Metallskæring: Betydning, historie og prinsipper

Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om: - 1. Betydning av metallskæring 2. Historie av metallskæring 3. Typer av skjæreprosesser 4. Faktorer 5. Metoder 6. Prinsipper 7. Velocities.

Betydning av metallskæring:

Metallskjæring er "prosessen med å fjerne uønsket materiale i form av sjetonger, fra en blokk av metall, ved hjelp av skjæreverktøy". En person som spesialiserer seg på maskinbearbeiding kalles en maskinist. Et rom, en bygning eller et selskap der maskinering er ferdig, kalles en maskinbutikk.

De grunnleggende elementene som er involvert i denne prosessen er:

(i) En blokk av metall (arbeidsstykke).

(ii) Skjæreverktøy.

(iii) Maskinverktøy.

(iv) Skjærefluid.

(v) Skjærehastighet (Primary Motion).

(vi) Feed (sekundær bevegelse).

(vii) Chips.

(viii) Arbeidshold og Fixturing.

(ix) Kraft og energi Dissipert, og

(x) overflatefinish.

De grunnleggende forholdene for vellykket metallskjæring er:

(a) Relativ bevegelse mellom arbeid og skjæreverktøy.

(b) Verktøymaterialet må være vanskeligere enn arbeidsmateriale.

(d) Skarpt Skjærekant av skjæreverktøy.

(e) Primær bevegelse (Klipphastighet).

(f) Sekundær bevegelse (skjærefôr).

Nesten alle produktene produsert ved fjerning av metall, enten direkte eller indirekte. De største ulempene ved prosessen er tap av materiale i form av sjetonger.

Historien om metallskæring:

Historien om metallskjæring startet i Egypt, hvor en roterende enhet kalt bowstring ble brukt til å bore hull i steiner.

Historien om metallskjæring er gitt i tabell 9.1:

Typer av skjæreprosesser (Operasjoner):

Maskinering er ikke bare en prosess; det er en gruppe prosesser. Det finnes mange typer bearbeiding. Hver av dem er spesialisert for å generere en viss del geometri og overflate kvalitet.

Noen av de vanligste skjæreprosessene er vist i figur 9.1:

(i) Slår:

Sving er brukt til å generere en sylindrisk form. I denne prosessen roteres arbeidsstykket og skjæringsverktøyet fjerner uønsket materiale i form av sjetonger. Skjæreverktøyet har en enkelt skjærekant. Hastighetsbevegelsen er tilveiebrakt av det roterende arbeidsstykket, og matningsbevegelsen oppnås ved at skjæreverktøyet beveger seg sakte i en retning parallelt med arbeidsstykkens rotasjonsakse.

(ii) Boring:

Boring brukes til å lage et rundt hull. I denne prosessen roteres skjæreverktøyet og mates mot arbeidsstykket festet i en holdeanordning. Skjæreverktøyet har vanligvis to eller flere skjærekanter. Verktøyet mates i en retning parallelt med rotasjonsaksen i arbeidsstykket for å danne det runde hullet.

(iii) Boring:

Boring brukes til å forstørre et allerede boret hull. Det er en fin etterbehandling som brukes i sluttstadiet av produktfremstilling.

(iv) Fresing:

Fresing brukes til å fjerne et lag av materiale fra arbeidsflaten. Det brukes også til å produsere et hulrom i arbeidsflaten. I det første tilfellet er det kjent som slibing og i andre tilfeller er det kjent som ending. I utgangspunktet brukes freseprosessen til å produsere en plan eller rett overflate. Skjæreverktøyet som brukes har flere skjærekanter. Hastighetsbevegelsen leveres av den roterende fresen. Retningen til matningsbevegelsen er vinkelrett på verktøyets rotasjonsakse.

(v) Avskjæring:

Avskjæring brukes til å kutte metallet i to deler. I denne operasjonen roteres arbeidsstykket og skjæreverktøyet beveger seg radialt innover for å skille komponentene.

Faktorer som påvirker metallskæring:

Ulike faktorer eller parametere som påvirker skjæreprosessen og overflaten og nøyaktigheten av delgeometri, er gitt i tabell 9.2:

Uavhengige variabler:

De største uavhengige variablene er:

(a) Skjæreverktøysmateriale, form, geometri, vinkler.

(b) Arbeidsmateriale, tilstand, temperatur.

(d) Skjærevæsker.

(e) Maskinverktøys spesifikasjoner.

(f) Arbeidshold og festing.

