1. Τεχνολογικά χαρακτηριστικά ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΠΟΒΟΛΗΣ ΥΛΙΚΟΥ Βασικοί συντελεστές της κοπής (Σχ. 1) Κατεργαζόμενο τεμάχιο (ΤΕ) Κοπτικό εργαλείο (ΚΕ) Απόβλιττο (το αφαιρούμενο υλικό) Το ΚΕ κινείται σε σχέση προς το ΤΕ σε συγκεκριμένη κατεύθυνση (διεύθυνση κοπής), ενώ συγχρόνως σχηματίζεται το απόβλιττο που κινείται επί του ΚΕ μετά από ισχυρή πλαστική παραμόρφωσή του σε μια πολύ στενή ζώνη (ζώνη διάτμησης). Χαρακτηριστικά του ΚΕ Το ΚΕ προσομοιάζεται στην κοπτική περιοχή του με σφήνα ευθύγραμμης ακμής που κινείται ως προς το κατεργαζόμενο ΤΕ έτσι, ώστε να αφαιρείται στρώμα υλικού ορισμένου πάχους και με την αντίστοιχη κάθε φορά μορφή αποβλίττου. Διακρίνουμε τα εξής γεωμετρικά χαρακτηριστικά ΚΕ: Επιφάνεια αποβλίττου: Είναι η επιφάνεια της σφήνας πάνω στην οποία ολισθαίνει το απόβλιττο κατά την κίνησή του. Ελεύθερη επιφάνεια: Είναι η επιφάνεια της σφήνας που αντικρύζει την κατεργασμένη επιφάνεια ΤΕ. Κόψη: Είναι η ακμή της σφήνας που προκύπτει ως τομή των δύο παραπάνω επιφανειών. Γωνία αποβλίττου, γ: Σχηματίζεται από την επιφάνεια αποβλίττου και το κάθετο επίπεδο στην κατεργασμένη επιφάνεια που διέρχεται από την κόψη του ΚΕ. Μπορεί να είναι θετική, αρνητική ή μηδενική. Γωνία ελευθερίας, α: Σχηματίζεται από την ελεύθερη επιφάνεια ΚΕ και την κατεργασμένη επιφάνεια. Γωνία σφήνας, β: Σχηματίζεται από την ελεύθερη επιφάνεια και από την επιφάνεια αποβλίττου. Ισχύει : α+β+γ=90 ο (1) Ανάλογα με το είδος της κατεργασίας, τα ΚΕ διακρίνονται σε: Καθορισμένης γεωμετρίας και απλής σημειακής επαφής, όπου στην αποβολή υλικού μετέχει μία μόνο κόψη του (π.χ. τόρνευση, πλάνισμα) Καθορισμένης γεωμετρίας και πολλαπλής σημειακής επαφής, όπου μετέχουν στην κοπή συγχρόνως περισσότερες από μία κόψεις του (π.χ. διάτρηση, φρεζάρισμα) Μη καθορισμένης γεωμετρίας (π.χ. λειαντικός τροχός). Χαρακτηριστικά του αποβλίττου Θεωρητικό πάχος αποβλίττου, t 1 : Είναι το αφαιρούμενο πάχος υλικού Πραγματικό πάχος αποβλίττου, t 2 : Είναι η μέση τιμή του πάχους που έχει το απόβλιττο μετά την κοπή. Πλάτος αποβλίττου, b 1 Θεωρητική διατομή αποβλίττου, Α=b 1 t 1 (2α) Πραγματική διατομή αποβλίττου, Α'=b 1 t 2 (2β) Κινηματικά στοιχεία της κοπής Πρωτεύουσα ή κύρια κίνηση: Παρέχεται από την εργαλειομηχανή (ΕΜ) στο ΤΕ ή στο ΚΕ και εξασφαλίζει τοπική σχετική κίνηση του ενός ως προς το άλλο με αποτέλεσμα ή την προσέγγισή τους ή 1
