Βασική Θεωρία Κοπής

Ορθογωνική Κοπή

Η ορθογωνική κοπή πρόκειται για μια σύμβαση στη μελέτη της κοπής με σκοπό την απλοποίηση της. Η σύμβαση αυτή περιγράφει μια περίπτωση όπου το κοπτικό εργαλείο έχει μορφή σφήνας, μεγαλύτερο πλάτος από το κατεργαζόμενο τεμάχιο και τοποθετείται κάθετα στη διεύθυνση της κοπής, όπως φαίνεται και στο σχήμα. Καθώς το εργαλείο κινείται σε σχέση με το τεμάχιο, αρχίζει να αφαιρεί υλικό, δημιουργώντας απόβλιττο (γρέζι). Αυτό το απόβλιττο παράγεται επειδή το σκληρό κοπτικό εργαλείο πιέζει και κόβει το υλικό του τεμαχίου κατά την επαφή τους.

Κατά την ορθογωνική κοπή δημιουργούνται 3 περιοχές ενδιαφέροντος, όπως φαίνονται παρακάτω:

• Η περιοχή 1: Βρίσκεται ανάμεσα στο παραμορφωμένο και το απαραμόρφωτο υλικό του τεμαχίου. Ενδιαφέρον εδώ παρουσιάζει η πλαστική παραμόρφωση του κατεργαζόμενου υλικού
• Η περιοχή 2: Είναι η επιφάνεια επαφής ανάμεσα στο απόβλιττο και το κοπτικό εργαλείο. Εδώ μας ενδιαφέρει η τριβή μεταξύ κοπτικού εργαλείου και κατεργαζόμενου υλικού που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας και την φθορά του κοπτικού εργαλείου.
• Η περιοχή 3: Αφορά την κατεργασμένη επιφάνεια του τεμαχίου, δηλαδή το σημείο που έχει ήδη κοπεί. Στο σημείο αυτό εξετάζουμε τα χαρακτηριστικά ποιότητας τηε επιφάνειας

Γωνίες Κοπής

Κατά την ορθογωνική κοπή, ο συνδυασμός του κοπτικού εργαλείου με το κατεργαζόμενο τεμάχιο δημιουργεί τρεις βασικές γωνίες, οι οποίες παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία της κοπής. Αυτές οι γωνίες καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο αφαιρείται το υλικό και επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα και την ποιότητα της κατεργασίας.

• Η γωνία ελευθερίας - clearance angle (α): είναι η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στην ελεύθερη επιφάνεια του κοπτικού εργαλείου που κοιτά προς την ήδη κατεργασμένη επιφάνεια. Αυτή η γωνία βοηθά ώστε το εργαλείο να μην τρίβεται πάνω στο τεμάχιο και να μειώνεται η αντίσταση κατά την κοπή. Επηρεάζει άμεσα τη φθορά και την αντοχή του κοπτικού.
• Η γωνία σφήνα - wedge angle (β): σχηματίζεται μεταξύ της επιφάνειας του κοπτικού εργαλείου που εφάπτεται στο απόβλιττο και της ελεύθερης επιφάνειας του κοπτικού. Αντικατοπτρίζει πόσο "κοφτερό" είναι το εργαλείο.
• Η γωνία αποβλίττου – rake angle (γ): Είναι η γωνία της επιφάνειας πάνω στην οποία κινείται το απόβλιττο καθώς αφαιρείται το υλικό. Επηρεάζει τη ροή του αποβλίττου και τις δυνάμεις κοπής.

