Skärande bearbetning Flashcards
Allmäna frågor på skärande bearbetning som kommit på tentor
Taylors ekvation (240405) (4 p)
Beskriv fullständigt hur man tar fram Taylors ekvation!
Taylors ekvation: vc ∙ T c^α=C
Man gör utslitningstest och mäter fasförslitning vid olika vc .
Man väljer en fasförslitning VB då skären anses utslitna. Ger olika utslitningstid Tc för olika test (olika vc). Talparen (v c1 , Tc1 ), (vc2 , Tc2 ),….noteras. Ett samband kan sedan bestämmas, dvs C och α kan bestämmas, grafiskt eller analytiskt genom t ex kurvanpassning i mjukvara.
Slipning (240405) (3p)
Vid slipning, är då den specifika skärkraften kc relativt hög eller låg? Koppla detta till hur energieffektiv slipning är som metod jämfört med “vanlig” skärande bearbetning som svarvning eller fräsning. Vad åtgår energin till?
Vid slipning så är spåntjockleken mkt liten, vilket gör att den specifika skärkraften k c är hög eller t.o.m. mkt hög. Relativt sett så utnyttjas vid slipning relativt lite av energin till avverkning och relativt mkt till
friktion (samt plogning). Friktionsandelen finns alltid, i princip oberoende av spåntjocklek. Detta gör att slipning är en energi-ineffektiv metod. Kan även föras resonemang kring att kc =Fc /AD.
Verktygsmaterial (200118) (3p)
a) Hårdmetall innehåller två huvudsakliga beståndsdelar – vilka då? Hur kan man styra egenskaperna hos materialet med
innehållet? (2p)
b) Ett verktygsmaterial som fortfarande används en hel del är snabbstål. Vad har snabbstål för teknisk fördel gentemot hårdmetall? Det finns flera men det räcker med att nämna en
och kort förklaring varför denna fördel är intressant. (1p)
a) WC (volframkarbid) som ger hårdhet eller slitstyrka samt Co (kobolt) eller Ni (nickel) som ger seghet. Genom att öka/minska respektive dels andel i materialet kan egenskaperna styras till hårdare/segare.
b) Snabbstål är segare vilket ökar slagtålighet, eller kan exemplifieras att det blir användbart till t ex långa spiralborr som inte kan vara för sprött, eller kan slipas till vassare egg utan att den blir för skör mm.
Vilka fyra utslitningstyper finns det och vad orsakar respektive utslitning? Förklara så utförligt du kan.
- Fasförslitning
- Fasförslitning sker på verktygets slityta (fasen) och yttrar sig som en gradvis materialbortnötning längs den yta som är i kontakt med arbetsstycket.
- Orsakas huvudsakligen av abrasion (nötning) och diffusion.
Hårda partiklar i arbetsmaterialet nöter med andra ord bort verktygets yta över tid. - Sker särskilt vid bearbetning av hårda eller slitande material, t.ex. gjutjärn. Förvärras av höga skärhastigheter som ökar temperaturen.
- Gropförslitning
- Gropförslitning uppstår som små gropar eller urgröpningar på verktygets spånbrytande yta (spånfasen).
- Beror på kemisk reaktion och diffusion mellan arbetsmaterialet och verktyget. Hög temperatur i kontaktområdet orsakar materialförlust genom diffusion. Kemiska reaktioner (t.ex. oxidation) kan också bidra till gropförslitning.
- Förekommer ofta vid bearbetning av segare material som stål.
Höga temperaturer och kemisk aktivitet förvärrar förslitningen.
- Urflisning
- Urflisning innebär att små bitar av verktyget bryts loss, vanligtvis från skäreggen.
- Beror på mekaniska påfrestningar, t.ex. växlande krafter, slag eller höga skärbelastningar. Kan även orsakas av sprickbildning vid skäreggen, särskilt i spröda verktygsmaterial som hårdmetall eller keramer. Plötsliga hårda partiklar eller inhomogeniteter i arbetsmaterialet kan initiera urflisning.
- Särskilt vanligt vid bearbetning av material med inneslutningar, hårda partiklar eller avbrott i skärningen (t.ex. avbrottssvarvning).
- Plastisk deformation
- Plastisk deformation innebär att verktygets skäregg och andra ytor deformeras permanent, vilket leder till att verktyget tappar sin ursprungliga form.
- Uppstår när temperaturen i skärzonen blir så hög att verktygsmaterialet mjuknar och deformeras under de höga skärkrafter som verkar. Verktygsmaterial med låg temperaturbeständighet, eller om verktyget används vid mycket hög temperatur, löper större risk.
