Föreläsning Skärande bearbetning 3

Föreläsning – Skärande bearbetning 3

Verktygsmaterial, Ekonomi

Slipning

Lärandemål dagens FÖ

•

Känna till de viktigaste verktygsmaterialen

➢

Egenskaper: Slitstyrka och seghet

➢

Hårdmetall: Beståndsdelar & påverkan på egenskaper

•

Kunna exemplifiera hur verktygsmaterial (inklusive sammansättning hos hårdmetall) kan anpassas till material i arbetsstycke

Bearbetningsekonomi

•

Känna till hur ett utslitningstest genomförs och vad utslitningstid är

•

Känna till Taylors ekvation (vad den beskriver/är till för)

•

Förstå skärdataval m.a.p optimum (kostnad, produktionshast.)

Lärmål, forts.

Slipning

• Känna till när slipning används

• Känna till hur en slipskiva är uppbyggd (beteckningar behöver inte kunnas)

• Förstå varför slipning är en relativt energi-ineffektiv metod

Läsanvisning

• Slidsen

• Dock avsnittet om förslitning kopplar till val av skärmaterial

Verktyg

Skär, (ibland skärplatta)

Verktygsmaterial etc (nästa bild) avser material i skäret

Hållare

VERKTYGS- MATERIAL

ÖKAD HÅRDHET och FÖRSLITN.MOTST.

ÖKAD SEGHET

KOLSTÅL SNABBSTÅL HÅRDMETALL KERAMIK

BORNITRID DIAMANT

Verktygsmaterial , önskvärda egenskaper…

• Hårdare än arbetsstycket

• Högt förslitningsmotstånd

• God seghet

• Goda högtemperaturegenskaper

• God eggskärpa

Hårdmetall

 – Wolframkarbid, WC

Hårdfas ger slitstyrka

 – Kobolt, Co

Bindemedel ger seghet

 – Ex vis TiC,

hög temp. stabilitet

Idag den vanligaste och

viktigaste gruppen

Klassning av (hårdmetall-) sorternas användnings- områden

Rostfritt

Verktyg för olika applikationer

• Man skiljer på verktyg för grovbearbetning och finbearbetning

• Grovbearbetning=avverka material, skapa form

• Finbearbetning=skapa yta och noggrannhet I hårdmetall:

• Grovbearbetning: Belastning mkt större vid - skär med mer Co väjs)

• Finbearbetning: Man vill undvika för snabb förslitning

(skär med mer WC väjs)

Verktygsmaterial, övriga

Polykristallin Diamant PCD

Syntetiska korn i metallbindemedel Mkt resistent mot nötning (abrasiv förslitning). Funkar ej i stål (reaktion med kol, bryter ner)

Bra i gjutaluminium (som har nötande partiklar),

Plast-kompositer med nötande fibrer

Kubisk bornitrid (CBN)

Tål 2000 grader C.

För mkt hårda material över 48 HRC.

Bearbetning i härdat stål,

”hårdsvarvning” t ex

Verktygsmaterial, övriga, forts

Snabbstål High-speed steel (HSS) Stål (härdas) med höga halter av bl a

Wolfram.

W (mm) bildar karbider För t ex spiralborrar

Ren keramik – Ex: Al2O3, Si3N4

Tål höga temperaturer

Relativt spröda (drag/böj-belastning) Används till bl a gjutjärn men även s.k.

högtemp.legeringar (Ni-legeringar)

Coating: Thermal & chemical barrier + lowering friction

TiN layer for easy wear detection andadded lubricity – less BUE

Thick Al₂O₃-coating for superior heat protection and wear resistance

Thick wear resistant TiCN-layer with extremely good adhesion

Cobalt enriched surface zone for a tough and secure edgeline

Hard substrate with a high hardness reducing plastic deformation

Belagda skär

[SANDVIK]

Bearbetningsekonomi ... att på bästa sätt utnyttja

produktionsresurserna

Kostnadens olika delar… (per detalj)

[SANDVIK]

Verktyg Material Maskin Operatör Overhead

• Inköp av verktyg är en relativt liten del av detaljkostnaden

• Men val av verktyg och skärdata påverkar Maskin-, operatörs- och overheadkostnaden/detalj mycket

Högre v _c

POSITIVT:

Högre

avverkningshastighet (fler detaljer per timme)

NEGATIVT:

Mer förslitning

Leder till ett OPTIMERINGSPROBLEM!

För att lösa detta måste vi ha matematiskt samband mellan v

_c

och förslitning

Detta tas fram experimentellt och kallas

Taylors ekvation

Utslitningstid:

• Den tid då verktygets förslitning, typiskt VB, nått ett visst värde

• Efter denna punkt anses inte verktyget kunna

prestera rätt yta eller tolerans, ”katastrof”-förslitning kan inträffa

• Benäms T

_c

[min]

Utslitningstest och utslitningtid

Utför ett utslitningstest:

Man mäter fasförslitning efter t ex 2, 4, 6, … min

T_c

Utslitningstest för olika skärhastigheter:

Högre hastighet leder till snabbare förslitning:

v_c1> v_c2 > v_c3 >...

 Vi har nu ett antal “talpar” v

_c

, T

_c

Ett samband kan då bestämmas med programvara eller analytiskt.

