6. OBROBITELNOST MATERIÁLŮ

Transkript

1 6. OBROBITELNOST MATERIÁLŮ Po úspěšném a aktiním absoloání této KAPITOLY Budete umět: Obecné pojmy a terminologii obrobitelnosti. Stanoit základní kritéria obrobitelnosti a součinitel obrobitelnosti. Popsat různé způsoby stanoení obrobitelnosti. Určit faktory, na kterých obrobitelnost záisí. Budete umět Budete schopni: Zhodnotit průběh měření obrobitelnosti. Zařadit testoané materiály do třídy obrobitelnosti. Objektině stanoit obrobitelnost u netestoaných materiálů. Budete schopni Čas ke studiu: 1,5 hodiny Výklad Pod pojmem obrobitelnost označujeme souhrnný li fyzikálních lastností a chemického sloţení koů na průběh a na ekonomické, popř. kalitatiní ýsledky procesu řezání. Lze ji obecně posuzoat z hlediska liu materiálu obrobku na intenzitu otěru, energetické bilance procesu řezání a také jejich liu na proces toření třísky a ytáření noého porchu na obrobku. Existuje úzký ztah stupně obrobitelnosti koů k elikosti jednotliých faktorů, které jsou součástí procesu řezání, jako např. součinitel tření třísky po čele nástroje, plochy řezu na hřbetě břitu, elikost měrné deformační práce, stupeň zpenění odřezáané rstě materiálu, elikost mezních kluzných napětí e střiţné roině a elikost jeho úhlu, apod. [10]. Z hlediska technologie obrábění je obrobitelnost jednou z nejdůleţitějších lastností materiálu a lze ji také definoat jako míru schopnosti daného konkrétního materiálu být zpracoáán některou z metod obrábění. Je hlaním činitelem pro olbu řezných podmínek a pro funkci nástroje při šech metodách obrábění. Obrobitelnost záisí na mnoha faktorech, z nichţ nejdůleţitější jsou: způsob ýroby a tepelné zpracoání obráběného materiálu, mikrostruktura obráběného materiálu, chemické sloţení obráběného materiálu, fyzikální a mechanické lastnosti obráběného materiálu, metoda obrábění, praconí prostředí, geometrie nástroje, druh a lastnosti nástrojoého materiálu. 1

2 Z hlediska charakteristik obrobitelnosti a řeziosti je moţné obrobitelnost a řeziost rozdělit na obrobitelnost a řeziost absolutní a relatiní. Nutno podotknout, ţe obrobitelnost a řeziost spolu úzce (neoddělitelně) souisí a řada kritérií obrobitelnosti je současně i kritérii řeziosti. Absolutní obrobitelnost, resp. řeziost jsou charakterizoány buď funkčním ztahem a parametry spolu souisejícími nebo určitou elikostí dané eličiny charakterizující obrobitelnost, resp. řeziost. Relatiní obrobitelnost, resp. řeziost jsou charakterizoány bezrozměrnými čísly, které udáají poměr elikostí určité eličiny, a sice poměr elikosti této eličiny ztahující se k danému materiálu obrobku, resp. k nástroji a elikostí této eličiny odpoídající etalonoému (referenčnímu) materiálu obrobku, resp. nástroji. Obrobitelnost, resp. řeziost hodnotíme předeším z hlediska intenzity opotřeboání břitu, dále téţ z hlediska teplotního, siloého, technologického a kalitatiního. Nejčastěji ycházíme z intenzity opotřeboání břitu. Nejdůleţitějším kritériem tohoto typu je komplexní Taylorů ztah. Dalšími kritérii jsou jednoduchý Taylorů ztah a hodnota řezné rychlosti T odpoídající určité tranliosti břitu, coţ patří do absolutní kategorie. K relatiním charakteristikám, které ycházejí z intenzity opotřeboání břitu, patří předeším index obrobitelnosti K : K případně T / VB T / VB zkoušeného materiálu etalonoého materiálu (6.1) K c c zk. mat et. mat. T 1 m et 1 mzk, kde (6.2) T/VB zkoušeného materiálu odpoídá 15zk (m.min -l ), coţ je řezná rychlost c při tranliosti T n = 15 minut pro zkoušený (sledoaný) materiál, T/VB etalonoého materiálu odpoídá 15et (m.min -1 ), coţ je řezná rychlost c při tranliosti T n = 15 minut pro referenční (etalonoý) materiál. Existuje několik moţností, jak rychle, dostatečně přesně a objektině stanoit obrobitelnost, zatím neznámé kombinace noě yinutý řezný a roněţ doposud neotestoaný, noě zaáděný ysoce houţenatý (pený a trdý) obráběný materiál. Jedná se konkrétně o tyto ybrané, níţe uedené moţnosti: míra záislosti na řezné rychlosti, dosaţená drsnost obrobené plochy, elikost opotřebení břitu nástroje, mnoţstí energie potřebné k odřezání dané rsty materiálu, ztah k dosahoané teplotě řezání, druh a tar tořící se třísky Značení obrobitelnosti materiálů Pokud je obrobitelnost posuzoána hodnotou T, jedná se prakticky o yhodnocoání úběru obráběného materiálu (elikost objemu materiálu odebraná za jednotku času) pomocí daného nástroje při smlueném konstantním průřezu třísky (např. pro podélné soustruţení: hloubka třísky a p = 2 mm, posu na otáčku f = 0,2 mm), daném řezném prostředí. Pro potřeby yhodnocoání obrobitelnosti 2