Avhengige variabler:

Avhengige variabler påvirkes av endringer i uavhengige variabler.

De største avhengige variablene er:

(a) Typer av sjetonger dannet.

(b) Temperatur sone på arbeidsverktøy grensesnitt.

(d) overflatefinish.

(e) Kraft og energi i skjæreprosessen.

Metoder for metallskæring:

Det er to grunnleggende metoder for metallbearbeiding basert på forkant og retning av relativ bevegelse mellom verktøy og arbeid:

(i) Ortogonal skjæreprosess (to-dimensjonal)

(ii) Skråt skjæreprosess (tredimensjonal)

(i) Ortogonal skjæreprosess:

Ved ortogonal skjæreprosess er skjærekanten vinkelrett (90 grader) i retningen av matningen. Brikken flyter i en retning som er normal til kanten av verktøyet. Et perfekt skarpt verktøy vil kutte metallet på stativoverflaten.

Den ortogonale skjæreprosessen er vist i figur 9.3. (en):

(ii) Skrå skjæreprosess:

Ved skråt skjæreprosess er skråkantene skråstillet i en spinkel vinkel (mindre enn 90 grader) i retningen av matningen. Brikken strømmer sidelengs i en lang krølle. Brikken flyter i en retning i en vinkel med normal til verktøyets skjærekant.

Noen av de viktigste komparative egenskapene til begge prosessene er gitt i tabell 9.3:

Prinsipp for metallskæring:

En typisk metallskjæreprosess med enkeltpunktsskjæringsverktøy er vist i figur 9.2. I denne prosessen beveger et kileformet verktøy i forhold til arbeidsstykket i en vinkel a. Da verktøyet kommer i kontakt med metallet, utøver det trykk på det. På grunn av trykket som utøves av verktøytoppen, vil metallet skjære i form av sjetonger på skjærplanet AB. En brikke blir produsert foran skjæreverktøyet ved å deformere og skjære materialet kontinuerlig langs skjærplanet AB.

Skjærplanet er faktisk en smal sone og strekker seg fra verktøyets skjærekant til arbeidsstykkets overflate. Verktøyets skjærekant dannes av to kryssende overflater.

En detaljert om ulike terminologier er gitt nedenfor:

(i) Rackoverflate:

Det er overflaten mellom kutte og toppoverflate av skjæreverktøyet. Det er overflaten langs hvilken brikken beveger seg oppover.

(ii) flankoverflate:

Det er overflaten mellom arbeidsstykket og bunnen av skjæreverktøyet. Denne overflaten er forsynt for å unngå å gni med den maskinbehandlede overflaten.

(iii) Rackvinkel (α):

Det er vinkelen mellom rackflaten og den normale til arbeidsstykket. Rackvinkelen kan være positiv eller negativ.

(iv) Flankvinkel / Clearance Angle / Relief vinkel (γ):

Det er vinkelen mellom flankoverflaten og den horisontale maskinbearbeidede overflaten. Det er gitt for noen klaring mellom flankoverflaten og maskinbearbeidet overflate på arbeidsstykket for å unngå gnidning av skjæreverktøy til den ferdige overflaten.

(v) Primær deformasjonssone:

Det er sonen mellom verktøyspissen og skjærplanet AB.

(vi) Sekundære deformasjonssonen:

Det er sonen mellom rackoverflaten på verktøyet og brikken.

(vii) Tertiær deformasjonsson:

Det er sonen mellom flankoverflaten på verktøyet og maskinbearbeidet overflate på arbeidsstykket.

Nesten alle kutteprosessene innebærer samme skjærdeformasjonsteori. Skjæringsverktøyet som brukes i skjæreprosessen, kan være enkeltpunkts- eller flerpunkts skjæreverktøy. Slår, tråder og former, kjedelig, chamfering og vendt, er noen kutteoperasjoner gjort med enkeltpunktsskjæringsverktøy. Fresing, boring, sliping, reaming og broaching er noen kutteoperasjoner utført av flerpunkts skjæreverktøy.

Mekanikk av chipformasjon:

En typisk metallskjæreprosess med enkeltpunktsskjæringsverktøy er vist i figur 9.5. I denne prosessen beveger et kileformet verktøy i forhold til arbeidsstykket i en vinkel a. Da verktøyet kommer i kontakt med metallet, utøver det trykk på det. På grunn av trykket som utøves av verktøytoppen, vil metallet skjære i form av sjetonger på skjærplanet AB. En brikke blir produsert foran skjæreverktøyet ved å deformere og skjære materialet kontinuerlig langs skjærplanet AB.

