11-Spaanafnemende-bewerkingen PDF

Preview

Summary

free account...

Description

1) Spaanafnemende bewerkingen 1) Spaanvorming gieten en smeden - in 1 bewerking zo dicht mogelijk bij het definitieve resultaat komen - vaak is de nauwkeurigheid van de afmetingen of de kwaliteit nog onvoldoende - soms kan je ook niet de gewenste vorm bekomen

verspanende bewerkingen - materiaal verwijderen - veel materiaalverlies - altijd een dure bewerking - zeer arbeidsintensief - het duurt lang ↪ om dit in technische en economisch optimale voorwaarden te laten verlopen ↝ bij het ontwerpen zowel de functie en de vorm bedacht worden ↝ ook de methode op voorhand bepalen - machines - veel goedkoper - grote maatnauwkeurigheid - honderdste, tweehonderdste van een millimeter - gieten: maatonauwkeurigheid door thermische verschillen - smeden: maatonauwkeurigheid door het stollen

1) Geometrie van de spaanvorming

↪ hoe een spaan schematisch wordt voorgesteld

-

snijwerktuig (het groene) - dringt over een insteldiepte h in het werkstuk - t.o.v. dit werkstuk een snijsnelheid V - praktische snelheid van 0,3 tot 20 m/s - praktische insteldiepte: 0,1 tot 1 mm - kiezen in functie van de aard van de bewerking - kiezen in functie van materiaal - kiezen in functie van koeling die je aanlegt - snijdt een spaan die langs het werktuig naar boven klimt - je vormt een schil - altijd dikker dan de ingestelde dikte - door vervorming A en B = afschuifzone - vooraan maakt het een hoek 𝛼 = spaanhoek met de normale op de richting van de beweging ↪ op de figuur positief: meestal zo - schil zal met een hoge druk tegen het mes aangedrukt worden → wrijving → slijtage → energieverlies - onderaan: vrijloophoek 𝛾 → stel 𝛾 = 0 → mes schuurt langs het gevormde werkstuk ↪ ook daar ben je wrijvingswarmte kwijt ↝ eindafwerking is minder goed → we willen een vrijloophoek van hoger dan 0

bewerking - op het werktuig grijpt een uitwendige kracht - levert het nodige vermogen - dit vermogen wordt opgenomen door 1. plastische vervorming van de spaan - vooral wanneer de spanen door de zone AB passeert - 60-70% vermogen wordt hier opgenomen 2. wrijving van de spaan over het gereedschap - in de omgeving van de tip (voorzijde) - een heel klein beetje wrijving aan de achterzijde - verderop buigt de spaan weg van het werktuig - 25-35% van het vermogen 3. afscheuren van de spaan - 5% van het vermogen

Vermogen: kracht die in lijn ligt met de snelheid vermenigvuldigd met die snelheid → krachten hier loodrecht op dragen niet bij tot vermogen ↪ alleen de horizontale component bekijken → we zeggen dat we snijden - eigenlijk vervormen we het metaal voor het mespunt analyse proces - plastische vervorming gebeurd in een uiterst smalle zone -

langs de rechte AB die een hoek , afschuifhoek, maakt met de snijrichting onder AB: materiaal slechts elastisch vervormd → terwijl het door deze lijn passeert ondergaat het plots de volledige vervorming die nodig is om langs het werktuig naar boven te kunnen schuiven - wel elastische vervorming: wordt buiten beschouwing gelaten (zeer klein) ↪ spaan verricht als star lichaam een translatie waarbij de spaan in contact blijft met het werktuig - relatieve snelheid Vr van de spaan t.o.v. het werktuig evenwijdig met de voorkant van het werktuig ↝ maakt een hoek 𝛼 met de verticale

-

AB: scheiding tussen spaan en werkstuk - snelheid Vs van de spaan moet dus evenwijdig met AB zijn - Vs: geeft de absolute snelheid van de schil t.o.v. het werkstuk → schuift langs de lijn AB = afschuiflijn

vast assenstelsel: werkstuk

bewegend assenstelsel: gereedschap

↪ duidelijk in dit figuurtje

-

optimale waarden van 𝜑 - zou zichzelf instellen indien dit model de werkelijkheid was - is zodanig dat het verspanen gebeurt met een minimaal verbruik van vermogen bij gegeven snijsnelheid V. 1. 𝜑 groter - Vr groter - hoger vermogen dat door de wrijving tussen de spaan en het werktuig wordt verbruikt - kijk tekeningetje → je ziet dat de relatieve snelheid moet toenemen om het vectordiagram te doen kloppen → ontwikkelde wrijvingswarmte neemt toe → het gaat nooit in een hogere hoek eindigen 2. 𝜑 kleiner - lengte AB neemt toe - grotere zone waar de plastische vervorming plaatsneemt - hoger vermogen waarbij de vervorming gebeurt