- Vanligt vid höga skärhastigheter eller bearbetning av material som genererar mycket värme, t.ex. rostfritt stål. Verktygsmaterial som saknar tillräcklig värmetålighet, t.ex. vissa stållegeringar, är särskilt utsatta.
Verktyg (230114) (2p)
Vad har “spånvinkel” för inverkan på ett skärverktygs egenskaper? Vad finns det för för- och nackdelar med positiv respektive negativ spånvinkel?
Positiv spåvinkel:
+ Mindre energiåtgång
+ Mindre krafter krävs
- Eggen blir vekare
Negativ spånvinkel:
+ Eggen blir starkare
+ Mer deformation är möjlig
- Större krafter krävs
- Större energiåtgång
Nämn alla verktygsmaterial och dess ingående beståndsdelar som omtalats i kursen och beskriv deras egenskaper!
Verktygsmaterial och dess egenskaper:
- WC- Wolframkarbid, används oftast som grund i en hårdmetallslegering och gör materialet mycket hårt men också en aning sprött. Kombineras gärna med Cobolt och Nickel för att hårdmetallen ska bli både segare och tåla högre temperaturer.
- Co- Cobolt, används i hårdmetallslegeringar för att göra materialet segare.
- Ni- Nickel, används för att förbättra en hårdmetalls högtemperatursegenskaper.
- Keramik- Antingen aluminiumoxidbaserad eller kiselnitridbaserad, används för bearbetning av extremt hårda och hållfasta material.
- HSS- High Speed Steel (Snabbstål), segt vilket ökar slagtålighet, särskilt användbart till exempelvis långa spiralborr för att de inte ska bli för spröda, eller för att kunna slipas till vassare egg utan att bli för skör mm.
- PCD- Polykristallin diamant, hårdare än både keramik och hårdmetall, används ej till stål eftersom kolet reagerar med diamanten och bryter ner dess struktur.
- CBN- Kubisk bornitrid, hårdare än både keramik och hårdmetall, används till härdade stål bland annat.
Specifika skärkraften (210116) (4p)
Specifika skärkraften kan tecknas: kc=k1 + k2/hD
Frågan här rör vad som indirekt påverkar kc och hur. Följande parametrar kanske kan tänkas påverka kc:
− Ställvinkeln
− Spånvinkeln
− Skärhastigheten
− Matningen/varv
− Skärdjupet
− Fasförslitningen
För ovanstående parametrar notera i ditt svar om parametern:
− Påverkar kc (ja/nej)
Om det är så att den påverkar besvara även:
− Hur parametern påverkar kc (räcker med t ex ökar/minskar)
− Påverkar den k1, k2 eller hD? (Om du anser flera välj bara den viktigaste).
- Ställvinkeln: Ja, ställvinkel avvikande från 90° minskar hD, och ökar därför kc, det blir en tunnare spåna.
- Spånvinkeln: Ja, en positiv spånvinkel minskar kc medan en negativ ökar den. Påverkar k1 som är
materialets ”deformationsmotstånd”, det blir en kraftigare deformation vid negativ spånvinkel
och därför kraftigare ”motstånd”. - Skärhastigheten: Ja, ökande vc sänker kc. Ökande vc höjer temperaturen i skärzonen och materialet blir
mjukare, påverkar alltså k1= materialets ”deformationsmotstånd”. Alltså kc minskar då k1 minskar med ökande vc. - Matningen/varv: Ja, en större matning f sänker kc. Större f ger ju direkt ett större hD (hD=f·sinκ), en tjockare
spåna och därmed lägre kc (enligt givna formeln) - Skärdjupet: Påverkar ej. (Om man här tar det utifrån härledningen kan man se att ap finns med i k2, men F0 kommer där
att öka/minska lika mkt som ap/sinκ, så beroende på hur man resonerar kan det bli poäng ändå). - Fasförslitningen: Ja, kc ökar med ökande VB, mer friktion ger större k2.
Verktygsmaterial (210116) (3p)
Hårdmetall är det vanligaste verktygsmaterialet.
Hur anpassas innehållet i hårdmetallen för applikationer som kräver
- Hög matning?
- Hög skärhastighet?
- Intermittenta applikationer inkluderande fräsning?
Besvara även kort:
- Vad är det man försöker undvika (vad är syftet eller målet med anpassningen)?
- Varför anpassas hårdmetallen på just de sätt du beskrivit?
Hårdmetall innehåller i huvudsak WC som går hårdhet och slitstyrka, samt Co som ger seghet
Anpassning med avseende på
- Hög matning: Detta ger en hög belastning på verktyget vilket kan leda till brott. Ett allt för sprött skär är känsligt för detta, varför högre andel Co är lämpligt. (Undvika brott eller om man så vill urflisning/urgryning)
- Hög skärhastighet: Detta ökar förslitningen på verktygen, speciellt fasförslitningen, vilket gör att man normalt vill ha mer WC för att öka hårdheten/slitstyrkan.
