Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Χαρακτηριστικά Στοιχεία και Βασικές Αρχές της Κοπής των Μετάλλων (σελ. 50-52) – ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Χαρακτηριστικά Στοιχεία και Βασικές Αρχές της Κοπής των Μετάλλων
Λύσεις στις 29 ερωτήσεις του κεφαλαίου 2: γωνίες κοπής και εξάρτησή τους από το κατεργαζόμενο υλικό, είδη αποβλίττου και η ψευδόκοψη (ορισμός, φάσεις, αποφυγή), γωνία διάτμησης, κατανομή θερμότητας κατά την κοπή, υλικά κοπτικών εργαλείων (χάλυβες, σκληρομέταλλα, κεραμικά, διαμάντια, λειαντικές σκόνες), φθορά και ζωή του κοπτικού εργαλείου (σχέση Taylor), υγρά κοπής (δράσεις, χαρακτηριστικά, είδη, επιλογή, μέτρα προστασίας), και προσδιορισμός των δυνάμεων και της ισχύος κοπής (σχέση Kienzle-Victor, παράγοντες επίδρασης, τύπος υπολογισμού ισχύος).
Γωνίες κοπής και εξάρτηση από το υλικό
Ερώτηση: Ποιες είναι οι γωνίες κοπής και πώς μεταβάλλονται ανάλογα με το υλικό του κατεργαζόμενου υλικού;
Απάντηση:
- §2.1. «Το κοπτικό εργαλείο έχει τις εξής γωνίες: η γωνία ελευθερίας α... η γωνία κοπτικού σφήνα β... η γωνία αποβλίττου γ... ισχύει η σχέση α + β + γ = 90°» και «Τα πιο μαλακά κατεργαζόμενα υλικά απαιτούν... μικρότερη γωνία σφήνας β και μεγαλύτερη γωνία ελευθερίας α, επίσης μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου γ. Τα σκληρά υλικά απαιτούν... μεγαλύτερη γωνία σφήνας β και μικρότερη γωνία ελευθερίας α, επίσης μικρότερη γωνία αποβλίττου γ.»
Σύνοψη: Οι γωνίες κοπής του κοπτικού εργαλείου είναι τρεις: η γωνία ελευθερίας α (ανάμεσα στην ελεύθερη επιφάνεια του εργαλείου και την κατεύθυνση κοπής, επηρεάζει τη φθορά του εργαλείου), η γωνία κοπτικού σφήνα β (ανάμεσα στις επιφάνειες αποβλίττου και ελευθερίας) και η γωνία αποβλίττου γ (ανάμεσα στην επιφάνεια αποβλίττου και την κάθετο στην κατεύθυνση κοπής, μπορεί να είναι θετική, αρνητική ή μηδέν). Ισχύει η σχέση α + β + γ = 90°. Οι γωνίες κοπής μεταβάλλονται ανάλογα με το κατεργαζόμενο υλικό: τα μαλακά υλικά απαιτούν πιο αιχμηρή κόψη, δηλαδή μικρότερη γωνία σφήνας β, μεγαλύτερη γωνία ελευθερίας α και μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου γ, ενώ τα σκληρά υλικά απαιτούν στιβαρότερη σφήνα, δηλαδή μεγαλύτερη γωνία σφήνας β, μικρότερη γωνία ελευθερίας α και μικρότερη γωνία αποβλίττου γ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- α+β+γ=90°· μαλακό υλικό → μικρό β, μεγάλο α, μεγάλο γ· σκληρό υλικό → μεγάλο β, μικρό α, μικρό γ
Είδη αποβλίττου, συνθήκες δημιουργίας και το πιο επιθυμητό
Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη αποβλήτων και σε ποιες συνθήκες κοπής δημιουργείται το καθένα από αυτά; Ποιο είναι το πιο επιθυμητό απόβλητο και γιατί;
Απάντηση:
- §2.1.1. «το ασυνεχές απόβλιττο, το συνεχές απόβλιττο, το συνεχές απόβλιττο με ψευδόκοψη» και «Το ασυνεχές απόβλιττο... συναντάται σε ψαθυρά υλικά... ή σε πολύ χαμηλές ταχύτητες κοπής, σε μεγάλες προώσεις ή σε κοπή με εργαλεία με μικρές γωνίες αποβλίττου» και «Το συνεχές απόβλιττο είναι και το επιθυμητό στην πράξη... Το συνεχές απόβλιττο επιτυγχάνεται με: μεγάλη ταχύτητα κοπής, μικρή πρόωση, μεγάλη γωνία αποβλίττου.»