3 Třída Třída jsou technické konstrukční materiály rozděleny do deíti základních skupin, označoaných malými písmeny: a litiny, b oceli, c těţké neţelezné koy (měď a slitiny mědi), d lehké neţelezné koy (hliník a slitiny hliníku), e plastické hmoty, f přírodní nerostné hmoty, g rstené hmoty, trzené litiny pro ýrobu álců. V jednotliých skupinách je ţdy ybrán jeden konkrétní materiál, který slouţí jako etalon obrobitelnosti a e ztahu k tomuto materiálu je pak stanooána relatiní obrobitelnost šech ostatních materiálů celé skupiny. Třídy jsou označoány číslem umístěným před písmeno, které určuje danou skupinu materiálů (např. 11a. 14b. atd.). Odstupňoání střední hodnoty indexu obrobitelnosti jednotliých třídách je dáno geometrickou řadou s kocientem q = 10 1/10 = 1,26 (třída referenčního (etalonoého) materiálu má hodnotu q = 1), coţ znamená, ţe hodnota řezné rychlosti ct dané třídě je ţdy 1,26 krát yšší (niţší), neţ hodnota ct sousední třídě. Materiály třídách s niţším číslem, neţ má třída referenčního (etalonoého) materiálu mají horší obrobitelnost neţ referenční (etalonoý) materiál. Materiály třídách s yšším číslem mají lepší obrobitelnost. Relatině nejhorší obrobitelnost (nejnesnadněji se obrábějící) dané skupině má ţdy materiál zařazený do třídy s nejniţším číslem. Nejlepší obrobitelnost má materiál zařazený do třídy s nejyšším číslem. Příklad dělení skupiny oceli na třídy, četně hodnot K je ueden tab Obrobitelnost, jak jiţ bylo uedeno, je předeším lastnosti obráběného materiálu. Přesto šak musí být posuzoána úzké souislosti s řeziostí nástroje (nástrojoého materiálu), který je zolen a pouţit pro zkoušky obrobitelnosti. Tab. 6.1: Hodnoty součinitele K (indexu) obrobitelnosti pro jednotlié třídy skupiny ocelí [1] K K yjádřeno kocientem střední hodnot 1b 1, ,050 2b 1, ,065 3b ,080 4b 1, ,10 5b 1,26-9 0,13 6b 1,26-8 0,16 7b 1,26-7 0,20 8b ,25 9b ,32 10b ,40 rozsah 0,045-0,054 0,055-0,069 0,070-0,089 0,09-0,11 0,12-0,14 0,15-0,17 0,18-0,22 0,23-0,28 0,29-0,35 0,36-0,44 yjádřeno kocientem střední hodnot rozsah 11b 1,26-3 0,50 0,45-0,56 12b 1,26-2 0,63 0,57-0,71 13b ,80 0, 72-0,89 14b 1,26 0 1,00 0,90-1,12 15b 1,26 1 1,26 1,13-1,41 16b 1,26 2 1,59 1,42-1,78 17b 1,26 3 2,00 1,79-2,24 18b ,50 2,25-2,82 19b ,15 2,83-3,55 20b ,00 3,56-4,47 3