hoek vlak AB: niet instelbare hoek: materiaal kiest dat voor u lol = afschuifhoek - wighoek kies je zelf wel (hoek van het mes) → mes kantelen: je stelt de spaanhoek in (in dit geval positieve hoek)

-

loodrecht : hoek = 0 hoek negatief maken → hoe negatiever: hoe meer je het materiaal wegdrukt hoe positiever de spaanhoek, hoe meer je snijdt = materiaal splitsen spaanhoek zal afhangen van de temperatuur van het materiaal denk aan boter

-

positie 1: groen positie 2: geel

→ je kijkt wat er gebeurt met het materiaal voor het beitelpunt - we gaan in deze zone voor beitelpunt vierkantjes tekenen en kijken wat met vierkantje gebeurt - in interval ∆t heb je een bepaalde snelheid van de beitel en die bijtel legt afstand af V. ∆t

aard en grote van de vervorming - op t = 0 → snijkant van het werkstuk bevindt zich in A - tijd ∆t later: snijkant in A’ aangekomen ↝ AA’ = V x delta t ○ t=0 - spaan en werktuig met onderbroken trek getekend ○ t = ∆t - spaan en werktuig met volle trek getekend

↪ na punt A

-

materieel punt A maakt een deel uit van de spaan en beweegt met snelheid Vs vervolgens: op t = ∆t → punt A in A” gekomen ⇒ AA” = Vs x ∆t A’ nog net niet in beweging gekomen

uitvergroting driehoek AA’A”

○ t=0 -

D, E en A op de grens tussen het onvervormde werkstuk en de spaan komen in beweging met een snelheid Vs van de spaan indien t stijgt

○ t = ∆t - punten A, D en E = A”, D” en E” ↝ met:

-

G, F: vormen in het onvervormde werkstuk een vierkant met D en E → komen in beweging wanneer het punt van het werktuig in F’ komt

↪ je kan de ligging van de punten G” en F” tekenen - vierkant DEFG wordt door de vervorming omgezet in het parallellogram D”E”F”G” - lengte DG → D”G” - rechte hoek EDG → scherpe hoek E”D”G” eigen woorden - in afschuifzone: - relatieve snelheid schuifsnelheid: materiaal beweegt langs die lijn - in ∆t materiaal beweegt over afstand V*∆t - volgende positie: alle materiaal langs onderste lijn met snelheid v - minder tijd ter beschikking - de punten geraken minder ver dan de punten op de eerste afschuiflijn - vierkantje: na de passage van de beitel is omgevormd tot een parallellogram ↝ geldt voor elk vierkantje (al het materiaal dus) → materiaal vervormt van vierkant naar parallellogram ↪ 70% van de energie zit hier → er vind een zeer grote overgang plaats van werkstuk naar spaan

2) Krachten en vermogen -

vervorming gaat gepaard met een vermogen schatting - vermogen boven BA: oefent op het werkstuk eronder een normaalspanning 𝜎 en een schuifspanning 𝞃 uit - lijn BA: verplaatst zich met een absolute snelheid Vs -

vermogen per eenheid van oppervlakte is = 𝞃 * VS voor de hele spaan = per eenheid van breedte loodrecht op de figuur

→ dit vermogen wordt in dit model door plastische vervorming van de spaan verbruikt en in warmte omgezet

-

Fh & Fv → worden van buiten uit uitgeoefend op het werktuig door werktuigmachine ○ Fh: eigenlijke snijkracht - gelegen in de richting van de snijsnelheid ○ Fv: voedingskracht ↪ deze krachten worden door het werktuig doorgegeven aan de spaan → we ontbinden in N loodrecht op het werktuig en T rakend aan het werktuig - werktuig oefent op de spaan een wrijvingskracht T uit - neerwaarts gericht - wrijving gaat altijd de relatieve beweging tegen berekening snijkracht Fh - berekend door eenvoudige goniometrie