Σύνοψη: Τα είδη αποβλίττου είναι τρία: το ασυνεχές απόβλιττο, που δημιουργείται με περιοδική θραύση κατά τη διέλευση από τη ζώνη διάτμησης και συναντάται σε ψαθυρά υλικά (π.χ. χυτοσίδηρος), σε πολύ χαμηλές ταχύτητες κοπής, σε μεγάλες προώσεις ή με εργαλεία μικρής γωνίας αποβλίττου· το συνεχές απόβλιττο, που δημιουργείται από συνεχή πλαστική παραμόρφωση στη ζώνη διάτμησης και ρέει ως ταινία επάνω στην επιφάνεια αποβλίττου· και το συνεχές απόβλιττο με ψευδόκοψη. Το πιο επιθυμητό στην πράξη είναι το συνεχές απόβλιττο, γιατί σχετίζεται με ευνοϊκές συνθήκες ως προς τις δυνάμεις κοπής, την καταναλισκόμενη ισχύ, την τραχύτητα επιφάνειας του τεμαχίου και τη φθορά του εργαλείου· επιτυγχάνεται με μεγάλη ταχύτητα κοπής, μικρή πρόωση και μεγάλη γωνία αποβλίττου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 3 είδη: ασυνεχές (ψαθυρά υλικά/χαμηλή ταχύτητα), συνεχές (πιο επιθυμητό), συνεχές με ψευδόκοψη
Ψευδόκοψη — ορισμός και παράγοντες
Ερώτηση: Τι είναι ψευδόκοψη; Ποιοι είναι οι κυριότεροι παράγοντες δημιουργίας που επηρεάζουν την ψευδόκοψη;
Απάντηση:
- §2.1.1.1. «Πρόκειται για σφηνοειδές, ασύμμετρο σώμα από ισχυρά παραμορφωμένο και σκληρημένο υλικό του τεμαχίου» και «το μέγεθος της ψευδόκοψης μειώνεται αν: αυξηθεί η ταχύτητα κοπής, χρησιμοποιηθεί εργαλείο με μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου, μειωθεί η χρησιμοποιούμενη πρόωση, χρησιμοποιηθεί κατάλληλο υγρό κοπής.»
Σύνοψη: Η ψευδόκοψη είναι ένα σφηνοειδές, ασύμμετρο σώμα από ισχυρά παραμορφωμένο και σκληρημένο υλικό του τεμαχίου, που σχηματίζεται στην κόψη του εργαλείου από επάλληλα στρώματα υλικού που προσκολλώνται στην επιφάνειά του κατά τη διαδικασία δημιουργίας του συνεχούς αποβλίττου. Οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθός της (και το μειώνουν) είναι: η αύξηση της ταχύτητας κοπής, η χρήση εργαλείου με μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου, η μείωση της χρησιμοποιούμενης πρόωσης και η χρήση κατάλληλου υγρού κοπής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ψευδόκοψη = παραμορφωμένο/σκληρημένο υλικό στην κόψη· μειώνεται με ↑ταχύτητα, ↑γωνία αποβλίττου, ↓πρόωση, υγρό κοπής
Φάσεις δημιουργίας της ψευδόκοψης
Ερώτηση: Ποιες είναι οι φάσεις δημιουργίας της ψευδόκοψης;
Απάντηση:
- §2.1.1.1. «Η ψευδόκοψη αναπτύσσεται καθώς η κοπή προχωρεί. Όταν η ψευδόκοψη αποκτά ένα ορισμένο μέγεθος, αποχωρίζονται από το σώμα της, λόγω των δυνάμεων κοπής, μικρά κομμάτια, τα οποία προσκολλώνται είτε στο απόβλιττο, που ρέει, είτε στη νεοσχηματιζόμενη επιφάνεια του τεμαχίου. Ο περιοδικός αυτός σχηματισμός και τεμαχισμός της ψευδόκοψης φαίνεται στο σχήμα 2.7, όπου παρατηρείται στη φάση 2 ο διαχωρισμός της ψευδόκοψης προς το απόβλιττο και την κατεργαζόμενη επιφάνεια του τεμαχίου, τεμαχισμός που ολοκληρώνεται στη συνέχεια.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η δημιουργία της ψευδόκοψης είναι μια περιοδική διαδικασία με διαδοχικές φάσεις: αρχικά η ψευδόκοψη αναπτύσσεται σταδιακά καθώς η κοπή προχωρεί, με επάλληλα στρώματα παραμορφωμένου υλικού να προσκολλώνται στην κόψη του εργαλείου· όταν αποκτήσει ένα ορισμένο μέγεθος, λόγω των αναπτυσσόμενων δυνάμεων κοπής αρχίζει ο διαχωρισμός μικρών κομματιών της προς το απόβλιττο που ρέει και προς τη νεοσχηματιζόμενη επιφάνεια του τεμαχίου· ο τεμαχισμός αυτός ολοκληρώνεται, και στη συνέχεια ο κύκλος επαναλαμβάνεται περιοδικά (ανάπτυξη → διαχωρισμός/τεμαχισμός → εκ νέου ανάπτυξη).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κύκλος: ανάπτυξη ψευδόκοψης → διαχωρισμός/τεμαχισμός μικρών κομματιών προς απόβλιττο ή τεμάχιο → επανάληψη
Αποφυγή της ψευδόκοψης
Ερώτηση: Πώς αποφεύγεται η ψευδόκοψη;
Απάντηση:
- §2.1.1.1. «το μέγεθος της ψευδόκοψης μειώνεται αν: αυξηθεί η ταχύτητα κοπής, χρησιμοποιηθεί εργαλείο με μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου, μειωθεί η χρησιμοποιούμενη πρόωση, χρησιμοποιηθεί κατάλληλο υγρό κοπής.»
Σύνοψη: Η ψευδόκοψη αποφεύγεται (ή περιορίζεται το μέγεθός της) αν: αυξηθεί η ταχύτητα κοπής, χρησιμοποιηθεί εργαλείο με μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου, μειωθεί η χρησιμοποιούμενη πρόωση και χρησιμοποιηθεί κατάλληλο υγρό κοπής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ↑ταχύτητα κοπής, ↑γωνία αποβλίττου, ↓πρόωση, χρήση κατάλληλου υγρού κοπής
Γωνία διάτμησης — ορισμός, εξάρτηση, επίδραση στη ζωή του εργαλείου
Ερώτηση: Τι είναι γωνία διατμήσεως, πού σχηματίζεται, από τι εξαρτάται, πώς επηρεάζει τη ζωή του κοπτικού εργαλείου;
Απάντηση:
- §2.1.2. «Η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο διάτμησης και τη διεύθυνση κοπής ονομάζεται γωνία διάτμησης Φ» και «Όταν η γωνία διάτμησης είναι μεγάλη... οι συνέπειες στη φθορά και στη ζωή του κοπτικού εργαλείου θα είναι πιο ευνοϊκές... Η γωνία διάτμησης Φ εξαρτάται από τη γωνία αποβλίττου.»