4 Podle normy CNN je pro ocel doporučoán pouze jeden etalonoý materiál, a to ocel Na základě praktických zkušeností se ukazuje, ţe by bylo hodné yuţíat pro kaţdou třídu obrobitelnosti jiný referenční materiál. Doporučené materiály etalonů, druhů pouţíaných nástrojů a doporučených řezných podmínek uádí následující tabulky. Třída obrobitelnosti Etalon Třída obrobitelnosti Etalon Tab. 6.2: Doporučené referenční materiály [1] 18b / 1 17b / 2 16b / 3 15b / 4 14b / HB HB HB HB HB190 13b / 6 12b / 7 11b / 8 10b / 9 9b / HB HB HB HB HB350 Třída obrobitelnosti 12b / 21 12b / 22 9b / 23 8b / 24 8b / 25 Etalon Tab. 6.3: Doporučené nástroje pro zkoušky obrobitelnosti [1] Metoda obrábění Doporučené nástroje Soustruţení Vrtání Frézoání VBD typu SNGN nebo SPGN , SK P20, průřez drţáku 25x25 mm, úhel r = 70 o (PN nebo PN ). Vrták ø 10 mm, ČSN , strojní ostření s tolerancí délky ostří 0,2 mm. Pro rtáky se slinutým karbidem doporučen druh K10. Frézoací hlaa PN nebo PN o průměru 125 mm, počet zubů 10. Po upnutí destiček je doolené maximální házení axiální 0,03 mm, házení radiální 0,05 mm. Tab. 6.4: Doporučené řezné podmínky pro zkoušky obrobitelnosti [1] Řezné podmínky Metoda obrábění Řezná rychlost (m.min -1 ) Posu (mm) Hloubka řezu (mm) Soustruţení 80, 100, 125 0,25 2,0 VBD z SK 160, 200, 250 Vrtání RO 12, 18, 24, 30, 35 0,12 3 D Vrtání SK 28, 36, 44, 52, 60 0,08 2 D Frézoání 80, 110, f z = 0,1 mm VBD z SK 176, 220, 278 šířka fréz. 0,5 D Pozn.: podtržené elikosti řezných rychlostí jsou přednostní Jednotné stále platné normatiy zařazují oceli do tříd obrobitelnosti na základě zkoušek bez chlazení, proáděných slinutými karbidy typu P10-P20, které mají e sronání s dnes jiţ elmi často pouţíanými polakoanými SK a jinými řeznými materiály, yznačujícími se zejména podstatně jemnější a praidelnější zrnitostí mnohem niţší řeziost. Stupeň obrobitelnosti určitého materiálu je zpraidla různý při obrábění různými metodami (soustruţení, frézoání, broušení, apod.) Proto je třeba zkoušky obrobitelnosti proádět pro jednotlié způsoby obrábění zlášť. Z hlediska proádění rozlišujeme zkoušky dlouhodobé a krátkodobé. Dále se dají rozdělit na metody přímé a nepřímé. U přímých metod se bezprostředně stanoí hodnota řezné rychlosti pro zolenou tranliost [1]. 4

5 6.2. Dlouhodobé zkoušky obrobitelnosti Dlouhodobá zkouška tranliosti je podstatě jen jedna [10]. Hlaním parametrem je zde hodnota řezné rychlosti a proádí se soustruţením nebo frézoáním dohodnutými konstantními řeznými parametry, druhem řezného nástroje a geometrií íce odstupňoanými řeznými rychlostmi aţ do optimálního otupení břitu. Tato zkouška je poaţoána za základní a podle ní se posuzuje míra objektiity ostatních zkoušek obrobitelnosti [7]. Lze je yuţít i k určoání řeziosti nástrojů. Neýhodou je elká spotřeba obráběného materiálu a náročnost na čas zkoušky. Dlouhodobá zkouška tranliosti má následující průběh: 1) změří se časoý průběh opotřebení na hřbetu nástroje VB B pro několik hodnot rychlostí (tab. 6.4) při konstantních řezných parametrech a sestrojí se křiky otupení (obr. 6.1). Obr. 6.1 Křiky otupení při proměnné řezné rychlosti, f = konst., a p = konst. 2) Určí se kritérium opotřebení VB opt a tím se stanoí pro kaţdou řeznou rychlost odpoídající tranliost břitu (obr. 6.2). 5

6 Obr. 6.2 Stanoení jednotliých tranliostí na základě kritéria opotřebení 3) Sestrojí se záislost T n = f ( c ) logaritmických souřadnicích a pro ybranou tranliost je moţné stanoit index obrobitelnost při sronání řezní rychlosti zkoumaného materiálu s řeznou rychlostí materiálu etalonoého (obr. 6.3). Obr. 6.3 Záislost tranliosti na řezné rychlosti 6