- Intermittenta applikationer: Resonemanget här är ganska likt första punkten, eftersom upprepad slagpåkänning är ett större problem om skäret är för sprött. Dvs mer Co för att undvika urflisning o dyl.
Verktygsförslitning (220115) (6p)
a) Redogör för förslitningstyperna fasförslitning, gropförslitning och urflisning.
- Beskriv hur dom yttrar sig – hur det ser ut och var förslitningen finns.
- Förklara vilken eller vilka som är dom bakomliggande
orsakerna. (4,5 p)
b) Vilken av förslitningstyperna leder normalt till högre skärkraft och (kort) varför? (0,5 p)
c) Diskutera kort hur gropförslitning och/eller urflisning skulle kunna leda till problem på det ena eller andra sättet. Ledning: Koppla till var dom finns och hur dom yttrar sig. (1p)
a)
I: Fasförslitning, orsak – nötning (abrasiv) av hårda partiklar i arbetsmaterialet.
II: Gropförslitning, orsak – diffusion, dvs drivs av temperatur. Material ur verktyget
diffunderar in i spånan (”atomutbyte”) och tvärtom.
III: Urflisning (eller urgryning), orsak: för hög mekanisk belastning på skäreggen. Kan även vara större inneslutningar i arbetsmaterialet eller diskontinuerliga skärförlopp. (4,5 p)
b) Fasförslitning – leder till mer friktion. (0,5 p)
c) Gropförslitning finns på spånsidan och kan t ex påverka spånbrytare. Urflisning kan tänkas skapa ojämn (sämre) yta. (1p)
Spånbildning (240113) (3 p)
Förklara varför spånor från olika material kan se olika ut. Svara genom att exemplifiera med minst två olika spåntyper. Använd någon form av spänning och töjning för ditt resonemang. Du bör även exemplifiera med material eller materialtyp. Var tydlig med att beskriva hur spånorna ser ut.
- Kontinuerliga spånor (t.ex. vid bearbetning av duktila material som stål eller aluminium)
- Utseende: Kontinuerliga spånor är långa, ofta spiralformade eller slingriga, och kan vara mycket smidiga.
- Materialegenskaper: Duktila material, som lågkolhaltigt stål eller aluminium, har hög töjningskapacitet. Detta innebär att materialet kan deformeras plastiskt under skärprocessen utan att spricka.
- Exempel: När man svarvar aluminium kan spånan bilda en lång spiral eftersom materialets höga töjbarhet gör att det drar ut sig snarare än att brytas av.
- Spröda spånor (t.ex. vid bearbetning av spröda material som gjutjärn eller härdat stål)
- Utseende: Spröda spånor är korta och ofta oregelbundna eller fragmenterade, med en kornig textur.
- Materialegenskaper: Spröda material, som gjutjärn eller keramer, har låg töjningskapacitet och går lätt sönder när de utsätts för dragspänning.
- Exempel: Vid svarvning av grått gjutjärn bildas små, fragmenterade spånor eftersom materialets spröda karaktär inte tillåter någon märkbar plastisk deformation.
Verktygsförslitning (240405) (2 p)
Antag att man kör två test, det första med en skärhastighet på 200 m/min och ett annat med en skärhastighet på 300 m/min. Om man mäter fasförslitningen efter 1 minut så är den olika. Ge minst två orsaker (förklara kort) till att den är större i den ena fallet.
Två orsaker till högre förslitning vid vc =300 m/min än med 200 m/min efter 1min:
- Man har med den högre vc kört (legat an) en längre sträcka (50% längre) och mer förslitning (abrasiv) har då skett.
- Man har fått en högre temperatur vid den högre skärhastigheten (mer värme p g a högre effekt Fc ⋅ vc ). Detta ger att t ex diffusionen ökar, även kan nämnas att verktygsmaterial kan mjukna mm. (2 p)
Borrning (240826) (2p)
a) Varför har borrar ofta en spiralutformning? (1p)
b) Vad är en brotsch? Kort beskrivning med ord räcker eller
figur. (1p)
a) Borrar har oftast en spiralutformning för att kunna evakuera de spånor som bildas längst ner i hålet. (Viktigt speciellt vid djupa ej genomgående hål) (1p)
b) En brotsch är ett verktyg som används efter ett spiralborr och tar upp hålets dimension och tack vare en stabilare utformning gör det noggrannare. (1p)