την αφαίρεση υλικού στη θέση αυτή. Κατά τη κίνηση αυτή απορροφάται το μεγαλύτερο ποσοστό της ισχύος κοπής. Δευτερεύουσα ή κίνηση πρόωσης: Παρέχεται από την ΕΜ στο ΤΕ ή στο ΚΕ κατά τρόπο συνεχή ή διακοπτόμενο και σε συνδυασμό με την κύρια κίνηση αποδίδει την κατεργασμένη επιφάνεια ΤΕ σε ορισμένο μήκος αυτού. Η κίνηση αυτή απορροφά μικρό ποσοστό της ισχύος κοπής. Συνθήκες κοπής Περιλαμβάνει το εξής "τρίπτυχο": 1. Βάθος κοπής, a: Είναι το βάθος στο οποίο εισχωρεί το ΚΕ μέσα στο υλικό ΤΕ. Μετράται σε mm. 2. Ταχύτητα κοπής, υ: Είναι η στιγμιαία (σχετική) ταχύτητα της ακής ΚΕ ως προς το ΤΕ κατά την πρωτεύουσα κίνηση (δηλαδή πρόκειται για τη γραμμική ταχύτητα στο σημείο επαφής ΚΕ/ΤΕ). Συνήθως μετράται σε m/min (σπανιότερα σε m/s). 3. Πρόωση, s: Είναι η σχετική μετατόπιση του ΚΕ ως προς ΤΕ ανά περιστροφή ή ενεργό διαδρομή (ΚΕ ή ΤΕ). Μετράται σε mm/rev ή mm/ενεργό διαδρομή και κατά τη κατεύθυνση της κίνησης πρόωσης. Ταχύτητα πρόωσης, υ v : Είναι η στιγμιαία (σχετική) ταχύτητα της ακής ΚΕ ως προς το ΤΕ κατά τη συνεχή κίνηση πρόωσης. Μετράται σε m/min και χρησιμοποιείται εναλλακτικά αντί της πρόωσης. Ισχύει υ v =s.n (3) όπου, n η ταχύτητα περιστροφής της ατράκτου ο αριθμός ενεργών διαδρομών στη μονάδα χρόνου. Συμπληρωματικά μεγέθη Ρυθμός αποβολής υλικού, Θ: Μετράται σε cm 3 /min και υπολογίζεται από τη σχέση Θ=A.υ (4) Χρόνος κοπής, t c : Είναι το άθροισμα του καθαρού χρόνου κοπής και των χρόνων προσέγγισης και απομάκρυνσης του ΚΕ προς και από το ΤΕ, αντίστοιχα. Μετράται σε min. Ισχύει: t c = i.(l/υ v ) (5) όπου: i: o αριθμός "πάσων" L: το κατεργαζόμενο μήκος του ΤΕ. Είδη κοπής (Σχ. 2) Ορθογωνική κοπή: Η κόψη του ΚΕ είναι κάθετη προς τη διεύθυνση κοπής. Λοξή κοπή: Η κόψη του ΚΕ είναι κεκλιμένη ως προς τη διεύθυνση κοπής. To Σύστημα της Κοπής Ανακεφαλαιώνοντας τα ανωτέρω, μπορεί να μορφοποιηθεί ένα Σύστημα Κοπής που περιλαμβάνει τη μελέτη των εξής παραγόντων: Συνθήκες κατεργασίας Γεωμετρική μορφή ΚΕ Κατεργαζόμενο ΤΕ Υλικό ΚΕ Υγρό κοπής Δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος ΕΜ-ΚΕ-ΤΕ 2. Σχηματισμός αποβλίττου Ο μηχανισμός σχηματισμού αποβλίττου Απ' αυτόν εξαρτώνται βασικά μεγέθη της κοπής, όπως: Οι δυνάμεις κοπής Η ισχύς κοπής Η ποιότητα της κατεργασμένης επιφάνειας 2
Η φθορά και η διάρκεια ζωής του ΚΕ Η απρόσκοπτη διεξαγωγή της κοπής Η δυναμική συμπεριφορά του συστήματος ΕΜ-ΚΕ-ΤΕ. Ο ίδιος ο μηχανισμός σχηματισμού αποβλίττου εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: Υλικό ΤΕ Υλικό και γεωμετρία ΚΕ Συνθήκες κοπής Δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος ΕΜ-ΚΕ-ΤΕ. Είδη αποβλίττου (Σχ. 3) Σύμφωνα με την κατάταξη του Ernst υπάρχουν 3 είδη αποβλίττου: Ασυνεχές απόβλιττο Συνεχές απόβλιττο Συνεχές απόβλιττο με ψευδοακμή Χαρακτηριστικά του ασυνεχούς αποβλίττου Συναντάται κατά την κοπή ψαθυρών υλικών (χυτοσίδηρος, χυτός ορείχαλκος κλπ.) Μπροστά από την κόψη του ΚΕ το υλικό ΤΕ παραμορφώνεται ισχυρά και θραύεται στην πρωτεύουσα ζώνη παραμόρφωσης (ζώνη διάτμησης) σε σχεδόν ομοιόμορφα τμήματα μερικά ή ολικά. Ο σχηματισμός αυτός ευνοείται από: 1. Πολύ χαμηλές ταχύτητες κοπής 2. Υπερβολική ελάττωση της γωνίας αποβλίττου συνοδευόμενη από αύξηση του βάθους κοπής και της ταχύτητας πρόωσης 3. Μη χρησιμοποίηση κατάλληλου υγρού κοπής 4. Τυχόν εγκλείσματα στο κατεργαζόμενο υλικό. Χαρακτηριστικά του συνεχούς αποβλίττου Συναντάται κατά την κοπή όλκιμων υλικών (π.