Obróbka płaszczyzn

Uwagi wstępne

Przy opracowaniu procesów technologicznych obróbki przedmiotów, które mają powierzchnie płaskie, należy wziąć pod uwagę nie tylko warunki posta­wione dla poszczególnych płaszczyzn, lecz również warunki wynikające z wza­jemnych powiązań (sprzężeń) między płaszczyznami oraz powiązań z innymi elementami (np. otworami) przedmiotu. Tak liczne sprzężenia płaszczyzn (lub płaszczyzny) wynikają przede wszystkim stąd, że są one przyjmowane jako bazy konstrukcyjne, montażowe i obróbkowe. Ta charakterystyczna rola, jaką spełniają płaszczyzny jest jedną z przyczyn, że obróbka ich, mimo pozoru, nie należy do łatwych. Z tych samych względów dla większości przypadków istnieje określone miejsce obróbki płaszczyzny w ramach całego procesu tech­nologicznego. W dużym uproszczeniu, jednak z dostateczną dokładnością, to miejsce można określić jako początek każdej fazy obróbki. Należy rozumieć to w ten sposób, że obróbka np. zgrubna płaszczyzny rozpoczyna fazę obróbki zgrubnej przedmiotu, a obróbka wykańczająca płaszczyzny odpowiednio fazę obróbki wykańczającej przedmiotu.

W szczególnych przypadkach, kiedy nie przewiduje się zmiany baz w całym procesie technologicznym, płaszczyznę obrabia się z ostateczną dokładnością na początku procesu. Ogólnie biorąc wyniki obróbki płaszczyzn określają:

- dokładność wymiaru,

- dokładność prostoliniowości w kierunku wzdłużnym, i poprzecznym,

- dokładność powierzchni,

- dokładność równoległości, prostopadłości lub położenia kątowego między płaszczyznami,

- dokładność położenia płaszczyzny względem innych elementów przed­miotu,

- jakość i stan warstwy wierzchniej.

Do najczęściej stosowanych sposobów obróbki płaszczyzn należą:

- w ramach obróbki zgrubnej i kształtującej: struganie, frezowanie, szlifowanie, przeciąganie i toczenie,

- w ramach obróbki wykańczającej i gładkościowej: szlifowanie, docie­ranie zwykłe i oscylacyjne, skrobanie,

- w ramach obróbki mającej na celu polepszenie własności użytkowych:

rolowanie, śrutowanie, powierzchniowa obróbka cieplno-chemiczna i galwaniczna.

Na dobór odpowiedniego sposobu obróbki, jak również metody jej reali­zacji, oprócz warunków postawionych przez konstruktora, wpływają takie czynniki, jak: kształt i wymiary przedmiotu oraz wielkość produkcji.

Obróbka zgrubna i kształtująca płaszczyzn

1. Struganie

Struganie płaszczyzn jest na ogół stosowane w produkcji jednostkowej. Wynika to z następujących cech charakterystycznych tego sposobu obróbki:

- mała wydajność wskutek: małych szybkości skrawania, nieuniknio­nego ruchu jałowego, dużych czasów pomocniczych (ustawienia przedmiotu bez uchwytów),

- obsługa strugarek (zwłaszcza strugarek wzdłużnych) wymaga pracow­ników o wysokich kwalifikacjach, ponieważ ustawianie i kontrola przedmio­tów, jak również obsługa samej obrabiarki należą do czynności trudniejszych,

- mały wpływ różnic wielkości naddatków (surówki w produkcji jednostko­wej są mało dokładne) na przebieg procesu strugania,

- do strugania nie są na ogół konieczne uchwyty i przyrządy, co jest niezbędne przy innych sposobach obróbki.

Osiągalna dokładność obróbki na strugarkach wzdłużnych mieści się w gra­nicach 0,2-0,1 mm na długości 1000 mm. Przy stosowaniu tzw. „szerokich" noży o długości krawędzi skrawającej 25-40 mm i w warunkach dokładnego strugania (obrabiarka o dużej sztywności i hydraulicznym napędzie stołu), można osiągnąć dokładność -wymiaru i kształtu w granicach 9-8 klasy, co odpowiada np. odchyłkom prostoliniowości, nieprzekraczającym 0,02 mm na długości 1000 mm. W tablicy 1 przedstawiono osiągalną i ekonomiczną dokładność powierzchni struganych.