Σύνοψη: Η γωνία διάτμησης Φ είναι η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στο επίπεδο διάτμησης και τη διεύθυνση κοπής. Εξαρτάται από τη γωνία αποβλίττου γ: όταν αυξάνεται η γωνία αποβλίττου, μειώνεται ο συντελεστής τριβής μ ανάμεσα στο εργαλείο και το απόβλιττο, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η γωνία διάτμησης. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία διάτμησης, τόσο μικρότερο είναι το πάχος της ζώνης διάτμησης, μικρότερες οι δυνάμεις κοπής, μικρότερη η ισχύς και χαμηλότερες οι θερμοκρασίες — άρα οι συνέπειες στη φθορά και στη ζωή του κοπτικού εργαλείου είναι πιο ευνοϊκές. Με μικρή γωνία διάτμησης συμβαίνει το αντίθετο (μεγαλύτερη φθορά, μικρότερη ζωή εργαλείου).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Φ = γωνία επιπέδου διάτμησης/κατεύθυνσης κοπής· εξαρτάται από γ (αποβλίττου)· μεγάλη Φ → ευνοϊκότερη ζωή εργαλείου
Κατανομή θερμοκρασίας στο τεμάχιο, απόβλιττο και εργαλείο
Ερώτηση: Ποια είναι η κατανομή θερμοκρασίας στο τεμάχιο, απόβλιττο και εργαλείο κατά την κοπή;
Απάντηση:
- §2.2. «Στο σχήμα 2.10, για μια περίπτωση κατεργασίας τόρνευσης χάλυβα... φαίνονται οι ισοθερμοκρασιακές καμπύλες» με ποσοστά κατανομής 75% (απόβλιττο), 18% (εργαλείο), 5% (τεμάχιο), 2% (λοιπά) και «οι θερμοκρασίες, που αναπτύσσονται στο κοπτικό εργαλείο, είναι πιο υψηλές από τις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο απόβλιττο ή στο τεμάχιο, ενώ η μέγιστη θερμοκρασία του εργαλείου δε βρίσκεται στη μύτη του εργαλείου, αλλά σε θέση που απέχει αρκετά από αυτήν.»
Σύνοψη: Σε τυπική περίπτωση τόρνευσης χάλυβα (εργαλείο σκληρομέταλλο Ρ30, γωνία αποβλίττου γ=10°, ταχύτητα v=60 m/min), η θερμότητα κατανέμεται περίπου: 75% απορροφάται από το απόβλιττο, 18% από το κοπτικό εργαλείο, 5% από το τεμάχιο και 2% χάνεται με άλλο τρόπο (π.χ. ακτινοβολία). Οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο κοπτικό εργαλείο είναι πιο υψηλές από αυτές στο απόβλιττο ή στο τεμάχιο, ενώ η μέγιστη θερμοκρασία του εργαλείου δε βρίσκεται στη μύτη του, αλλά σε θέση που απέχει αρκετά από αυτήν — γεγονός που σχετίζεται με τη ροή του αποβλίττου και οδηγεί στη δημιουργία κρατήρα (κοιλώματος) στην επιφάνεια αποβλίττου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κατανομή θερμότητας: ~75% απόβλιττο, 18% εργαλείο, 5% τεμάχιο, 2% λοιπά· μέγιστη θερμοκρασία εργαλείου όχι στη μύτη
Ιδιότητες υλικών κοπτικών εργαλείων
Ερώτηση: Ποιες είναι οι ιδιότητες που πρέπει να έχουν τα υλικά κοπτικών εργαλείων;
Απάντηση:
- §2.3.1. «Οι ιδιότητες, που πρέπει να έχουν τα υλικά των κοπτικών εργαλείων... είναι οι εξής: μεγάλη σκληρότητα και ικανότητα διατήρησής της στις υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλη αντίσταση στη φθορά, αντοχή σε θλίψη και κάμψη, διατήρηση της μορφής τους κατά την κατεργασία, καλή κατεργαστικότητα και διαμορφωσιμότητα, χαμηλό κόστος και διαθεσιμότητα.»
Σύνοψη: Τα υλικά των κοπτικών εργαλείων πρέπει να έχουν: μεγάλη σκληρότητα και ικανότητα διατήρησής της στις υψηλές θερμοκρασίες, μεγάλη αντίσταση στη φθορά, αντοχή σε θλίψη και κάμψη, διατήρηση της μορφής τους κατά την κατεργασία, καλή κατεργαστικότητα και διαμορφωσιμότητα, και χαμηλό κόστος και διαθεσιμότητα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 6 ιδιότητες: σκληρότητα σε θερμοκρασία, αντίσταση φθοράς, αντοχή θλίψη/κάμψη, διατήρηση μορφής, κατεργαστικότητα, χαμηλό κόστος
Υλικά κατασκευής κοπτικών εργαλείων και επίδραση στην ταχύτητα κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι τα υλικά κατασκευής κοπτικών εργαλείων; Ποια είναι η επίδραση των υλικών στην ταχύτητα κοπής;
Απάντηση:
- §2.3.1. «Τα υλικά των κοπτικών εργαλείων κατασκευάζονται από: Χάλυβες..., χυτευτά κράματα (στελλίτες), σκληρομέταλλα, κεραμικά, διαμάντια.» και σχήμα 2.11 «Χαρακτηριστικές ιδιότητες και τυπικές περιοχές ταχυτήτων κοπής διαφόρων κοπτικών εργαλείων» (κοινός χάλυβας < ταχυχάλυβας < σκληρομέταλλο < κεραμικό < διαμάντι, με αύξηση σκληρότητας).