-

Fs = de kracht in het afschuifvlak - hier wordt het materiaal onderworpen aan permanente vervorming door verschuiving -

spanning

in het afschuifvlak is gelijk aan de zwicht schuifspanning

-

↪ ongeveer gelijk aan de vloeigrens kracht: product schuifspanning en oppervlak waarop die werkzaam is

met b: de breedte van de spaan loodrecht op het vlak h: de insteldiepte : afschuifhoek → snijkracht:

-

de snijkracht Fh neemt af als de spaanhoek alfa groter wordt praktisch: alfa is bijna altijd positief → punt van het werktuig vormt een scherpe hoek ↪ wel beperkt tot < 10° ↝ punt van het werktuig moet een grote stevigheid bezitten

totaal vermogen

totaal volume verspaand =V*h*b

(snelheid * hoogte * breedte) [m^3/s)

specifieke arbeid Wsp - arbeid die nodig is om 1 m3 te verspanen - debiet aan materiaal dat erdoor stroomt - hoogte x afstand loodrecht op het scherm x snelheid

energie per volume eenheid - vermogen/materiaaldebiet = specifieke energie met Fh en Fv gemeten door het snijwerk op een dynamometer te monteren - hiermee kan je gemakkelijk de specifieke arbeid meten - je kan ook de componenten T en N berekenen + de verhouding = wrijvingscoëfficiënt ↪ zo klein mogelijk houden door te smeren

MAAR je vind onwaarschijnlijk hoge waarden voor (onderstaande figuur) - geen gewone wrijving tussen de spaan en het werktuig - hogere wrijving → hogere kracht: groter wrijvingsvermogen = tempstijging → tempstijging + druk ⇒ slechte combo → spaanmateriaal riskeert vast te lassen aan de beitelpunten → gevolg: nieuwe beitel met nieuwe vorm: spaanhoek wordt negatief: als deze negatief is → druk tussen spaan en mes verhoogt nog extra (wegduwen van materiaal) → effect wordt alleen maar erger en erger → zeer slechte kwaliteit van het materiaal -

druk en temperatuur worden zo hoog dat de spaan zich vast hecht → relatieve beweging enkel mogelijk door afschuiving in een smalle zone die aan het werktuig grenst

-

geeft een beeld van de vervorming van de spaan langsheen het werktuig lijnen die oorspronkelijk evenwijdig zijn met AD - gekromd door afschuiving - nabij de top: druk tussen spaan en werktuig zo hoog dat de spaan aan het werktuig hecht ↪ in deze zone gebeurt de afschuiving - verder naar boven is de druk minder hoog → hier kan de spaan glijden met gewone wrijving door de grote vervorming van het materiaal van de spaan nabij de top ↪ dit materiaal verstevigt ↝ hardheid neemt aanzienlijk toe

-

-

bij transitie van de beitel - je krijgt een langgerekte structuur langs de afschuifzone - grote spanningen - de spaan wordt dikker dan de hoeveelheid weggenomen materiaal valse snijkant - stuk verharde spaan aan het werkstuk blijven plakken - verschuiven van het snijpunt - vormt een nieuwe top van het werktuig = tijdelijke situatie → ze komt los maar er vormt zich dadelijk een nieuwe - gevolg: - onregelmatigheid in de werking - minder schoon bewerkt oppervlak

↪ spaan mag niet kleven - temperatuur beitel goed naar beneden halen - groot deel van de warmte gaat mee met de spaan = goed - ander deel: afvoeren met externe middelen → vloeistof met grote warmtecapaciteit + verdampingscapaciteit

werkelijkheid - spaan is onderhevig aan buiging - de druk die het werktuig op de spaan uitoefent → doet de spaan buigen → de spaan vormt een krul ↪ bij zeer ductiele materialen ↪ lange schroeflijn vormen, die rond het gereedschap slingert → kan hinderlijk zijn ↪ liever geen lange krullen → bekomen door toevoeging van gepaste legeringselementen



