OBRADA METALA REZANJEM

Prethodno poglavlje | Pocetna strana | Sledece poglavlje

1. OBRADA METALA REZANJEM

Rezanje se sastoji u prodiranju reznog alata u materijal.U oštem slučaju razlikuju se koso i ortogonalno rezanje .Ako je pravac relativnog kretanja između materijala i obratka pod nekim uglom u odnosu na sečivo reznog alata to je koso rezanje(sl.1.1a) dok je ortogonalno rezanje specijalan slučaj kosog rezanja kada je pravac relativnog kretanja između alata i obratka normalan na sečivo reznog alata (sl.1.1b).

Sl.1.1-Prodiranje reznog klina alata u material pri:

a) kosom i b) ortogonalnom rezanju

Rezanje se obavlja pri strogo određenoj kinematici relativnog kretanja između alata i obratka,gde se definišu glavno i pomoćno kretanje .Glavno kretanje određuje brzinu kretanja,a izvode ga alat ili obradak i može biti kružno ili pravolinijsko.Pomoćno kretanje takođe može biti kružno ili pravolinijsko.Glavno i pomoćno kretanje u određenoj kinematici kretanja alata i obradka definišu metod obrade.Jedan metod obrade može imati samo jedno glavno i jedno ili više pomoćnih kretanja.Metodi su:

● struganje

● rendisanje

● bušenje

● glodanje

● brušenje

Kada alat deluje na materijal obratka koji skida,prvo ga elastično deformiše ,a zatim i plastično,i to u jednoj lokalnij zoni,zoni rezanja,dolazi do stvaranja strugotine.

Faktori koji utiču na tok procesa rezanja rezultiraju preko dva faktora –tj.preko glavnih faktora obrade a to su:brzina rezanja i sile rezanja.

Vektorski plan brzina u zoni rezanja čine tri brzine:brzina rezanja,brzina smicanja strugotine i brzina kretanja strugotine po površini alata.

Rezni klin alata prodire u material obratka pod dejstvom mehaničke sile sile rezanja.Sila koja je po intezitetu i pravcu jednaka sili rezanja,a suprotnog je smera i opterećuje rezni klin alata naziva se otpor rezanja.

Na sl.1.2. prikazan je uprošćeni model sila rezanja ,koje se pojavljuju pri ortogonalnom rezanju ili koje se pojavljuju u normalnom preseku pri kosom rezanju.Sila rezanja F,kao rezultanta ,može se razložiti u dve međusobno normalne komponente .U ovom slučaju uzima se pravac brzine rezanja i odgovarajući normalan pravac,tj.pravac normalan na obrađenu površinu.

Sl.1.2.Sile pri ortogonalnom rezanju

F1-glavna sila rezanja

F2-sila prodiranja,tj.sila koja je normalna na obrađenu površinu

1.1. Struganje

Struganje je koso rezanje.Jedino pri odsecanju (ili usecanju),kada je sečivo alata paralelno sa osom obratka struganje je ortogonalno rezanje(sl.1.3).

Sl.1.3.Koso i ortogonalno struganje

Kod struganja obradak izvodi glavno obrtno kretanje dok alat izvodi pomoćno pravolinijsko kretanje ,koje je u kinematičkoj vezi sa glavnim kretanjem(sl.1.4).

Sl.1.4.Šema struganja

Na sl.1.5. prikazane su komponente otpora rezanja za slučaj uzdužnog i porečnog struganja.Rezultujući otpor rezanja može se razložiti u tri komponente međusobno normalnih pravaca.To su:

F1-glavni otpor rezanja

F2-otpor prodiranja koji je normalan na obrađenu površinu, i

F3-otpor pomoćnog kretanja

a) b)

Sl.1.5.Komponente otpora rezanja pri a ) uzdužnom i b )poprečnom struganju

Struganje je postupak za izradu bilo kog cilindričnog oblika.

1.2. Rendisanje

Rendisanje je u opštem slučaju koso rezanje dok pri usecanju žljebova nastaje ortogonalno rezanje(sl.1.6).

Sl.1.6-Koso i ortogonalno rendisanje

Kod rendisanja alat i obradak izvode pravolinijsko kretanje.Na kratkohodnim rendisaljkama alat izvodi glavno a obradak pomoćno kretanje dok je na dugohodnim rendisaljkama obrnuto.Glavno kretanje je prekidno-obavlja se u okviru duplog hoda(radni i povratni), pa je i pomoćno takođe prekidno(sl.1.7).

