenje. Takvo skokovito opterećenje mogu izdržati samo žilavi materijali. Zato se za izradu noževa za rendisanje koriste brzorezni čelici i neke žilave vrste tvrdog metala (P40, P50, M20, K10, K20 itd.). Kod noževa većih dimenzija drška alata se izrađuje od konstruktivnog čelika, a rezni deo u vidu pločica od brzoreznog čelika ili tvrdog metala. Pločice se postavljaju na dršku noža lemljenjem ili mehaničkim vezivanjem.


130

αβ

γ

r

pravi nož savijeni nožno za zavr no

rendisanjež š savijeni no za

usecanjež pravi nož

k

l

pravi no eviž

k

l

savijeni no eviž

no za izradu ljebaž ž

g

a

no sa izmenjivom plo icom od TMž č

bh

60o

Slika 8.7. Alati u obradi rendisanjem (noževi za rendisanje)

8.3 OTPORI I SNAGA REZANJA Kao i u obradi struganjem, rezultujući otpor rezanja u obradi rendisanjem se može razložiti na tri komponente (slika 8.8):

F1 - glavni otpor rezanja, ,SaCF 11 yxk1 ⋅⋅= N

F2 - otpor prodiranja i F3 - otpor pomoćnom kretanju.

u kome su: Ck, x i y - konstanta i eksponenti otpora rezanja, a, mm - dubina rezanja i S, mm/dh - korak.

a

S

F3

F1F2S

V

Slika 8.8. Komponente otpora rezanja


131

Na osnovu brzine radnog hoda (Vr, m/min) i glavnog otpora rezanja (F1, N) snaga mašine je:

kW,106

LnSaCk

k1601000VFP 7

Lyx

kr1 11

ηη ⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

+=

⋅⋅⋅

=

gde je, pored prethodno definisanih veličina: η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine.

8.4 REŽIM OBRADE U OBRADI RENDISANJEM Režim obrade u obradi rendisanjem je određen:

» brojem duplih hodova alata ili predmeta obrade nL, dh/min i

» korakom S, mm/dh, slika 8.9.

bB

e1 e1 e2

V rV p

e2lL

AB

a

Smm/dh

n , dh/minL

Slika 8.9. Osnovni elementi za proračun glavnog vremena izrade

Na osnovu parametara režima obrade proračunava se i glavno vreme izrade korišćenjem relacije:

min,nS

BitL

g ⋅⋅=

u kojoj su, pored poznatih elemenata: i = δ / a - broj prolaza; δ, mm - dodatak za obradu; a, mm - dubina rezanja; B = b+2 e2 - hod alata ili predmeta obrade u pravcu pomoćnog kretanja; e2 = 2 - 5 mm - prilaz i izlaz alata u pravcu pomoćnog kretanja i b - širina obrade.

Utvrđivanje koraka u obradi rendisanjem obuhvata: proučavanje proizvodne operacije, izbor preporučene vrednosti koraka, provera koraka i izbor merodavnog koraka.

Preporučena vrednosti koraka se bira na osnovu preporuka datih u prospektima proizvođača alata ili specijalizovanim priručnicina, literaturi i sl. u zavisnosti od dubine rezanja, materijala alata i predmeta obrade i drugih uslova obrade.

Provera koraka u obradi rendisanjem se izvodi korišćenjem tri osnovna kriterijuma: uslova nastanka strugotine, otpornosti drške noža za rendisanje i kvaliteta obrađene površine.


132

Brzina rezanja u obradi rendisanjem je brzina pravolinijskog kretanja alata ili predmeta obrade u toku radnog hoda. Brzina rezanja se bira na osnovu preporuka ili proračunom s obzirom na iskorišćenje postojanosti alata i/ili snage mašine.

U cilju definisanja broja duplih hodova polazi se od izraza za glavno vreme obrade koje obuhvata vreme rezanja (td′) i vreme povrtanog hoda (td″), bez vremena potrebnog za promenu smera kretanja. To znači da je vreme trajanja jednog ciklusa (sastavljenog od radnog i povratnog hoda, slika 8.9) određeno izrazom:

,"t'tt ddd +=

pri čemu su vremena:

radnog hoda: r

d V1000L't⋅

= i

povratnog hoda: ,V1000

L"tp

d ⋅=

direktna funkcija: L, mm - hoda alata u pravcu glavnog kretanja; Vr, m/min - brzine radnog hoda i Vp, m/min - brzine povratnog hoda.

Kako je glavno vreme rezanja za i - prolaza: ,tLBit dg ⋅⋅=

a vreme trajanja jednog ciklusa: ,VV1

V1000Lt

p

r

rd ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅

⋅=

to je glavno vreme obrade: .VV1

V1000L

SBit

p

r

rg ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅

⋅⋅⋅=

Odnos brzina povratnog i radnog hoda:

,35,1VV

kr

p −==

predstavlja karakteristiku mašine. Imajući u vidu karakteristiku mašine glavno vreme obrade je:

,nS

Bik

k1V1000

LSBit

Lrg ⋅

⋅=+

⋅⋅

⋅⋅=

što znači da je broj duplih hodova: ,VL

1000k1

kn rL ⋅⋅+

=

odnosno da je brzina radnog hoda - brzina rezanja: .n1000

Lk

k1VV Lr ⋅⋅+

==

8.4 MAŠINE U OBRADI RENDISANJEM Mašine u obradi rendisanjem (rendisaljke) se prema dužini hoda (načinu ostvarivanja kretanja) dele na:


133

kratkohode i dugohode,

a prema pravcu glavnog kretanja na: horizontalne i vertikalne. Posebnu grupu renisaljki čine rendisaljke za izradi zupčanika, specijalnih alata i sl.

8.4.1 Kratkohode rendisaljke Kod kratkohodih rendisaljki (slika 8.10) od pogonskog elektromotora (1) kretanje se, posredstvom prenosnika (2) i mehanizma za pretvaranje obrtnog u pravolinijsko kretanje, prenosi na noseću konzolu (3). Na konzoli se nalazi nosač alata (4) koji prihvata rezni alat (5). Time je obezbeđeno glavno pravolinijsko kretanje. Na radnom stolu (6), koji posredstvom mehanizma pomoćnog kretanja obezbeđuje izvođenje pomoćnog kretanja, nalazi se predmet obrade (7).

7

S

62

3

4

5

1

V

Kratkohoda rendisaljka sa zakretnim stolom

Kratkohoda rendisaljka sa ve im brojem glava za rendisanjeć

Šema rendisaljke

Slika 8.10. Šema kratkohode rendisaljke

Osnovne eksploatacijske karakteristike rendisaljki su:

» pogonska snaga mašine P i stepen iskorišćenja snage mašine η,

» raspon broja duplih hodova nLmin - nLmax i geometrijski faktor promene prenosnika mašine za glavno kretanje ϕn,

» raspon koraka Smin - Smax i geometrijski faktor promene prenosnika za pomoćno kretanje ϕs,

» koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk,

» maksimalni hod alata odnosno predmeta obrade,

» gabariti predmeta obrade i sl.


134

8.4.2 Dugohode rendisaljke Kod dugohodih rendisaljki (slika 8.11) princip rada je sličan, s tom razlikom što glavno pravolinijsko kretnje izvodi radni sto (1) sa predmetom obrade (2), a pomoćno nosač alata (3).

12

3

Slika 8.11. Šema dugohode rendisaljke

8.4.3 Vertikalne rendisaljke Vertikalna rendisaljka (slika 8.12) spada u grupu kratkohodih rendisaljki. Nosač alata (4) sa alatom se, posredstvom klizača (3), kreće naniže, pri radnom, i naviše pri povratnom hodu. Predmet obrade (1) se postavlja na radni sto (2), koji je najčešće izveden kao obrtni sto na klizaču sa mogućnošću uzdužnog i poprečnog pomeranja.

12

3

4

S

V

Slika 8.12. Šema vertikalne rendisaljke

9. OBRADA PROVLAČENJEM 9.1 PROIZVODNE OPERACIJE I ALATI Obrada provlačenjem predstavlja savremeni postupak obrade metala rezanjem visoke proizvodnosti, tačnosti i kvaliteta obrade. Koristi se samo u serijskoj i masovnoj proizvodnji, jer su alati veoma skupi i strogo namenski projektovani i izrađeni.

a) Unutra nje provla enješ č b) Spolja nje provla enječš

2

4

1

3

2

1

4

3

1 - provlaka2 - vo ica3 - radni sto4 - predmet obrade

čđ

Slika 9.1. Principijelna šema obrade provlačenjem

Proces rezanja ostvaruje se samo jednim kretanjem i to pravolinijskim glavnim kretanjem alata - provlakača (slika 9.1). Pravolinijskim povlačenjem alata (1), postavljenog u prednji prihvatni deo (2), obezbeđuje se uklanjanje viška materijala na predmetu obrade zahvaljujući postepenom povećanju dimenzija alata. Proces rezanja karakteriše:

postepeno rezanje zadatog dodatka za obradu u obliku posebnih slojeva male debljine i velike širine,

istovremeno rezanje većim brojem reznih elemenata alata,

ne postoji pomoćno kretanje kao samostalno kinematsko kretanje, jer povećanje dimenzija narednog zuba u odnosu na prethodni određuje debljinu sloja meterijala (dubinu rezanja po zubu az) koji uklanja rezni element (zub). Izuzetak su proizvodne operacije izrade zavojnih žljebova (npr. kod cevi naoružanja) kada postoji pomoćno obrtno kretanje u skladu sa korakom zavojnice,

male brzine rezanja 15 - 18 m/min, a kod novijih konstrukcija mašina u obradi provlačenjem i do 30 m/min i sl.


136

Geometrijski parametri obrade (šeme rezanja)

Postepeno odvajanje strugotine pri provlačenju, u cilju pretvaranja polaznog kružnog u željeni profil (slika 9.2), može biti profilno, slojevito i progresivno.

a) Profilno b) Slojevito (kombinovanokrug-profil)

c) Progresivno (kombinovanakrug-profil sa preraspodelom

dodatka)

a z

a z

a'z

b 1b 2

b 3bi

Slika 9.2. Šeme rezanja pri provlačenju

Profilno provlačenje karakteriše uklanjanje zadatog dodatka za obradu δ u slojevima debljine az, čija konfiguracija odgovara konfiguraciji profila predmeta obrade.

Slojevito provlačenje odlikuje uklanjanje dodatka u ravnim slojevima debljine az ili koncentričnim krugovima lučnog oblika pri proizvoljnom profilu obratka.

Progresivno provlačenje je provlačenje kod koga svaki zub uklanja deo dužine sloja b1, b2, ..., dok debljina strugotine po zubu raste az' > az.

Proizvodne operacije obrade provlačenjem se razvrstavaju na dve grupe i to proizvodne operacije:

♦ unutrašnjeg provlačenja i spoljašnjeg provlačenja. U proizvodnim operacijama unutrašnjeg provlačenja (slika 9.3) prethodno se izrađuje cilindrični otvor (bušenjem, struganjem i sl.), u cilju obezbeđenja pravilnog vođenja alata i stvaranja uslova za konačno oblikovanje otvora provlačenjem. Kretanjem provlakača kroz otvor obezbeđuje se oblikovanje otvora u skladu sa profilom reznih elemenata alata (formiranje otvora visoke tačnosti i kvaliteta, različitog oblika - kružni, trougaoni, kvadratni i sl.).

