Μηχανική και Τεχνολογία Μηχανουργικών Μορφοποιήσεων με Αφαίρεση Υλικού

Όλες οι μηχανολογικές κατασκευές, διατάξεις και εξαρτήματα υλοποιούνται μέσω μηχανουργικών μορφοποιήσεων, που αποτέλεσαν διαχρονικά, βασικό πυλώνα ανάπτυξης.
Το παρόν σύγγραμμα, λαμβάνοντας υπόψη τη συστηματική ταξινόμηση των μεθόδων κατεργασιών, σύμφωνα με το Γερμανικό Ινστιτούτο Τυποποιήσεων DIN 8589, αναφέρεται στην μείζονα περιοχή των μορφοποιήσεων τεμαχίων με αφαίρεση υλικού.
Συγκεκριμένα, το βιβλίο πραγματεύεται τις κατεργασίες κοπής με προκαθορισμένη, ή μη γεωμετρία κόψης καθώς και αυτές, μέσω αποχωρισμού υλικού από το κατεργαζόμενο κομμάτι, με προσαγωγή ενέργειας θερμικά, ή ηλεκτροχημικά. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην κατανόηση των μηχανικών, φυσικών και χημικών φαινομένων, που λαμβάνουν χώρα κατά τις μνημονευθείσες διεργασίες, ώστε να διευκολυνθεί η θεωρητική προσέγγισή τους, καθώς και η αποτελεσματική διεξαγωγή τους. Έτσι, το παρόν σύγγραμμα απευθύνεται τόσο στο φοιτητή, μηχανολόγο μηχανικό, που εισάγεται για πρώτη φορά στην επιστημονική περιοχή των μηχανουργικών μορφοποιήσεων, όσο και στον επαγγελματία μηχανικό, που εργάζεται σε σχετικά πεδία.
Στο σύγγραμμα καθίσταται εμφανής η υπερτριακονταετής επιστημονική συνεισφορά του Εργαστηρίου Εργαλειομηχανών και Διαμορφωτικής Μηχανολογίας (ΕΕΔΜ) του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του ΑΠΘ, σε διάφορες περιοχές των μηχανουργικών μορφοποιήσεων, όπως προκύπτει από την παρατιθέμενη διεθνή και εθνική βιβλιογραφία.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1: ΕισαγωγήΚεφάλαιο 2: Δομή και κρυσταλλογραφικές μορφές υλικών τεμαχίων και εργαλείων

2.1 Δημιουργία στοιχειωδών κρυσταλλικών πλεγμάτων

2.1.1 Δόμηση κρυσταλλικού πλέγματος ατόμων, συγκρατουμένων μέσω μεταλλικού δεσμού

2.1.2 Δημιουργία κρυσταλλικού πλέγματος μέσω ετεροπολικών δεσμών

2.1.3 Κρυσταλλικά πλέγματα, δομημένα μέσω ομοιοπολικού δεσμού ατόμων

2.1.4 Σχηματισμός κρυσταλλοδομών μέσω μοριακού δεσμού (van der Walls)

2.2 Κρυσταλλικά πλέγματα στερεών διαλυμάτων

2.3 Παραμορφωσιμότητα των διαφόρων κρυσταλλοδομών

2.4 Δημιουργία κρυσταλλογραφικών μορφών, μέσω ανάπτυξης των κρυστάλλων

2.5 Αταξίες κρυσταλλικών πλεγμάτων και επίδρασή τους επί των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών

2.5.1 Γεωμετρίες αταξιών κρυσταλλικών πλεγμάτων

2.5.2 Δημιουργία αταξιών μέσω μηχανικών υπερκαταπονήσεων

2.5.3 Μετατοπίσεις αταξιών εντός κρυσταλλικών πλεγμάτων, μέσω εξάσκησης μηχανικών τάσεων

2.5.4 Επιδράσεις αταξιών και διαχύσεων επί των μηχανικών ιδιοτήτων, συναρτήσει του μεγέθους των κόκκων.