χ. σφυρήλατος σίδηρος, μαλακός χάλυβας, χαλκός, μόλυβδος κλπ.) Το υλικό ΤΕ μπροστά στην κόψη ΚΕ υφίσταται ισχυρή πλαστική παραμόρφωση σε διάτμηση και απομακρύνεται ως συνεχής ταινία κινούμενη πάνω στην επιφάνεια αποβλίττου του ΚΕ. Πρόκειται για το πιο επιθυμητό είδος αποβλίττου (βλ. κατωτέρω) όσον αφορά την εξέλιξη, την οικονομία και την ποιότητα της κοπής Αύξηση της γωνίας αποβλίττου και της ταχύτητας κοπής, καθώς και χρήση κατάλληλου υγρού κοπής ευνοούν το σχηματισμό αυτό. Χαρακτηριστικά συνεχούς αποβλίττου με ψευδοακμή Η ψευδοακμή είναι υλικό ΤΕ σε σχήμα ασύμμετρης σφήνας που έχει προκύψει λόγω ισχυρής καταπόνησης κατά επάλληλα λεπτά στρώματα, προσφυόμενα στην κόψη του ΚΕ και μεταξύ τους με μηχανισμούς συγκόλλησης πίεσης (συνδυασμός ισχυρών θλιπτικών φορτίων και συνθηκών τριβής με υψηλές θερμοκρασίες). Αποτελείται από υλικό εξόχως σκληρό (Σχ. 4) που αυξάνεται συνεχώς σε μέγεθος μέχρι ενός κρισίμου μεγέθους, οπότε και διασπάται (ψαθυρή συμπεριφορά) Τα τεμαχίδια από τη διάσπαση της ψευδοακμής προσκολλώνται στο απόβλιττο (προς το μέρος του ΚΕ) ή πάνω στην κατεργασμένη επιφάνεια (χειροτέρευση της ποιότητάς της), βλ. Σχ. 3. Με την παρουσία της ψευδοκόψης έχουμε μετατόπιση της κοπτικής ακμής του ΚΕ (κακή διαστατική απόδοση του ΤΕ) αλλά συγχρόνως προστατεύεται η πραγματική κόψη (αύξηση της ΔΖ του ΚΕ) Απλός τρόπος απομάκρυνσης της ψευδοκόψης γίνεται με στιγμιαία απότομη αύξηση της ταχύτητας κοπής. 3
Γρεζοθραύστες (Σχ. 5) Είδη: (α) Τύπου αύλακα. (β) Τύπου αναβαθμού, δηλ. με σχηματισμό εμποδίου. Ανάλογη διαμόρφωση επιδιώκεται και στα ΚΕ με πλακίδια σκληρομετάλλου. Τρόπος λειτουργίας γρεζοθραύστη Περιλαμβάνει τα εξής στάδια: 1. Το απόβλιττο εξαναγκάζεται σε περαιτέρω κάμψη (αύξηση της ακτίνας καμπυλότητάς του, r 1 <r 2 ) 2. Στη συνέχεια, το άκρο του ακουμπά και συμπιέζεται στην ελεύθερη επιφάνεια ΚΕ ή στην ακατέργαστη επιφάνεια ΤΕ. 3. Με περαιτέρω αύξηση του μήκους αποβλίττου, η εξωτερική του επιφάνεια εφελκύεται ισχυρά και, όταν φθάσει στο όριο θραύσης του υλικού, το απόβλιττο θραύεται. 4
Σχήμα 1: Βασικές έννοιες της κοπής (α) (β) Σχήμα 2: Είδη κοπής: (α) Ορθογωνική κοπή, (β) Λοξή κοπή
Ασυνεχές απόβλιττο Συνεχές απόβλιττο Συνεχές απόβλιττο με ψευδοακμή Χαρακτηριστικά ψευδοακμής Α: Απόβλιττο Β: Επικόλλημα στο απόβλιττο Γ: Ψευδοακμή Δ: Επικόλλημα στην κατεργασμένη επιφάνεια Ε: Τεμάχιο Σχήμα 3: Είδη αποβλίττου 6
Σχήμα 4: Σύγκριση της σκληρότητας ψευδοακμής, τεμαχίου και αποβλίττου. Σχήμα 5: Γρεζοθραύστης και λειτουργία του 7