Tablica 1. Osiągalna i ekonomiczna dokładność strugania.

Do głównych zalet strugania, w porównaniu z innymi sposobami obróbki płaszczyzn (np. frezowaniem), należy zaliczyć:

- większą dokładność, co wynika z samej istoty obu procesów (struga­nie jest procesem ciągłym, zaś frezowanie przerywanym, gdyż poszczególne ostrza skrawają okresowo) oraz prostej konstrukcji strugarek. Poza tym ciepło powstające rozprzestrzenia się na całej długości strugania, a przy frezowaniu powierzchnia obrabiana nagrzewa się miejscowo, dzięki czemu powstają na­prężenia,  które mogą być powodem odkształceń obrabianego przedmiotu,

- prostota narzędzia, jego mniejsze koszty i większa uniwersalność w zastosowaniu,

- lepsze wyniki techniczne (dokładność) i ekonomiczne przy obróbce powierzchni długich i wąskich oraz przerywanych.

Wydajność strugania (szczególnie na strugarkach wzdłużnych) można zmieniać stosunkowo w dużym zakresie poprzez stosowanie:

- obróbki szeregowej polegającej na tym, że przedmioty mocuje się na stole strugarki jeden za drugim (naturalnie, jeżeli łączne wymiary przedmio­tów mieszczą się w granicach skoku stołu),

- stosowanie „szerokich noży" i dużych posuwów (20-25 mm/sek)- jeżeli jest zapewniona odpowiednia sztywność układu przedmiot-obrabiarka,

- specjalnych przyrządów, które ułatwiają ustalenie i zamocowanie przedmiotu,

- dodatkowych stołów, na których mocuje się przedmioty w czasie ob­róbki innego przedmiotu,

- jednoczesnej pracy kilku suportów, przy czym każdy służy do obróbki jednej płaszczyzny,

- specjalnych wielonożowych imaków (rys.1), które mogą pracować metodą „podziału posuwu" (rys. la) lub metodą „podziału głębokości" (rys. l b).

Rys.1. Imaki wielonożowe pracujące: a) „metodą podziału posuwu”

b) „metodą podziału głębokości”

2 Frezowanie

Frezowanie – przy zastosowaniu właściwego oprzyrządowania - jest typowym rodzajem obróbki, zwłaszcza w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej, a nawet masowej.

Przy obróbce płasz­czyzn stosuje się frezowanie czołowe, co w porównaniu z frezowaniem obwo­dowym (np. frezem walcowym) zapewnia mniejszą chropowatość powierzchni oraz większą wydajność.

Jest to wynikiem następujących cech charakterys­tycznych frezowania czołowego:

- możliwości stosowania głowic o dużych średnicach,

- bardzo sztywnego zamocowania narzędzia,

- pracy jednoczesnej kilku ostrzy freza, co wpływa na zwiększenie wy­dajności i spokojniejszą pracę narzędzia.

Ujemną, stroną frezowania czołowego jest stosunkowo długi dobieg i wybieg narzędzia. Dokładność frezowania, choć mniejsza niż strugania, jest w wielu przypadkach wystarczająca, zwłaszcza dla przedmiotów małych i średnich. Gdy dokładność frezowania jest zbyt mała, można dodatkowo stosować szlifowanie, co i tak łącznie będzie bardziej ekonomiczną obróbką płaszczyzny w porównaniu ze struganiem, biorąc pod uwagę wysoką wydajność frezowania.

Do najbardziej znanych i zalecanych (z uwagi na wysoką wydajność) metod frezowania płaszczyzn zaliczamy:

a- obróbkę jednoczesną kilku powierzchni przedmiotu zespołem frezów (rys. 2) zamocowanych na jednym wrzecionie lub kilkoma (a nawet kilku­nastoma) frezami zamocowanymi na różnych wrzecionach (rys. 3),

Rys. 2. Jednoczesna obróbka kilku powierzchni (A,B,C,D) zestawem frezów

b- obróbkę na frezarkach wielowrzecionowych przedmiotów o dużych gabarytach

Rys. 3. Schemat frezowania łoża obrabiarki dziewięcioma wrzecionami (14 frezami).

c- obróbkę kolejną (tj. obróbkę szeregu przedmiotów- ustawionych jeden za drugim) rys. 4 i kolejno -równoległą (rys.5),

Rys. 4. Schemat frezowania kolejnego.