Slika 9.3. Proizvodne operacije unutrašnjeg provlačenja

9. OBRADA PROVLA^ENJEM

137

Proizvodne operacije spoljašnjeg provlačenja su operacije obrade površina različite konfiguracije primenom višedelnih alata za provlačenje (slika 9.4). Dva osnovna postupka provlačenja su sa:

dubinskim primicanjem i bočnim primicanjem.

Kod spoljašnjeg provlačenja sa dubinskim primicanjem alati obezbeđuju postepeno oblikovanje profila po dubini, dok kod bočnog primicanja oblikovanje se postepeno odvija po širini.

spolja nje provla enje sadubinskim primicanjem

čš spolja nje provla enje sabo nim primicanjem

š čč

Slika 9.4. Osnovni postupci obrade spoljašnjim provlačenjem

Spoljašnjim provlačenjem se mogu formirati profili površina različite konfiguracije i dimenzija (slika 9.5). Postupak se može primeniti i kao zamena za proizvodne operacije glodanja i rendisanja, posebno u uslovima obrade površina složene konfiguracije, visokog kvaliteta i tačnosti obrade.

ožljebljena navrtka

jezgro brave

klipnja a motorač

upravlja ka navrtkačvilju kasta polugaš vilju kasti kljuš č

Slika 9.5. Proizvodne operacije spoljašnjeg provlačenja

Alati za provlačenje (provlakači) spadaju u grupu specijalnih alata, zbog svoje složenosti, tačnosti izrade i drugih specifičnosti. Dele se na provlakače za:

unutrašnje i spoljašnje provlačenje.


138

Provlakači za unutrašnje provlačenje (slika 9.6) se najčešće izrađuju kao integralni alati od brzoreznog čelika. Mogu biti oplemenjeni prevlakama od TiN. Sastoje od pet karakterističnih delova: prednjeg prihvatnog dela, vodećeg dela, reznog dela, kalibrirajućeg dela i zadnjeg prihvatnog dela.

Prednji prihvatni deo obezbeđje prihvatanje alata i prenos potrebne sile za provlačenje sa pogonskog sistema mašine na alat. Vodeći deo obezbeđuje vođenje alata na početku procesa rezanja. Reznim delom alata se uklanja višak materijala (dodatak za obradu) i vrši oblikovanje željenog profila u skladu sa profilom alata, dok se kalibrirajućim delom stvaraju uslovi za kalibrisanje profila odnosno postizanje visokog kvaliteta i tačnosti oblika i dimenzija profila. Nakon završetka procesa provlačenja preko zadnjeg prihvatnog dela alat se prihvata i dovodi u početnu poziciju, poziciju pre obrade (slika 9.1). Prednji i zadnji prihvatni delovi provlakača su standardizovani. Njihov oblik i dimenzije zavise od namene provlakača i vrste provlačenja. Ostali delovi provlakača se izrađuju u zavisnosti od oblika i dimenzija profila koji se izrađuje. Pri provlačenju zatvorenih kontura nastaje zatvorena strugotina, koja se po izlasku zuba iz zahvata zadržava u međuzublju. Da bi se olakšalo uklanjanje strugotine na zubima se izrađuju žljebovi za lomljenje (sitnjenje) strugotine.

a b c d e

a- prednji prihvatni deo; b- vode i deo; c- rezni deo; d- kalibriraju i deo;e- zadnji prihvatni deo

ć ć

raspored loma a strugotineč0,5-1

0,5-

1,5

e

l

aa z

elementi rezanja

sastavni elementi provlaka ač

L LkLg Lf

prednjiprihvatni deo

vrat vo|icazubi za grubu

obradu zubi za finuobradu

kalibriraju izubi

ćzadnji prihvatni

deo

Slika 9.6. Provlakač za unutrašnje provlačenje

Provlakači za spoljašnje provlačenje (slika 9.7) se izrađuju od brzoreznog čelika ili sa segmentima od tvrdog metala. Provlakači od brzoreznog čelika, izrađeni integralno ili sa segmentima, se mogu oplemeniti i prevlakama od TiN. Po konstrukciji su znatno složeniji od provlakača za unutrašnje provlačenje i sastoje se od više segmenata, namenjenih obradi pojedinih delova konture predmeta obrade. Segmenti se sastoje od reznog dela sa zubima za grubu i finu obradu i montiraju se na osnovnu ploču.


139

PREDMETOBRADE:klipnja a motorač

32

1

4 4

32

3 3

2 2

4 4

1

1 - 4segmenti

provlaka a(rezni elementi)

č

OSNOVNAPLO AČ

Slika 9.7. Provlakač za spoljašnje provlačenje

Geometrija reznih elemenata alata za provlačenje (zuba) je određena oblikom i dimenzijama reznih elemenata (zuba) provlakača, geometrijom reznog klina (α, β i γ), korakom zuba provlakača (e), visinom (H) i širinom zuba (B), oblikom i radijusom međuzublja (r), porastom po zubu (dubinom rezanja - az) i dužinom provlakača (L), koju čine dužine pojedinih delova provlakača - slika 9.8.

Be

Ha z

r

γ

α

a mm zagrubuobradua mm za finuobradu

z

z

= − −= − −

0 1 0 250 02 0 1

, ,, ,

H er e

e ll dubinarezanja

= −= −

= −−

( , , )( , , )

( , )

0 35 0 40 1 0 25

1 5 2

rezna ivica zub provlaka ač

žljeb za sitnjenjestrugotine

me uzubljeđ

f DETALJ A

Ar1

β

Slika 9.8. Osnovni elementi geometrije provlakača i oblici međuzublja


140

l

b

a

d

Amax

δ max

a z

AO

B

Slika 9.9. Osnovni elementi za proračun dužine reznog dela provlakača

9.2 OTPORI REZANJA I SNAGA MAŠINE

9.2.1 Otpori rezanja i vučna sila mašine Na svaki zub provlakača deluje rezultujuća sila rezanja FR koja se, u opštem slučaju, razlaže na:

glavni otpor rezanja F1,

otpor prodiranja F2, kod nesimetričnih alata (izrada žljeba za klin, alati za spoljašnje provlačenje) i

aksijalni otpor rezanja F3 = Fa, kada su zubi provlakača sa uglom nagiba rezne ivice λ ≠ 0.

Glavni otpor rezanja definisan je relacijom: ,ZAKCF sR ⋅⋅⋅= N

u kojoj su C = 1,1 - 1,3 - koeficijent koji uzima u obzir trenje između zuba provlakača i zidova otvora; Ks, MPa - specifični otpor rezanja (tabela 6.2, Priručnik); A, mm2 - površina poprečnog preseka strugotine i Z - broj zuba u zahvatu.

Vučna sila mašine se određuje za maksimalnu vrednost površine strugotine po zubu (Amax) i iznosi:

N,ZAKCF maxsm ⋅⋅⋅=

Vučna sila pri provlačenju je promenljiva zbog periodičnog ulaska i izlaska zuba iz zahvata. Na početku procesa rezanja dolazi do stepenaste, teorijski posmatrano, promene otpora rezanja do trenutka kada prvi zub provlakača izađe iz zahvata sa materijalom predmeta obrade (nakod dostizanja hoda alata h koji odgovara dužini provlačenja l).

Pogonska snaga mašine je: kW,601000VFP m

η⋅⋅⋅

=

gde su: η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine i V, m/min - brzina rezanja.

6.3 REŽIM OBRADE U OBRADI PROVLAČENJEM

Režim obrade u obradi provlačenjem je određen brzinom kretanja provlakača - brzinom rezanja V .

Na osnovu brzine rezanja definiše se glavno vreme izrade:


141

min,V1000

Ltg ⋅=

gde je L = LR + l +2 e, mm - hod alata; LR, mm - dužina reznog dela provlakača; l, mm - dubina provlačenja i e = 2 - 3 mm - prilaz i izlaz zuba provlakača iz zahvata.

Izbor brzine rezanja se može izvesti na bazi: preporuka i proračunom.

Preporučena brzina rezanja se bira iz prospektne dokumentacije proizvođača alata u funkciji materijala predmeta obrade i alata, vrste provlačenja, dubine rezanja po zubu i sl.

9.4 MAŠINE U OBRADI PROVLAČENJEM

Mašine u obradi provlačenjem - provlakačice se razvrstavaju, prema nameni (vrsti proizvodne operacije provlačenja) na provlakačice za:

unutrašnje i spoljašnje provlačenje.

a prema pravcu kretanja alata i nameni na: horizontalne i vertikalne provlakačice.

Vertikalne provlakačice za unutrašnje provlačenje (slika 9.10) su najčešći vid konstrukcije mašina za unutrašnje provlačenje. Predmet obrade (7) se postavlja na radni sto mašine (2), a alat se u početnoj fazi obrade, pre obrade, postavlja u zadnji vodeći deo mašine (1). Alat se, posredstvom zadnjeg vodećeg dela, dovodi u radnu poziciju, kada prednji prihvatni deo (4) prihvata alat. Zahvaljujući pogonskom sistemu mašine (elektromotoru - 5, prenosnom sistemu - 6 i mehanizmu za pretvaranje obrtnog u pravolinijsko kretanje) prednji vodeći deo mašine dobija neophodna kretanja i vučnu silu mašine potrebnu za realizaciju procesa obrade. Po završetku procesa rezanja (dostizanju donje tačke hoda alata), predmet obrade se skida sa radnog stola i alat vraća u početnu poziciju.

2

8

7

1

3

46

5

Slika 9.10. Šema vertikalne provlakačice za unutrašnje

provlačenje


142

Horizontalne provlakačice za unutrašnje provlačenje (slika 9.11) rade na sličnom principu, s tom razlikom što je kretnje alata (2) u horizontalnom pravcu i što je neophodno obezbediti odgovarajući sistem za prihvatanje i stezanje predmeta obrade (1). Horizontalne mašine za provlačenje obezbeđuju mogućnost kontinualnog rada nepokretnim alatom, ako se predmeti obrade postave na obrtni sto ili beskonačnu traku.

12

Slika 9.11. Šema horizontalne provlakačice za unutrašnje provlačenje

Osnovne eksploatacijske karakteristike mašina u obradi provlačenjem su: - koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk; - maksimalna vučna sila mašine; - maksimalna brzina provlačenja; - maksimalni hod alata; - gabariti predmeta obrade i sl.

10. OBRADA BRUŠENJEM 10.1 PROIZVODNE OPERACIJE Brušenje (slika 10.1) je jedna od najznačajnijih proizvodnih operacija završne obrade, jer obezbeđuje:

visoku tačnost mera i visok kvalitet obrađene površine.

Izvodi se nakon termičke obrade tako da ostvaruje i uklanjanje grešaka nastalih usled toplotnih deformacija pri termičkoj obradi. Raspored glavnog i pomoćnog kretanja zavisi od vrste proizvodne operacije i alata.

Sa

V ,n

tt

V ,n

rr

Dd

B lL

e

B

S , mm/hoda

V , m/minr

V , m/st

n , hod/minL

n , o/mint

a

LB b e2e1e1

Bu

l

Ba) spolja nje kru no bru enješ ž š

b) ravno bru enje koturastim tocilomš Slika 10.1. Proizvodne operacije kružnog i ravnog brušenja

Glavno kretanje je obrtno kretanje alata (brusne ploče) definisano brzinom rezanja

Vt, m/s: 601000nDV t

t ⋅⋅⋅

=π , odnosno brojem obrta tocila nt, o/min:

π⋅⋅⋅

=D

V601000n tt .