7 Shrnutí kapitoly V této kapitole jste se dozěděli obecné pojmy a terminologii obrobitelnosti. Jak se obrobitelnost určuje, jaké jsou její ýznamné charakteristiky, na jakých faktorech záisí. Naučili jste se taky, jaké jsou způsoby stanooání obrobitelnosti, za jakých pohledů je moţno ji sledoat a jak ji hodnotíme. Kontrolní otázky 1. Vysětlete pojem obrobitelnost. 2. Vyjmenujte nejdůleţitější faktory obrobitelnosti. 3. Jaký je rozdíl mezi absolutní a relatiní obrobitelností? 4. K čemu slouţí referenční materiál a který je pro ocele doporučoán? 5. Jaké skupiny materiálů pro moţnosti hodnocení obrobitelnosti? Vyjmenujte alespoň 5 z nich. 6. Co je kritériem dlouhodobé zkoušky obrobitelnosti a proč? 7. Jaký průběh má dlouhodobá zkouška tranliosti? 8. Proč se naměřené hodnoty přeádějí do logaritmických souřadnic? 9. Které řezné parametry jsou při dlouhodobé zkoušce obrobitelnosti konstantní? 10. V jakém typu grafu stanoujeme průběh záislosti tranliosti na řezné rychlosti? Další zdroje 1. BILÍK, O.: Obrábění II 2 díly. Ostraa : VŠB-TU Ostraa, s. ISBN BUDA, J. - BÉKÉS, J.: Teoretické základy obrábania koo, ALFA Bratislaa, BUDA, J. - SOUČEK, J. - VASILKO, K.: Teória obrábania, ALFA Bratislaa, DÍBALOVÁ, M.: Obrobiteľnosť brúsením, Autoreferáty dizertačnej práce, STU Bratislaa, GAŠPÁREK,J.: Dokončoacie spôsoby obrábania, ALFA Bratislaa, JAŠÍK, M.: Diagramy brúsenia pri brúsení bainitickej ložiskoej ocele 100CR6, DP SjF, ŢU MÁDL, J. - SCHUBERT, V.: Experimentální metody a optimalizace teorii obrábění. Praha : ČVUT Praha, MIKOVEC, M.: Obrábění materiálú s elkou peností a trdostí, SNTL Praha, OŠŤÁDAL, B.: Broušení slitiny EI 698 VD, Strojírenstí 9, 1985, str PŘIKRYL, Z. - MUSILÍKOVÁ, R.: Teorie obrábění. 3. opraené ydání, Praha : SNTL Praha, ŠTEKLÁČ, D.: Technológia ýroby aliých ložísk - náody na cičenia, ALFA Bratislaa, ŠTEKLÁČ, D.: Nárh skúšky obrábateľnosti brúsením, Vedecká konferencia VŠB TU Ostraa 2005, , ISBN

8 CD-ROM Na ideu je idět yhodnocení dat naměřených pro dlouhodobou zkoušku obrobitelnosti pro jednotlié hodnoty řezné rychlosti, získání T c záislosti a její přeedení do logaritmických souřadnic a určení koeficiente obrobitelnosti. O 6.1 O 6.2 O 6.3 O 6.4 Klíč k řešení Obrobitelnost je souhrnný li fyzikálních lastností a chemického sloţení koů na průběh a na ekonomické, popř. kalitatiní ýsledky procesu řezání. Obrobitelnost záisí zejména na: způsobu ýroby a tepelném zpracoání obráběného materiálu, mikrostruktuře obráběného materiálu, chemickém sloţení obráběného materiálu, fyzikálních a na mechanických lastnostech obráběného materiálu, metodě obrábění, praconím prostředí, geometrii nástroje, druhu a lastnostech nástrojoého materiálu. Absolutní obrobitelnost, je spolu souisející funkční ztah a parametr nebo určitá elikost eličiny charakterizující obrobitelnost. Relatiní obrobitelnost, je bezrozměrné číslo, které udáá poměr elikostí určité eličiny mezi materiálem obrobku a referenčním materiálem. Pro ocele je to podle normy materiál a e ztahu k tomuto materiálu je určoána relatiní obrobitelnost. O 6.5 a litiny, b oceli, c těţké neţelezné koy (měď a slitiny mědi), d lehké neţelez. koy (hliník a slitiny hliníku), e plastické hmoty, f přírodní nerostné hmoty, g rstené hmoty, trzené litiny pro ýrobu álců. O 6.6 Kritériem je předem stanoená elikost opotřebení VB B. O 6.7 O 6.8 O 6.9 Nejpre se změří se časoý průběh opotřebení na hřbetu nástroje VBB pro několik řezných rychlostí. Dále se určí kritérium opotřebení VBopt a tím se stanoí pro kaţdou řeznou rychlost odpoídající tranliost břitu. Nakonec se sestrojí se záislost Tn = f (c) logaritmických souřadnicích a pro ybranou tranliost je moţné stanoit index obrobitelnost při sronání řezní rychlosti zkoumaného materiálu s řeznou rychlostí materiálu referenčního. Kůli jednoduššímu odečítání hodnot tranliosti, protoţe zlogaritmoáním se křika záislosti stane přímkou. Konstantní je průřez třísky, tedy hloubka řezu x posu. O 6.10 V grafu logaritmických souřadnicích. 8