TECHNOLOGIE. Mechanik seřizovač. Ing. Jaromír Třetina

Transkript

1 TECHNOLOGIE Mechanik seřizovač Druhý Ing. Jaromír Třetina Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 1

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval(a) samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně ve 25 vyučovacích hodinách.. Ve Vsetíně dne podpis autora Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 2

3 Obsah 1 ZÁKLADY TEORIE OBRÁBĚNÍ PODSTATA PROCESU ŘEZÁNÍ OBECNÉ POJMY A TERMINOLOGIE ZÁKLADNÍ ŘEZNÉ PODMÍNKY GEOMETRIE BŘITU NÁSTROJE NÁSTROJOVÉ ŘEZNÉ ÚHLY VELIKOST A FUNKCE ŘEZNÝCH ÚHLŮ PRACOVNÍ ŘEZNÉ ÚHLY TVOŘENÍ TŘÍSKY, OBJEMOVÝ SOUČINITEL TŘÍSKY PRŮŘEZ A TVAR TŘÍSKY PŘI OBRÁBĚNÍ UTVÁŘEČE A LAMAČE TŘÍSEK TEPLO A TEPLOTA ŘEZÁNÍ VLIV ŘEZNÝCH PODMÍNEK NA TEPLOTU ŘEZÁNÍ OPOTŘEBENÍ BŘITU NÁSTROJE TRVANLIVOST A ŽIVOTNOST NÁSTROJE PODMÍNKY OVLIVŇUJÍCÍ KVALITU OBRÁBĚNÍ OBROBITELNOST MATERIÁLU A ŘEZIVOST NÁSTROJE VLIV PROSTŘEDÍ V MÍSTĚ ŘEZU DRUHY ŘEZNÝCH KAPALIN PŘÍVOD ŘEZNÉ KAPALINY DO MÍSTA ŘEZU NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 3

4 2.6 TUHOST TECHNOLOGICKÉ SOUSTAVY VLIV TUHOSTI NA PŘESNOST OBROBKU Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 4

5 ZÁKLADY TEORIE OBRÁBĚNÍ Technologie Mechanik seřizovač Druhý Ing. Jaromír Třetina Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 5

6 1 ZÁKLADY TEORIE OBRÁBĚNÍ 1.1 PODSTATA PROCESU ŘEZÁNÍ Základem technologie obrábění je proces úběru materiálu z polotovaru - obrobku, obecně nazývaný řezání. Všechny ostatní technologické činnosti úběru materiálu jsou tomuto procesu podřízeny, nebo z něj vycházejí. 1.2 OBECNÉ POJMY A TERMINOLOGIE Obrábění: Základem technologie obrábění je proces úběru materiálu z polotovaru obrobku, obecně nazývaný řezání. Dále obrábění je technologický proces, jímž vytváříme povrchy obrobku určitého tvaru, rozměru a jakosti odebíráním částic materiálu a to následujícími způsoby: mechanickým procesem jedná se o obrábění klasickými nástroji s definovanou geometrií nástroje (např. vrtání, soustružení, broušení, frézování, obrážení, hoblování, protahování,..). Materiál řezného nástroje musí být tvrdší než materiál obrobku. Tato podmínka určuje tzv. obrobitelnost materiálu, tento pojem bude vysvětlen v dalších kapitolách. Aby došlo k obrábění je nutné splnit podmínku, že všechny existující zdroje energie je potřeba proměnit na mechanickou energii, která je využita pro oddělení materiálu. Nekonvenční technologie obrábění jsou založeny na využití fyzikálního nebo chemického principu úběru materiálu. Jedná se většinou o bezsilové působení na obráběný materiál, bez vzniku klasických třísek, které známe z obrábění řeznými nástroji. Podle principu úběru materiálu se fyzikální technologie obrábění dělí do následujících skupin: 1. obrábění elektrickým výbojem - elektroerozivní obrábění elektrickou jiskrou a elektrickým obloukem, 2. obrábění chemické a elektrochemické, 3. obrábění paprskem - obrábění laserem, plazmou, elektronovým a iontovým paprskem, 4. mechanické procesy obrábění - obrábění ultrazvukem, kapalinovým paprskem a proudem brusiva. U těchto metod obrábění nezávisí obrobitelnost materiálu na jeho mechanických vlastnostech (tj. na pevnosti, tvrdosti apod.), jako je tomu u klasického třískového obrábění. Obrobitelnost materiálu u prvních tří uvedených Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 6