Mikroskopisk undersøkelse viser at sjetonger produseres av skjæringsprosessen. Skjæreprosessen i spåndannelse ligner kortbevegelsen i et dekk som glir mot hverandre, som vist i figur 9.5. Skjæring foregår langs en skjærsone (skjærplan). Skjærplanet er faktisk en smal sone. Den strekker seg fra verktøyets skjærekant til arbeidsstykkets overflate.

Dette planet er i en vinkel kalt skjærvinkelen (φ), med overflaten av arbeidsstykket. Skjæringssone har stor innflytelse på kvaliteten på den bearbeidede overflaten. Under skjærplanet er arbeidsstykket under dannet mens over skjærplanet brikken allerede er dannet og beveger seg oppover til verktøyflaten.

Forholdet mellom tykkelse av chip før kutt (t _o ) til tykkelsen av chip etter kutt (t _c ) er kjent som chip tykkelsesforhold.

Det er generelt representert ved r, som kan uttrykkes som:

Chippetykkelsen etter kuttet (t _c ) er alltid større enn chiptykkelsen før kuttet (t _o ). Derfor er verdien av r alltid mindre enn enhet. Den gjensidige av r er kjent som chip kompresjonsforhold eller chip reduksjon ratio (1 / r). Chippreduksjonsforholdet er et mål på hvor tykk brikken har blitt sammenlignet med skjærebredden (t ₀ ). Dermed er reduksjonsforholdet for chipet alltid større enn enhet.

Derivasjon for å beregne skjærvinkler:

Vurderer ortogonal skjæreprosess for å utlede uttrykket for å beregne skjærvinkel, som vist i figur 9.6. Skjæreverktøyet er definert av rakevinkel (α) og klaring eller avlastningsvinkel (γ). Brikken er formet vinkelrett på verktøyets skjærekant.

Følgende er noen forutsetninger gjort til mekanikken til chipformasjoner:

(i) Verktøyet bør kontakte brikken på rakeflaten.

(ii) Enkelte belastningsforhold vurdert. Det betyr at det ikke er noen sidestrøm av brikken under kutting.

(iii) Deformasjonssonen er meget tynn (i størrelsesorden ^10-2 til 10 ^-3 mm) ved siden av skjærplanet AB.

I de ovennevnte 9.6. Følgende symboler brukes:

α - Rake vinkel

γ - Clearance (lettelse) vinkel

φ - Skjærvinkel

AB - Skjæringsplan

t ₀ - Uncut chip tykkelse

t _c - Chip tykkelse (deformert)

Areal DEFG - Område med ubøyelig chip

Område HIJK - Chipområde etter kutting.

Dette er det nødvendige forholdet til å beregne skjærvinkelen (φ). Dette forholdet viser at φ avhenger av t ₀, t _c og α (rakevinkel). Det betyr ved å måle t ₀, t _c og a av verktøyet, skjærvinkel (φ) kan bestemmes ved å bruke over uttrykk.

Chippetykkelsesforholdet (r) kan bestemmes ved å følge følgende metoder:

(i) Ved å bruke kontinuitetslikning

(ii) Ved å veie en kjent lengde av chip.

(iii) Ved å kjenne chiphastighet ( _Vc ) og arbeidsstykkehastighet (V).

(i) Ved å bruke kontinuitetslikning:

Originalvekt av brikke før kutt = Vekt av brikke etter kutt.

(ii) Ved å veie en kjent lengde på chip:

Hvis kuttens lengde ikke er direkte kjent, kan vi estimere ved å veie en kjent lengde av chip; deretter

beregne 'r' og ɸ fra ovennevnte ligninger.

(iii) Ved å kjenne Chip Velocity (V _C ) og Arbeidstykkehastighet (V):

Bruke kontinuitetslikning som:

Ved å sette verdien av r og α, kan vi oppnå skjærvinkelen (φ).

Hastigheter i metallbearbeiding:

På grunn av relativ bevegelse mellom verktøytips og arbeidsstykke og chip fjernet, er det tre typer hastigheter som kommer inn i eksistensen.

Disse følger:

(i) Skjærehastighet eller hastighet (V):

Det er hastigheten til skjæreverktøyet i forhold til arbeidsstykket.

(ii) Skjærhastighet (V _s ):

Det er hastigheten på chip i forhold til arbeidsstykket. På annen måte skjer hastigheten der skjæringen foregår.

