1 Wstęp

W dniu 11 marca 2026 r. przeprowadzono test możliwości obróbczych otworów w sicie platerowanym tytanem. Do dyspozycji była próbka o grubości 25 mm, w tym 5 mm plateru tytanowego, z otworami Ø17,3 mm rozmieszczonymi na siatce trójkątnej o module 23 mm.

Otwory w próbce zostały wcześniej wykonane w procesie wiercenia. Przeprowadzony test dotyczył wyłącznie operacji obróbki wykańczającej polegającej na powiększeniu średnicy otworów przy użyciu narzędzia wieloostrzowego.

Na próbce znajdowało się 325 otworów, podzielonych na trzy obszary.

Obszar 1 (240 otworów) został podzielony na cztery sekcje po 60 otworów każda. Z obszaru 2 (66 otworów) wydzielono 60 otworów dla sekcji 5. Pozostałe otwory z obszaru 2 oraz cały obszar 3 zostały przydzielone do sekcji 6.

Przyporządkowanie otworów do poszczególnych sekcji przedstawiono na poniższym zdjęciu.

Próbka została zamocowana kilkadziesiąt milimetrów nad powierzchnią stołu obrabiarki, co miało zapewnić lepszy spływ wiórów powstających podczas obróbki.

2 Skanowanie

Skanowanie przeprowadzono według nowego algorytmu polegającego na przemieszczaniu skanera pomiarowego po węzłach siatki otworów.

Obszar pojedynczego skanowania ograniczono do wymiarów 92 × 123 mm, na którym mogło znajdować się maksymalnie 21 otworów, przy przesunięciu skanera:

Średni czas skanowania wyniósł 2,2 s na otwór. Przy pracy dwóch skanerów jednocześnie czas ten powinien zostać skrócony do około 1 s na otwór.

3 Narzędzie skrawające

Do obróbki zastosowano standardowy, trzyostrzowy pogłębiacz składany CBTF180R2WD20N3M o nominalnej średnicy roboczej 18,135 mm.

Na pogłębiaczu zamontowano płytki SPHX060204R20 KC7140. Są to typowe dwuostrzowe płytki przeznaczone do operacji pogłębiania otworów. Płytki są szlifowane, a tolerancja długości krawędzi skrawającej wynosi ±0,015 mm.

Podczas obróbki, po zakończeniu każdej sekcji, płytki były obracane na kolejną krawędź skrawającą lub wymieniane na nowe.

Celem tego działania było doświadczalne potwierdzenie możliwości zachowania tolerancji średnicy otworów przy zmianie krawędzi skrawającej lub wymianie płytek.

4 Parametry technologiczne

Dla całego detalu przyjęto jedną, niezmienną prędkość skrawania

vc = 143 m/min

uzyskaną przy prędkości obrotowej

n = 2500 min-1

Podczas całej operacji stosowano intensywne chłodzenie emulsją doprowadzaną przez narzędzie.

Posuw zmieniano dla każdej sekcji.

Dla sekcji 1 zastosowano posuw

\(f_z = 0{,}05 \text{ mm/z}\)

co dla zastosowanego narzędzia dało posuw minutowy

\(v_f = 375 \text{ mm/min}\)

Dla każdej kolejnej sekcji posuw zwiększano o 0,05 mm/z.

Posuw wyjściowy był o 25% większy od posuwu roboczego, co dla sekcji 1 dało

\(v_{f_{ret}} = 469 \text{ mm/min}\)

Stopniowa zmiana posuwu miała na celu uwidocznienie wpływu posuwu na jakość powierzchni obrabianych otworów.

5 Pomiary

5.1 Pomiary średnicy

Wszystkie obrobione otwory zostały zmierzone trójpunktową średnicówką Mitutoyo.

Każdy otwór był mierzony w dwóch strefach:

  • w obszarze plateru tytanowego (na głębokości ok. 4–5 mm),
  • w materiale bazowym poniżej plateru (na głębokości ok. 8–16 mm).

