Prędkość skrawania - jak ją wyliczyć i co oznacza?

Prędkość skrawania jest jednym z najważniejszych parametrów pracy tokarek, frezarek i innych urządzeń do obróbki wiórowej materiałów. Dotyczy ona prędkości, z jaką element usuwający materiał (frez, nóż tokarski, itp.) styka się z obrabianą powierzchnią. Jego właściwy dobór ma bezpośredni wpływ zarówno na trwałość narzędzi, jak i efekt końcowy obróbki.

Czym jest prędkość skrawania i do czego się odnosi?

Definicja prędkości skrawania jest dosyć prosta: jest to prędkość (liniowa), z jaką porusza się powierzchnia skrawająca (element usuwający materiał) względem obrabianego elementu. Innymi słowy, jest to miara odległości przebytej w zadanym czasie, wyrażana w metrach na minutę (m/min), przez powierzchnię skrawającą.

Prędkość skrawania to jeden z kluczowych parametrów skrawania, czyli obróbki wiórowej, chociaż jest istotny również z perspektywy obróbki ściernej (np. szlifowania). W obliczeniach i dokumentacji technicznej ten parametr jest określany symbolem Vc (V = velocity, czyli prędkość; c = cutting, czyli cięcie, skrawanie). Czasami jest on nazywany „szybkością skrawania”, jednak dla dokładności w dalszej części tekstu będę trzymał się definicji słownikowej tego parametru (V = velocity, tłumaczone z angielskiego częściej jako „prędkość” niż „szybkość”).

Parametr ten podawany jest przez producenta elementu skrawającego (frezu, ostrza tokarskiego, itp.) dla konkretnych materiałów, o określonej skrawalności (czyli podatności na obróbkę ze względu na właściwości fizyczne i inżynierskie). Wybór konkretnej wartości z tego zakresu jest uzależniony od operatora, który ma świadomość innych parametrów pracy, takich jak:

• jakość obrabianej powierzchni (np. inna przy obróbce zgrubnej i wykańczającej),
• konkretny rodzaj obrabianego materiału, a co za tym idzie – jego skrawalność (np. stop stali czy rodzaj tworzywa sztucznego),
• sztywność obrabiarki,
• oczekiwana wydajność operacji.

W przypadku frezarek, jest to prędkość z jaką obraca się powierzchnia zewnętrzna wrzeciona względem obrabianego obiektu. Podobna definicja dotyczy szlifierek (tak samo: oblicza się ją w oparciu o średnicę narzędzia). W przypadku tokarek, prędkość skrawania jest miarą odległości w czasie, jaką pokonuje powierzchnia elementu obrabianego względem ostrza.

Jak widzisz, bardzo istotne są tu zewnętrzne powierzchnie obiektów – obrabianych i obrabiających. To prędkość tych powierzchni służy do obliczenia faktycznej prędkości skrawania. Warto dodać, że ten parametr jest powiązany z prędkością obrotową – frezu na wrzecionie czy głowicy tokarki. Odpowiednie dobranie go ma bezpośredni wpływ na trwałość ostrzy skrawających – zbyt niska lub zbyt wysoka prędkość może przyczyniać się do przedwczesnego zużycia, podobnie jak stosowanie frezów lub noży tokarskich do obróbki nieodpowiednich materiałów.

Jak obliczyć prędkość skrawania - wzór

Wzór na prędkość skrawania (Vc), przy pomocy którego możliwe jest szybkie obliczenie tego parametru to Vc = (Π x d x n)/1000, gdzie:

• Vc oznacza parametr prędkości skrawania,
• Π (≈ 3,141592),
• d to średnica obiektu wykonującego ruch obrotowy (powierzchni skrawającej lub obrabianego materiału), często wyrażana roboczo jako fi,
• n to prędkość obrotowa (wyrażana w ilości obrotów na minutę, RPM).

Korzystając z tego wzoru możliwe jest szybkie obliczenie prędkości skrawania, odpowiedniej dla przedmiotu obrabianego. Jest to parametr podawany przez producenta elementu usuwającego materiał – najczęściej w formie zakresu wartości.

Wybór konkretnej wartości z przedziału zależy od decyzji operatora, opartej też o wiedzę o konkretnym materiale. Warto jednak znać ten wzór, nawet jeśli w internecie dostępne są kalkulatory prędkości skrawania czy obliczania posuwu.

Dobór prędkości skrawania do materiałów - jak się jej dokonuje?

Przed bezpiecznym rozpoczęciem pracy z urządzeniami do obróbki skrawaniem bardzo istotne jest ustawienie kluczowych parametrów, takich jak:

• szybkość skrawania (czyli tempo, z jakim usuwany jest materiał z warstwy skrawanej),
• prędkość posuwu na ostrze,
• prędkość obrotowa wrzeciona frezarki lub głowicy tokarskiej,
• i wreszcie: odpowiednie dobranie prędkości skrawania do rodzaju obrabianego materiału.