Sl.1.7.Šema rendisanja

Rendisanje je po procesu rezanja indentično struganju,tako da su i glavni faktori obrade isti.Međutim,proces rendisanja je prekidan.Pri ulasku i izlasku alata iz materijala,dolazi do udarnog dejstva,što nepovoljno utiče na sam proces rezanja,a posebno na postojanost alata.

Na sl.1.8.prikazane su komponente otpora rezanja pri rendisanju.

Sl.1.8.Komponente otpora rezanja pri rendisanju

F1-glavni otpor rezanja

F2-otpor prodiranja koji je normalan na obrađenu površinu, i

F3-otpor pomoćnog kretanja

Rendisanje je postupak skidanja sloja određene debljine.

1.3. Bušenje

Bušenje je koso rezanje. Pri bušenju oba kretanja izvodi alat-zavojna burgija.Glavno obrtno kretanje i pomoćno pravolinijsko kretanje nalaze se u kinematičkoj vezi(sl.1.9).

Sl.1.9.Šema bušenja

Pri bušenju burgija trpi visoka naprezanja zbog dejstva otpora rezanja,značajnih dopunskih deformacija strugotine i trenja između strugotine i površine otvora.Pri bušenju na sečivo reznog alata deluje neki rezultujući otpor rezanja koji se može razložiti na tri komponente.Za svako sečivo posebno,postoje po tri komponente otpora(sl.1.10),i to su:

F1-glavni otpor rezanja,koji je normalan na radijus poteg tačke sečiva u kojoj deluje rezultujući otpor

F2-otpor prodiranja koji je normalan na obrađenu površinu i

F3-otpor pomoćnog kretanja koji je paralelan sa osom burgije.

Sl.1.10.Komponente otpora rezanja pri bušenju

Bušenje u širem smislu podrazumeva:

1)bušenje u užem smislu reči-izrada rupa i otvora

alat:burgija

2)proširivanje-povećanje prečnika postojećih rupa i otvora

alat:proširivač

3)razvrtanje-fina obrada unutrašnjih strana rupa i otvora

alat:razvrtač

4)upuštanje-obrada ulaza rupa i otvora

alat:upuštač

5)zabušivanje-izrada plitkih rupa sa ciljemcentriranja

alat:zabušivač

1.4. Glodanje

Pri glodanju,koso rezanje nastaje pri radu valjkastim glodalima sa zavojnim zubima,a ortogonalno pri glodanju sa pravim zubima(sl.1.11).

Sl.1.11.Koso i ortogonalno rezanje

Glavno obrtno kretanje izvodi višesečni alat-glodalo,a pomoćno pravolinijsko kretanje izvodi obradak.S obzirom na mogući smer kretanja alata i obratka razlikuju se istosmerno (sl.1.12a) i suprotnosmerno glodanje(sl.1.12b).Kod istosmernog glodanja brzina rezanja i brzina pomoćnog kretanja imaju isti smer.U ovom slučaju debljina strugotine se smanjuje od neke najveće vrednosti do nule ,kada zub glodala napušta materijal.Kod suprotnosmernog glodanja debljina strugotine raste od nule do neke najveće debljine.Na početku zadiranja zuba glodala u materijal nastaje prethodno klizanje,što kvari kvalitet obrađene površine.Iako pokazuje izvesna preimućstva u odnosu na suprotnosmerno,istosmerno glodanje se manje primenjuje.

a) b)

Sl.1.12.Glodanje a)istosmerno i b)suprotnosmerno

Pri glodanju, u opštem slučaju,učestvuje više zuba glodala istovremeno u procesu rezanja.Zbog toga se rezultujuća sila rezanja dobija slaganjem sila po zubu glodala.Sile po zubu glodala su različite po pravcu i intezitetu prema položaju zuba i prema trenutnoj debljini strugotine.S druge strane,zbog periodičnog ulaska u materijal,sila glodanja je neravnomerna(sl.1.13 i sl.1.14 ).

F1(i)-glavni otpor rezanja i-tog zuba

F2(i)-otpor prodiranja i-tog zuba koji ima radijalan pravac u odnosu na glodalo.