5.2 Pomiary chropowatości

Chropowatość powierzchni wszystkich otworów zmierzono profilometrem Mitutoyo przy następujących parametrach pomiarowych:

  • wysokość startowa igły pomiarowej: ok. 7–7,5 mm od górnej powierzchni detalu
  • \(\lambda_c = 0{,}8 \text{ mm}\)
  • \(\lambda_s = 2{,}5 \text{ mm}\)
  • liczba odcinków pomiarowych: 5
  • droga wejścia/wyjścia: wyłączona

\(\lambda_s\) Przy takim ustawieniu spodziewano się, że granica pomiędzy platerem tytanowym a stalą bazową zostanie przekroczona w przybliżeniu w połowie drogi pomiarowej. Długość odcinka pomiarowego przy powyższych parametrach wynosiła 4 mm.

Takie ustawienie miało umożliwić wykrycie ewentualnych uskoków pomiędzy platerem a materiałem bazowym.

W trakcie pomiarów nie stwierdzono obecności takich uskoków.

Poniżej przedstawiono przykładowe profile pomiarowe.

6 Obliczenia

Dla każdej sekcji wyznaczono podstawowe statystyki otrzymanych wyników:

Dla wyników pomiarów średnicy otworów obliczono dodatkowo statystyki różnicy pomiędzy średnicą mierzoną w strefie plateru oraz w materiale bazowym.

Dla wyników pomiarów chropowatości powierzchni wyznaczono dwa dodatkowe parametry.

6.1 Prawdopodobieństwo przekroczenia limitu specyfikacji

Wyznaczono prawdopodobieństwo przekroczenia górnego limitu specyfikacji

\(USL = 3{,}2\)

na podstawie średniej oraz odchylenia standardowego, przy założeniu rozkładu normalnego wyników pomiarowych.

6.2 Wskaźnik zdolności procesu

Obliczono wskaźnik zdolności procesu

\(C_{pk} = \frac{USL - \mu}{3\sigma}\)

gdzie:

  • \(\mu\) – średnia,
  • \(\sigma\) – odchylenie standardowe.

Przyjęto następującą interpretację wskaźnika zdolności procesu:

Cpk Interpretacja
≥ 1,33 proces zdolny
1,00–1,33 proces warunkowo zdolny
< 1,00 proces niezdolny

7 Sekcja 1

Video sekcja 1

Otwory obrobiono z następującymi parametrami:

\(f_z = 0{,}05 \text{ mm/z}\)

\(v_f = 375 \text{ mm/min}\)

\(v_{f_{ret}} = 469 \text{ mm/min}\)

Czas jednego cyklu wynosił \(t_{cyklu} = 13{,}2 \text{ s}\)

W trakcie pracy dało się słyszeć drgania detalu, szczególnie w miejscach odległych od punktów podparcia.

Wiór miał kształt zespolonych pierścionków (sprężynek) i był połączony z dolna powierzchnią obrabianego materiału. Była tendencja do nawijania się wiórów na narzędzie.

Statystyki wyników pomiarowych:

Statystyki średnicy otworów dla sekcji 1
Miejsce min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
dół 18,190 18,205 18,209 18,209 18,212 18,233 0,043 0,00692 59
góra 18,174 18,202 18,204 18,205 18,209 18,220 0,046 0,00716 59

Statystyki różnicy średnic dla sekcji 1
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
-0,036 -0,008 -0,003 -0,004 0,001 0,018 0,054 0,00873 59

Statystyki chropowatości Ra dla sekcji 1
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
0,556 0,845 1,148 1,258 1,500 2,442 1,886 0,505 53

8 Sekcja 2

Video sekcja 2

Otwory obrobiono z następującymi parametrami:

\(f_z = 0{,}1 \text{ mm/z}\)

\(v_f = 750 \text{ mm/min}\)

\(v_{f_{ret}} = 938 \text{ mm/min}\)

Czas jednego cyklu wynosił \(t_{cyklu} = 8{,}7 \text{ s}\)

Drgania były nieco mniejsze. W pobliżu podparcia całkowicie zanikały.

Była tendencja do nawijania się wiórów na korpus narzędzia.