144

Pomoćno kretanje je obrtno i pravolinijsko (kod kružnog) ili pravolinijsko kretanje predmeta obrade (kod ravnog brušenja). Obrtno i pravolinijsko pomoćno kretanje je određeno brzinom Vr, m/min odnosno brojem obrta nr, o/min i brojem hodova nL, hod/min kod kružnog brušenja. Kod ravnog brušenja pomoćno pravolinijsko kretanje predmeta obrade ili alata određeno je aksijalnim i radijalnim korakom (Sa ili Sr, mm/o).

Rezni elementi tocila (zrna brusnog materijala) su raspoređeni po obimu tocila i po unutrašnjosti mase tocila sa nejednakim rastojanjem (slika 10.2) t1 ≠ t2 ≠ ... ≠ tn. Raspored zrna brusnog materijala je nepravilan što, pri konstantnim obimnim brzinama tocila Vt i predmeta obrade Vr ima za posledicu različite dubine rezanja a1 ≠ a2 ≠... ≠ an i različite vrednosti koraka po reznom elementu S1i.

Vt

Vr

S11S12

S13S14S15

Vt

a

strugotina u oblikuzareza

segmentni oblikstrugotine

D d

t1t2

t3t4 t5

Vr Vt

Vr

Slika 10.2. Osnovni oblici strugotine u obradi brušenjem

Analizom procesa obrazovanja strugotine kod brušenja, može se uočiti elementarna strugotina, nastala kao posledica uklanjanja viška materijala jednim zrnom.

Ukupni dodatak za obradu brušenjem δ3 (slika 10.3, tabele P.8 - P.10 i P14, Priručnik) se uklanja u više prolaza razvrstanih na prolaze:

» grubog brušenja, kada se uklanja 80 % dodatka (δg = 0,8 δ3) i » finog brušenja kada se uklanja 20 % dodatka (δf = 0,2 δ3).

L

b

h

δ 3g

δ 3f

δ 3

δ δ3g 3= 0,8 - grubo bru{enjeδ δ3f 3= 0,2 - fi no bru{enje

Slika 10.3. Dodatak pri obradi brušenjem

Osnovne proizvodne operacije brušenja su proizvodne operacije: kružnog brušenja, ravnog brušenja, brušenja bez šiljaka i brušenja složenih površina.

10. OBRADA BRU[ENJEM

145

Kružno brušenje može biti spoljašnje, unutrašnje i brušenje čeonih površina.

Spoljašnje kružno brušenje je brušenje spoljašnjih površina najčešće aksijalno nepomičnim tocilom (slika 10.4a) i spoljašnje radijalno brušenje površina (slika 10.4b).

Unutrašnje brušenje (slika 10.5.a) se izvodi tocilima sa drškom i može biti klasično ili planetarno. Planetarno brušenje se izvodi kod teških i velikih predmeta. Predmeti obrade, pričvršćeni na radni sto, ne izvode nikakva kretanja, dok tocilo izvodi sva potrebna kretanja u skladu sa šemom na slici 10.5.a. Čeono brušenje (slika 10.5.b) se najčešće ostvaruje lončastim tocilima.

Sa

nr

nt nt

a) b)

Slika 10.4. Spoljašnje kružno aksijalno i radijalno brušenje

b) eono bru enjeČ ša) Unutra nje bru enješ š

Sa

ntnr

Sr

nr

nt

Sa

nt

V r

planetno bru enješklasi no bru enješč

Slika 10.5. Unutrašnje i čeono brušenje

pravougaona povr{ina

nt

nL

Sa

ukr{teno lu~no

ntnt

nL nL

Sa Sa

Slika 10.6. Ravno brušenje koturastim i lončasti tocilom

Ravno brušenje se može izvesti koturastim tocilima ili lončastim tocilima (slika 10.6). Ravno brušenje lončastim tocilima može biti sa: ukrštenim ili lučnim tragovima. Kod ukrštenog brušenja tocilo potpuno naleže na obrađivanu površinu, čime se tačnost


146

obrade povećava, ali su toplotna opterećenja tocila i predmeta obrade veća. Lučno brušenje obezbeđuje manja opterećenja tocila i predmeta obrade, ali i manju tačnost obrade. Ostvaruje se perifernim površinama tocila.

Brušenje bez šiljaka je brušenje kod koga je predmet obrade naslonjen na podupirač i postavljen između radnog i vodećeg tocila (slika 10.7). Radno tocilo ostvaruje proces obrade, a vodeće vođenje (obrtanje) predmeta obrade. Aksijalno pomoćno kretanje se ostvaruje naginjanjem vodećeg tocila za ugao α.

bru enje bez iljakaš š

Dv

radno tocilo predmet obradevode e tociloć

podupirač α

p D n sin v v α

Slika 10.7. Brušenje bez šiljaka

U proizvodne operacije brušenja složenih površina spadaju proizvodne operacije završne obrade (u novije vreme i izrade) navoja, zupčanika (slika 10.8), brušenja ožljebljenih vratila, oštrenja alata, sečenja materijala i sl.

o trenje strugarskog no aš ž

o trenje spiralne burgiješ o trenje glodalaš se enje materijalač

bru enje o ljebljenog vratilaš ž

Slika 10.8. Proizvodne operacije brušenja složenih površina

Najfinija obrada brušenjem, površina kvaliteta N1 - N3, se postiže specijalnim postupcima brušenja poznatim pod nazivom glačanje. Postupci spoljašnjeg i unutrašnjeg glačanja se razvrstavaju na: lepovanje, superfiniš, honovanje i poliranje.


147

10.2 ALATI U OBRADI BRUŠENJEM Alati u obradi brušenjem - brusne ploče ili tocila se mogu razvrstati prema obliku i nameni. Prema obliku (slika 10.9) tocila se dele na: koturasta, lončasta, konična, tanjirasta, tocila sa drškom ili navrtkom i segmentna - višedelna. Prema nameni tocila se dele na tocila za: spoljašnje kružno brušenje (koturasta, lončasta i sl.), unutrašnje brušenje (nasadna ili sa drškom), ravno brušenje (koturasta ili lončasta), sečenje, oštrenje alata, brušenje glodala, brušenje navoja, brušenje zupčanika itd.

sa paralelnompovr{inom

JUS K.F1.020

sa jednimupustom

JUS K.F1.030

sa dvaupusta

obru~noJUS K.F1.041

val jkastoJUS K.F1.042

koni~no

koturasta toci lalon~asta t ocila

koni~noJUS K.F1.035

tanji rasto segmentno

sa dr{kom

sa navrtkom

toci la sa dr{kom i navrtkom Slika 10.9. Osnovni oblici tocila

Za izradu tocila koriste se dva osnovna materijala: brusni i vezivni materijali. Brusni materijali su sitna zrnca, različitog oblika, prirodnog (kvarc SiO2, granit, prirodni korund Al2O3 , šmirgla, dijamant) ili veštačkog porekla (elektrokorund, silicijum karbid, karbid bora, kubni nitrid bora, borozan, sintetički dijamant). Broj zrna brusnog materijala je ogroman tako da brusne ploče predstavljaju mnogosečne alate. Vezivni materijal obezbeđuje povezivanje zrna brusnog materijala u jednu kompaktnu i funkcionalnu celinu - tocilo. Definiše čvrstoću i tvrdoću tocila, kao i oblast primene. Prema poreklu vezivni materijal se razvrstava na:

♦ organski (keramička, silikatna i magnezitna veziva), ♦ neorganski (gumena veziva, kaučuk, prirodna smola itd.) i ♦ metalna (čelična i bronzana) - za dijamantska tocila.

Osnovne karakteristike tocila su: oblik i dimenzije, vrsta brusnog i vezivnog materijala,


148

finoća brusnog materijala, tvrdoća i struktura tocila.

Finoća (granulacija) brusnog materijala je merilo veličine (dimenzija) zrna brusnog materijala. Meri se brojem otvora na dužini jednog cola sita kroz koje zrna brusnog materijala još uvek propadaju. Broj otvora sita, po pravilu od 8 - 220, definiše i oznaku finoće. Prema finoći brusnog materijala tocila se razvrstavaju u 6 klasa: vrlo gruba, gruba, srednje fina, fina, vrlo fina i naročito fina.

Tvrdoća tocila predstavlja otpor vezivnog materijala prema ispadanju zrna brusnog materijala pod dejstvom spoljašnjih sila pri brušenju (centrifugalnih, otpora rezanja i sl.). Definisana je kvalitetom vezivnog materijala. Sa aspekta tvrdoće tocila se dele na: vrlo meka, meka, srednje tvrda, tvrda, vrlo tvrda i naročito tvrda.

Pod strukturom tocila podrazumeva se odnos zapremine brusnog i vezivnog materijala prema zapremini pora - šupljina u tocilu. To znači da se ukupna zapremina tocila sastoji od zapremine brusnog materijala (B), vezivnog materijala (V) i pora - šupljina (P). Prema strukturi tocila se dele na: zatvorena, otvorena i visokoporozna.

Habanje tocila Kontakt tocila i predmeta obrade propraćen je veoma visokim specifičnim toplotnim i mehaničkim opterećenjima reznih elemenata tocila. Rezultat toga (slika 10.10) je:

♦ istiranje vrha reznih elemenata tocila i pojava površine habanja i čestica obrađivanog materijala na površini habanja tocila,

♦ pojava mikro i makropukotina u zrnu brusnog materijala, kao posledica dinamičkog karaktera opterećenja zrna, uz postepeno odvajanje vrlo sitnih kristala i

♦ pojava ispadanja kompletnog zrna brusnog materijala.

a) b)

c) d) a) površina habanja (gnječenje zrna); b) mikro i makropukotine u zrnu (krzanje zrna);

c) odvajanje sitnih kristala (lom zrna); d) ispadanje kompletnog zrna Slika 10.10. Habanje reznih elemenata tocila

Ovakvi oblici habanja (pojava sitnih kristala i ispadanje kompletnog zrna) dovode do pojave samooštrenja tocila, jer obezbeđuju pojavu novih oštrih reznih ivica (odvajanje sitnih kristala) i pojavu novih oštrih zrna brusnog materijala (ispadanje kompletnog


149

zrna). Pojavom samooštrenja tocila obezbeđena je visoka rezna sposobnost tocila u toku relativno dugog vremenskog perioda.

10.3 OTPORI I SNAGA REZANJA Rezultujući otpor rezanja u obradi brušenjem (slika 10.11) se razlože na tri komponente:

Fz (Fo) - tangencijalnu (obimnu),

Fy (Fr) - radijalnu i

Fx (Fa) - aksijalnu komponentu. Tangencijalnim ili obimnim otporom rezanja određena je snaga mašine, radijalnim veličina elastičnih deformacija predmeta obrade i tocila, a aksijalnom snaga pogonskog sistema pomoćnog kretanja.

Fz

Fy

FR

FxV r

V t

Fm

FR

Fr

V r

V t

Slika 10.11. Komponente rezultujućeg otpora rezanja u obradi brušenjem

Na osnovu poznavanja rezultujućeg otpora rezanja Fo, N i brzine rezanja Vt, m/s može se izračunati snaga mašine:

,1000

VFP toη⋅

⋅= kW

gde je η - mehanički stepen iskorišćenja snage mašine.

