Podstawy skrawania materiałów konstrukcyjnych

Publikacja Wydawnictwa WNT, dodruk Wydawnictwo Naukowe PWN Obróbka skrawaniem jest podstawową techniką wytwarzania w budowie maszyn, lotnictwie i motoryzacji. Bez znajomości podstaw skrawania nie można projektować nowoczesnych i efektywnych procesów technologicznych, ani prowadzić wysokowydajnej obróbki części maszyn. Publikacja ta stanowi bogate kompendium wiedzy o procesie skrawania i jego zastosowaniach w przemyśle. W książce przedstawiono obecny stan wiedzy o kształtowaniu ubytkowym materiałów konstrukcyjnych ostrzami o zdefiniowanej geometrii. Wydanie trzecie rozszerzono o nowe wiadomości dotyczące modelowania procesu skrawania, nowoczesnych technik kształtowania materiałów, roli techniki komputerowej i informacyjnej w procesie skrawania, techniki VR oraz charakterystyki 3D chropowatości powierzchni. Książkę kierujemy zarówno do studentów uczelni technicznych z kierunkami przykładowo: Mechanika i budowa maszyn czy Inżynieria produkcji, ale również dla praktyków (inżynierów, projektantów) z racji jej walorów aplikacyjnych w zakładach przemysłowych.

