Obróbka skrawaniem bez tajemnic

Obróbka skrawaniem to forma obróbki ubytkowej, która polega na usuwaniu materiału w celu wytworzenia pożądanych kształtów, wymiarów i właściwości warstwy wierzchniej. Zazwyczaj stosuje się ją do produkcji części maszyn, urządzeń i przedmiotów użytkowych. Obróbka skrawaniem dzieli się na wiele rodzajów, które wymagają zastosowania odpowiednich narzędzi i maszyn.

Obróbka wiórowa

Obróbka skrawaniem jest to drugi po obróbce erozyjnej rodzaj obróbki ubytkowej, w której wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje. Pierwszym z nich jest obróbka wiórowa. Zastosowane narzędzia o określonej liczbie i geometrii ostrza przekształcają warstwę skrawaną w wiór. Obróbkę wiórową dzieli się na kolejne procesy, które stosuje się przy użyciu odpowiednich maszyn:

• frezowanie – nadanie kształtu przedmiotom za pomocą frezu (wieloostrzowego narzędzia) na obrabiarce zwanej frezarką. Ruch obrotowy wykonywany jest przez narzędzie, natomiast ruch posuwowy przez narzędzie lub wybrany przedmiot;
• toczenie – nadanie kształtu z zewnątrz przedmiotom w postaci brył obrotowych za pomocą noża zamontowanego na tokarce;
• wytaczanie – nadanie kształtu wewnątrz przedmiotów w postaci brył obrotowych przy użyciu tokarki;
• wiercenie – tworzenie otworu za pomocą wiertła przymocowanego do wiertarki, tokarki lub frezarki warsztatowej;
• rozwiercanie – poprawianie kształtu, wymiaru lub chropowatości w przygotowanych wcześniej otworach;
• powiercanie – zwiększenie średnicy przygotowanego wcześniej otworu;
• przeciąganie – proces wykonywany na przeciągarkach lub przepychaczach, który polega na usuwaniu całego naddatku materiału przy jednym przejściu w celu obróbki otworów wielobocznych, wielorowkowych, rowków wpustowych i powierzchni kwadratowych zewnętrznych;
• struganie – nadawanie kształtu za pomocą jednoostrzowego narzędzia wykonującego ruch prostoliniowy przerywany;
• dłutowanie – nadawanie kształtu za pomocą noża przymocowanego do suwaka, który porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym pionowo lub poziomo. Podobnie jak struganie stosuje się je do wykonywania otworów, krzywek, uzębienia kół zębatych praz obróbki zgrubnej.

Obróbka wiórowa może być wykonywana zgrubnie, średnio dokładnie, dokładnie lub bardzo dokładnie.

Obróbka ścierna

Obróbka ścierna to drugi podstawowy rodzaj obróbki skrawaniem, który polega na usuwaniu naddatku za pomocą narzędzi o nieokreślonej liczbie i geometrii ostrzy. Są to ziarna ścierne luźne lub pasty, tarcze, osełki, papiery i płótna, które sprawiają, że materiał schodzi w postaci małych drobin. Za pomocą narzędzi ściernych przeprowadza się:

• szlifowanie – wykańczanie powierzchni płaszczyzn, otworów i wałków poprzez usuwanie chropowatości. Wykonuje się je za pomocą szlifierek ze ściernicami;
• gładzenie (honowanie) – wykańczanie bardzo dokładnych otworów, płaszczyzn oraz powierzchni obrotowych lub stożkowych za pomocą gładzika;
• dogładzanie – wykańczanie powierzchni za pomocą pilnika lub osełki;
• docieranie – uzyskanie kształtu płaskości, okrągłości lub walcowości oraz zmniejszenie chropowatości za pomocą docieraka;
• polerowanie – uzyskanie pożądanej gładkości lub chropowatości i połysku za pomocą miękkich tarcz i materiałów ściernych;
• obróbkę udarowo-ścierną – kształtowanie wyrobów poprzez materiał ścierny z cieczą za pomocą drgań mechanicznych;
• obróbkę strumieniowo-ścierną – oczyszczanie powierzchni za pomocą materiałów ściernych użytych przy pomocy wysokiego ciśnienia.

Charakterystyczną cechą procesów należących do obróbki ściernej jest niska gęstość skrawania.

Formy obróbki skrawaniem

Poszczególne rodzaje obróbki mogą być wykonywane ręcznie, ręcznie z użyciem narzędzi, za pomocą maszyn konwencjonalnych lub maszyn sterowanych numerycznie. Nowoczesne urządzenia CNC umożliwiają szybkie i precyzyjne wykonywanie detali nawet w seryjnych, powtarzalnych produkcjach. Bez problemu można je stworzyć na podstawie dostarczonych plików CAD, czyli projektu wspomaganego komputerowo lub CAM – projektu przetworzonego na plan sterowania maszyny. W obróbce skrawaniem błędy mogą być ograniczone nawet do 1 mikrometra. Ostrza stosowane do procesu skrawania wykonuje się ze stali narzędziowych i szybkotnących, węglików spiekanych oraz diamentu. Proces skrawania prowadzi do ubytków w materiale ostrza, w konsekwencji czego pogarsza się zdolność do przeprowadzania obróbki i zachodzi potrzeba wymiany narzędzia.

Wpływ parametrów skrawania na jakość obróbki

Jednym z kluczowych aspektów skuteczności obróbki skrawaniem jest właściwe dobranie parametrów technologicznych. Należy do nich m.in. prędkość skrawania, głębokość cięcia oraz posuw narzędzia. Ich wzajemne zależności wpływają na czas obróbki, jakość powierzchni oraz trwałość narzędzia. Zbyt wysoka prędkość może prowadzić do nadmiernego nagrzewania się materiału, co obniża jakość obrabianej powierzchni i przyspiesza zużycie ostrza. Z kolei zbyt mała głębokość skrawania może być nieefektywna i wydłużać czas realizacji zadania.

Optymalne ustawienie parametrów pozwala na zachowanie odpowiedniej równowagi między wydajnością procesu a uzyskaną precyzją. W praktyce wartości te są często dobierane na podstawie doświadczenia oraz z wykorzystaniem specjalistycznych tabel i programów wspomagających, które uwzględniają właściwości obrabianego materiału oraz charakterystykę narzędzi.

Znaczenie chłodzenia i smarowania w procesie skrawania

Podczas obróbki skrawaniem powstają duże ilości ciepła, które mogą niekorzystnie wpływać na jakość obrabianej powierzchni oraz trwałość narzędzi. Aby temu zapobiec, stosuje się różnego rodzaju ciecze chłodząco-smarujące. Ich zadaniem jest nie tylko odprowadzanie nadmiaru ciepła, ale także zmniejszenie tarcia pomiędzy narzędziem a materiałem, co przekłada się na gładszą powierzchnię i większą dokładność wymiarową.

Wybór odpowiedniego środka chłodzącego zależy od rodzaju obróbki oraz obrabianego materiału. W niektórych przypadkach stosuje się również obróbkę na sucho, jednak wymaga to użycia narzędzi o bardzo wysokiej odporności na temperaturę. Prawidłowe chłodzenie pozwala także na zwiększenie żywotności narzędzi i zmniejszenie kosztów produkcji, co ma istotne znaczenie w procesach seryjnych.