Σύνοψη: Τα υλικά κατασκευής κοπτικών εργαλείων είναι: χάλυβες (ανθρακούχοι, κεκραμένοι, ταχυχάλυβες), χυτευτά κράματα (στελλίτες), σκληρομέταλλα, κεραμικά και διαμάντια. Όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα του υλικού και η ικανότητά του να τη διατηρεί σε υψηλές θερμοκρασίες, τόσο μεγαλύτερες ταχύτητες κοπής επιτρέπει: οι κοινοί χάλυβες επιτρέπουν τις χαμηλότερες ταχύτητες κοπής, ακολουθούν οι ταχυχάλυβες, τα σκληρομέταλλα (έως 5 φορές ταχύτερα από τους ταχυχάλυβες), τα κεραμικά (πολύ μεγάλες ταχύτητες) και τέλος το διαμάντι, που επιτρέπει τις μεγαλύτερες ταχύτητες κοπής (>170 m/min) αλλά μόνο σε μαλακά υλικά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Υλικά: χάλυβες, χυτευτά κράματα, σκληρομέταλλα, κεραμικά, διαμάντια· σκληρότερο υλικό → μεγαλύτερη επιτρεπόμενη ταχύτητα κοπής
Προσθήκες στους χάλυβες και επιδράσεις τους
Ερώτηση: Ποιες είναι οι προσθήκες στους χάλυβες και ποιες είναι οι επιδράσεις τους;
Απάντηση:
- §2.3.1.1. «Οι επιδράσεις των διαφόρων προσθηκών στους χάλυβες είναι: Χρώμιο (Cr)... Βολφράμιο (W)... Μολυβδαίνιο (Μο)... Βανάδιο (V)... Κοβάλτιο (Co)... Μαγγάνιο (Μn)...»
Σύνοψη: Οι κυριότερες προσθήκες στους χάλυβες κοπτικών εργαλείων και οι επιδράσεις τους είναι: Χρώμιο (Cr) — αυξάνει την αντοχή σε επαναφορά και την αντίσταση στη φθορά· Βολφράμιο (W) — δημιουργεί σκληρά καρβίδια που αυξάνουν την αντοχή σε επαναφορά και βελτιώνουν την αντοχή στη φθορά· Μολυβδαίνιο (Mo) — ελαττώνει την κρίσιμη ταχύτητα αποψύξεως και αυξάνει την αντοχή σε επαναφορά και στη φθορά· Βανάδιο (V) — χρησιμοποιείται σε μικρή ποσότητα, αυξάνει το βαθμό βαφής και την αντοχή στη φθορά· Κοβάλτιο (Co) — αυξάνει την αντοχή σε επαναφορά και φθορά (χάλυβες με 5% Co αντέχουν έως 650°C, αλλά έχουν μικρή αντοχή στην κρούση)· Μαγγάνιο (Mn) — δε δημιουργεί καρβίδια αλλά βελτιώνει την αντοχή σε επαναφορά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Cr: αντοχή επαναφοράς/φθοράς· W: καρβίδια/επαναφορά· Mo: ↓κρίσιμη ταχύτητα, ↑επαναφορά· V: βαφή/φθορά· Co: επαναφορά έως 650°C· Mn: επαναφορά
Ομάδες τυποποίησης σκληρομετάλλων
Ερώτηση: Ποιες είναι οι ομάδες τυποποίησης των σκληρομετάλλων; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της κάθε ομάδας;
Απάντηση:
- §2.3.1.2. «Η τυποποίηση αυτή διακρίνει τα σκληρομέταλλα σε τρεις κύριες ομάδες Ρ, Μ και Κ και έχουν ως διακριτικό χρώμα αντίστοιχα το μπλε, το κίτρινο και το κόκκινο» και οι περιγραφές των ομάδων Ρ, Μ, Κ.
Σύνοψη: Τα σκληρομέταλλα τυποποιούνται κατά ISO σε τρεις κύριες ομάδες: η ομάδα Ρ (διακριτικό χρώμα μπλε) έχει μεγάλη αντοχή σε θερμικές καταπονήσεις λόγω μεγάλης ποσότητας καρβιδίου τιτανίου και τανταλίου, χρησιμοποιείται κυρίως για χάλυβες, χυτοχάλυβες και μαλακτοποιημένο χυτοσίδηρο και σχηματίζει συνεχές απόβλιττο· η ομάδα Μ (κίτρινο) χρησιμοποιείται για χάλυβες, χυτοχάλυβες και μη σιδηρούχα μέταλλα/κράματα και σχηματίζει ενδιάμεσο απόβλιττο· η ομάδα Κ (κόκκινο) έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε καρβίδιο βολφραμίου, διασπάται εύκολα και χρησιμοποιείται σε κατεργασία με ασυνεχές απόβλιττο (χάλυβες κατασκευών, φαιός/λευκός χυτοσίδηρος, μαλακτοποιημένος χυτοσίδηρος, μη σιδηρούχα μέταλλα/κράματα, πλαστικά, ξύλο).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ρ (μπλε, συνεχές απόβλιττο, χάλυβες)· Μ (κίτρινο, ενδιάμεσο απόβλιττο)· Κ (κόκκινο, ασυνεχές απόβλιττο)
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κεραμικών κοπτικών εργαλείων
Ερώτηση: Ποια είναι τα πλεονεκτήματα των κεραμικών κοπτικών εργαλείων και ποια είναι τα μειονεκτήματα τους;
Απάντηση:
- §2.3.1.3. «Τα πλεονεκτήματά τους είναι: μεγάλη σκληρότητα... αντοχή στη φθορά, μικρός συντελεστής τριβής με το απόβλιττο. Τα μειονεκτήματα τους είναι: μικρή αντοχή σε κάμψη, μικρός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, μειωμένο σχετικά μέτρο ελαστικότητας, μειωμένη δυσθραυστότητα.»