2.5.5 Επίδραση αταξιών και διαχύσεων επί των μηχανικών ιδιοτήτων ιδιαίτερα λεπτοκόκκων υλικών, όπως των PVD επικαλύψεων, συναρτήσει της θερμοκρασίας

2.5.6 Επίδραση αταξιών και διαχύσεων επί των μηχανικών ιδιοτήτων κανονικής κοκκομετρίας υλικών, συναρτήσει της θερμοκρασίας και της ταχύτητας παραμόρφωσης

2.6 Επίδραση της παραμόρφωσης και της θερμοκρασίας επί του μηχανισμού ανακρυστάλλωσης

2.7 Επίδραση θερμοκρασιών, υψηλοτέρων από αυτές της ανακρυστάλλωσης, καθώς και της ταχύτητας παραμόρφωσης, επί των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών

Κεφάλαιο 3: Μηχανική της κοπής με εργαλεία προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

3.1 Περιγραφή της κοπτικής γεωμετρίας του εργαλείου

3.2 Μηχανισμοί δημιουργίας του αποβλίττου κατά την κοπή

3.2.1 Παραμορφώσεις και κρυσταλλικοί μετασχηματισμοί του υλικού, στην περιοχή σχηματισμού του αποβλίττου

3.2.2 Καταπονήσεις του υλικού κατά το σχηματισμό του αποβλίττου

3.2.3 Μικροδομές αποβλίττων

3.3 Αναλυτικός προσδιορισμός της δημιουργίας του αποβλίττου με τη βοήθεια της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (FEM)

3.3.1 FEM-λογισμικά για την προσομοίωση μηχανισμών κοπής

3.3.2 Μέθοδοι πειραματικού προσδιορισμού της ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς υλικών σε υψηλές ταχύτητες παραμόρφωσης και θερμοκρασίες

3.3.3 Μαθηματική περιγραφή νόμων πλαστικής διαρροής υλικού κατά την FEM προσομοίωση του μηχανισμού της κοπής

3.4 Προσδιορισμός διαφόρων χαρακτηριστικών μεγεθών κατά την κοπή, με τη βοήθεια FEM υπολογισμών

3.4.1 FEM υπολογισμός πεδίων μηχανικών τάσεων, παραμορφώσεων και θερμοκρασιών στην περιοχή δημιουργίας του αποβλίττου

3.4.2 Υπολογισμός παραμενουσών τάσεων στις επιφάνειες των κατεργαζομένων τεμαχίων

3.4.3 Δαπανώμενα έργα και δημιουργούμενη θερμότητα κατά τον σχηματισμό του αποβλίττου

3.5 Επίδραση διαφόρων παραμέτρων επί της μικροδομής του αποβλίττου κατά την κοπή

3.5.1 Επίδραση της πρόωσης και της ταχύτητας κοπής επί της μικροδομής του αποβλίττου

3.5.2 Επίδραση της γωνίας αποβλίττου επί της μικροδομής του αποβλίττου

3.5.3 Επίδραση των μηχανικών ιδιοτήτων του κατεργαζόμενου υλικού επί της μικροδομής του αποβλίττου

3.6 Έλεγχος της μάκρο-γεωμετρίας των αποβλίττων

3.7 Δημιουργούμενη τραχύτητα επί των επιφανειών των τεμαχίων κατά την κοπή

3.8 Δημιουργία ψευδοκόψεων κατά την κοπή

3.9 Δημιουργία απολήξεων κατά την κοπή

Κεφάλαιο 4: Δυνάμεις και θερμοκρασίες κατά την κοπή με εργαλεία προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

4.1 Ανάλυση της δύναμης κοπής σε συνιστώσες, χαρακτηριστικά συστήματα αναφοράς

4.2 Επίδραση της μικροδομής του αποβλίττου επί της δύναμης κοπής

4.3 Μέτρηση των συνιστωσών της δύναμης κοπής

4.4 Επίδραση των συνθηκών κατεργασίας επί της δύναμης κοπής

4.4.1 Επίδραση της ταχύτητας κοπής

4.4.2 Επίδραση του βάθους και της πρόωσης κοπής επί των συνιστωσών της δύναμης κοπής

4.4.3 Επίδραση γωνιών της κοπτικής γεωμετρίας επί των συνιστωσών της δύναμης κοπής

4.4.4 Επίδραση της φθοράς του εργαλείου επί της δύναμης κοπής

4.4.5 Επίδραση του υλικού επί της δύναμης κοπής

4.5 Πειραματικός – αναλυτικός προσδιορισμός των συνιστωσών της δύναμης κοπής

4.5.1 Μαθηματική περιγραφή των πειραματικά προσδιορισμένων συνιστωσών της δύναμης κοπής

4.5.2 Πειραματική – αναλυτική μέθοδος για τον γρήγορο προσδιορισμό ειδικών δυνάμεων κοπής και σχετικών εκθετών