10.4 REŽIM OBRADE U OBRADI BRUŠENJEM Režim obrade (slike 10.12 i 10.13) je određen:

♦ brojem obrta tocila nt, o/min, ♦ aksijalnim (Sa, mm/o ili mm/hod) ili radijalnim korakom (Sr, mm/o) i ♦ brojem obrta (nr, o/min) ili brojem hodova predmeta obrade (nr, hod/min).

Glavno vreme obrade za operacije kružnog brušenja (slika 10.12), u opštem slučaju, je određeno relacijom:

,SnkLit

arg ⋅

⋅⋅= min

u kojoj su: i - broj prolaza; k = 1,2 - 1,7 - koeficijent trošenja tocila; L = l + B + e - hod alata; l - dužina brušenja; B - širina tocila i e = 2 - 5 mm - prilaz alata.


150

Sa

V ,n

tt

V ,n

rr

Dd

B lL

e

B

Slika 10.12. Osnovni parametri režima obrade kod kružnog brušenja

Broj prolaza obuhvata prolaze grubog i finog brušenja (i = ig + if). Pri tome broj prolaza

za pojedine zahvate iznosi: i

ii a

i δ= , gde su δi i ai - dodatak za obradu i dubina

brušenja u jednom prolazu (i - gruba ili fina obrada).

S , mm/hoda

V , m/minr

V , m/st

n , hod/minL

n , o/mint

a

LB b e2e1e1

Bu

l

B

Slika 10.13. Osnovni parametri režima obrade kod ravnog brušenja

Za proizvodne operacije ravnog brušenja koturastim tocilom (slika 10.34) glavno vreme obrade je:

,SnkBitaL

ug ⋅

⋅⋅= min

gde je, pored poznatih veličina, Bu = b + B + e2 - hod alata u poprečnom pravcu i b - širina brušenja.

Aksijalni korak se najčešće određuje u funkciji vrste proizvodne operacije brušenja i širine tocila (B).

Radijalni korak (mm/o - kod kružnog i mm/hod - kod ravnog brušenja) odgovara dubini rezanja u jednom prolazu i bira se u zavisnosti od vrste proizvodne operacije, kvaliteta obrade i vrste materijala predmeta obrade.

Brzina predmeta obrade Vr se može odrediti na osnovu: preporuka i proverom (proračunom) preko: proširenih izraza ili maksimalne debljine strugotine.


151

Broj obrta predmeta obrade za proizvodne operacije kružnog brušenja se određuje na

osnovu brzine predmeta obrade iz izraza oblika: min/o,d

V1000n rr π⋅

⋅= .

Broj hodova predmeta obrade kod proizvodnih operacija ravnog brušenja se određuje

iz izraza oblika: min/hod,L

V1000n rL

⋅= u kome je L = l +2 e1 - hod predmeta

obrade u uzdužnom pravcu.

10.5 MAŠINE U OBRADI BRUŠENJEM Mašine u obradi brušenjem (brusilice) se najčešće dele prema nameni na brusilice za:

♦ spoljašnje i unutrašnje kružno brušenje, ♦ ravno brušenje, ♦ brušenje bez šiljaka i ♦ specijalna brušenja (oštrenje alata, i dr.).

Kod brusilica za kružno spoljašnje brušenje (slika 10.14) tocilo (1) se nalazi na nosaču glavnog vretena. Tocilo izvodi glavno obrtno kretanje i ima mogućnost radijalnog primicanja ka predmetu obrade (2). Predmet obrade se steže između šiljaka, pri čemu nosač levog šiljka ima ugrađen prenosnik za promenu broja obrta predmeta obrade. Nosači šiljaka se nalaze na uzdužnom klizaču radnog stola (3), koji ostvaruje aksijalno pomoćno kretanje. Uzdužni klizač ima mogućnost zakretanja u horizontalnoj ravni, čime je obezbeđeno brušenje i koničnih površina. Brusilice ovakvog tipa obezbe-đuju kružno spoljašnje brušenje sa aksijalnim i radijalnim pomeranjem (korakom).

nr

ntpredmetobrade (2)

alat (1)

radnisto

3Sa

Slika 10.14. Brusilice za spoljašnje kružno brušenje

Kod brusilica za unutrašnje brušenje (slika 10.15) na nosaču (1) nalazi se glavno vreteno sa tocilom (2), dok se predmet obrade (3) postavlja u steznu glavu (4) prenosnika za pomoćno kretanje (5). Kod ovog tipa brusilica predmet obrade izvodi pomoćno obrtno kretanje, a nosač glavnog vretena pomoćno pravolinijsko kretanje.

Brusilica za brušenje bez šiljaka (slika 10.16) je brusilica za spoljašnje kružno brušenje. Radno tocilo (1) obezbeđuje uklanjanje viška materijala, dok vodeće tocilo (2) obezbeđuje potrebnu brzinu (koči predmet obrade da se ne bi okretao brzinom tocila) i aksijalno pomeranje predmeta obrade (3). Predmet obrade je postavljen između radnog i vodećeg tocila na podupirač (4).


152

nrnt

Sa

predmet obrade (3)alat (2)

radni sto5 41

nr

nv nt Sa

vode e tocilo (1)ćpredmet obrade (3)

radno tocilo (2)

podupira (4)č

Slika 10.15. Brusilice za unutrašnje brušenje Slika 10.16. Brusilice za brušenje bez šiljaka

Brusilica za ravno brušenje koturastim tocilom (slika 10.17) ima tocilo (1) postav-ljeno na nosač alata (2), koji obezbeđuje vertikalno pomeranje tocila radi primicanja tocila predmetu obrade (3) i regulisanja dubine rezanja. Na uzdužnom klizaču (4) nalazi se radni sto sa predmetom obrade, postavljenim obično na elektromagnetni stezač.

nt

nL

alat - tocilo (1)predmet obrade (3)radni sto

2

4

Brtusilica za ravno bru enjekoturastim tocilom

š Brusilica za ravno bru enje lon astim tocilimaš č

Slika 10.17. Brusilice za ravno brušenje

Brusilice za oštrenje alata - ošrilice spadaju u specijalne brusilice namenjene brušenju novih i oštrenju pohabanih alata. Kod univerzalne brusilice za oštrenje alata.

Osnovne eksploatacijske karakteristike brusilica su: » koeficijent preciznosti Cmp i tačnosti mašine Cmpk, » pogonska snaga mašine i mehanički stepen iskorišćenja snage mašine η, » brojevi obrta tocila nt, » raspon aksijalnog ili radijalnog koraka Samin - Samax (Srmin - Srmax), » raspon brojeva obrta (nrmin - nrmax) odnosno broja hodova predmeta obrade

(nLmin - nLmax), » gabariti predmeta obrade itd.

11. IZRADA NAVOJA Metode i postupci izrade navoja se najčešće razvrstavaju prema tipu mašine koja se koristi za izradu navoja (izrada navoja na: strugu, bušilici, glodalici, brusilici i specijalnim mašinama). Izbor metoda i postupaka izrade navoja zavisi od obima proizvodnje i vrste navoja (spoljašnji, unutrašnji, kratkohodi ili dugohodi itd.).

11.1 IZRADA NAVOJA NA STRUGU Izrada navoja na strugu se koristi u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Ostvaruje se na univerzalnim strugovima ili strugovima sa vodećim vretenom (slika 11.1.a), strugovima koji obezbeđuju strogu zavisnost glavnog obrtnog i pomoćnog pravolinijskog kretanja.

Z8

Z7 Z6

Sv

Z5

S

nv

n

tangencijalno primicanje no a-gruba obrada

ž

radijalno primicanje no a-fina obrada

ž

a) ema postupkaŠ b) Primicanje no až Slika 11.1. Principijelna šema postupka izrade navoja na strugu

Suština izrade navoja na strugu je da se za jedan obrt predmeta obrade (n = 1) nosač alata, zajedno sa alatom, aksijalno pomeri za korak jednak koraku navoja koji se izrađuje (S). To znači da je osnovni uslov jednakost brzina pomoćnog kretanja:

vv nSnS ⋅=⋅ ,

gde su: n, o/min - broj obrta predmeta obrade; S, mm - korak navoja koji se izrađuje; nv, o/min - broj obrta vodećeg vretena i Sv, mm - korak vodećeg vretena.

Iz brzina pomoćnog kretanja proizilazi broj obrta vodećeg vretena: ,nKnSSnv

v ⋅=⋅=

gde je K - prenosni odnos izmenjive grupe zupčanika Z5 - Z8: Da bi se na strugu poznatog koraka navojnog vretena Sv uradio navoj koraka S potrebno je, na bazi prenosnog odnosa, izabrati i postaviti izmenjivu grupu zupčanika Z5 - Z8, koja obezbeđuje potrebnu zavisnost glavnog i pomoćnog kretanja.


154

Izrada navoja se ostvaruje u više prolaza pri čemu se razlikuju prolazi: grube izrade i završne obrade navoja. U prolazima grube obrade (slika 11.1.b) strugarski nož se primiče tangencijalno, paralelno bočnoj površini profila navoja, čime je obezbeđeno odvajanje samo jedne strugotine. Pri završnoj obradi navoja primicanje noža je radijalno. Time se uklanja relativno mala količina materijala pa ne postoji opasnost od sabijanja strugotine i ometanja procesa rezanja.

spolja nji navojš unutra nji navojš

δ1 ε ε

δ1

δ2

δ2

δ δ1 2>

δ δ1 2>

r

r

α

β γ

Slika 11.2. Standardni strugarski noževi za navoj

Kao alat za izradu navoja na strugu koriste se standardni strugarski noževi za spoljašnji i unutrašnji navoj (slika 11.2), jedno i višeprofilni kružni noževi, specijalni noževi za izradu trapeznog navoja, itd. Režim izrade navoja na strugu je definisan: korakom S, mm/o i brojem obrta predmeta obrade n, o/min. Korak je određen korakom navoja koji se izrađuje.

Broj obrta predmeta obrade se definiše na bazi brzine rezanja V: ,d

V1000nπ⋅⋅

=

gde je d, mm - nominalni prečnik navoja koji se izrađuje.

Glavno vreme izrade (slika 11.3) je definisano relacijom: ,Sn

LZitg ⋅⋅⋅= min

u kojoj su: L = l + l1 + l2, mm - hod alata; l1 = (0,5 - 1) S - prilaz alata; l2 = ρ/2 - izlaz alata; i = iI + iII - ukupan broj prolaza (tabela 8.6, Priručnik [79]); iI - broj prolaza grube obrade; iII - broj prolaza završne obrade i Z - broj hodova navoja.

l l2l1L

ρ

Slika 11.3. Osnovni elementi za proračun glavnog vremena obrade

11. IZRADA NAVOJA

155

11.2 IZRADA NAVOJA NA BUŠILICI Na bušilici standardne ili specijalne konstrukcije je moguća izrada unutrašnjeg ili spoljašnjeg navoja primenom ureznika ili nareznica (slika 11.4). Mašine za izradu navoja obezbeđuju pravolinijsko pomoćno kretanje i promenu smera obrtanja alata u cilju ostvarivanja brzog povratnog hoda alata. Izrada unutrašnjeg navoja, manjih nominalnih prečnika, ureznicima je jedan od najjednostavnijih, najtačnijih i najekonomičnijih postupaka.