(iii) Chiphastighet ( _Vc ):

Det er hastigheten på brikken oppover i ansiktet (rakeflaten) under skjæringen.

Fig 9.7. Velocities Metal Cutting Process.

Fig. 9.7 viser tre hastigheter og deres relasjoner:

La V - Skjærehastighet

V _s - Skjærhastighet

V _c - Chiphastighet

φ - Skjærvinkel

α - Rake vinkel

r - Chip tykkelse forholdet

γ - Clearance vinkel

Ved bruk av kontinuitetsligning er volumet av fjerning av metall før og etter det samme, derfor:

Vt = V _c t _c

V _{c / V =} t / t _c = r

I figur 9.7, ved bruk av sinusregel til hastighetsvektorene kan vi skrive:

Fra kinematikkteori er den relative hastigheten til to legemer (verktøy og chip) lik vektorgraden mellom deres hastigheter i forhold til referansekroppen (arbeidsstykke), deretter

V = V _C + V _S

Forces Fungerer på Chip:

De forskjellige kreftene som virker på brikken under ortogonal metallskjæring, er vist i figur 9.8:

(i) Skjærkraft (F _s ):

Det virker langs skjærplanet. Det er motstanden mot skjær av metall.

(ii) Normal kraft (Fn):

Den er vinkelrett på skjærplanet som frembringes av arbeidsstykket.

(iii) Normal kraft (N):

Den utøves av verktøyspissen på brikken.

(iv) Fraksjonell motstandskraft (F):

Det virker på brikken og det virker mot chipbevegelsen langs verktøysiden.

Fig. 9.8 (b) indikerer fri kroppsdiagram av chip som er i likevekt under virkningen av resulterende krefter lik og motsatt i størrelse og retning.

Og dermed,

Siden er brikken i likevekt, så vi kan si det

Typer Chips Produsert i Maskinering:

Sjetongene produsert i metallskjæreprosessen er ikke like. Den produserte typen chip avhenger av materialet som skal bearbeides og skjæreforholdene.

Disse forholdene inkluderer:

(a) Type skjæreverktøy som brukes.

(b) Hastighet og hastighet på kutting.

(d) Maskinens tilstand.

(e) Tilstedeværelse / mangel på skjærefluid etc.

Studien av produserte sjetonger er svært viktig fordi typen av sjetonger produsert påvirker overflatefinishen på arbeidsstykket, verktøyets levetid, vibrasjoner, chatter, kraft og kraftskrav mv.

Det er viktig å merke seg at en brikke har to overflater:

(a) skinnende overflate:

Det er overflaten som er i kontakt med verktøyets rakeflate. Det skinnende utseendet er forårsaket av gnippen av brikken når den beveger seg oppover på verktøysiden.

(b) Grov overflate:

Det er overflaten som ikke kommer i kontakt med noen solid kropp. Det er den opprinnelige overflaten på arbeidsstykket. Det grove utseendet skyldes skjæringsvirkningen, som vist i figur 9.9.

I utgangspunktet er det tre typer sjetonger som vanligvis observeres i praksis som vist i figur 9.9:

Disse diskuteres nedenfor:

(i) Kontinuerlige chips.

(ii) Kontinuerlig sjetong med oppbygget kant.

(iii) Discontinuous eller Segmental chips.

(i) Kontinuerlige Chips:

Kontinuerlige sjetonger produseres ved bearbeiding av mer duktile materialer som mild stål, kobber og aluminium.

På grunn av stor plastisk deformasjon mulig med mer duktile materialer, produseres lengre kontinuerlige sjetonger. Det er knyttet til gode verktøyvinkler, riktige hastigheter og strømmer, og bruken av skjærevæsker.

Fordeler:

1. De produserer generelt god overflatefinish.

2. De er mest ønskelige fordi kreftene er stabile og drift blir vibrasjon mindre.

3. De gir høye kutthastigheter.

begrensninger:

1. Kontinuerlige sjetonger er vanskelige å håndtere og avhende.

2. Kontinuerlige chips spoler i en spiral og krøller rundt verktøyet og arbeider og kan til og med skade brukeren dersom plutselig pause løsner.

3. Kontinuerlige sjetonger forblir i kontakt med verktøyflaten i lengre tid, noe som resulterer i at mer friksjonsvarme brukes til å bryte den kontinuerlige brikken i små seksjoner slik at sjetongene ikke kan krøle rundt skjæreverktøyet.

