Dopasowywanie przez polerowanie

© ISF

Udostępnij:

Testy wydajnościowe z użyciem wierteł z węglików spiekanych wykazały, że opłaca się polerowanie szlifowanych rowków wiórowych. Jest to jednak również przykład na to, że osiągnięcie pożądanego efektu w przypadku szlifowanych powierzchni z węglików spiekanych możliwe jest tylko przy dopasowaniu procesów polerowania do każdorazowego zastosowania wyrobu.

Węgliki spiekane znalazły w ostatnich latach szereg zastosowań, między innymi w budowie silników i przekładni w przemyśle samochodowym, w silnikach elektrycznych, w budowie maszyn, a przede wszystkim w budowie form i narzędzi, przykładowo narzędzi skrawających [1]. Pozytywne właściwości węglików spiekanych w porównaniu z innymi dotąd konkurencyjnymi grupami materiałów są oczywiste: węgliki spiekane można często lepiej i ekonomiczniej obrabiać niż materiały ceramiczne [2]. Poza tym ta grupa materiałów metalicznych ma szereg ogólnych zalet użytkowych, takich jak duża twardość, wysoka odporność na kruche pękanie i duża przewodność cieplna. Ze względu na te cechy węgliki spiekane są szczególnie przydane do wykonywania narzędzi kształtowych i skrawających.



Mniejsza chropowatość powierzchni zmniejsza tarcie i zużycie
W przypadku tych narzędzi często nie chodzi tylko o tolerancję kształtów i wymiarów, ale również o właściwości powierzchni odpowiednie dla danego zastosowania. Zmniejszenie chropowatości powierzchni wyrobów z węglików spiekanych jest już w wielu dziedzinach ważnym środkiem zmniejszenia współczynnika tarcia oraz zużycia ściernego. Polerowane narzędzia z węglików spiekanych są najczęściej stosowane jako narzędzia kształtowe do wykonywania części optycznych. Ponadto została już zbadana produkcja polerowanych wkładek kształtowych z węglików spiekanych: przez zastosowanie tarcz polerskich z drobnych, bardzo gęsto upakowanych i związanych lepiszczem metalowym cząstek diamentu o średnicy 3 μm (dk ) można znacznie poprawić jakość powierzchni - porównywalną ze stanem wyjściowym po szlifowaniu [3].
Inną dziedziną zastosowania polerowanych wyrobów z węglików spiekanych jest technika medyczna. Z węglików spiekanych wytwarza się przede wszystkim sztuczne stawy. Szczególnie ważne w tym przypadku są niski współczynnik tarcia i wysoka odporność na zużycie cierne. To samo dotyczy również narzędzi skrawających: w celu wyprodukowania wierteł z trybologicznie bardzo obciążonymi powierzchniami stosuje się polerowanie, gdyż transport wiórów jest czynnikiem ograniczającym możliwość osiągnięcia dużych głębokości wiercenia. Wraz ze wzrostem głębokości wiercenia wydłuża się droga, którą przebywają wióry. Wskutek tego obciążenie narzędzia zwiększa się z powodu tarcia wiórów. Zmniejszenie współczynnika tarcia pomiędzy wiórami i rowkiem wiórowym zapewnia więc lepszy transport wiórów z otworów i tym samym większą głębokość otworów przy stałej wielkości średnicy oraz większe zabezpieczenie przed pęknięciem narzędzia z powodu zakleszczenia się wiórów.



Produkcja wierteł odtworzona w skali laboratoryjnej
W Instytutcie Obróbki Skrawaniem (ISF) badano proces polerowania próbek z powierzchnią z węglików spiekanych, a także zastosowanie wierteł wykonanych całkowicie z węglików spiekanych i mających śrubowe rowki o dużym stosunku długości do średnicy i z polerowanymi rowkami wiórowymi. Do prób szlifowania i polerowania zostały przygotowane półfabrykaty z węglików spiekanych (K30F) używanych zwykle do produkcji narzędzi z trzonkiem: najpierw przy użyciu ściernicy z hybrydowym lepiszczem przy szlifowaniu czołowym, obwodowym i wzdłużnym, zanim wytworzone w ten sposób powierzchnie zostały wypolerowane tarczą diamentową z elastycznym lepiszczem. W ten sposób możliwe było odtworzenie w ISF technologii stosowanej w wytwarzaniu wierteł. W praktyce wykonuje się również w pierwszym kroku rowki wiórowe w procesie szlifowania wgłębnego, zanim wykonane zostanie następnie polerowanie rowków przy użyciu ściernic o drobnym ziarnie i elastycznym lepiszczu.