V, n

d M

do

Ll

l 1l 2

lxl

S

db

Ai

r i

V IV III II Ia) Princip rada ureznika

b) Povr ine strugotina po pojedinim zubimaš

Slika 11.4. Izrada navoja na bušilici

Ureznik ima oblik zavojnice prekinute žljebovima za odvođenje strugotine i formiranje reznog klina alata. Broj žljebova je obično 3 - 4, pri čemu se kod izrade navoja većeg prečnika koriste ureznici sa 4 žljeba. Ureznici se razlikuju po dužini i koničnosti početnog dela. Za izradu navoja u rupama ili kod izrade navoja na tvrdim materijalama koristi se dva ureznika (prethodni i završni). Početni deo ureznika je konično sužen, što znači da su rezni elementi na početnom delu sa nepotpunim profilom. Time je obezbeđena ravnomernija raspodela ukupnog poprečnog preseka strugotine na pojednine rezne elemente ureznika.

Režim izrade navoja na bušilici (slika 11.4) je definisan, kao i pri izradi navoja na strugu, korakom S, mm/o i brojem obrta alata n, o/min.

Glavno vreme izrade je definisano relacijom: ,Sn

LZitg ⋅⋅⋅= min

u kojoj su: i - broj prolaza; L = l + l1 + l2 - hod alata; l1 - prilaz alata; l2 - izlaz alata i Z - broj hodova navoja.

11.3 IZRADA NAVOJA NA GLODALICI Na glodalicama se mogu izrađivati kratkohodi i dugohodi navoji. Kratkohodi navoji (slika 11.5) se izrađuju primenom vretenastih i valjkastih navojnih glodala. To su glodala u vidu zavojnice ispresecane žljebovima za formiranje reznog klina alata. Izrada kratkohodog navoja se izvodi na specijalnim glodalicama koje obezbeđuju odgovarajuća kretanja alata i predmeta obrade. Alat izvodi glavno obrtno kretanje i aksijalno pomoćno pravolinijsko kretanje uz prethodno primicanje alata, dok


156

predmet obrade izvodi lagano obrtno kretanje. Jednom obrtu predmeta obrade odgovara aksijalno pomeranje alata za jedan korak. Na specijalnim mašinama je moguća izrada i navoja na predmetima obrade koji zbog svog oblika nemaju mogućnost obrtnog kretanja. U tom slučaju alat izvodi sva neophodna kretanja, uključujući i planetarno kretanje oko predmeta obrade.

SV, n

nr

d M

Slika 11.5. Izrada kratkohodog navoja na glodalici

Dugohodi navoji se izrađuju na univerzalnim ili horizontalnim glodalicama (slika 11.6) korišćenjem podeonog aparata, čije se jedan zupčanik vezuje za vodeće vreteno radnog stola glodalice. Kao rezni alat najčešće se koristi koturasto profilno glodalo.

Slika 11.6. Izrada dugohodog navoja na glodalici

Izmenjiva grupa zupčanika se definiše iz prenosnog odnosa: ,S

ZSZZ

ZZK v

5

6

7

8 ⋅=⋅=

gde su: S, mm - korak navoja koji se izrađuje; Sv, mm- korak vodećeg vretena radnog stola glodalice i Z - karakteristika podeonog aparata.

Režim obrade je definisan korakom S, mm/o i brojem obrta alata n, o/min. Princip izbora režim obrade je identičam kao i u obradi struganjem, (videti Priručnik [79]).

11.4 SPECIJALNI POSTUPCI IZRADE NAVOJA U specijalne postupke izrade navoja spada izrada i obrada navoja na brusilicama, izrada navoja češljastim noževima, ekscentrično rezanje navoja (tzv. Wirbelgewinde), valjanje navoja navojnim valjcima i navojnim pločama i sl. postupci.

12. IZRADA ZUPČANIKA U zavisnosti od zahtevanog kvaliteta izrade zupčanika metode izrade se dele na dve grupe i to metode: prethodne obrade - izrade i završne obrade zupčanika. Metodama prethodne obrade (glodanjem, rendisanjem, provlačenjem i sl.) formira se oblik zuba zupčanika rezanjem iz punog materijala.

Metodama završne obrade (brušenjem, glačanjem - poliranjem, ljuštenjem - brijanjem i sl.) se otklanjaju defektni sloj i toplotne deformacije nastale prethodnim obradom i obezbeđuje visoka tačnost i kvalitet obrađenih površina. Metode izrade i obrade zupčanika se mogu razvrstati i prema vrsti zupčanika koji se izrađuju i osnovnim postupcima obrade, kao na primer:

♦ izrada zupčanika glodanjem, ♦ izrada zupčanika rendisanjem, ♦ izrada zupčanika provlačenjem, ♦ završna obrada zupčanika.

12.1 IZRADA CILINDRIČNIH ZUPČANIKA GLODANJEM Za izradu cilindričnih zupčanika glodanjem koriste se dve metode izrade:

pojedinačnim rezanjem (zub po zub) i relativnim kotrljanjem.

12.1.1 Izrada zupčanika pojedinačnim rezanjem Metode pojedinačne izrade zupčanika koriste se samo u nedostatku specijalnih mašina. Izrada cilindričnih zupčanika pojedinačnim rezanjem (slika 12.1) je moguća na univerzalnim, horizontalnim ili vertikalnim glodalicama uz primenu podeonog aparata (prostog ili univerzalnog).

a) Izrada zuba zup anika koturastimmodulnim glodalom

č b) Izrada zuba zup anika vretenastimmodulnim glodalom

č

koturasto modulnoglodalo

V, nV, n

vretenasto modulnoglodalo

Slika 12.1. Pojedinačno rezanje zuba zupčanika modulnim glodalima


158

Kao alat koriste se modulna vretenasta ili koturasta glodala. Profil alata odgovara profilu međuzublja zuba zupčanika. Nakon izrade jednog međuzublja predmet obrade se, posredstvom podeonog aparata, zakoreće za jedan korak. Kako se, pri istoj vrednosti modula zupčanika, profil međuzublja menja sa brojem zuba zupčanika, teorijski bi bio potreban poseban alat za svaki modul i broj zuba. Međutim, u praksi se za određeni dijapazon brojeva zuba zupčanika, pri istoj vrednosti modula, koristi jedno glodalo. To znači da za svaku vrednost modula zupčanika postoji određena garnitura glodala, pri čemu se jedno glodalo iz garniture koristi za određeni dijapazon broja zuba zupčanika.

12.1.2 Izrada zupčanika relativnim kotrljanjem Za serijsku i masovnu proizvodnju zupčanika koriste se specijalne mašine, koje rade na principu relativnog kotrljanja između alata i predmeta obrade. Princip relativnog kotrljanja obezbeđuje veću tačnosti izrade, bolji kvalitet i viši nivo produktivnosti izrade zupčanika. Ostvaruje se na mašinama tipa Pfauter korišćenjem odvalnog glodala (slika 12.2) kao reznog alata. Odvalno glodalo je oblika puža ispresecanog zavojnim žljebovima normalnim na zavojnicu - spiralu puža.

se ivočle na povr inađ š

grudna povr inaš

γ

α

K

jednodelno odvalnoglodalo

β

β

V, n

Slika 12.2. Odvalna glodala

U procesu izrade zupčanika odvalno glodalo izvodi lagano glavno obrtno kretanje (slika 12.2), uz istovremeno pravolinijsko pomoćno kretanje paralelno osi zupčanika koji se izrađuje. Predmet obrade izvodi pomoćno obrtno kretanje, koje je u funkciji glavnog kretanja, kako bi se dobio željeni broj zuba zupčanika. Odvalna glodala se izrađuju od brzoreznih čelika ili sa umetnutim segmentima sa zubima od brzoreznog čelika. Nanošenjem tvrdih TiN prevlaka postiže se višestruko povećanje postojanosti alata. Režim obrade pri izradi zupčanika odvalnim glodanjem je definisan korakom S, mm/o i brojem obrta alata n, o/min, aksijalnim pomeranjem alata Sr, mm/o ili brojem hodova. Za izradu zupčanika glodanjem koriste se glodalice tipa Pfauter. Nosač alata sa alatom se vertikalno pomera duž stuba (periodično ili kontinualno) i zakreće oko horizontalne ose u cilju zakretanja odvalnog glodala. Alat izvodi glavno obrtno i pomoćno aksijalno pravolinijsko kretanje. Predmet obrade se postavlja na stožer i utvrđuje nosačem. Predmet obrade izvodi pomoćno obrtno, dopunsko obrtno (ukoliko je potrebno) i pomoćno pravolinijsko radijalno kretanje (periodično ili kontinualno).

12. IZRADA ZUPČANIKA

159

12.2 IZRADA CILINDRIČNIH ZUPČANIKA RENDISANJEM Izrada cilindričnih i koničnih zupčanika rendisanjem predstavlja postupak koji odlikuje veća tačnost izrade u odnosu na glodanje, ali i manja produktivnost.

12.2.1 Izrada zupčanika relativnim kotrljanjem U serijskoj i masovnoj proizvodnji se koriste metode zasnovane na principu relativnog kotrljanja i to uglavnom: Felouz i Mag metoda. Felouz (Fellows) postupak izrade cilindričnih zupčanika sa pravim zubima je postupak relativnog kotrljanja kod koga se kao alat koristi kružni zupčasti nož (slika 12.3.a), koji predstavlja višeprofilni alat u vidu zupčanika.

A-A

α1

α

γ

A

A

β3o

Oblik zuba pravog zup astog no ač ž

a) Zup asti noč ž

b) Postupak izrade zup anikač

12

Slika 12.3. Alat i šema postupka izrade cilindričnih zupčanika (metod Fellows)

Alat (1 - slika 12.3.b) izvodi glavno pravolinijsko kretanje u vertikalnom pravcu, uz istovremeno pomoćno obrtno kretanje. Predmet obrade (2) izvodi kontinualno pomoćno obrtno kretanje, uz periodično pravolinijsko radijalno kretanje sa ciljem primicanje predmeta obrade i ostvarivanja odgovarajuće dubine rezanja, pre početka radnog hoda, odnosno odmicanja predmeta obrade pre početka povratnog hoda (eliminisanje mogućih oštećenja obrađene površine). Kod izrade cilindričnih zupčanika sa zavojnim zubima primenjuju se zupčasti noževi sa zavojnim zubima. U ovom slučaju alat, pored prikazanih kretanja (slika 12.3.b) izvodi i dopunsko obrtno kretanje. Zupčanici sa unutrašnjim ozubljenjem se izrađuju na analogan način kao i zupčanici sa spoljašnjim ozubljenjem.

Mag (Maag) metoda je metoda izrade cilindričnih zupčanika sa pravim zubima relativnim kotrljanjem primenom pravog zupčastog noža oblika zupčaste letve. Alat (1) izvodi vertikalno glavno pravolinijsko kretanje, slika 12.4. Predmet obrade (2) izvodi pomoćno obrtno i pravolinijsko kretanje. Pomoćno obrtno kretanje je periodično, po


160

završenom povratnom pre radnog hoda alata. Pomoćno pravolinijsko kretanje se izvodi kontinualno od jednog do drugog kraja alata, uz vraćanje predmeta obrade u početni položaj, nakon dostizanja krajnjeg položaja.