Den enkleste form av chip breaker er laget ved å male et spor på verktøysiden et par millimeter bak kanten. Noen ganger brukes en liten metallplatepinne med skjæreverktøy ansikt som en chip breaker.

Gunstige kuttforhold:

De gunstige kappevilkårene for produksjon av kontinuerlige sjetonger følger:

Jeg. Bearbeiding av mer duktile materialer som kobber, aluminium.

ii. Høy skjærehastighet med finmating.

iii. Større rakevinkel.

iv. Skarpere forkant.

v. Effektiv smøremiddel.

(ii) Kontinuerlige Chips med innebygd kant:

Kontinuerlige sjetonger med innebygd kant (BUE) produseres ved bearbeiding av duktile materialer under følgende forhold:

Jeg. Høy lokal temperatur i skjæringssone.

ii. Ekstremt trykk i kuttesone.

iii. Høy friksjon ved verktøy-chip grensesnitt.

Ovennevnte bearbeidingskrav fører til at arbeidsmaterialet holder seg fast eller holder seg fast i verktøyets skjærekant og danner innebygd kant (BUE). Den oppbyggede kanten genererer lokalisert varme og friksjon, noe som resulterer i dårlig overflatebehandling, strømbrudd.

Den oppbyggede kanten blir ofte observert i praksis. Den oppbyggede kanten endrer størrelsen under skjæreoperasjonen. Den øker først, senker deretter, og øker deretter igjen, etc. Denne syklusen er kilde til vibrasjon og dårlig overflatebehandling.

Fordeler:

Selv om den oppbygde kanten er uønsket, er en tynn, stabil BUE vanligvis ønskelig fordi den reduserer slitasje ved å beskytte verktøyets rakeflate.

begrensninger:

Jeg. Dette er en chip som skal unngås.

ii. Fenomenet resulterer i dårlig overflatebehandling og skade på verktøyet.

Gunstige kuttforhold:

De gunstige kappevilkårene for produksjon av kontinuerlige sjetonger med oppbygget kant følger:

Jeg. Lav skjærehastighet.

ii. Lav rakevinkel.

iii. Høy fôr.

iv. Utilstrekkelig tilførsel av kjølevæske.

v. Høyere affinitet (tendens til å danne bånd) av verktøymateriale og arbeidsmateriale.

Reduksjon eller eliminering av BUE:

Tendensen til å danne BUE kan reduseres eller elimineres ved en av følgende fremgangsmåter:

Jeg. Øke skjærehastigheten.

ii. Øke rakevinkelen.

iii. Redusere skjæredybden.

iv. Bruke en effektiv skjærefluid.

v. Bruk et skarpt verktøy.

vi. Lyskaster ved høyere hastigheter.

(iii) Discontinuous eller Segment Chips:

Diskontinuerlige sjetonger produseres ved bearbeiding av mer sprø materialer som grå støpejern, bronse, messing, etc. med små rakevinkler. Disse materialene mangler duktiliteten som er nødvendig for merkbar plastflisdeformasjon. Materialet feiler i en sprø brudd foran verktøykanten langs skjæringssonen. Dette resulterer i små segmenter av diskontinuerlige chips. Det er ikke noe galt med denne typen chip under disse omstendighetene.

Fordeler:

Jeg. Siden flisene går i små segmenter, reduserer friksjonen mellom verktøyet og brikken, noe som resulterer i bedre overflatebehandling.

ii. Disse sjetongene er praktisk å samle inn, håndtere og avhende.

begrensninger:

Jeg. På grunn av den diskontinuerlige naturen av chipformasjon, varierer krefter kontinuerlig under skjæreprosessen.

ii. Mer stivhet eller stivhet på skjæreverktøyet, holderen og arbeidsholderen er nødvendig på grunn av varierende skjærekrafter.

iii. Hvis stivheten ikke er nok, kan maskinverktøyet derfor begynne å vibrere og snakke. Dette har i sin tur negativ innvirkning på overflaten og nøyaktigheten av komponenten. Det kan skade skjæreverktøyet eller forårsake overdreven slitasje.

Gunstige kuttforhold:

De gunstige kappevilkårene for produksjon av diskontinuerlige chips følger:

Jeg. Bearbeiding av sprø materialer.

ii. Små rakevinkler.

iii. Meget lave skjærehastigheter.

iv. Lav stivhet av maskinverktøy.

v. Høyere dybdesnitt.

vi. Utilstrekkelig smøremiddel.

vii. Materialer som inneholder harde inneslutninger og urenheter.