Sl.1.13.Šema sila pri istosmernom glodanju

Sl.1.14.Šema sila pri suprotnosmernom glodanju

Najveća sila se pojavljuje neposredno pred izlazak prvog zuba iz materijala dok su još tri zuba u zahvatu.U trenutku izlaska prvog zuba iz materijala ukupna sila pada na najmanju vrednost.Tada su u zahvatu samo 2. i 3. zub,da bi kasnije počeo rezati i zub 4.,pa su ponovo u zahvatu tri zuba 2,3.i 4.zub,itd.Na taj način,sinhrona sa brojem zuba u zahvatu ukupna sila se kreće u rasponu između najveće i najmanje vrednosti(sl.1.15).Ukupni momenat se dobija kao superpozicija sila na jednom zubu glodala.

Sl.1.15.Dijagram promene ukupne sile otpora pri

istosmernom glodanju

1.5. Brušenje

Brušenje predstavlja proces skidanja tankog sloja materijala u zahvatima najfinije završne obrade.Obavlja se tocilima kao mnogosečnim alatima za rezanje.Tocilo se sastoji od dva osnovna materijala:sredstva za brušenje i vezivnog sredtva.Sredstava za brušenje su abrazivna zrnca prirodnog ili veštačkog porekla,koja obavljaju ulogu zuba alata.Vezivno sredstvo povezuje abrazivna zrnca u jednu celinu.Broj abrazivnih zrnaca u jednom tocilu je vrlo veliki,a oblik,raspored i orjentacija slučajni,pa se za tocilo ne može definisati geometrija.Na sl.1.16. prikazana je šema spoljašnjeg brušenja sa komponentama otpora rezanja.Tocilo izvodi glavno obrtno kretanje a obradak izvodi dva pomoćna kretanja-jedno obrtno i jedno pravolinijsko.

Sl.1.16.Komponente otpora rezanja pri spolašnjem brušenju

Fom-glavni otpor rezanja

Fr-otpor prodiranja

Fa-otpor pomoćnog kretanja

1.6. Strugotina

Materijal na koji deluje alat prvo se elastično deformiše a zatim i plastično u to u jednoj lokalnoj zoni,koja se naziva zona rezanja,pri čemu dolazi do stvaranja strugotine.

S obzirom da je elastično deformisanje neznatno u odnosu na plastično,to je proces rezanja lokalno plastično deformisanje sa razdvajanjem po određenim površinama.Zona ograničena krivolinijskim trouglom OLM(sl.1.17)predstavlja zonu rezanja ili zonu stvaranja strugotine.To je, u stvari lokalna zona između materijala obratka i strugotine u kojoj se neprekidno vrši plastično deformisanje i odvajanje materijala.

Sl.1.17.Granice zone rezanja

Na sam proces stvaranja strugotine utiče veliki broj faktora ,pa postoji više vrsta strugotine.U zavisnosti o toga koji je faktor u datim uslovima dominantan,dobija se i određeni tip ili vrsta strugotine.

Faktori koji utiču na proces stvaranja strugotine su(sl.1.18.):

- materijal obratka

- materijal alata

- mašina alatka

- SHP(sredstvo za hlađanje i podmazivanje)

- geometrija alata

- elementi obrade

- upravljanje oblikom strugotine

Sl.1.18.Faktori koji utiču na proces stvaranja strugotine

Materijal obratka utiče na proces stavaranja strugotine tako što sa povećanjem tvrdoće i smanjenjem žilavosti se dobija kraća strugotina.Materijal alata sa postojanošću prema stvaranju kratera utiče na oblik strugotine.Mašina alatka sa statičkim i dinamičkim karakteristikama utiče tako što zbog pojave vibracija dolazi do dopunskih opterećenja i loma strugotine.Primena sredstava SHP se smanjuje temperatura u zoni rezanja i temperatura strugotine što olakšava lom strugotine.Pravilan izbor geometrije dovodi do stvaranja željenog oblika strugotine dok se može i upravljati veličinom delova strugotine tj.upravljati pravcem odvođenja iz zone rezanja.

Pored klasične podele na kidanu,rezanu i trakastu strugotinu svi oblici strugotine mogu se podeliti u deset različitih vrsta,sa tri grupe(sl.1.19),a prema kriterijumima koji se odnose na bezbednost proizvodnog radnika,transport strugotine i mogućnost oštećenja obrađene površine ili nekog drugog elementa obradnog sistema.To su:

-grupa nepovoljne

-grupa dobre i

-grupa strugotine koja zadovoljava

Sl.1.19.Klasifikacija oblika strugotine na vrste i grupe

1.7. Rezni alati

Rezni alat je deo obradnog sistema rezanja,koji direktno deluje na obradak skidajući sloj materijala(strugotinu) i izvršava sam proces rezanja.Oblik,mere i dr.reznih alata zavise od metoda obrade i drugih tehnoloških uslova.Od reznog alata zavisi:kvalitet i tačnost,proizvodnost i ekonomičnost obrade.Alati se pre svega mogu podeliti prema broju sečiva(sl.1.20).