-

enkel de gemeten waarden van specifieke arbeid in Joule/mm3  energie die opgenomen wordt per mm3 in de ingesnoerde zone van een trekproef is veel lager tijdens trekproef: energie berekenen → oppervlak onder de curve - je krijgt iets raar - bij het verspanen heb je veel meer energie nodig

hoe? -

-

-

eerste instantie: wrijving beetje meer, ook breukenergie → ‘zal wel beetje meer zijn’ → waar zit dan het overige deel? - een trekproef is per definitie iets dat heel traag gaat - aantal millimeter per minuut - verspanende bewerking: bij 20 meter per seconde = veel sneller - vervormingssnelheid veeel groter - curve ligt ook veel hoger volgende factoren verhogen het specifieke vermogen bij verspanen 1. wrijving werktuig 2. breukenergie om een nieuw oppervlak te vormen 3. vervormingssnelheid a. duizenden malen groter dan in een trekproef b. verhoogt spanning

volgende factoren verlagen het specifieke vermogen bij verspanen 1. opwarming → materiaal wordt minder hard

arbeid - wordt voor het grootste deel in warmte omgezet op de plaats waar de onomkeerbare arbeid verricht wordt ↪ waar de plastische vervorming gebeurt - ijzer - soortelijke warmte: 465 J/kg°C - soortelijke massa: 7850 kg/m3 - specifieke energie bv 3 x 109 J/m3 → volledig in verwarming → temperatuurstijging 822 °C → grootste deel van deze warmte wordt opgenomen door de spaan → klein deel door het werkstuk en het snijwerktuig

VERY GOOD ↪ warmte wordt afgevoerd met de spaan

-

-

-

vervormingszone AD: - T = 360°C (helft max T) - de helft van het vermogen wordt hier al gebruikt nabij top van het werktuig - T is hoger - te wijten aan het vermogen dat daar gebruikt wordt om de spaan af te scheuren langs de flank van het snijwerktuig: 700 °C - op een afstand van de top die iets kleiner is dan de dikte van de spaan - van de top tot op deze plaats wordt blijkbaar ook veel energie verbruikt

goede werking - snijbewerking moet gekoeld en gesmeerd worden - smering: moet de slijtage van het gereedschap verminderen - olie: beste smering → minder koeling - water: mindere smering → goede koeling ↪ snijvloeistof = emulsie van olie en water - vloeistof moet ononderbroken toegevoegd worden - bij onderbreking → thermische schok ↪ plaatje snijmateriaal kan beschadigen - vloeistof moet in voldoende debiet worden toegevoerd op de plaats waar het snijden gebeurt

→ soms vormt de snijkant geen rechte hoek met de snelheid: instelhoek - hoek pi/2 - spaan krult in schroeflijn

3) Materialen snijwerktuig - hoge druk en hoge temperatuur kunnen weerstaan - vervaardigd uit verschillende materialen

-

naarmate verder in de lijst → toename in - temperatuurbestendigheid - hardheid - slijtageweerstand - bereikbare kwaliteit van het bewerkte oppervlak - prijs - brosheid - mindere bestendigheid tegen mechanische en thermische schokken

door ontwikkeling beter snijmateriaal - tijd nodig om een bepaalde hoeveelheid af te draaien tussen 1900 en 1985 gereduceerd met een factor 140 verschillende soorten: 1) ongelegeerd gereedschapsstaal - 1% koolstof - oudste snijmateriaal - wordt niet meer gebruikt - kan gebruikt worden tot 300 °C - snijsnelheid van 10 m/min - naast de oplossing heb je ook een aparte fase: ijzercarbiden ↪ koolstof die niet is opgelost in ijzer

↪ zijn heel hard ↝ dragen bij aan de hardheid van de beitel ↝ goed voor slijtvermogen en weerstand - bij opwarmen: valt uit elkaar - vandaag: niet meer gebruikt - alleen goed als de snijkant heel scherp moet zijn 2) sneldraaistaal HSS (=high speed steel) - staalsoort gelegeerd met metalen die harde carbiden vormen - ijzers eruit - minder hard dan de volgende materialen - beter bestand tegen stoten MAAR beter geschikt voor onderbroken snijbewerkingen - kan ook gemakkelijker bewerkt worden ↪ snijwerktuigen met ingewikkelde vorm kunnen gemaakt worden - gebruikt tot 600 °C en 40 m/min - vallen uit elkaar bij hoge temperaturen - groter productieritme 3) hardmetaal VHM (= volhardmetaal) - bestaat uit carbiden, wolfram, titanium, molybdeen, niobium, tantalium, gesinterd met kobalt als bindmiddel - geen ijzer erin - eigenlijk geen metaal - behoudt goed hardheid bij hoge temperatuur - hoge elasticiteitsmodulus ↪ heel stijf materiaal - lage thermische uitzetting - standaard in een echte productieomgeving - niet geschikt voor lage snelheden ↪ het moet gebruikt worden binnen de parameters ↪ tussen 80 m/min en 300 m/min - hoge prijs en geringe taaiheid → niet het volledige werktuig is uit carbide gemaakt → plaatje carbide op de top bevestigd