Statystyki wyników pomiarowych:

Statystyki średnicy otworów dla sekcji 2
Miejsce min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
dół 18,199 18,207 18,210 18,211 18,214 18,225 0,026 0,00479 60
góra 18,189 18,202 18,203 18,203 18,205 18,210 0,021 0,00347 60

Statystyki różnicy średnic dla sekcji 2
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
-0,021 -0,009 -0,007 -0,007 -0,005 0,003 0,024 0,00423 60

Statystyki chropowatości Ra dla sekcji 2
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
0,567 0,931 1,105 1,308 1,517 2,626 2,059 0,508 61

9 Sekcja 3

Video sekcja 3

Otwory obrobiono z następującymi parametrami:

\(f_z = 0{,}15 \text{ mm/z}\)

\(v_f = 1125 \text{ mm/min}\)

\(v_{f_{ret}} = 1406 \text{ mm/min}\)

Czas jednego cyklu wynosił \(t_{cyklu} = 6{,}7 \text{ s}\)

Drgania były już bardzo nieznaczne. W pobliżu podparcia całkowicie zanikały.

Była tendencja do nawijania się wiórów na korpus narzędzia ale pozostawione na korpusie narzędzia po pewnym czasie zostały prawie całkowicie odrzucone.

Statystyki wyników pomiarowych:

Statystyki średnicy otworów dla sekcji 3
Miejsce min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
dół 18,195 18,203 18,206 18,206 18,208 18,224 0,029 0,00455 60
góra 18,191 18,198 18,201 18,200 18,203 18,210 0,019 0,00387 60

Statystyki różnicy średnic dla sekcji 3
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
-0,021 -0,009 -0,006 -0,006 -0,003 0,004 0,025 0,0051 60

Statystyki chropowatości Ra dla sekcji 3
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
0,812 1,211 1,469 1,648 1,858 3,952 3,140 0,699 59

10 Sekcja 4

Video sekcja 4

Otwory obrobiono z następującymi parametrami:

\(f_z = 0{,}2 \text{ mm/z}\)

\(v_f = 1500 \text{ mm/min}\)

\(v_{f_{ret}} = 1875 \text{ mm/min}\)

Czas jednego cyklu wynosił \(t_{cyklu} = 6{,}0 \text{ s}\)

Drgania były już bardzo nieznaczne. Miejscami całkowicie zanikały.

Nie było problemów z wiórem.

Statystyki wyników pomiarowych:

Statystyki średnicy otworów dla sekcji 4
Miejsce min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
dół 18,201 18,206 18,209 18,209 18,210 18,218 0,017 0,00355 60
góra 18,189 18,199 18,200 18,201 18,202 18,208 0,019 0,00306 60

Statystyki różnicy średnic dla sekcji 4
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
-0,019 -0,010 -0,007 -0,008 -0,005 0,002 0,021 0,00437 60

Statystyki chropowatości Ra dla sekcji 4
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
0,314 0,938 2,109 1,875 2,715 4,164 3,850 0,977 60

11 Sekcja 5

Video sekcja 5

Otwory obrobiono z następującymi parametrami:

\(f_z = 0{,}25 \text{ mm/z}\)

\(v_f = 1875 \text{ mm/min}\)

\(v_{f_{ret}} = 2344 \text{ mm/min}\)

Czas jednego cyklu wynosił \(t_{cyklu} = 5{,}8 \text{ s}\)

Drgania były już bardzo nieznaczne. Miejscami całkowicie zanikały.

Nie było problemów z wiórem.

Statystyki wyników pomiarowych:

Statystyki średnicy otworów dla sekcji 5
Miejsce min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
dół 18,189 18,200 18,204 18,203 18,206 18,216 0,027 0,00494 61
góra 18,182 18,190 18,192 18,192 18,194 18,199 0,017 0,00346 61

Statystyki różnicy średnic dla sekcji 5
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
-0,021 -0,014 -0,011 -0,011 -0,008 0,000 0,021 0,00465 61

Statystyki chropowatości Ra dla sekcji 5
min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
0,872 1,715 2,298 2,422 3,112 4,869 3,997 0,889 61

12 Sekcja 6

Niestety w trakcie obróbki sekcji ostatniej narzędzie trafiło na nie przelotowy otwór i uległo zniszczeniu. Obrobionych było jedynie kilka otworów. W otworach tych zmierzono jedynie średnicę pominięto natomiast pomiar chropowatości powierzchni.