Σύνοψη: Τα πλεονεκτήματα των κεραμικών κοπτικών εργαλείων είναι: μεγάλη σκληρότητα που παραμένει αμετάβλητη και σε μεγάλες θερμοκρασίες, αντοχή στη φθορά και μικρός συντελεστής τριβής με το απόβλιττο. Τα μειονεκτήματά τους είναι: μικρή αντοχή σε κάμψη, μικρός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, μειωμένο μέτρο ελαστικότητας και μειωμένη δυσθραυστότητα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλεονεκτήματα: σκληρότητα σταθερή, αντοχή φθορά, χαμηλή τριβή· Μειονεκτήματα: κάμψη, αγωγιμότητα, ελαστικότητα, δυσθραυστότητα
Γωνίες κοπής με διαμαντένιο κοπτικό εργαλείο
Ερώτηση: Ποιες είναι οι γωνίες κοπής κατά την κοπή με διαμαντένιο κοπτικό εργαλείο;
Απάντηση:
- §2.3.1.4. «Χρησιμοποιείται για κοπή μαλακών σχετικά μετάλλων ή κραμάτων (γωνία αποβλίττου γ ≈ 0° και γωνία ελευθερίας α ≈ 5° για εξωτερική τόρνευση και α ≈ 8° – 15° για εσωτερική τόρνευση) και μεγάλες ταχύτητες κοπής (>170m/min).»
Σύνοψη: Κατά την κοπή με διαμαντένιο κοπτικό εργαλείο, η γωνία αποβλίττου είναι περίπου γ ≈ 0° και η γωνία ελευθερίας είναι περίπου α ≈ 5° για εξωτερική τόρνευση και α ≈ 8°–15° για εσωτερική τόρνευση, με μεγάλες ταχύτητες κοπής (>170 m/min) και κοπή σε μαλακά σχετικά μέταλλα ή κράματα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Διαμάντι: γ≈0°, α≈5° (εξωτερική τόρνευση) ή 8°–15° (εσωτερική τόρνευση), ταχύτητα >170 m/min
Κυριότερες λειαντικές σκόνες
Ερώτηση: Ποιες είναι οι κυριότερες λειαντικές σκόνες;
Απάντηση:
- §2.3.1.5. «Οι κυριότερες λειαντικές σκόνες είναι: κορούνδιο: για μαλακούς χάλυβες, σμύριδα: για χάλυβες, μαλακτοποιημένο χυτοσίδηρο, διαμάντι: για λείανση εργαλείων, καρβίδιο του βορίου: για σκληρομέταλλα.»
Σύνοψη: Οι κυριότερες λειαντικές σκόνες είναι: το κορούνδιο (για μαλακούς χάλυβες), η σμύριδα (για χάλυβες και μαλακτοποιημένο χυτοσίδηρο), το διαμάντι (για λείανση εργαλείων) και το καρβίδιο του βορίου (για σκληρομέταλλα).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 λειαντικές σκόνες: κορούνδιο, σμύριδα, διαμάντι, καρβίδιο του βορίου
Παράγοντες φθοράς του κοπτικού εργαλείου
Ερώτηση: Από τι επηρεάζεται η φθορά του κοπτικού εργαλείου;
Απάντηση:
- §2.3.2. «Γενικά, η φθορά του κοπτικού εργαλείου επηρεάζεται σημαντικά από το είδος της κατεργασίας, τις συνθήκες κοπής, τη γεωμετρία του κοπτικού εργαλείου και το συνδυασμό υλικών εργαλείου - κατεργαζόμενου τεμαχίου.»
Σύνοψη: Η φθορά του κοπτικού εργαλείου επηρεάζεται σημαντικά από: το είδος της κατεργασίας, τις συνθήκες κοπής, τη γεωμετρία του κοπτικού εργαλείου και το συνδυασμό υλικών εργαλείου-κατεργαζόμενου τεμαχίου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 παράγοντες: είδος κατεργασίας, συνθήκες κοπής, γεωμετρία εργαλείου, συνδυασμός υλικών
Μορφές φθοράς του κοπτικού εργαλείου
Ερώτηση: Ποιες είναι οι μορφές φθοράς του κοπτικού εργαλείου;
Απάντηση:
- §2.3.2. «Η φθορά που αναπτύσσεται παρουσιάζεται με τις παρακάτω μορφές: φθορά της ελεύθερης επιφάνειας, φθορά κρατήρα στην επιφάνεια αποβλίττου, απολέπιση της κόψης, μικροθραύσεις, ρωγμές.»
