Κατεργασίες κοπής από το μακρόκοσμο στο μικρόκοσμο και υλικά κοπτικών εργαλείων τους

Abstract

Ο όρος κατεργασίες αποβολής υλικού, αναφέρεται στην προοδευτική αφαίρεση προκαθορισμένου όγκου υλικού υπό μορφή αποβλίττων (γρεζιών) με τη βοήθεια εργαλείου σε σχήμα σφήνας, με πλαστική παραμόρφωση του κατεργαζόμενου τεμαχίου. Σκοπός της κατεργασίας είναι να αποκτήσει το κατεργαζόμενο τεμάχιο επιθυμητή μορφή και διαστάσεις μέσα σε επιτρεπόμενα όρια ανοχών και ακόμη την απαραίτητη ποιότητα των τεχνολογικών επιφανειών, ώστε αυτό να μπορέσει να ανταποκριθεί ικανοποιητικά στις λειτουργικές απαιτήσεις κατά τη χρήση του, για την οποία και προορίζεται.

Η πλειοψηφία των βιομηχανικών εφαρμογών των κατεργασιών κοπής αφορά καθαρά μέταλλα, μεταλλικά κράματα, κεραμικά ή και άλλα υλικά και υλοποιείται με τη βοήθεια ειδικών μηχανών που προσφέρουν την απαιτούμενη ισχύ για την κατεργασία. Οι μηχανές αυτές ονομάζονται εργαλειομηχανές και κάθε μια από αυτές έχει διαφορετική φιλοσοφία υλοποίησης της κοπής, προσφέροντας συγκεκριμένη ανά κατεργασία κινηματική ανάμεσα στους δύο βασικούς παράγοντες της κοπής: το κοπτικό εργαλείο και το κατεργαζόμενο τεμάχιο. Ένα βασικό κριτήριο για την ταξινόμηση των κατεργασιών κοπής είναι η μορφή του κοπτικού εργαλείου.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα επικεντρωθούμε σε κατεργασίες, όπως η τόρνευση, η διάτρηση και το φρεζάρισμα τόσο στο μακρόκοσμο, αλλά κυρίως στο μικρόκοσμο, επισημαίνοντας τα χαρακτηριστικά τους, τις διαφορές τους, αλλά και μελλοντικές προοπτικές βελτίωσης και ανάπτυξής τους. Επίσης γίνεται εκτενής αναφορά σε όλες τις κύριες κατηγορίες των υλικών κατασκευής των κοπτικών εργαλείων.

Οι μικροκατεργασίες (μικροτόρνευση, μικροφρεζάρισμα, μικροδιάτρηση) αποτελούν ένα ραγδαία αναπτυσσόμενο πεδίο εφαρμογής αλλά και έρευνας λόγω των διαρκώς αυξανόμενων απαιτήσεων για ολοένα και μικρότερες διαστάσεις σε εξαρτήματα και κατασκευές, που βρίσκουν εφαρμογή σε τομείς όπως η βιομηχανία και η ιατρική. Πιο συγκεκριμένα, αναλύονται οι μηχανισμοί αυτών των κατεργασιών και οι παράγοντες που τις επηρεάζουν σε επίπεδο μικροκλίμακας, παρουσιάζονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους και δίνονται παραδείγματα εφαρμογών. Τέλος, αναφέρονται οι τάσεις βελτιστοποίησης για την παραγωγή αλλά και τη χρήση των διαφόρων μικροεργαλείων.

The term material removal process characterizes a group of technologies, whose aim is to remove the unwanted material from a workpiece. The majority of industrial applications of machining techniques utilizes alloys, ceramics and many other materials and get their energy through special equipment. These are well known as machine tools and each one of them provides different ways of cutting, providing specific kinetics for each of the two main cutting parameters: cutting tool and workpiece. The basic criteria for the classification of cutting processes is the form of the cutting tool. In this diploma thesis, we focus our research in machining processes, as turning, drilling and milling, which are analyzed in macro and micro scale. Also their attributes, their differences, and their future developments are described. Furthermore, the main categories of manufacturing materials are presented. Micromachining processes (microturning, microdrilling, micromilling) are a rapidly growing field of application and investigation because of the increasing demands for even smaller dimensions in components and structures that find implementation in areas such as industry and medicine. More specifically, the mechanisms of these treatments and the factors that impact at the microscale, with the features and application examples are given. Finally there is reference about optimization trends for their production and the use of various microtools.