13 Podsumowanie

Dla lepszego zobrazowania zebrano wszystkie statystyki dla poszczególnych sekcji w zbiorczych tabelach przy czym rozdzielono wyniki dla średnic górnych oraz dla średnic dolnych.

Statystyki średnicy górnej otworów według sekcji
Sekcja min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
1 18,174 18,202 18,204 18,205 18,209 18,220 0,046 0,00716 59
2 18,189 18,202 18,203 18,203 18,205 18,210 0,021 0,00347 60
3 18,191 18,198 18,201 18,200 18,203 18,210 0,019 0,00387 60
4 18,189 18,199 18,200 18,201 18,202 18,208 0,019 0,00306 60
5 18,182 18,190 18,192 18,192 18,194 18,199 0,017 0,00346 61
6 18,193 18,194 18,197 18,197 18,198 18,204 0,011 0,00432 5
Statystyki średnicy dolnej otworów według sekcji
Sekcja min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
1 18,190 18,205 18,209 18,209 18,212 18,233 0,043 0,00692 59
2 18,199 18,207 18,210 18,211 18,214 18,225 0,026 0,00479 60
3 18,195 18,203 18,206 18,206 18,208 18,224 0,029 0,00455 60
4 18,201 18,206 18,209 18,209 18,210 18,218 0,017 0,00355 60
5 18,189 18,200 18,204 18,203 18,206 18,216 0,027 0,00494 61
6 18,200 18,204 18,207 18,206 18,209 18,211 0,011 0,00432 5
Statystyki różnicy średnic według sekcji
Sekcja min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n
1 -0,036 -0,008 -0,003 -0,004 0,001 0,018 0,054 0,00873 59
2 -0,021 -0,009 -0,007 -0,007 -0,005 0,003 0,024 0,00423 60
3 -0,021 -0,009 -0,006 -0,006 -0,003 0,004 0,025 0,0051 60
4 -0,019 -0,010 -0,007 -0,008 -0,005 0,002 0,021 0,00437 60
5 -0,021 -0,014 -0,011 -0,011 -0,008 0,000 0,021 0,00465 61
6 -0,015 -0,013 -0,010 -0,009 -0,007 0,000 0,015 0,00587 5
Statystyki chropowatości Ra według sekcji
Sekcja min q1 mediana średnia q3 max zakres sd n P(Ra > 3,2) [%] Cpk
1 0,556 0,845 1,148 1,258 1,500 2,442 1,886 0,505 53 0,006 1,281
2 0,567 0,931 1,105 1,308 1,517 2,626 2,059 0,508 61 0,010 1,241
3 0,812 1,211 1,469 1,648 1,858 3,952 3,140 0,699 59 1,318 0,740
4 0,314 0,938 2,109 1,875 2,715 4,164 3,850 0,977 60 8,741 0,452
5 0,872 1,715 2,298 2,422 3,112 4,869 3,997 0,889 61 19,078 0,292

Uzyskane wyniki pomiarowe zostały także przedstawione na zbiorczych wykresach.

14 Wnioski

14.1 Średnica otworów

Uzyskane wyniki pomiarów wskazują jednoznacznie, że zastosowane w trakcie testu parametry obróbki nie mają istotnego wpływu na średnicę wykonywanych otworów. Niewielkie różnice pomiędzy wartościami średnimi obserwowanymi w poszczególnych sekcjach należy wiązać przede wszystkim z naturalnym zużyciem krawędzi skrawających oraz z czynnościami eksploatacyjnymi, takimi jak obracanie lub wymiana płytek skrawających. Wielkość tych zmian jest jednak na tyle mała, że z praktycznego punktu widzenia można przyjąć, iż operacje te nie powodują istotnej zmiany uzyskiwanej średnicy otworu.

Analiza wyników pomiarów wykazała również niewielką tendencję do zwiększania się średnicy otworu wraz ze wzrostem jego głębokości. Zjawisko to nie ma jednak charakteru lokalnego uskoku na granicy pomiędzy warstwą platerowaną a materiałem bazowym. Wniosku tego można było dokonać na podstawie obserwacji przykładowych profili powierzchni uzyskanych podczas pomiarów chropowatości. Zaobserwowana zmiana średnicy ma raczej charakter systematycznej tendencji wynikającej z pracy narzędzia skrawającego, które wraz ze wzrostem głębokości obróbki generuje nieznacznie większą średnicę otworu.