4.5.3 Πειραματικός – αναλυτικός προσδιορισμός συνιστωσών δυνάμεων κοπής σε κατεργασίες πολύπλοκης γεωμετρίας αποβλίττων

4.6 Μέτρηση και υπολογισμός θερμοκρασιακών πεδίων κατά την κοπή

4.6.1 Μεθοδολογίες μέτρησης θερμοκρασιών κατά την κοπή

4.6.2 FEM προσδιορισμός θερμοκρασιακών πεδίων κατά την κοπή

Κεφάλαιο 5: Μηχανισμοί φθοράς ακαλύπτων κοπτικών εργαλείων προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

5.1 Μηχανισμοί φθοράς υλικών συνεργαζομένων επιφανειών

5.1.1 Συναφειακές μικροσυγκολλήσεις

5.1.2 Αποξέσεις

5.1.3 Μικρορηγματώσεις λόγω κόπωσης

5.1.4 Τριβοχημικές αντιδράσεις

5.2 Φθορά ακαλύπτων εργαλείων κατά την κοπή

5.2.1 Συναφειακές μικροσυγκολλήσεις κατά την κοπή

5.2.2 Φθορά εργαλείων λόγω αποξέσεων

5.2.3 Θραύσεις των κοπτικών ακμών λόγω κόπωσης

5.2.4 Φθορά εργαλείων λόγω τριβοχημικών αντιδράσεων

5.3 Μεγέθη για την μαθηματική περιγραφή της φθοράς κοπτικών εργαλείων

Κεφάλαιο 6: Προσδιορισμός ιδιοτήτων επικαλύψεων και μηχανισμοί φθοράς των επικαλυμμένων κοπτικών εργαλείων προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

6.1 Προσδιορισμός ιδιοτήτων υλικών επικαλύψεων

6.1.1 Προσδιορισμός καμπυλών τάσης-παραμόρφωσης επικαλύψεων και άλλων υλικών μέσω νανοδιεισδύσεων

6.1.2 Προσδιορισμός αντοχής σε κόπωση επικαλύψεων

6.1.3 Πειραματικός και αναλυτικός προσδιορισμός σκληρότητας επικαλύψεων

6.1.4 Έλεγχος και ποσοτικοποίηση της συνάφειας επικαλύψεων

6.2 Μηχανισμοί φθοράς επικαλυμμένων εργαλείων και αναλυτική προσέγγισή τους

6.2.1 Αστοχία της επικάλυψης λόγω μηχανικής υπερφόρτισης

6.2.2 Αστοχία της επικάλυψης λόγω κόπωσης του υλικού της

6.2.3 Αστοχία της επικάλυψης λόγω διάχυσης και οξείδωσης

6.2.4 Αστοχία της επικάλυψης λόγω ανεπαρκούς συνάφειας

6.2.5 Φθορά επικαλύψεων λόγω συναφειακών μικροσυγκολλήσεων

6.3 Επίδραση διαφόρων παραμέτρων των κατεργασιών κοπής επί της φθοράς των επικαλύψεων

6.3.1 Επίδραση της πρόωσης και της ταχύτητας κοπής επί της φθοράς επικαλυμμένων εργαλείων

6.3.2 Επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας του εργαλείου στη φθορά των επικαλυμμένων εργαλείων

6.3.3 Επίδραση διαδικασιών επαναχρησιμοποίησης, επικαλυμμένων εργαλείων από σκληρομέταλλο, στη συμπεριφορά της φθοράς τους

Κεφάλαιο 7: Υλικά και επικαλύψεις κοπτικών εργαλείων προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

7.1 Υλικά κοπτικών εργαλείων από χάλυβα

7.1.1 Ψυχροί εργαλειοχάλυβες

7.1.2 Ταχυχάλυβες

7.2 Σκληρομέταλλα

7.3 Σκληρομέταλλα τύπου Cermets

7.4 Κεραμικά υλικά

7.5 Κυβικά βοριονιτρίδια (CBN)

7.6 Διαμάντι ως υλικό κοπτικών εργαλείων

7.6.1 Μονοκρυσταλλικά διαμάντια (DM)

7.6.2 Πολυκρυσταλλικά διαμάντια (DP)