Οι γωνίες αυτές παίζουν σημαντικό ρόλο στην κοπή, καθώς επηρεάζουν άμεσα την απόδοση του εργαλείου και την ποιότητα του τελικού αποτελέσματος. Επιλέγονται με βάση τον τύπο του κοπτικού εργαλείου, το υλικό του κατεργαζόμενου τεμαχίου και τις συνθήκες κοπής. Μεταξύ των τριών αυτών γωνιών ισχύει η σχέση:

$$α+β+γ=90°$$

Συνθήκες κοπής

Οι συνθήκες κοπής είναι οι βασικές παράμετροι που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται η κατεργασία. Περιλαμβάνουν την ταχύτητα κοπής, την πρόωση και το βάθος κοπής. Η σωστή επιλογή των τιμών αυτών επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα της κοπής, τη φθορά του εργαλείου και την αποδοτικότητα της κατεργασίας.

Ταχύτητα Κοπής (Cutting Speed - Vc)

• Ορισμός:
• Η ταχύτητα κοπής είναι η ταχύτητα με την οποία ένα σημείο στην περιφέρεια ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου (όπως ένα κοπτικό εργαλείο ή ένα κατεργαζόμενο τεμάχιο) κινείται στο χώρο.

• Πρακτικά είναι η περιφέρεια του περιστρεφόμενου αντικειμένου πολλαπλασιασμένη με τις στροφές. Συνήθως μετριέται σε μέτρα ανά λεπτό (m/min).

• Βασικός Τύπος:

$$V_c = \frac{\pi \cdot D \cdot n}{1000}$$

όπου:

• Vc → Ταχύτητα κοπής (m/min)
• D → Διάμετρος (mm)
• n → Στροφές (RPM)
• π → 3,14

• Το 1000 υπάρχει για την μετατροπή μονάδων απο mm/min σε m/min

Για να υπολογίσουμε στροφές με δεδομένη την περιφερειακή ταχύτητα λύνουμε ως εξής:

$$n = \frac{V_c \cdot 1000}{\pi \cdot D}$$

Πρόωση (Feed Rate - fn )

• Ορισμός: (τόρνος - fn)
• H απόσταση που διανύει το κοπτικό εργαλείο ανά περιστροφή του τεμαχίου. Μετριέται σε χιλιοστά ανά περιστροφή (mm/rev)
• Μπορεί να μετρηθεί και σε (mm/min) πολλαπλασιάζοντας με τις στροφές

• Ορισμός: (φρέζα - FEED)
• H απόσταση που διανύει το κοπτικό εργαλείο κατά μήκος του τεμαχίου. Εκφράζεται συνήθως ως mm/min και εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής του εργαλείου (RPM) και την πρόωση ανά δόντι (fz).

$$f = f_z \cdot Z \cdot n$$

• όπου:
• f = συνολική πρόωση (mm/min)
• fz = πρόωση ανά δόντι (mm/tooth)
• Z = αριθμός των δοντιών του εργαλείου
• n = αριθμός στροφών (RPM)

Βάθος κοπής Ap - Ae (mm)

• Ορισμός:

• Στον τόρνο το βάθος κοπής είναι μόνο η απόσταση μεταξύ της νέας και της παλιάς επιφάνειας του τεμαχίου.

  

  
  * Στην περίπτωση της φρέζα και συγκεκριμένα της πλάγιας καταργασίας (Side milling) υπάρουν 2 διαφορετικά μεγέθη για το βάθος κοπής
  * Ap (Depth of cut - Βάθος κοπής): Το κάθετο βάθος που αφαιρείται σε κάθε πέρασμα.
  * Ae (Radial depth of cut - Πλάτος κοπής): Το οριζόντιο πλάτος που αφαιρείται σε κάθε πέρασμα.

Ρυθμός Απομάκρυνσης Υλικού (MRR) – Material Removal Rate

• Ορισμός:

• Ο ρυθμός απομάκρυνσης υλικού ορίζετε ως ο όγκος γρεζιών που δημιουργούνται από μια κατεργασία σε ένα λεπτό και είναι το αποτέλεσμα όλων το προηγουμένων συνθηκών. Μετριέται σε (mm³/min)

  
  * Βασικός τύπος:

$$MRR = V_c \cdot f \cdot a_p$$