Sl.1.20.Podela alata prema broju sečiva

Saglasno već navedenim metodama obrade standardni oblici reznih alata mogu biti:

Strugarski noževi-služe za izvođenje zahvata pri struganju.Izrađuju se sa drškom kvadratnog i pravougaonog poprečnog preseka,izuzev noževa za unutrašnju upotrebu ,kod kojih je drška kružnog poprečnog preseka(sl.1.21a).Mogu biti levi ili desni koji se definišu prema šaci ruke (sl1.21b) i izrađuju se od brzoreznog čelika.Strugarski noževi se izrađuju i od tvrdog metala i to sa lemljenim pločicama od tvrdog metala(sl.1.22a) ili sa okretnim pločicama od tvrdog metala(sl.1.22b).

a) b)

Sl.1.21.Strugarki noževi od brzoreznog čelika

a)oblici b)levi i desni nož

a) b)

Sl.1.22.Strugarski noževi od tvrdog metala

a)sa lemljenim pločicama b)sa okretnim pločicama

Noževi za rendisanje-Za rendisanje se upotrebljavaju tzv.kukasti noževi za rendisanje tj.noževi sa savijenom drškom(sl.1.23).Drška ovih noževa izrađena je od konstrukcijonog čelika.

Sl.1.23.Noževi za rendisanje:1-za uzdužnu obradu,2-za uzdužnu finu obradu

3-za obradu bočnih površina,4-za odsecanje i usecanje

Alat za obradu bušilicama-Za izradu rupa i otvora služe burgije.Najprostiji oblik burgije je tzv.ravna burgija(sl.1.24b).Ova burgija se upotrebljava za bušenje u tvrdim manganovim čelicima.U većoj upotrebi su zavojne burgije-dvosečni alat sa dva zavojna žljeba za izbacivanje strugotine.Burgije se izrađuju uglavnom od brzoreznog čelika ili sa umetcima od tvrdog metala(sl.1.24a).

a) b)

Sl.1.24.Burgije a)zavojne b)ravna

U skladu sa već nabrojanim metodama za bušenje u širem smislu na sl.1.25 prikazani su odgovarajući alati.

a) b)

b) d)

Sl.1.25.Specijalni oblici burgije a)upuštači b)proširivači

c)razvrtači d)zabušivač

Glodala-koriste se za izvođenje različitih zahvata glodanja kao višesečni alati različitih oblika i konstrukcija.Glodala se izrađuju od brzoreznog čelika ili tvrdaog metala sa umetnutim pločicama ili noževima.Glodala pripadaju grupi vrlo složenih reznih alata pa je njihova proizvodnja,eksploatacija posebno važna u tehnologiji mašinske obrade.Neka od glodala prikazana su na sl.1.26.Posebna grupa glodala su tzv.leđno strugana glodala (sl.1.26. 3-6)koja posle preoštravanja i smanjenja prečnika zadržavaju oblik radijalnog profila.

Sl.1.26Glodala:1-valjkasto,2-valjkasto čeono,3-koturasto,4-ugaono,

5-polukružno ispupčeno,6-polukružno udubljeno,7-za navoj,8-testerasto,

9-sa okretnim pločicama,10-sa umetnutim noževima ,11,12,13-vretenasta

Provlakači-pripadaju grupi vrlo složenih i skupih reznih alata i primenjuju se u serijskoj i masovnoj proizvodnji.Sastoje se od drške koja služi za stezanje provlakača ,prednjeg rukavca,koji služi za centriranje provlakača u otvoru koji se obrađuje,od radnog dela za kalibrisanje.Dužina provlakača zavisi od dužine otvora koji se obrađuje(sl.1.27).

Sl.1.27.Provlakač za spoljašnje provlačenje

Testere-Za sečenje materijala koriste se trakaste testere,testere u obliku lista koje se postavljaju u okvir i kružne testere(sl.1.28).