7.7 Επικαλύψεις κοπτικών εργαλείων

7.7.1 PVD-επικαλύψεις

7.7.2 CVD-επικαλύψεις

7.7.3 CVD Αδαμαντοεπικαλύψεις

Κεφάλαιο 8: Kατεργαστικότητα υλικών κατά την κοπή με εργαλεία
προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης. Συνεισφορά του ψυκτικού-λιπαντικού μέσου

8.1 Κατεργαστικότητα σιδηρούχων υλικών, χαλύβων και χυτοσιδήρων

8.1.1 Επίδραση της θερμικής κατεργασίας χαλύβων επί της κατεργαστικότητας

8.1.2 Κατεργαστικότητα σκληρυμένων χαλύβων

8.1.3 Αυτόματοι χάλυβες, αυξημένης κατεργαστικότητας, μέσω προσθήκης μικροπροσμίξεων

8.1.4 Κατεργαστικότητα ανοξειδώτων χαλύβων

8.1.5 Κατεργαστικότητα των χυτοσιδήρων

8.1.6 Επίδραση μικροπροσμίξεων, που χρησιμοποιούνται για την αποξείδωση τήγματος χάλυβα, επί της κατεργαστικότητάς του κατά την κοπή

8.1.7 Επίδραση των συνθηκών κατεργασίας επί της κατεργαστικότητας των χαλύβων

8.2 Κατεργαστικότητα κραμάτων αλουμινίου Al, μαγνησίου Mg και χαλκού Cu κατά την κοπή

8.2.1 Κράματα αλουμινίου

8.2.2 Κράματα μαγνησίου

8.2.3 Κράματα χαλκού

8.3 Κατεργαστικότητα κραμάτων τιτανίου και νικελίου

8.3.1 Κράματα τιτανίου

8.3.2 Κράματα νικελίου

8.4 Κατεργαστικότητα γραφίτη

8.5 Κατεργαστικότητα συνθέτων υλικών

8.6 Επίδραση ψυκτικού – λιπαντικού στην κατεργαστικότητα κατά την κοπή

8.6.1 Ψυκτικά – λιπαντικά υγρά

8.6.2 Επίδραση των ψυκτικών – λιπαντικών στην κατεργαστικότητα κατά την κοπή

8.6.3 Επίδραση της ποσότητας και του τρόπου προσαγωγήςτου ψυκτικού – λιπαντικού μέσου επί της κατεργαστικότητας

Κεφάλαιο 9: Μαθηματική περιγραφή της διάρκειας χρησιμοποίησης κοπτικών εργαλείων προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης. Βελτιστοποίηση και επιτήρηση συνθηκών κατεργασίας

9.1 Αναλυτική περιγραφή της διάρκειας χρησιμοποίησης κοπτικού εργαλείου και της χρονικής μεταβολής της φθοράς

9.1.1 Μαθηματική περιγραφή της διάρκειας χρησιμοποίησης του κοπτικού εργαλείου

9.1.2 Μαθηματική περιγραφή της χρονικής μεταβολής της φθοράς επιφανείας ελευθερίας

9.2 Αναλυτική περιγραφή του κόστους των κατεργασιών συναρτήσει του χρόνου παραγωγής ανά μονάδα παραγωγής και εργαλειομηχανή

9.2.1 Μαθηματική διατύπωση του χρόνου κατεργασίας

9.2.2 Μαθηματική διατύπωση του κόστους κατεργασίας

9.3 Βελτιστοποίηση των κυρίων συνθηκών κατεργασίας κοπής

9.3.1 Βελτιστοποίηση της ταχύτητας κοπής

9.3.2 Βελτιστοποίηση της πρόωσης

9.3.3 Βελτιστοποίηση του βάθους κοπής

9.3.4 Περιορισμοί των συνθηκών κατεργασίας κατά τη βελτιστοποίησή τους

9.3.5 Παραδείγματα βελτιστοποίησης συνθηκών κατεργασίας

9.4 Επιτήρηση συνθηκών κατεργασίας

Κεφάλαιο 10: Χαρακτηριστικές γεωμετρίες εργαλείων προκαθορισμένης γεωμετρίας κόψης

10.1 Συμπαγή εργαλεία

10.2 Εργαλεία με ένθετα πλακίδια

10.2.1 Εργαλεία με επικολλημένα ένθετα πλακίδια

10.2.2 Εργαλεία με πρόσδεση ενθέτων κοπτικών πλακιδίων

10.3 Τυποποιήσεις ενθέτων κοπτικών πλακιδίων