Σύνοψη: Οι μορφές φθοράς του κοπτικού εργαλείου είναι: η φθορά της ελεύθερης επιφάνειας, η φθορά κρατήρα στην επιφάνεια αποβλίττου, η απολέπιση της κόψης, και οι μικροθραύσεις/ρωγμές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 μορφές φθοράς: ελεύθερης επιφάνειας, κρατήρα, απολέπιση κόψης, μικροθραύσεις/ρωγμές
Μηχανισμοί φθοράς του κοπτικού εργαλείου
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι μηχανισμοί βάσει των οποίων εξελίσσεται η φθορά του κοπτικού εργαλείου;
Απάντηση:
- §2.3.2. «Οι μηχανισμοί βάσει των οποίων εξελίσσεται η φθορά στα κοπτικά εργαλεία είναι οι εξής: Σχηματισμός και λύση συγκολλητών δεσμών... Απόξεση... Διάχυση στερεάς κατάστασης...»
Σύνοψη: Οι μηχανισμοί εξέλιξης της φθοράς στα κοπτικά εργαλεία είναι τρεις: ο σχηματισμός και η λύση συγκολλητών δεσμών (λόγω τριβής αποβλίττου-εργαλείου ή εργαλείου-τεμαχίου, με απόσπαση μικρών τεμαχίων από το εργαλείο), η απόξεση (σκληρά τεμαχίδια του αποβλίττου ή της ψευδόκοψης φθείρουν συνεχώς την επιφάνεια αποβλίττου) και η διάχυση στερεάς κατάστασης (άτομα από το υλικό του εργαλείου διαχέονται προς το απόβλιττο ή το τεμάχιο λόγω πολύ υψηλών θερμοκρασιών).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 3 μηχανισμοί: συγκολλητοί δεσμοί, απόξεση, διάχυση στερεάς κατάστασης
Παράγοντες που επηρεάζουν τη ζωή του κοπτικού εργαλείου
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου;
Απάντηση:
- §2.3.3. «Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου είναι οι εξής: Συνθήκες κοπής... Γεωμετρία του κοπτικού εργαλείου... Το υλικό του κοπτικού εργαλείου... Το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου... Το υγρό κοπής...»
Σύνοψη: Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου είναι πέντε: οι συνθήκες κοπής (κυρίως η ταχύτητα κοπής, με τη σχέση Taylor u·Tⁿ=C), η γεωμετρία του κοπτικού εργαλείου (μεγαλύτερη γωνία αποβλίττου και ελευθερίας ευνοούν τη ζωή του εργαλείου), το υλικό του κοπτικού εργαλείου, το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου (σκληρότητα, εγκλείσματα, σκουριές) και το υγρό κοπής (η χρήση του επιδρά ευνοϊκά).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 5 παράγοντες: συνθήκες κοπής (Taylor), γεωμετρία εργαλείου, υλικό εργαλείου, υλικό τεμαχίου, υγρό κοπής
Τι επιτυγχάνεται με τη χρήση υγρού κοπής
Ερώτηση: Τι επιτυγχάνεται στις κατεργασίες με τη χρησιμοποίηση του υγρού κοπής;
Απάντηση:
- §2.4. «Με τη χρησιμοποίηση των υγρών κοπής στις κατεργασίες συντελείται: μείωση του συντελεστή τριβής..., ελάττωση της θερμοκρασίας..., μείωση της φθοράς του κοπτικού εργαλείου, βελτίωση της τραχύτητας..., μείωση στις δυνάμεις και στην ισχύ κοπής, περιορισμός στις στρεβλώσεις του τεμαχίου, ευκολία στο χειρισμό των έτοιμων κομματιών, προστασία του τεμαχίου..., απομάκρυνση αποβλίττων..., καθαρισμός λειαντικού τροχού.»
Σύνοψη: Με τη χρήση του υγρού κοπής επιτυγχάνεται: μείωση του συντελεστή τριβής μεταξύ αποβλίττου-εργαλείου και εργαλείου-τεμαχίου (λιπαντική δράση), ελάττωση της θερμοκρασίας εργαλείου-τεμαχίου-αποβλίττου (ψυκτική δράση), μείωση της φθοράς του κοπτικού εργαλείου, βελτίωση της τραχύτητας της κατεργαζόμενης επιφάνειας, μείωση στις δυνάμεις και στην ισχύ κοπής, περιορισμός στις στρεβλώσεις του τεμαχίου, ευκολία στο χειρισμό των έτοιμων κομματιών, προστασία τεμαχίου/εργαλειομηχανής από οξείδωση και διάβρωση, απομάκρυνση αποβλίττων και άλλων σωμάτων, και καθαρισμός του λειαντικού τροχού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 9-10 οφέλη: ↓τριβή, ↓θερμοκρασία, ↓φθορά, ↑τραχύτητα επιφάνειας, ↓δυνάμεις/ισχύς, ↓στρεβλώσεις, προστασία, απομάκρυνση αποβλίττων
Δράσεις του υγρού κοπής
Ερώτηση: Ποιες είναι οι δράσεις του υγρού κοπής;
Απάντηση:
- §2.4.1. «Το υγρό κοπής μπορεί να ενεργήσει... είτε ως λιπαντικό είτε ως ψυκτικό. Λιπαντική δράση. Είναι έντονη στις χαμηλές ταχύτητες κοπής... Ψυκτική δράση. Είναι έντονη σε σχετικά υψηλές ταχύτητες κοπής...»