Każdy z tych parametrów skrawania jest uzależniony w dużej mierze od rodzaju materiału oraz jego podatności na konkretną formę obróbki. Między innymi dlatego prędkość skrawania stali będzie różniła się od tej zalecanej przez producenta narzędzia w obróbce aluminium.

Poza ogólnymi grupami materiałów, istotne są również rodzaje stopów, które mogą się bardzo różnić między sobą (np. frezowanie aluminium 2xxx wymaga zastosowania innej prędkości skrawania niż w przypadku aluminium 7xxx).

Te różnice są łatwe do zidentyfikowania dla doświadczonych operatorów frezarek i tokarek, jednak w przypadku pracy z nowymi narzędziami tnącymi może wymagać większej uważności oraz ścisłego trzymania się wytycznych producenta i obserwacji pracy. I chociaż informacje o Vc są podawane w dokumentacji technicznej, obliczanie prędkości skrawania może być przydatne w sytuacji, w której te informacje nie są dostępne – nie tylko na egzaminie.

Odnośnie doboru prędkości skrawania do materiału – istnieje zależność między tą wartością, a twardością skrawanej powierzchni. Im wyższa twardość, tym Vc powinno być mniejsze; im niższa twardość, tym Vc może być wyższe. Przyjmuje się, że:

• typowy przedział prędkości skrawania stali to od 80 do 120 m/min.
• typowy przedział prędkości skrawania aluminium to od 600 do 800 m/min,
• typowy przedział prędkości skrawania tworzyw sztucznych (tu na przykładzie POM) to od 50 do 100 m/min.

Prędkość skrawania i wpływ na zużycie ostrza

Każde narzędzie, nawet używane zgodnie z przeznaczeniem, prędzej czy później ulegnie zużyciu i nie będzie się nadawało do dalszego użytkowania. Jednym z parametrów, które mają bezpośredni wpływ na jego żywotność, jest dobór właściwej prędkości skrawania – tuż obok doboru odpowiedniego rodzaju ostrza do obrabianego materiału.

Wyróżnia się cztery podstawowe powody zużycia narzędzi:

• adhezja, czyli wytwarzanie na powierzchni ostrza „narostu” z obrabianego materiału. Powoduje ona drastyczne obniżenie zarówno efektywności pracy narzędzia, jak i jakości obrabianej powierzchni (pojawiają się np. wykruszenia). W tym przypadku elementem usuwającym materiał nie jest ostrze, ale niechciany „narost”. Adhezja na frezach lub nożach tokarskich może pojawić się w wyniku stosowania zbyt niskiej prędkości skrawania. Rozwiązaniem tego problemu może być podniesienie jej (do poziomu odpowiedniego dla materiału) lub zaprzestanie pracy i oczyszczenie narzędzia przed kontynuowaniem obróbki.
• dyfuzja i utlenianie, które polegają na osadzaniu się na ostrzu cząsteczek obrabianego materiału w wyniku działania wysokiej temperatury (np. spowodowanej przez brak chłodzenia powierzchni skrawanej lub zbyt wysoką prędkość skrawania). Rozwiązaniem jest obniżenie wartości Vc do zalecanego dla materiału poziomu.
• ścieranie mechaniczne – jest to całkowicie naturalny proces degradacji narzędzia w wyniku jego użytkowania. Niektórzy producenci ostrzy skrawających podają parametr żywotności swoich produktów (wyrażany często w roboczogodzinach), w oparciu o kalkulacje ich pracy z odpowiednimi parametrami skrawania.

Dobór odpowiedniej prędkości skrawania jest jeszcze ważniejszy w procesach obróbki zautomatyzowanej w oparciu o technologię CNC. Operator zazwyczaj nie kontroluje stale procesu, a co za tym idzie – istotne jest dobranie jak najbardziej optymalnych parametrów pracy. Są to jednak zadania stojące przed specjalistami zajmującymi się na co dzień obróbką CNC.

Znamy się na obróbce skrawaniem - w końcu produkujemy części od prawie 40 lat.

W RADMOT oferujemy usługi frezowania CNC, usługi toczenia CNC, jak i wiele usług dodatkowych w tym mycie, anodowanie aluminium, znakowanie laserowe oraz montaż.

Skontaktuj się z nami i powiedz, czego potrzebujesz. Usługi CNC świadczymy od niemal 40 lat. Nasza wycena jest zupełnie darmowa. A jeśli będziesz mieć wątpliwości, jaka technologia sprawdzi się u Ciebie najlepiej, nasza fachowa wiedza jest na Twoje usługi.