Spis treści

Od Autora XI Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów XIII Ważniejsze oznaczenia XIII Skróty XIX Wykaz norm wykorzystanych w książce XXI 1. Ogólna charakterystyka procesu skrawania 1 1.1. Klasyfikacja procesów obróbki ubytkowej 1 1.2. Rola obróbki skrawaniem we współczesnym wytwarzaniu 4 1.3. Kinematyka procesu i parametry skrawania 10 1.4. Geometryczna charakterystyka ostrza skrawającego 12 1.5. Geometria warstwy skrawanej 19 1.6. Przyszłościowa wizja obróbki skrawaniem 23 Literatura 30 2. Materiały narzędziowe 32 2.1. Klasyfikacja i właściwości materiałów ostrzy skrawających 32 2.2. Powłoki ochronne na narzędziach skrawających 36 2.3. Stale szybkotnące 39 2.4. Węgliki spiekane 40 2.5. Cermetale 42 2.6. Ceramika 43 2.7. Materiały supertwarde 45 Literatura 47 3. Fizyczne aspekty procesu skrawania 48 3.1. Zjawiska fizyczne w strefie skrawania 48 3.2. Charakterystyka stanu naprężenia i odkształcenia 50 3.3. Mechanizmy odkształcenia w mikro- i nanoskali 54 3.4. Przebieg odkształcenia materiału 58 3.5. Warunki uplastycznienia materiału w strefie skrawania 60 3.6. Dekohezja materiału w strefie tworzenia wióra 66 3.6. Warunki zainicjowania mikroskrawania, minimalna grubość warstwy skrawanej 68 Literatura 72 4. Modelowanie procesu skrawania 74 4.1. Klasyfikacja modeli procesu skrawania 74 4.2. Konstytutywne modele materiałowe 79 4.3. Techniki oceny właściwości mechanicznych w warunkach skrawania 85 4.4. Techniki modelowania 87 4.4.1. Cele i zakres badań symulacyjnych 87 4.4.2. Symulacja metodą elementów skończonych 90 4.4.3. Symulacja metodą różnic skończonych 94 Literatura 96 5. Mechanika procesu skrawania 98 5.1. Klasyfikacja modeli mechanistycznych 98 5.2. Stan odkształcenia w strefie ścinania 100 5.2.1. Warunki realizacji płaskiego i przestrzennego stanu odkształcenia 100 5.2.2. Charakterystyka stanu odkształcenia w strefie tworzenia wióra 100 5.3. Rozkład prędkości w strefie tworzenia wióra 105 5.4. Modele tworzenia wióra 108 5.4.1. Model z rozwiniętą strefą poślizgu 108 5.4.2. Model z równoległymi granicami strefy poślizgu 109 5.4.3. Model z pojedynczą płaszczyzną poślizgu 113 5.4.4. Model tworzenia wióra segmentowego 117 5.4.5. Model zlokalizowanej strefy ścinania adiabatycznego 119 5.4.6. Dyslokacyjny model tworzenia wióra 122 5.4.7. Modele tworzenia wióra w nanoskali 124 5.5. Modelowanie kąta poślizgu 126 5.5.1. Zastosowanie rozwiązań teorii plastyczności 126 5.5.2. Doświadczalne metody wyznaczania kąta poślizgu 132 5.6. Numeryczna symulacja procesu tworzenia wióra 134 5.6.1. Opis tworzenia wióra metodą elementów skończonych 134 5.6.2. Symulacja tworzenia wióra ciągłego i segmentowego 136 5.7. Siły w procesie skrawania 138 5.7.1. Rozkład całkowitej siły skrawania 138 5.7.2. Rozkład sił w strefie poślizgu i na powierzchni natarcia 140 5.7.3. Metody oszacowania sił na powierzchni przyłożenia ostrza 142 5.7.4. Teoretyczno-doświadczalne i doświadczalne metody wyznaczania składowych sił skrawania 145 5.7.5. Wpływ warunków obróbki na składowe całkowitej siły skrawania 151 5.8. Stan naprężeń w strefie tworzenia wióra 154 5.8.1. Stan i rozkład naprężeń 154 5.8.2. Ocena wartości naprężenia poślizgu 156 5.9. Energia i moc skrawania 158 5.9.1. Bilans energetyczny procesu 158 5.9.2. Energia tworzenia wióra 159 5.9.3. Moc skrawania 162 5.10. Zwijanie i łamanie wióra 163 5.10.1. Klasyfikacja kształtów wióra 163 5.10.2. Warunki tworzenia wiórów odrywanych i ścinanych 164 5.10.3. Charakterystyka spływu wióra 166 5.10.4. Mechanizmy zwijania wióra 169 5.10.5. Warunki i przebieg łamania wióra 172 5.10.6. Kontrola wióra 176 Literatura 178 6. Drgania w procesie skrawania 181 6.1. Źródła i klasyfikacja drgań 181 6.2. Mechanizmy generowania drgań samowzbudnych 187 6.3. Stabilność układu OUPN i metody jej poprawy 191 Literatura 196 7. Tribologia procesu skrawania 197 7.1. Charakterystyka strefy styku ostrza z obrabianym materiałem 197 7.2. Rozkład naprężeń w strefie styku wiór–ostrze 200 7.3. Narost 204 7.4. Związki korelacyjne charakterystyk odkształceń z procesem tarcia 207 7.5. Doświadczalne metody wyznaczania współczynnika tarcia 209 Literatura 213 8. Ciepło w procesie skrawania 215 8.1. Źródła i rozpływ ciepła w strefie skrawania 215 8.2. Temperatura skrawania 218 8.3. Analityczne wyznaczenie temperatury w strefie skrawania 220 8.3.1. Partycja ciepła w modelu ruchomego źródła ciepła 220 8.3.2. Temperatura na płaszczyźnie poślizgu 223 8.3.3. Temperatura na powierzchni natarcia ostrza 225 8.4. Numeryczne metody określania pól temperatury w strefie skrawania 227 8.5. Doświadczalne metody wyznaczania temperatury skrawania 231 8.6. Wpływ warunków obróbki na temperaturę skrawania 237 8.7. Ciecze chłodząco-smarujące 242 Literatura 249 9. Zużycie i trwałość ostrza 251 9.1. Charakterystyka stref zużycia ostrza 251 9.2. Fizykalne mechanizmy zużycia ostrza 255 9.3. Zużycie powłok ochronnych 260 9.4. Przebieg zużycia i stępienie ostrza 266 9.5. Matematyczne modelowanie i prognozowanie okresu trwałości ostrza 271 9.6. Nadzorowanie stanu ostrza narzędzia 282 Literatura 288 10 Skrawalność materiałów konstrukcyjnych 290 10.1. Wskaźniki skrawalności 290 10.2. Związki skrawalności ze strukturą i właściwościami materiałów 296 10.3. Charakterystyka skrawalności materiałów konstrukcyjnych 299 10.3.1. Stale konstrukcyjne niestopowe i stopowe 299 10.3.2. Stale austenityczne nierdzewne i kwasoodporne 301 10.3.3. Żeliwa i staliwa 303 10.3.4. Metale nieżelazne i ich stopy 306 10.3.5. Tytan i jego stopy 308 10.3.6. Stopy na osnowie niklu i kobaltu 310 10.3.7. Materiały kompozytowe 311 10.4. Systemy wspomagające dobór warunków obróbki 314 Literatura 319 11. Ekonomiczność i optymalizacja procesu skrawania 321 11.1. Wskaźniki i modele procesu 321 11.2. Kryteria i algorytmy optymalizacji doboru warunków skrawania 322 11.3. Techniki optymalizacji warunków skrawania 326 Literatura 334 12. Przegląd technologii ubytkowego kształtowania materiałów 335 12.1. Obróbka z podwyższonymi i dużymi prędkościami skrawania 335 12.2. Obróbka materiałów twardych i w stanie utwardzonym 340 12.3. Obróbka na sucho i ze zminimalizowanym użyciem mediów chłodząco-smarujących 347 12.3.1. Obróbka na sucho 347 12.3.2. Obróbka ze zminimalizowanym smarowaniem 351 12.4. Obróbka wysokowydajna 355 12.5. Obróbka kompletna 366 12.6. Mikroobróbka 372 12.7. Nanoobróbka 379 12.8. Hybrydowe metody obróbki 384 12.8.1. Klasyfikacja hybrydowych procesów wytwórczych/obróbki 384 12.8.2. Obróbka hybrydowa wspomagana termicznie 386 12.8.3. Obróbka hybrydowa wspomagana energią drgań 389 12.8.4. Obróbka kriogeniczna 394 Literatura 397 13. Rola techniki komputerowej i informacyjnej w procesie skrawania 399 13.1. Komputerowe wspomaganie procesu obróbki 399 13.1.1. Zastosowanie symulacji i wizualizacji w programowaniu CAD/CAM 399 13.1.2. Bazy danych do oceny skrawalności i doboru warunków obróbki 406 13.2. Zastosowanie sensorów i sztucznej inteligencji 408 13.3. Zastosowanie wirtualnej rzeczywistości 416 13.4. Techniki internetowe w procesie obróbki 422 Literatura 427 14. Technologiczna warstwa wierzchnia 429 14.1. Strukturalne modele budowy warstwy wierzchniej 429 14.2. Modele kształtowania mikronierówności powierzchni 431 14.2.1. Modele stereometryczno-kinematyczne 431 14.2.2. Modele uwzględniające niektóre oddziaływania fizyczne w procesie skrawania 435 14.3. Charakterystyka chropowatości powierzchni 439 14.3.1. Parametry profilu i topografii powierzchni 439 14.3.2. Pomiary chropowatości powierzchni 445 14.4. Fizyczne właściwości warstwy wierzchniej 448 14.4.1. Charakterystyka właściwości fizycznych warstwy wierzchniej 448 14.4.2. Naprężenia własne w warstwie wierzchniej 449 14.4.3. Umocnienie materiału i zmiana mikrostruktury w warstwie wierzchniej 453 Literatura 455 Słownik ważniejszych terminów i skrótów w języku angielskim 456