Warto również zauważyć, że rozrzut wyników średnicy w kolejnych sekcjach pozostaje niewielki i nie wykazuje wyraźnej zależności od parametrów obróbki. Oznacza to, że z punktu widzenia dokładności wymiarowej proces można uznać za stabilny w całym analizowanym zakresie parametrów technologicznych.

14.2 Chropowatość powierzchni

W przeciwieństwie do średnicy otworów, chropowatość powierzchni wykazuje wyraźną zależność od zastosowanych parametrów skrawania. Jest to dobrze widoczne na zbiorczym wykresie rozkładu wartości Ra dla poszczególnych sekcji, gdzie wartości średnie układają się w charakterystyczny przebieg zbliżony do krzywej parabolicznej. Oznacza to, że w badanym zakresie parametrów istnieje wyraźny punkt optymalny, dla którego uzyskiwana jest najlepsza jakość powierzchni.

Analiza współczynnika zdolności procesu Cpk wskazuje, że za stabilny proces można uznać jedynie sekcje pierwszą i drugą. W tych przypadkach wartości Cpk przekraczają poziom 1,2, a obliczone prawdopodobieństwo przekroczenia granicy USL = 3,2 µm jest pomijalnie małe.

W sekcji trzeciej wartość Cpk spada do poziomu około 0,74, co oznacza, że proces nie spełnia już kryteriów stabilności wymaganych dla produkcji seryjnej. Należy jednak zwrócić uwagę, że w tej sekcji odnotowano jedynie cztery przypadki przekroczenia granicy USL, a trzeci kwartyl rozkładu pozostaje wyraźnie oddalony od tej granicy. Oznacza to, że mimo pogorszenia parametrów statystycznych większość uzyskiwanych powierzchni nadal spełnia wymagania jakościowe.

W sekcjach czwartej i piątej obserwuje się już wyraźne pogorszenie jakości powierzchni, co znajduje odzwierciedlenie zarówno w rosnących wartościach średnich Ra, jak i w znacznym spadku współczynnika Cpk. W tych warunkach prawdopodobieństwo przekroczenia dopuszczalnej chropowatości rośnie do poziomu kilku lub kilkunastu procent, co wyklucza możliwość uznania tych parametrów obróbki za technologicznie bezpieczne.

Uzyskane wyniki sugerują, że jednym z możliwych kierunków poprawy jakości powierzchni przy większych posuwach może być zastosowanie płytek skrawających o większym promieniu naroża. Zwiększony promień naroża powoduje bowiem zmniejszenie wysokości śladu posuwu, co bezpośrednio przekłada się na obniżenie wartości chropowatości.

W tym kontekście warto rozważyć zastosowanie płytki SPGT060212K KCP25C, która posiada promień naroża R = 1,2 mm oraz nieco inny łamacz wióra. Pomimo nieco gorszej klasy dokładności (tolerancja głównej krawędzi tnącej ±0,025 mm w porównaniu z ±0,015 mm dla płytek użytych w trakcie testu), większy promień naroża może umożliwić uzyskanie lepszej jakości powierzchni przy wyższych wartościach posuwu. Zmodyfikowana geometria łamacza może również korzystnie wpłynąć na proces łamania wióra.

Alternatywnie można rozważyć zastosowanie płytek SPGX0602AP KCPK30 o promieniu naroża R = 0,8 mm, które charakteryzują się odmienną geometrią łamacza. Tego typu rozwiązanie mogłoby stanowić kompromis pomiędzy poprawą jakości powierzchni a zachowaniem stabilnej kontroli wióra w trakcie obróbki.

Warto także zauważyć, że wzrost chropowatości w sekcjach o większym posuwie nie jest związany z istotnym wzrostem zmienności procesu. Wskazuje to, że obserwowane pogorszenie jakości powierzchni wynika przede wszystkim z geometrii śladu posuwu, a nie z niestabilności samego procesu skrawania.