Σύνοψη: Το υγρό κοπής μπορεί να ενεργήσει με δύο δράσεις: τη λιπαντική δράση, που είναι έντονη σε χαμηλές ταχύτητες κοπής (μικρότερες των 30 m/min) και εξασθενεί σε υψηλές ταχύτητες — αυξάνει τη γωνία διάτμησης (ελαττώνοντας τις δυνάμεις κοπής), μειώνει τη φθορά του εργαλείου και βελτιώνει την τραχύτητα επιφάνειας· και την ψυκτική δράση, που είναι έντονη σε σχετικά υψηλές ταχύτητες κοπής και περιορίζεται σε πολύ υψηλές — μειώνει το όριο διαρροής σε διάτμηση του επιφανειακού στρώματος του τεμαχίου και τη θερμοκρασία στο εργαλείο, αυξάνοντας τη ζωή του.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 2 δράσεις: λιπαντική (χαμηλές ταχύτητες) και ψυκτική (υψηλότερες ταχύτητες)
Χαρακτηριστικά ενός υγρού κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι τα χαρακτηριστικά ενός υγρού κοπής;
Απάντηση:
- §2.4.2. «Τα επιθυμητά χαρακτηριστικά ενός υγρού κοπής είναι τα εξής: Μεγάλη ικανότητα απαγωγής θερμότητας. Καλές ιδιότητες αντιτριβής. Ευστάθεια κατά την αποθήκευση και χρησιμοποίησή τους. Να μην εμφανίζουν τάση για διάβρωση... Να μην έχουν δυσάρεστη οσμή... Να είναι διαυγή...»
Σύνοψη: Τα επιθυμητά χαρακτηριστικά ενός υγρού κοπής είναι: μεγάλη ικανότητα απαγωγής θερμότητας, καλές ιδιότητες αντιτριβής, ευστάθεια κατά την αποθήκευση και χρήση, να μην προκαλούν διάβρωση του κατεργαζόμενου τεμαχίου και της εργαλειομηχανής, να μην έχουν δυσάρεστη οσμή, να μη βγάζουν αναθυμιάσεις και να μην αφήνουν στερεά κατάλοιπα, και να είναι διαυγή ώστε να είναι δυνατή η παρατήρηση της κατεργασίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 6 χαρακτηριστικά: απαγωγή θερμότητας, αντιτριβή, ευστάθεια, μη διάβρωση, μη δυσάρεστη οσμή/κατάλοιπα, διαύγεια
Είδη και κατηγορίες υγρών κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη υγρών κοπής και ποιες είναι οι κατηγορίες κάθε είδους;
Απάντηση:
- §2.4.3. «Λάδια κοπής. Είναι υγρά κοπής χωρίς νερό... 1. Τα απλά λάδια κοπής... 2. Τα λάδια με πρόσθετα υψηλής πιέσεως... Υδατικά υγρά κοπής. Περιέχουν νερό... 1. Τα γαλακτώματα... 2. Τα υδατικά διαλύματα...»
Σύνοψη: Τα υγρά κοπής κατατάσσονται σε δύο βασικά είδη: τα λάδια κοπής (χωρίς νερό), που χωρίζονται σε απλά λάδια κοπής (χημικώς μη ενεργά, λιπαντική δράση, δεν αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες/πιέσεις) και λάδια με πρόσθετα υψηλής πιέσεως (κατάλληλα για μεγάλες θερμοκρασίες και πιέσεις)· και τα υδατικά υγρά κοπής (περιέχουν νερό), που χωρίζονται σε γαλακτώματα (νερό με 1–10% διαλυτό λάδι, ψυκτική δράση, δέχονται υψηλές πιέσεις) και υδατικά διαλύματα (ανόργανα άλατα σε νερό, ψυκτική δράση, προστασία από οξείδωση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Λάδια κοπής (απλά, με πρόσθετα υψηλής πίεσης) και υδατικά υγρά (γαλακτώματα, υδατικά διαλύματα)
Επιλογή υγρού κοπής
Ερώτηση: Πώς επιλέγεται το υγρό κοπής;
Απάντηση:
- §2.4.4. «Η επιλογή του υγρού κοπής στις κατεργασίες γίνεται με βάση τα παρακάτω: Το είδος κατεργασίας..., Τις συνθήκες κατεργασίας, Το αν η κατεργασία είναι εκχόνδριση ή αποπεράτωση (φινίρισμα), Το υλικό του κοπτικού υλικού, Το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου.»
Σύνοψη: Η επιλογή του υγρού κοπής γίνεται με βάση: το είδος της κατεργασίας (τόρνευση, φρεζάρισμα, λείανση κ.λπ.), τις συνθήκες κατεργασίας, το αν πρόκειται για εκχόνδριση ή αποπεράτωση (φινίρισμα), το υλικό του κοπτικού εργαλείου και το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 5 κριτήρια: είδος κατεργασίας, συνθήκες, εκχόνδριση/φινίρισμα, υλικό εργαλείου, υλικό τεμαχίου
Σχέση κύριας συνιστώσας δύναμης κοπής και ειδικής αντίστασης κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι η σχέση της κύριας συνιστώσας της δύναμης κοπής σε σχέση με την ειδική αντίσταση κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.1. «η σχέση των Kienzle και Victor για τον υπολογισμό της κύριας συνιστώσας δύναμης κοπής Fc. Η σχέση αυτή έχει ως βάση τη λεγόμενη ειδική αντίσταση κοπής Kc: Fc = Kc ∙ A [kp] (2.4)... A = b · h1 [mm2] (2.5)... Kc = kc1·1 h1-mc (2.6)»
Σύνοψη: Η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής Fc υπολογίζεται, κατά τη σχέση των Kienzle και Victor, από το γινόμενο της ειδικής αντίστασης κοπής Kc επί τη διατομή του αποβλίττου Α: Fc = Kc · A [kp], όπου Α = b·h1 (b = πλάτος, h1 = θεωρητικό πάχος αποβλίττου). Η ειδική αντίσταση κοπής Kc δίνεται με τη σειρά της από τη σχέση Kc = Kc1.1 · h1^(-mc), όπου Kc1.1 και (1-mc) είναι σταθερές που προσδιορίζονται πειραματικά για κάθε υλικό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Fc = Kc · A, με A=b·h1 και Kc = Kc1.1 · h1^(-mc) (σχέση Kienzle-Victor)
Παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της δύναμης κοπής
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της δύναμης κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.1. Πίνακας 2.6: «ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ (σταθερή/μεταβαλλόμενη διατομή αποβλίττου), ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΟΠΗΣ (πρόωση, βάθος κοπής, γεωμετρία κοπτικής σφήνας, ταχύτητα κοπής, λίπανση-ψύξη), ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟΥ ΤΕΜΑΧΙΟΥ (χημική σύσταση, θερμική κατεργασία), ΚΟΠΤΙΚΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟ (υλικό, φθορά, καθοδηγητική βαθμίδα ροής αποβλίττου).»