2

1

zup asta letvač Slika 12.4. Izrada cilindričnih zupčanika - metod Maag

Režim obrade pri izradi zupčanika rendisanjem po metodi relativnog kotrljanja (odvalnim rendisanjem) je definisan: korakom S, mm/dh i brojem duplih hodova alata nL, dh/min, dok je sistemom prenosa kretanja od glavnog vretena do vretana sa predmetom obrade obezbeđeno odgovarajuće obrtno kretanje predmeta obrade.

12.3 IZRADA KONIČNIH ZUPČANIKA Dva osnovna postupka izrade koničnih zupčanika su postupci izrade koničnih zupčanika glodanjem i rendisanjem.

12.3.1 Izrada koničnih zupčanika glodanjem Konični zupčanici sa pravim zubima pojedinačnim rezanjem se izrađuju na horizontalnim glodalicama primenom podeonog aparata. Profil zuba glodala, čija je širina jednaka minimalnoj širini međuzublja, odgovara srednjem preseku međuzublja zuba zupčanika.

Metode serijske izrade koničnih zupčanika relativnim kotrljanjem se dele prema tipu mašine na: Klingelnberg, Glizon, Fiat - Mamano, Oerlikon i sl.

Klingelnberg metoda izrade koničnih zupčanika sa pravim i zavojnim zubima je tačnija metoda i bazira na principu relativnog kotrljanja. Kao alat se koriste dva glodala (1 i 2 - slika 12.5) sa umetnutim zubima koji naizmenično izrađuju jednu i drugu bočnu površinu zuba zupčanika. Alat izvodi glavno obrtno kretanje i pravolinijsko pomeranje duž izvodnice konusa, dok predmet obrade (3) izvodi istovremeno obrtno i pravolinijsko oscilatorno kretanje sa ciljem ostvarivanja relativnog kretanja. Nakon izrade jednog zuba predmet obrade se, posredstvom podeonog aparata, zakreće za jedan korak.

2

1

3

Slika 12.5. Klingelnberg metoda izrade koničnih zupčanika sa pravim zubima

12. IZRADA ZUPČANIKA

161

12.3.2 Izrada koničnih zupčanika rendisanjem Metode izrade koničnih zupčanika rendisanjem se najčešće razvrstavaju na metode:

♦ kopiranja po šablonu i relativnog kotrljanja,

mada se mogu razvrstati i prema tipu mašine za izradu koničnih zupčanika na: Oerlikon, Bilgram, Glizon metode itd.

Oerlikon metoda izrade koničnih zupčanika rendisanjem (slika 12.6) je metoda kopiranja. Profil šablona je uvećan u odnosu na profil zupčanika koji se izrađuje, srazmerno rastojanju od vrha konusa. Nož za rendisanje (4) izvodi glavno pravolinijsko kretanje u pravcu izvodnice konusa, dok šiljak kopira (5) obezbeđuje naginjanje sistema priljubljivanjem uz šablon.

1

45

32

Slika 12.6. Oerlikon metoda izrade koničnih zupčanika - metod kopiranja

Glizon (Gleason) metoda izrade koničnih zupčanika sa pravim zubima (slika 12.7), je metoda kod koje se relativno kotrljanje ostvaruje zakretanjem u jednu ili drugu stranu dva zupčasta segmenta (1) i (2).

2

1

34

Slika 12.7. Glizon metoda izrade koničnih zupčanika sa pravim zubima

12.4 IZRADA ZUPČANIKA PROVLAČENJEM Provlačenje je ređe primenjivani postupak izrade zupčanika, zbog složenosti alata koji nemaju univerzalnu primenu, i koristi se eventualno kod velikih serija. Pošto međuzublje predstavlja otvorenu konturu to se pri izradi zupčanika primenjuju metode i postupci spoljašnjeg provlačenja.


162

12.5 ZAVRŠNA OBRADA ZUPČANIKA Završna obrada zupčanika se izvodi nakon izrade (glodanjem, rendisanjem ili provlačenjem) i termičke obrade. Završnom obradom se obezbeđuje otklanjanje termičkih deformacija, povećanje tačnosti izrade i kvaliteta bočnih površina zuba zupčanika. Za završnu obradu zupčanika se primenjuju različite metode, kao što su metode: brušenja, ljuštenja (brijanja), glačanja (poliranja) i sl.

12.5.1 Obrada zupčanika brušenjem Brušenje se, uglavnom, koristi kao metod završne obrade cilindričnih zupčanika sa pravim i kosim zubima, retko i koničnih zupčanika. Metode brušenja zupčanika se razvrstavaju u dve grupe i to na metode: kopiranja i relativnog kotrljanja. Metode kopiranja su metode zasnovane na primeni dvostrano (metod Orkut) ili jednostrano profilisanih tocila (metod Minerva), a metode relativnog kotrljanja na primeni dvostranog koničnog tocila (metod Niles), jednostranog koničnog tocila (metod Maag) ili pužnog tocila (metod Rajshauer).

12.5.2 Obrada zupčanika ljušenjem (brijanjem) Ljuštenje zupčanika je visokoproduktivni metod završne obrade zupčanika pre termičke obrade. Pri završnoj obradi ljuštenjem predmet obrade (zupčanik - 1) se spreže sa alatnim zupčanikom ili alatnom zupčastom letvom (2 - slika 12.33.b i c). Bočne površine alata su ožljebljene radi dobijanja reznih ivica (slika 12.33.a). Relativnim kretanjem predmeta obrade i alata uklanjaju se tanki slojevi materijala debljine oko 0,1 mm.

a) Zub alata za lju tenje zup anikaš č

b) Me usobni polo aj predmeta obrade ialatnog zup anika

đ žč

c) Me usobni polo aj predmeta obrade ialatne zup aste letve

đ žč

2

2

1

1

Slika 12.33. Izglad reznog alata i međusobni položaj alata i predmeta obrade pri

ljuštenju zupčanika

12.5.3 Obrada zupčanika glačanjem (poliranjem) – uparivanjem Glačanje je postupak završne obrade zupčanika koji se ne obrađuju brušenjem nakon termičke obrade ili brušenih zupčanika, u cilju dobijanja visokog kvaliteta bočnih površina zuba zupčanika. Izvodi se relativnim kotrljanjem dva spregnuta zupčanika, uz neophodna dopunska kretanja i dodatak sredstva za glačanje (tečnosti sa abrazivom). Ovako upareni zupčanici se ugrađuju zajedno u sklop prenosnika (menjača vozila, prenosnika alatnih mašina i sl.).

13. NOVI POSTUPCI OBRADE

Nove postupke obrade obuhvataju: visokoproduktivni i nekonvencionalni postupci obrade

13.1 VISOKOPRODUKTIVNI POSTUPCI OBRADE Savremene proizvodne uslove sve više karakteriše razvoj i uvođenje visokoproduktivnih postupaka obrade rezanjem (slika 13.1), kao što su postupci obrade:

na povišenim temperaturama, struganjem alatima za glodanje i visokim brzinama rezanja.

Posebno su značajni postupci obrade visokim brzinama rezanja (visokobrzinski postupci obrade). To su, uglavnom, postupci obrade struganjem i glodanjem sa brzinama rezanja preko 1000 m/min (i do 10000 m/min). Razvoj avionske, raketne, nuklearne i drugih tehnika i industrija zahteva primenu novih materijala velike čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na visokim temperaturama. Obrada ovih materijala je otežana, skoro nemoguća. To je i bio razlog za pojavu postupaka obrade rezanjem na povišenim temperaturama sa ciljem da se zagrevanjem materijala smanji čvrstoća i olakša proces obrade. Zagrevanjem predmeta obrade se, pored smanjenja čvrstoće i tvrdoće, postiže i smanjenje sklonosti ka otvrdnjavanju, koeficijenta trenja, abrazivnog delovanja, sile i snage rezanja i intenziteta habanja. Istovremeno se obezbeđuje i povećanje plastičnosti materijala, debljine oksidnog sloja (sloja manje čvrstoće i koeficijenta trenja) i poboljšanje kvaliteta obrade.

Obrada struganjem alatima za glodanje se odlikuje povoljnijim oblicima strugotine (zbog prekidnog rezanja), malim brzinama predmeta obrade i mogućnošću optimizacije (značajnog povećanja) brzine rezanja. Alat (vretenasto ili čeono glodalo) izvodi glavno obrtno i pomoćno pravolinijsko kretanje, a predmet obrade pomoćno obrtno kretanje.

Slika 13.1. Obrada struganjem alatom za glodanje


164

Visokobrzinska obrada Istraživanja uticaja brzine rezanja na efekte procesa obrade metala rezanjem su pokazala da sa povećanjem brzine rezanja dolazi do značajnog smanjenja otpora rezanja i temperature predmeta obrade i alata. Naime, i do 98 % generisane količine toplote se odvodi strugotinom, tako da su i predmet obrade i alat skoro potpuno hladni. Istovremno se značajno poboljšava i kvalitet obrađene površine (izuzetno sjajna površina) i tačnost obrade, jer se obrada odvija izvan oblasti pojave vibracija. Visokobrzinska obrada zahteva razvoj odgovarajućih alatnih mašina i reznih alata. Reč je o mašinama alatkama visoke krutosti i stabilnosti, kod kojih se posebna pažnja posvećuje podsistemima vreteništa (glavno kretanje sa vrlo velikim brojem obrta i do 100.000 o/min), pogona radnog stola (sistema pomoćnog kretanja), upravljačke jedinice, sistema zaštite i sl. Kod reznih alata osnovni zahtevi su u pogledu konstrukcije (velika krutost, malo radijalno bacanje, maksimalna uravnoteženost ...), postavljanja i stezanja (tačno pozicioniranje i ponovljivost položaja, laka i brza izmena alata ...) i materijala i geometrije alata (tvrdi metali, rezna keramika, bornitrid ili polikristalni dijamant, optimalna geometrija, najčešće pozitivan grudni ugao, velika vrednost leđnog ugla itd.). Zavisno od vrednosti brzine rezanja visokobrzinski postupci obrade se dele na postupke sa:

visokim brzinama rezanja (600 - 1.800 m/min), vrlo visokim brzinama rezanja (1.800 - 18.000 m/min) i ultravisokim brzinama rezanja (preko 18.000 m/min).

Obrada visokim brzinama, odnosno visokobrzinsko glodanje je sve više prisutno, njime se obezbeđuje istovremeno visoka produktivnost i visok kvalitet završne obrade, što je posebno značajno kod obrade složenih konfiguracija (gravure alata za kovanje, livenje i presovanje, matrice...). Izvodi se specijalnim glodalima za visokobrzinsku obradu. Zavisnosti postojanosti alata i parametara obrade ukazuju na različit uticaj parametara obrade (koraka po zubu, širine glodanja, brzine rezanja i materijala alata) na smanjenje otpora rezanja, poboljšanje kvaliteta površina i tačnosti obrade, povećanje produktivnosti i uštede u vremenu obrade. Zato je neophodno adekvatno proučavanje problematike i projektovanje optimalnih uslova kako bi se dostigli željeni efekti.

13.2 NEKONVENCIONALNI POSTUPCI OBRADE

Obrada novih materijala klasičnim postupcima obrade je veoma otežana, često i nemoguća. Zbog toga se, paralelno sa razvojem novih materijala, razvijaju, usavršavaju i uvode novi progresivni postupci obrade, veće produktivnosti i ekonomičnosti prerade metala. Novi, nekonvencionalni postupci obrade (NPO), su postupci kod kojih se uklanjanje viška materijala, izmena oblika, dimenzija i strukture materijala ostvaruje korišćenjem električne, hemijske, svetlosne, magnetne, nuklearne i drugih vidova energije dovedenih neposredno u proces - zonu rezanja. Klasifikacija nekonvencionalnih postupaka obrade je moguća prema: vrsti energije i radnog (prenosnog medijuma), osnovnim mehanizmima uklanjanja viška materijala, tipu izvora energije i slično.