Princip: Antag ekvation på formen v

_c

∙ T

_c ^

= C

- använd t ex minsta kvadratmetoden för att bestämma C och α

Alternativt med penna och papper, linjarisera uttrycket genom att

logaritmera det – kan då lösas som

en räta linjens ekvation

Taylors ekvation

C T

v _c  _c ^ =

25 700

,

0 =

 _c

c T

v

Typiska värden på konstanter:

Vanlig benämning på : ”Taylorexponent”

Konstanten C=Skärhastighet för utslitningstid 1 min

Min Bearbetningkostnad...

Maskinkostnad/det.

Verktygskostnad/det

Bearbetningskostnad/det.

(=summan)

Skärhastighet Kostnad/detalj

Optimum

Optimum – ligger för hårdmetall

ungefärligen på en v_c som motsvarar ca 15 min utslitningstid

Max produktionshastighet

Optimum - förstås lättare utifrån tid/detalj

Tid/detalj

(Ej produktiv tid)

Bearbetnings- tid/detalj

Verktygs-

bytestid/detalj Total tid/detalj

Skärhastighet

Påverkan av övriga skärdata?

Även matning och skärdjup påverkar utslitningstiden!

• Dvs högre värden ger snabbare förslitning

• Dock i (betydligt) mindre grad än skärhastigheten

• Huvudregeln är att maximera ap, f och v

_c

i den ordningen

Val av skärdata…

a

_p

bestäms också till stor del utifrån:

• arbetsmån (dvs skillnad arbetsstycke – färdig detalj)

• Max belastning skär och effektmax f bestäms också till stor del utifrån:

• Max belastning skär och effektmax

• ytkrav (finskär)

Användningsområden

• Krav på ytfinhet

- Storleksordningen Ra 0,1 mm

• Krav på toleranser

- Storleksordningen <10mm (hundradelar)

• Hårda material

- Härdade material - Verktygsmaterial

- Verktyg för skärande bearbetning - Keramer, diamanter…

Slipning

Applikationer – inkluderar här även fall där man t ex blästrar;

abrasivkorn i strömmande luft eller vätska

26(36)

Slipning

27(36)

VANLIG PROCESSKEDJA FÖR AXEL SOM HÄRDAS

Slipning kan alltså krävas om…

✓ Materialet måste härdas

✓ Ytfinhets- eller toleranskraven är tuffa

Restprodukter från processen:

fina spånor (”damm”) blandat med slit- rester från slipskivan och skärvätska.

Kallas ofta för ”mull”, vissa problem (kostnader) med återvinning

Slipskiva

Arbetsstycke

https://www.youtube.com/watch?v=2bQAtM9qL0s https://www.youtube.com/watch?v=NHqMc4zXph8

Energi åtgår till: - Spånan (det vi vill åt)

- Glidning (korn mot yta, ger värme)

- Plogning (deformation av kanter av slipspåret)

=ENERGI-INEFFEKTIV PROCESS!

SLIPPROCESSEN

SLIPMEDEL OCH BINDEMEDEL

KORNSTORLEK MÄTS I ”MESH”

24 mesh

Korn passerar genom standardiserad sikt med 24 öppningar per tum

Medel-korn-storlek  17,8/S [mm]

(S=mesh-talet)

Slipmedel

Bindemedel

BETECKNINGAR PÅ SLIPSKIVOR

43 A 60 J6 VM

43 - tillverkarens egen beteckning

A – Slipmedel (t ex Al-oxid) 60 - kornstorlek

J6 - grad och struktur

V - keramiskt bindemedel M - tillverkarens egen

beteckning

(Exempel)

Notera – max hastighet = säkerhetsaspekt

SLIPMEDEL BINDELMEDEL

HÅRDHETSGRAD STRUKTUR

E.... ...X

Lös Medium Hård

0.... ...15

Tät Öppen

 Mängd bindemedel (Styrka bindn.) Avstånd korn

SKÄRPNING

Exempel skärpningsverktyg (diamantspets)

Något som görs för att:

• För att få fram nya fräscha slipkorn

• Skapa en profil på skivan

• Till en standardform (ursprungsform hos skiva)

SKÄRPNINGSMEKNISMER

(samma mekanismer som förslitning)

Nötning – ej aktuellt (helt felaktigt) vid skärpning

Urgryning & kornsplittring lämpliga vid precisionsslipning Urbrytning, – kan fås även vid s.k. självskärpning

Arbetsstycke och slipskiva roterar

Typiskt: - Periferihastighet arbetsstycke ≈ 20-30 m/min

- Periferihastighet skiva ≈ 1000 m/min (alltså mkt hög skärhastighet!)

RUNDSLIPNING

CENTERLESSLIPNING

• Arbetsstyckets sätts i rörelse av slipskiva

• Reglerskiva bromsar arbetsstyckets rotation genom att ha en drivning med konstant rpm

• Arbetsstycke och slipskiva roterar åt motsatt håll (rotationsriktning)

• Slipskivan roterar snabbare än arbetsstycket och trycker ner detta

• Stor fördel: ”Centerless” = utan dubb eller chuck - ger enkel uppspänning

• Reglerskiva =”Mothåll”, bra för tolerans speciellt för längre arbetsstycken

Centerless med instick

CENTERLESSLIPNING MED GENOMMATNING

(Genomgångsslipning)

• Gapet minskas kontinuerligt (överdrivet ritat)

• Reglerskiva snedställs – skapar matning

• Mycket liten avverkning

PROFILSLIPNING

Formning av profilen: - Formas med NC/mall och diamantspets.

- Krossrulle eller diamantrulle – lämpligt för större serier.

PLANSLIPNING