Σύνοψη: Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά της δύναμης κοπής (πίνακας 2.6) είναι τέσσερις κατηγορίες: η μέθοδος κατεργασίας (σταθερή ή μεταβαλλόμενη διατομή αποβλίττου), οι συνθήκες κοπής (πρόωση, βάθος κοπής, γεωμετρία κοπτικής σφήνας, ταχύτητα κοπής, λίπανση/ψύξη), το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου (χημική σύσταση, θερμική κατεργασία) και το κοπτικό εργαλείο (υλικό, φθορά, καθοδηγητική βαθμίδα ροής αποβλίττου).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 κατηγορίες: μέθοδος κατεργασίας, συνθήκες κοπής, υλικό τεμαχίου, κοπτικό εργαλείο
Επίδραση πάχους και γωνίας αποβλίττου στη δύναμη κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι η επίδραση του πάχους αποβλίττου και της γωνίας αποβλίττου στη δύναμη κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.1. «Σχήμα 2.18: Επίδραση του θεωρητικού πάχους αποβλίττου» (Fc αυξάνεται με το πάχος) και «Από το σχήμα 2.19 παρατηρείται ότι, όταν μεγαλώνει η γωνία αποβλίττου, η κύρια συνιστώσα δύναμη κοπής μικραίνει, ενώ ο συντελεστής τριβής μεγαλώνει.»
Σύνοψη: Όσο αυξάνεται το θεωρητικό πάχος του αποβλίττου, τόσο αυξάνεται η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής Fc (σχήμα 2.18). Αντίθετα, όσο μεγαλώνει η γωνία αποβλίττου γ, η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής Fc μικραίνει, ενώ ο συντελεστής τριβής μ μεγαλώνει (σχήμα 2.19).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ↑πάχος αποβλίττου → ↑Fc· ↑γωνία αποβλίττου → ↓Fc αλλά ↑συντελεστή τριβής μ
Επίδραση ταχύτητας κοπής στη δύναμη κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι η επίδραση της ταχύτητας κοπής στη δύναμη κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.1. «Στο σχήμα 2.20 παρατηρείται η μείωση της κύριας συνιστώσας δύναμης κοπής και του συντελεστή τριβής με την αύξηση της ταχύτητας κοπής.»
Σύνοψη: Με την αύξηση της ταχύτητας κοπής, μειώνονται τόσο η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής Fc όσο και ο συντελεστής τριβής μ (σχήμα 2.20).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ↑ταχύτητα κοπής → ↓Fc και ↓συντελεστή τριβής μ
Επίδραση πρόωσης και βάθους κοπής στη δύναμη κοπής
Ερώτηση: Ποια είναι η επίδραση της προώσεως και του βάθους κοπής στη δύναμη κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.1. «Στο σχήμα 2.21 φαίνεται ότι, όταν μεγαλώνει η πρόωση ή το βάθος κοπής, μεγαλώνει και η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής. Το αντίθετο συμβαίνει στη περίπτωση της γωνίας τοποθέτησης της κύριας κόψης κ.»
Σύνοψη: Όταν μεγαλώνει η πρόωση f ή το βάθος κοπής αp, μεγαλώνει αντίστοιχα και η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής Fc (σχήμα 2.21). Αντίθετα, όταν αυξάνεται η γωνία τοποθέτησης της κύριας κόψης κ, η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής μικραίνει.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ↑πρόωση ή ↑βάθος κοπής → ↑Fc· ↑γωνία τοποθέτησης κύριας κόψης κ → ↓Fc
Σχέση υπολογισμού της ισχύος κοπής
Ερώτηση: Από τι σχέση υπολογίζεται η ισχύς κοπής;
Απάντηση:
- §2.5.2. «Η ισχύς κοπής υπολογίζεται από τις σχέσεις: Nk = Fc∙u/4500 [PS] ή Nk = Fc∙u/6120 [Kw] (2.8). Όπου, Fc είναι η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής σε [ΚΡ] και u είναι η ταχύτητα κοπής σε [m/min].»
Σύνοψη: Η ισχύς κοπής Nk υπολογίζεται από τη σχέση Nk = Fc·u/4500 [PS] ή, ισοδύναμα, Nk = Fc·u/6120 [kW], όπου Fc είναι η κύρια συνιστώσα της δύναμης κοπής σε [kp] και u η ταχύτητα κοπής σε [m/min]. Η προκύπτουσα τιμή στρογγυλοποιείται στην πλησιέστερη προτυποποιημένη ισχύ ηλεκτροκινητήρα εργαλειομηχανής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Nk = Fc·u/4500 [PS] ή Fc·u/6120 [kW]