165

Najčešće se nekonvencoionalni postupci razvrstavaju prema vrsti energije i tipu uklanjanja viška materijala i to na postupke:

- ECM - elektrohemijske obrade, - EDM - elektroerozione obrade, - EUS - ultrazvučne obrade, - EBM - obrade elektronskim snopom, - LBM - obrade laserom, - PJM - obrade plazmom, - CM - hemijske obrade, - WJM - obrade vodenim mlazom, - AJM - obrade abrazivnim mlazom, - anodnomehaničke obrade, - obrade u elektromagnetnom polju, - elektrohidraulične obrade, - obrade eksplozijom, - elektromehaničke obrade, - kombinovani postupci obrade i sl.

13.2.1 ECM - Elekrohemijska obrada ECM (Electrochemical Machining) obrada se zasniva na hemijskim procesima, koji nastaju pri prolasku jednosmerne struje kroz električno kolo između elektroda potopljenih u elektrolit. Prolaskom jednosmerne struje na anodi (predmetu obrade - slika 13.2) dolazi do anodnog rastvaranja metala i njegovog prelaska u elektrolit. Intenzivnim kretanjem elektrolita rastvoreni metal se uklanja iz zone obrade, a predmet obrade poprima oblik alata - katode.

- - +

Profilnialat(katoda)

Predmetobrade(anoda)

Elektrolit

Izolacija

Elektrolit

Kretanje alata Nosa alata imehanizam zapovratni hod

č

-+

Alat (katoda)

Elektrolit

Izolacija

Strugotina(pucna)

Predmetobrade

Protokelektrolita

b) Elektrohemijsko enje ibru enje

čišćš

a) Princip obrade

4

2

16

3

5

R

UA

V4

7

5

δ

radni zazor

1 - izvor napajanja2 - potenciometar3 - elektrolit4 - alat - katoda5 - anoda - predmet obrade6 - kada7 - radni zazor

Slika 13.2. Šematski prikaz postupka ECM obrade

Osnovu procesa obrade čine procesi lokalnog anodnog rastvaranja pri prolasku jednosmerne struje visoke gustine (od nekoliko desetina do nekoliko stotina A/cm2), kroz elektrolit (vodeni rastvori kiselina, baza i soli, najčešće natrijum hlorida) koji


166

cirkuliše. Anodno rastvaranje površinskih slojeva predmeta obrade dovodi do izmene konfiguracije zazora (veličine 0,05 - 1 mm) između elektroda, preraspodele gustine električne struje, izmene hidrodinamičkih i drugih parametara procesa. Intenzivnim kretanjem elektrolita obezbeđuje se odnošenje produkata anodnog rastvaranja iz zone obrade i kopiranje profila katode na površini anode, stabilnost i visoka proizvodnost obrade, odvođenje toplote i odgovarajuća vrednost ostalih parametara procesa. Elektrohemijska obrada se koristi za izradu delova složene konfiguracije i male krutosti, obradu nepristupačnih površina i visokokvalitetnih materijala sklonih obrazovanju pukotina (silicijum, germanijum, berilijum i sl.), kao i realizaciju drugih proizvodnih operacija. ECM postupcima obrade se realizaciju operacije bušenja otvora različitih profila, izrade površina složenih konfiguracija (gravure alata za kovanje, livenje, probijanje, prosecanje, presovanje, kompresorske i turbinske lopatice) i sl.

13.2.2 EDM - Elekroeroziona obrada

EDM (Electric Discharge Machining) obrada obuhvata postupke obrade metala kod kojih se uklanjanje viška materijala ostvaruje serijom električnih pražnjenja periodičnog karaktera, nastalih između alata (katode 1 - slika 13.3) i predmeta obrade (anode 2). Pri odgovarajućem rastojanju alata i predmeta obrade (0,005 - 0,5 mm) uspostavlja se električni luk ili iskra (3). Pojava luka ili iskre dovodi do jonizacije radne tečnosti (dielektrikuma 4), formiranja stuba pražnjenja (jonizujućeg stuba 5), topljenja i isparavanja čestica materijala predmeta obrade.

35 4

2

1

impu

lsni

gene

rato

r

2

1 4

a) Princip obrade

b) ema procesaŠ

1 4

2

R

C

U

L

A

V r

Kretanjealata

ALAT(elektroda)

Zazor

Predmetobrade

Dielektrikum

Bo ni zazorč

AlatHabanje elektrode

Elektri no pra njenje(mikro varnica)

č ž

Protok elektrolita

Kavitaciono formiranjekratera nakonelektri nog pra njenjač ž

Obradjenapovr inaš

Jonizovanidielektrikum

Predmetobrade

}

Sistem zadovod zice

Dielektrikum

žičana elektroda

Predmetobrade

Rez

y xZatezanje i namotavanje `ice

Pomeranje predmeta obrade

c) Obrada anom elektrodomžič Slika 13.3. Osnovni elementi elektroerozione obrade

Prekidom pražnjenja (prekidom strujnog kola) dolazi do pucanja jonizujućeg stuba, izbacivanja rastopljenog materijala i njegovog odnošenja iz zone obrade. Hlađenje rastopljenog materijala i odnošenje se ostvaruje dielektrikumom (dejonizovana voda,


167

petrolej, mineralno ulje,...) koji cirkuliše. Naizmenično impulsno pražnjenje obezbeđuje razaranje materijala, prodiranje alata i formiranje profila koji odgovara profilu alata. Elektroerozionim postupcima obrade je moguće realizovati veliki broj proizvodnih operacija korišćenjem profilisanog ili neprofilisanog alata u vidu pune ili žičane elektrode (slika 13.3). Otuda se EDM postupci obrade dele na:

♦ EDM postupke obrade punim i

♦ EDM postupke obrade žičanim elektrodama.

Oblikovanje površina ostvaruje se kopiranjem oblika alata ili uzajamnim kretanjem alata i predmeta obrade i neprofilisanog alata (žičane elektrode). EDM obrada se koristi u slučajevima kada je mehanička obrada nemoguća ili krajnje otežana, pri obradi tvrđih materijala (čelika otpornih na visoke temperature, koroziju i sl.), izradi otvora malog prečnika (0,1 - 1 mm), otvora i proizvoda složene konfiguracije itd.

13.2.3 EUS - Ultrazvučna obrada

Ultrazvučno oscilovanje alata se može iskoristiti za uklanjanje viška materijala (dimenzionalna obrada) ili poboljšanje efektivnosti konvencionalnih i nekonven-cionalnih postupaka obrade (obrade rezanjem i deformisanjem, elektrohemijske, elektroerozione, hemijske i drugih postupaka obrade). U savremenim proizvodnim uslovima postupci ultrazvučne obrade (Electric Ultrasonic Machining - EUS - slika 13.4) se koriste za izradu proizvoda bilo koje konfiguracije, posebno proizvoda od tvrdih i super tvrdih materijala (izolacioni materijali, elementi elektronike itd.), čišćenje, zavarivanje i lemljenje, itd.

Alat

Predmetobrade

Emulzija saabrazivom

Protok

Visoko frekventni oscilator

alatpredmetobrade

sonotroda

princip razaranjaalat

predmet obrade

Slika 13.4. Principijelna šema ultrazvučne obrade

Ultrazvučna obrada je proces obrade kod kojeg se koriste zrna brusnog materijala (abraziva). Energija potrebna za proces obrade se formira preko izvora vibracija i prenosi na abrazivna zrna, koja udarom o predmet obrade, postavljen u kadu sa abrazivnom suspenzijom (najčešće vodeni rastvor brusnog materijala), dovode do razaranja površinskih slojeva i formiranja konfiguracije predmeta obrade u skladu sa konfiguracijom alata. Relativno visok intenzitet procesa obezbeđuje se visokom frekvencijom oscilovanja alata (18 - 25 kHz) i velikom količinom zrna brusnog materijala koja se nalaze u procesu (30000 - 100000 zrna/cm2). Prodiranjem zrna abraziva, pod dejstvom ultrazvučnih vibracija, u materijal predmeta obrade dolazi do nastanka i širenja mikro i makropukotina koje se međusobno presecaju formirajući mehanički oslabljen sloj koji se relativno lako razara, uz pojavu produkata obrade. Ultrazvučna obrada se koristi pri realizaciji proizvodnih operacija kao što su: sečenje, glodanje, struganje, bušenje, brušenje, izrada navoja i obrada delova složenih


168

konfiguracija (gravure alata za kovanje i presovanje) itd. Pored realizacije pomenutih operacija ultrazvuk se koristi i za povećanje efikasnosti drugih postupaka obrade i izvođenje drugih operacija kao što su zavarivanje, lemljenje, ispitivanje materijala, identifikacija i defektoskopija različitih parametara i procesa itd.

13.2.4 LBM - Obrada laserom Razvojem lasera stvoreni su uslovi za razvoj različitih postupaka obrade laserom (Laser Beam Machining - LBM). Usmeravanjem laserskog snopa na predmet obrade (slika 13.5) moguće je izvesti veliki broj proizvodnih operacija, kao što su bušenje, sečenje, otvrdnjavanje, nanošenje prevlaka, zavarivanje itd. Zahvaljujući isključivo visokom usmerenju - fokusiranju snopa (na površinu reda 10-6 mm2), visokoj gustini energije snopa (do 108 kW/mm2), mogućnosti jednostavnog upravljanja laserskim snopom i obrade u različitim sredinama, obrada laserom dobija sve veći značaj i ima niz prednosti.

Predmet obrade

So ivočLaserski snop

Propustno ogledalo

100% nepropustno ogledalo

Fle lampaš

Laserska cev

Laser

laserski snop

so ivo zafokusiranječ

radni gasO ili N2 2

predmet obradeVp

Slika 13.5. Principijelna šema formiranja laserskog snopa

Za realizaciju proizvodnih operacija obrade laserom najčešće se koriste čvrsti rubinski i gasoviti (CO2) laserski uređaji.

13.2.5 PJM - Obrada plazmom Obrada plazmom (Plasma Jet Machining - PJM, slika 13.6) se koristi za realizaciju proizvodnih operacija koje zahtevaju visoku koncentraciju toplotne energije. To su procesi topljenja, zavarivanja, sečenja metala i nemetala, nanošenja prevlaka, topljenje itd. Propuštanjem plazma gasova (radnih gasova kao što su argon, vodonik, kiseonik i sl.) preko električnog luka, stvorenog između anode i katode, formira se buktinja - plazma. Plazma je, u suštini, svaka materija zagrejana na visoku temperaturu dovoljnu da se pretvori u jonizovano gasno stanje (četvrto agregatno stanje). U takvom stanju materija se ponaša po zakonima karakterističnim za normalne gasove, a njene osnovne karakteristike su: veoma visoka temperatura pojedinih zona, energetska nestabilnost, elektroprovodljivost, vrlo velika brzina kretanja čestica koje sačinjavaju plazmu itd. Pri nanošenju prevlaka dodatni materijal (materijal prevlake) se, u vidu praha, dovodi u specijalno oblikovani gorionik ili u obliku žice na vrh mlaznice gorionika. Prah se, u struji plazme, pretvara u tečno stanje i pada u vidu kapljica na osnovni materijal, razliva po njemu i formira prevlaku koja može biti naneta na metale i nemetale.