-

plaatje kan ook nog een uiterste harde deklaag ↪ slijtvastheid neemt aanzienlijk toe ↝ je kan snelheden tot 360 m/min toelaten

4) keramische plaatjes - uit aluminiumoxide of alumiumoxide + titaniumcarbide - laten veel hogere snelheden toe - verminderen de neiging tot vorming van een opbouwsnijkant - temperatuur kan oplopen tot 1800 °C - snijsnelheid tot 1000 m/min - zeer moeilijk om te centreren 5) diamant - hoogste hardheid van alle materialen - ga je gebruiken om een van de bovenstaande materialen te bewerken - gesinterd op een drager van hardmetaal - hiermee kan gereedschap vervaardigd worden voor de bewerking van uiterst harde of uiterst taaie materialen - kubisch boornitride ↪ bijna even hard als diamant ↪ bestand tegen hogere temperaturen

↪ hardheid van materialen neemt af bij toenemende temperatuur - hoe hoger de snijsnelheid, hoe hoger de temperatuur, hoe sneller het werktuig verslijt performantie → basis hardheid -

hoe harder bij kamertemp, hoe beter je ze kan inzetten beginnen verspanen → temperatuur begint op te lopen hardmetaal en keramisch materiaal: stukken performanter je moet temp bekijken als de snijsnelheid - snijsnelheid in optimaal geval kan je winst maken factor 10 - machine per tijdseenheid: 10 keer meer verspanen - ook tien keer zo duur - productie: je gebruikt toch hardmetaal → machine wordt beter benut ↪ belangrijke keuze voor optimale snelheid 1. lage snelheid - kosten gereedschap laag - afschrijving machine, gebouwen plus loonkosten hoger 2. hoge snelheid - gereedschapskost hoger - afschrijving machine, gebouwen plus loonkosten lager

↪ optimale snelheid ↝ daar waar de som van de gereedschapskost + afschrijving + loonkost het laagste is

standtijd -

hoelang gaat het mee logaritmische schaal hangt af van de snelheid van verspanen hoger temperatuur: hoe sneller je gaat slijten hoe sneller je gaat → hoe sneller het slijt - de meeste kun je wel naslijpen - je verliest een beetje materiaalvastheid ↪ moeilijker om nauwkeurige toleranties te halen

wat ga je proberen verspanen - staal - zowel vrij zacht als vrij hard - zacht staal: je kunt een opbouwsnijkant opbouwen ↪ bij koud vervormen verminderd deze neiging - er stapelt zich wat metaal op aan de zijkant van je mes - het blijft een beetje plakken - hard staal - lintspanen: lange krullen - nadelen 1. gevaarlijk voor operator 2. moeilijk om af te voeren 3. maakt oppervlakte afwerking kapot - oplossing - automaten metalen: lood en zwavel toevoegen - probeert men wel te vermijden - lood gaat smeren, je gaat geen lintspanen creëren - nadelen: - zwavel verminderd mechanische eigenschappen - giftig ↪ niet optimaal -

austenitisch roestvast materiaal - heel taai: veel meer de neiging om lintspanen te vormen - gaat veel weerstand leveren - materialen worden warmer

-

titanium - kom je niet veel tegen - het is ligt - warmtegeleiding zeer slecht → warmte gaat naar het gereedschap -

-

snelheid: delen door 2 t.o.v. austenitisch roestvast materiaal

aluminium - harde legeringen zijn heel goed - zachte legeringen zijn niet perfect.. - opbouwsnijkant - verspaand moeilijk - speciale coatings voor nodig - lijkt op diamant maar is koolstof

spaanbreker - in keramische snijplaatjes → rare vormen: extra krul -

spaan extra overplooien in de hoop dat hij breekt

-

gemakkelijk om korte spaantjes af te voeren

4) Slijpen -

-

-

voorgaande: geldt voor bewerken met behulp van een snijwerktuig → heeft een regelmatig gevormde snijrand nu: materiaal geschuurd door een onregelmatig ruw oppervlak ↪ onbepaalde snijkant ↪ typevoorbeeld: slijpen gereedschap: slijpsteen werking schuren: verricht door abrasieve korrels die uit het oppervlak steken - korrels bestaan uit aluminiumoxide, sil...