Podczas polerowania zmieniano parametry procesu i w ten sposób analizowano zależności pomiędzy wytworzonymi powierzchniami próbek i wybranymi parametrami polerowania. Na ilustracji 2. przedstawiono - wychodząc od powierzchni szlifowanej - stan powierzchni polerowanych z użyciem różnych parametrów. Po polerowaniu chropowatość powierzchni jest bardzo niska, dlatego próbki płaskie zostały poddane analizie optycznej za pomocą mikroskopu z systemem oświetleniowym światła białego, w celu otrzymania możliwie dokładnego, graficznie obrobionego widoku polerowanych powierzchni. Wspólną cechą wszystkich wypolerowanych próbek jest wyraźna poprawa jakości powierzchni w wyniku końcowego procesu polerowania.
Ponadto można stwierdzić, że zmiana parametrów polerowania ma wpływ na uzyskaną jakość powierzchni i tym samym na jej chropowatość. Przy zastosowaniu odpowiednich parametrów procesu można w praktyce skrócić np. czas polerowania przy obróbce narzędzi z trzonkiem. W przeprowadzonych następnie badaniach stwierdzono znaczną warunków zastosowania wierteł do głębokich otworów z polerowanymi rowkami wiórowymi.
Na ilustracji 3. przedstawiono wyniki tych badań, dla wierteł o średnicy 5 mm i o stosunku długości do średnicy wynoszącym 20. Do porównania nie użyto wiertła niepolerowanego, a jedynie szlifowanego. Zastosowano też narzędzie o identycznej geometrii, ale poddane polerowaniu po procesie szlifowania.

Polerowanie rowka wiórowego poprawia stabilność procesu przy wierceniu
Uzyskane wyniki wskazują na to, że polerowanie rowków wiórowych poprawia stabilność procesu. Można to wyraźnie zauważyć po wartości momentu wiercenia i sił posuwu. Przebieg momentów i sił podczas procesu skrawania jest równomierniejszy. Wynika to z tego, że wióry są ciągle odprowadzane rowkami z otworu. W przypadku narzędzia niepolerowanego doszło do pęknięcia narzędzia już po wykonaniu kilku otworów. W tym momencie narzędzie polerowane nie wykazywało jeszcze znaczącego zużycia. Tak więc badania pozwoliły na zaprezentowanie potencjału polerowania rowków wiórowych narzędzi z węglików spiekanych.

Przedstawione wyniki polerowania powierzchni z węglików spiekanych i testy wydajności wypolerowanych wierteł wykazały zalety szlifowanych powierzchni z węglików spiekanych, o ile ich topografia powierzchni została dopasowana do przewidzianego zastosowania. Korzyść wynikająca z zastosowania drobnoziarnistych ściernic z miękkim lepiszczem jest widoczna również w miejscowo dopasowanej obróbce powierzchni. Ponadto proces szlifowania i polerowania można wykonać w jednym zamocowaniu obrabianego przedmiotu, co pozwala zaoszczędzić czas i zmniejszyć koszty oraz ryzyko błędów wynikających ze zmiany zamocowania.

Autorzy:
Prof. dr inż. Dirk Biermann jest kierownikiem Instytutu Obróbki Skrawaniem (ISF) na TU Dortmund. Mgr inż. Tobias Heymann i mgr inż. Christian Rautert są pracownikami naukowymi w ISF. Więcej informacji: Tobias Heymann, tel. +48 231 755 25 78, e-mail: heymann@isf.de

Udostępnij:

Drukuj



MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również