Rys. 5. Schemat frezowania kolejno-równoległego.

d- obróbkę w przyrządach lub uchwytach oraz na stołach obrotowych (rys. 6),

Rys. 6. Schematy frezowania: a) na stołach lub w przyrządach obrotowych,

b) w przyrządach i na stołach z urządzeniem podziałowym.

e-obróbkę ciągłą wykonywaną na frezarkach ze stołem obrotowym o pio­nowej osi obrotu (karuzelowej) lub o poziomej osi obrotu (bębnowej) (rys.7).

Rys. 7. Schematy frezowania ciągłego: a) frezarka karuzelowa,

b) frezarka bębnowa .

3. Szlifowanie zgrubne i kształtujące

Szlifowanie jest obecnie szeroko stosowane nie tylko do obróbki wykań­czającej płaszczyzn, lecz również do obróbki zgrubnej. W wielu przypadkach szlifowanie zgrubne płaszczyzn takich przedmiotów, jak: korpusy silników, skrzynki przekładniowe, łoża obrabiarek itp. jest bardziej ekonomiczne niż np. frezowanie.

Szczególnie dobre efekty ekonomiczne daje szlifowanie zgrubne, gdy:

- frezowanie nastręcza duże trudności, np., gdy jest bardzo twardy ma­teriał lub jego warstwa zewnętrzna, trudne jest ze względu na kształt, moco­wanie przedmiotu, małą grubość przedmiotu, wąskie i długie płaszczyzny przerywane itp.,

- frezowanie (lub struganie) nie zapewnia wymaganej dokładności, np. powierzchnie, które przewidziane są jako bazy obróbkowe, mają zbyt małe naddatki na obróbkę itp.

Należy jednak pamiętać, że dla usunięcia tej samej warstwy materiału za po­mocą szlifowania, należy zużyć znacznie więcej energii niż za pomocą frezo­wania lub strugania. Poza tym, usuwanie zbyt dużych naddatków prowadzi do szybkiego zużycia ściernicy, nie mówiąc o tym, że warunki jej pracy są bardzo trudne. Dlatego też szlifowanie zgrubne płaszczyzn należy ograniczyć do przypadków, gdy usunięciu podlega względnie niewielka (w porównaniu ze struganiem lub frezowaniem) warstwa materiału. Największe naddatki, przy których szlifowanie zgrubne jest ekonomiczne, wahają się od 5 mm dla powierzchni żeliwnych z występami, do l mm dla płaszczyzn stalowych.

Szlifierki do zgrubnego szlifowania płaszczyzn są budowane jako jedno­wrzecionowe o układzie wrzecion poziomym lub pionowym, przy czym dwuwrzecionowe służą do jednoczesnej obróbki z dwóch stron (konstrukcje szli­fierek podobne do frezarek wzdłużnych). Największe szlifierki pracują ścier­nicami segmentowymi o średnicy do 2000 mm i mogą obrabiać przedmioty o sze­rokości do 1700 mm i 4000 mm długości. Głębokość szlifowania jest stosunkowo duża i waha się od 1,5 mm przy obróbce żeliwa do 0,5 mm przy stali. Posuw wzdłużny przy tak dużej głębokości wynosi około l m/min dla żeliwa i odpowiednio około 6 m/min dla stali.

Rys Zakres stosowania różnych metod obróbki płaszczyzn.

4. Przeciąganie

Przeciąganie jest typowym rodzajem obróbki przy produkcji masowej, co wynika z wysokiego kosztu narzędzi do przeciągania zewnętrznego, ale jednocześnie wydajność jest 5 -8 większa niż przy frezowaniu.

Przeciąganie zewnętrzne przeprowadza się na specjalnych obrabiarkach, jakkolwiek jest możliwe wykonywanie tych operacji na zwykłych przeciągarkach poziomych, co wymaga jednak skomplikowanego oprzyrządowania.

  Zasadniczo są możliwe dwie metody przeciągania zewnętrznego:

  -przeciąganie zwykle, wg schematu rys.9a (rys 9a) wiór jest zbierany od razu z całej powierzchni.

Rys. 9. Przeciąganie płaszczyzn zwykłe i stopniowe.

- przeciąganie stopniowe wg schematu na rys....