169

Predmet obrade

Plazmeni luk

Primarni gas

Sekundarni gas

Širina reza

Odstranjivanje rastopljenog metala

Polo

mla

znic

eža

j

Gorionik

KatodaTelo gorionika, anodaSpolja nji oklopš

plazma gas katoda

anoda

luk plazme

predmet obrade

+_

> 20000 K

17000 - 20000 K15000 - 17000 K10000 - 15000 K

Slika 13.6. Šematski prikaz luka plazme i temperaturnih zona

13.2.6 CM - Hemijska obrada Hemijske metode obrade materijala (Chemical Machining - CM) su metode zasnovane na uklanjanju viška materijala međudejstvima materijala predmeta obrade i radne tečnosti (vodeni rastvori sumporne, fosforne, azotne, sone i drugih kiselina, baza ili soli) unutar kupatila (slika 13.7).

Pre

dmet

obra

de NaOH iliH SO2 4

1. Predmetobrade

5.Za titnisloj

š

7.Ispiranje

4.Ultraviolentnosvetlo

2.Fotorezistentni sloj(za titni sloj)š

8.Proizvod

3.Negativ

6.Radnate nostč

Slika 13.7. Principijelna šema hemijske obrade

Površine koje se ne obrađuju (nagrizaju) štite se zaštitnim slojem (različite vrste boja i lakova, specijalne lepljive trake, gumene ili galvanske prevlake itd.). Očišćen i zaštićen predmet obrade se stavlja u kadu sa radnom tečnošću. Na nezaštićenim delovima površine dolazi do rastvaranja materijala i njegovog uklanjanja. Hemijska obrada se koristi za izvođenje proizvodnih operacija kao što su duboko konturno nagrizanje ili hemijsko glodanje, hemijsko poliranje i olakšanje predmeta obrade na neopterećenim ili slabo opterećenim delovima, bez promene mehaničkih karakteristika (krutosti, stabilnosti i sl.), itd.

13.2.7 AJM i WJM obrada Hidromehaničke metode obrade, obrade abrazivnim (AJM) ili vodenim mlazom (WJM), se koriste za hidromehaničko rezanje i oblikovanje lima. Predstavljaju


170

progesivne metode zasnovane na korišćenju energije razaranja koju poseduje mlaz tečnosti velike brzine i visokog pritiska. Primenom hidrauličnih instalacija snage 8 - 80 kW visokog pritiska (150 - 1000 MPa i više) i brzine strujanja tečnosti (vode sa ili bez abraziva) stvaraju se uslovi za sečenje i isecanje različitih konfiguracija na predmetima izrađenim od metala i nemetala (slika 13.8).

a) Obrada vodenim mlazom b) Obrada abrazivnim mlazom

dc

l

p

p - oko 400 MPad < 0,3 mmQ - oko 2,8 l/min

vode

c

vode

dc

da

l

pp

p - oko 200 - 300 MPad > 0,25 mmQ - oko 2-6 l/mind = 0,8 - 2 mmQ - oko 0,2 - 1,5 kg/min

vode

c

vode

a

abraz

Slika 13.8. AJM i WJM obrada

13.2.8 Ostali NPO obrade U grupu ostalih nekonvencionalnih postupaka se mogu ubrojati anodnomehanička obrada, obrada u elektromagnetnom polju, elektrohidraulična obrada, oblikovanje eksplozijom, elektromehanička obrada, vibraciona obrada, obrada rezanjem sa zagrevanjem, oblikovanje gumom, kombinovani postupci obrade (hemijskomehanička, ultrazvučnoelektro-hemijska, elektroeroziono-hemijska, elektroerozionomehanička i sl.) itd.

LITERATURA 1. Lazić, M., Tehnologija obrade metala rezanje, Mašinski fakultet, Kragujevc, 2002. 2. Lazić, M., Nedić, B., Mitrović, B. Tehnologija obrade metala rezanjem, Izbor režima

obrade, Mašinski fakultet, Kragujevac, 2002.

3. Nedić, B., Tadić, B., Obrada metala rezanjem, proračun elemenata režima obrade, Zbirka zadataka, skripta, Mašinski fakultet, Kragujevac, 2000.

4. Ivković B., Obrada metala rezanjem, Jugoslovensko društvo za tribologiju, Kragujevac, 1994.

PRILOG 1

PITANJA ZA KOLOKVIJUM IZ PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA - OMR

1. Šta znači pojam tehnologija? 2. Nabrojati osnovne tehnologije. 3. Šta je tehnologija obrade? 4. Obrada prosecanjem pripada tehnologijama obrade

a. 1 - bez skidanja strugotine; 2 - sa skidanjem strugotine 5. Obrada otvora brušenjem pripada tehnologijama obrade

a. 1 - bez skidanja strugotine; 2 - sa skidanjem strugotine 6. Nabrojati osnovne postupke obrade metala rezanjem 7. Šta je obrađivana a šta obrađena površina? 8. Navesti tehnološke parametre obrade. 9. Šta je dubina rezanja? 10. Šta je korak (posmak)? 11. Šta je brzina pomoćnog kretanja? 12. Šta je brzina rezanja? 13. Šta je glavno kretanje i kako se dešiniše? 14. Šta je pomoćno kretanje i kako se definiše? 15. Šta je leđni a šta grudni ugao reznog alata?

16. Iz čega se sastoji obradi proces? 17. Šta je tehnološki postupak? 18. Šta je tehnološka operacija? 19. Šta je zahvat? 20. Izvršiti podelu alatnih mašina prema principu gradnje. 21. Izvršiti podelu alata prema vrsti obrade. 22. Navesti materijale koji se koriste za izradu reznih alata? 23. Da li se okretne - izmenljive pločice oštre? 24. Nacrtati dijagram uticaja temperature na mehaničke karakteristike alatnog materijala. 25. Navesti osnovne karakteristike tvrdih metala. 26. Šta su pomoćni pribori i koja im je namena? 27. Šta su tehnološke a šta merne baze?

28. Objasniti mehanizam formiranja strugotine. 29. Kada nastaje prekidna a kada neprekidna strugotina? 30. Kada nastaje naslaga na reznom klinu i objasniti njen uticaj na alat? 31. Navesti toplotne izvore u zoni rezanja, nacrtati. 32. Navesti toplotne ponore u zoni rezanja, nacrtati. 33. Navesti mehanizme habanja reznih alata. 34. Objasniti atheziono habanje alata 35. Nacrtati osnovni oblik habanja reznog klina alata. 36. Nacrtati krive habanja, intenziteta i otpornosti na habanje. 37. Šta je obradivost materijala? 38. Navesti osnovne zadatke sredstva za hlađenje i podmazivanje. 39. Navesti osnovne grupe sredstava za hlađenje i podmazivanje. 40. Šta je tačnost obrade i čime je uslovljena? 41. Navesti pokazatelje kvaliteta obrađene površine. 42. Šta je hrapavost obrađene površine? 43. Šta je glavno vreme obrade i kako se određuje? 44. Šta je postojanost alata?

45. Navesti osnovna kretanja kod obrade struganjem i ko ih izvodi? 46. Navesti proizvodne operacije u obradi struganjem.

47. Izvršiti podelu alata za struganje na osnovu vrste obrade. 48. Šta čini reznu geometriju alata u obradi struganjem? 49. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi struganjem? 50. Navesti parametre režima obrade kod struganja. 51. Kako se određuje glavno vreme obrade kod struganjem? 52. Navesti osnovne karakteristike mašina u obradi struganjem.

53. Navesti osnovna kretanja kod obrade bušenjem i ko ih izvodi? 54. Navesti proizvodne operacije u obradi bušenjem. 55. Izvršiti podelu alata za bušenje na osnovu vrste obrade. 56. Šta čini reznu geometriju alata u obradi bušenjem? 57. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi bušenjem? 58. Navesti parametre režima obrade kod bušenja. 59. Kako se određuje glavno vreme obrade kod bušenja? 60. Navesti osnovne karakteristike mašina u obradi bušenja.

61. Navesti osnovna kretanja kod obrade glodanjem i ko ih izvodi? 62. Navesti proizvodne operacije u obradi glodanjem. 63. Izvršiti podelu alata za glodanje na osnovu vrste obrade. 64. Šta čini reznu geometriju alata u obradi glodanjem? 65. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi glodanjem? 66. Navesti parametre režima obrade kod glodanja. 67. Kako se određuje glavno vreme obrade kod glodanja? 68. Navesti osnovne karakteristike mašina u obradi glodanjem.

69. Navesti osnovna kretanja kod obrade testerisanjem i ko ih izvodi? 70. Navesti proizvodne operacije prema tipu mašine u obradi testerisanjem. 71. Izvršiti podelu alata za testerisanje. 72. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi testerisanjem?

73. Navesti osnovna kretanja kod obrade rendisanjem i ko ih izvodi? 74. Navesti proizvodne operacije u obradi rendisanjem. 75. Navesti parametre režima obrade kod rendisanja. 76. Kako se određuje glavno vreme obrade kod rendisanja? 77. Izvršiti podelu mašina u obradi rendisanjem i navesti osnovne karakteristike mašina u

obradi rendisanjem.

78. Navesti osnovna kretanja kod obrade provlačenjem i ko ih izvodi? 79. Navesti proizvodne operacije u obradi provlačenjem. 80. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi provlačenjem? 81. Navesti parametre režima obrade kod provlačenja. 82. Izvršiti podelu i navesti osnovne karakteristike mašina u obradi provlačenjem.

83. Navesti osnovna kretanja kod obrade brušenjem i ko ih izvodi? 84. Navesti proizvodne operacije u obradi brušenjem. 85. Izvršiti podelu alata za brušenje na osnovu namene. 86. Šta čini rezni rezne elemente alata u obradi brušenjem? 87. Koji materijali se koriste za izradu alata u obradi brušenjem? 88. Navesti parametre režima obrade kod brušenja. 89. Kako se određuje glavno vreme obrade kod brušenja? 90. Navesti osnovne karakteristike mašina u obradi brušenjem. Student polaže jedan kolokvijum iz oblasti PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA - OMR, na kome iz ove grupe pitanja dobija test sa 20 pitanja.

PRILOG 2

PITANJA ZA ZAVRŠNI ISPIT IZ PROIZVODNIH TEHNOLOGIJA - OMR

1. Postupci obrade metala rezanjem 2. Navesti i objasniti tehnološke i geometrijske parametre obrade 3. Osnovna geometrija reznog alata 4. Alatni materijali 5. Pomoćni pribori, uloga, klasifikacija, primeri (skicirati nekoliko pribora) 6. Sredstva za merenje i kontrolu, primeri (skicirati nekoliko merila) 7. Objasniti mehanizam nastanka strugotine 8. Priroda triboloških procesa 9. Otpori rezanja pri ortogonalnom rezanju 10. Toplotni izvori i toplotni ponori 11. Habanje reznih elemenata alata 12. Troškovi obrade 13. Izrada navoja 14. Ozubljenje 15. Nekonvencionalni postupci obrade

Na završnom ispiti student izvlači jedno pitanje iz ove grupe pitanja.

obrada metala-rezanjem

Documents