Sl.1.28.Kružne testere 1-izrađena odjednom 2-sa kružnim segmentima

Alati za brušenje-su tzv.abrazivni alati tj.tocila(sl.1.29).Sastoje se od dva osnovna materijala:abrazivnog i vezivnog. Finoća tocila određuje se prema veličini zrna abrazivnog materijala.Vezivni materijal tocila je biljnog,keramičkog,mineralnog ili metalnog porekla.

Sl.1.29.Osnovni oblici tocila:1-koturasto,2-prstenasto,3-konusno,

4-koturasto sa jednostranim upustom,5-lončasto,6-koturasto sa dvostranim upustom,

7-konično lončasto,8-tanjirasto,9-tanjirasto profilno

Materijali za izradu reznih alata:

-Alatna keramika:mineralokeramika koja se sastoji od keramike(Al2O3) uz dodatak magnezijum monoksida(MgO) i hromoksida(CrO) i metalokeramika koja se sastoji od keramike(Mo2C) i karbida volframa(WC).U odnosu na tvrde materijale ima veću tvrdoću,bolju toplotnu izdržljivost i veću otpornost na habanje,ali malu žilavost.

-Supertvrdi alatni materijali:monokristalni tvrdi dijamant,alatni materijali na bazi monokristalnog i polikristalnog sintetičkog dijamanta .

-Brzorezni čelici:zasnovani na bazi vandijuma(W),volframa(V),hroma(Cr).Povećana produktivnost se postiže dodavanjem kobalta(Co) i molibdena(Mo).Kvalitet alata od brzoreznog čelika ne zavisi samo od njegovog hemijskog sastava već i od pravilne termičke obrade.

-Tvrdi materijali:predstavljaju specijalne legure ugljenika(C) i teško topljivih materijala karbidi volframa,vandijuma ,tantala,titana i dr.Mogu se dobiti livenjem a karakteriše ih velika tvrdoća i velika otpornost na habanje.

-Abrazivni materijal:od koga se prave abrazivni alati može biti prirodnog (kvarc,korund ili dijamant) ili veštačkog(elektrokorund,silicijumkarbid,veštački dijamant)porekla.

1.8. Mašine alatke

Mašine alatke pripadaju grupi mašina i predstavljaju uređen skup međusobno povezanih elemenata i mehanizama,koji koristeći energiju od pogonskog elektromotora u definisanom relativnom kretanju pokretnih elemanata zajedno sa alatom vrše koristan rad.

Mašina alatka je u glavnom namenjena izvođenju jednog metoda obrade.Najtipičniji prestavnici su:

●strugovi

-univerzalni strug

-produkcioni strug

-numerički upravljani strug

-revolver strug

-automatski strug

-vertikalni ili karusel strug

●rendisaljke

-kratkohodne rendisaljke(vertikalne ili horizontalne)

-dugohodne rendisaljke

●bušilice

-jednovretene(horizontalna ili vertikalna)

-viševretene(horizontalna ili vertikalna)

-radijalne

-bušilice za duboko bušenje

-agregatne

-koordinatne bušilice

●glodalice

-horizontalne(univerzalne ili normalne)

-vertikalne

-portalne

●mašine za sečenje

●mašine za provlačenje

●brusilice

●mašine za hanovanje

●mašine za lepovanje

●superfiniš mašine

Posebno je interesantan revolver strug jer omogućava obradu delova sa više zahvata različitim alatima:noževima,burgijama,razvrtačima,ureznicima i dr.Svi ovi alati se preko posebnih držača postavljaju u višepozicioni,obrtni revolverski nosač alata,koji se naziva revolverska glava(sl.1.30).Obradni proces se izvodi pojedinačnim ili grupnim zahvatimana taj način što se revolverska glava obrće i dovodi pojedine alate u radni položaj saglasno redosledu izvođenja zahvata.

Sl.1.30.Šestostrana revolverska glava sa alatima za obradu čaure sa navojem

1.9. Pribori

Pribori predstavljaju deo obradnog sistema i služe za stezanje obradka i alata,obezbeđuju i postavljanje alata i obratka u tačno određen položaj pre ili u toku izvođenja obradnog procesa,a obezbeđuju i potrebno vođenje alata u odnosu na obradak.Šire gledano u pribore se mogu ubrajati i sva pomoćna sredstva koja ne učestvuju direktno u obradnom procesu već ga potpomažu.Najčešći u upotrebi su stezni pribori(sl.1.31),podeone glave i sistem pribora za pozicioniranje.

Sl.1.31.Jedan izbor steznih pribora