7 metod je dána jeho tepelnou vodivostí materiálu, teplotou tání, elektrickou vodivostí, odolností proti elektrické erozi, odolností proti chemické erozi, vzájemnou vazbou atomů a molekul. U prvních tří metod obrábění nezávisí obrobitelnost materiálu na jeho mechanických vlastnostech (tj. na pevnosti, tvrdosti apod.), jako je tomu u klasického třískového obrábění. To neplatí u čtvrté metody mechanické procesy obrábění (ultrazvuk,..), kde je závislost obrobitelnosti materiálu jako u klasického obrábění. Použití těchto technologií obrábění je opodstatněné tam, kde z hlediska technického nebo ekonomického nelze použít obrábění klasickými řeznými nástroji. Řezání: Je obrábění, při kterém dochází k odebírání částic materiálu ve tvaru třísky břitem řezného nástroje. Obráběná plocha (1): Je část povrchu obrobku odstraňovaná obráběním. Obrobená plocha (2): Je plocha na obrobku vzniklá obráběním. Plocha řezu (3): Je plocha na obrobku vznikající těsně za břitem nástroje. 1 obráběná plocha 2 obrobená plocha 3 plocha řezu (přechodová plocha) Obr. Plochy na obrobku Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 7

8 1.3 ZÁKLADNÍ ŘEZNÉ PODMÍNKY I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Aby nastal proces řezání, tzn.oddělení části materiálu z výchozího polotovaru obrobku, musí se nástroj pohybovat proti obrobku určitou rychlostí po určité dráze. Pohyby označujeme jako základní řezné podmínky a definujeme je takto: Řezný pohyb (ve): Je relativní pohyb mezi nástrojem a obrobkem. Tímto pohybem se uskutečňuje řezání. Představuje výslednici pohybu hlavního a vedlejšího. Hlavní pohyb (vc): Je složka řezného pohybu, která se shoduje se základním pohybem obráběcího stroje. Koná jej buď nástroj nebo obrobek. Může být otáčivý, přímočarý nebo složený. Vedlejší pohyb: Sestává zpravidla ze dvou pohybů: posuvový pohyb (vf ) přísuvu - h Posuvový pohyb (vf): mm/ot, mm/min, mm/zd, - je pohyb nástroje vůči obrobku, který spolu s hlavní pohybem umožňuje obrábění. Zpravidla se koná ve směru kolmém na směr hlavního pohybu buď plynule, nebo přerušovaně. Přísuv (h): mm, mm/min je pohyb nástroje nebo obrobku, kterým se nastavuje nástroj do pracovní polohy, označuje se obvykle jako hloubka řezu h mm, Výpočet řezné rychlosti při obrábění: Je rychlost řezného pohybu: hlavního - vc a vedlejších vf a přísuvu h. Obvykle se počítá s rychlostí hlavního pohybu. Označuje se písmenem v a udává se buď v m.min -1, nebo v m.s -1. Při rotačních pohybech se vypočte podle rovnice: π D n D je průměr obrobku nebo nástroje v mm, v = [m.min-1], [m.s-1] n otáčky obrobku nebo nástroje /min, sec., přepočet z mm na m, Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 8

9 Výpočet rychlosti posuvu vf při obrábění: Při plynulém posuvu a otáčivém hlavní pohybu se rychlost posuvu vypočítá ze vztahu: vf = s.n [mm.min-1] s dráha posuvu n ot.min-1 U nástrojů s více zuby (např. fréza) se rychlost posuvu stolu nebo nástroje vypočítá ze vztahu: vf = sz.z.n [mm.min-1] sz posuv na zub z počet zubů nástroje n otáčky za minutu Obr. Pohyby při soustružení a frézování 1 směr hlavního pohybu, 2 směr posunového pohybu, 3- směr řezného pohybu, 4 uvažovaný bod ostří Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 9

10 Obr.hlavní a posuvový pohyb u vybraných metod obrábění Příklady k procvičení: Příklad 1: Jaké otáčky vřetene se nastaví při obrábění hřídele z oceli 11500, průměr obráběné válcové plochy je 125 mm, řezná rychlost pro použitý nástroj je 80m.min-1 Výsledek: n = 203,8 ot./min. Umožňuje-li stroj přesné nastavení otáček, nastavíme 203 ot.min-1. Pokud to nelze, nastavíme otáčky nejbližší nižší. Příklad 2: Vypočtěte rychlost rotačního hlavního pohybu, je-li průměr obrobku D = 140 mm a otáčky n = 75 min-1 Výsledek: v = 32,7 m/min. Příklad 3: Vypočtěte rychlost posuvu obrobku(stolu)při frézování(mm/min), je-li posuv na zub sz = 0,15mm, počet zubů z = 18 a otáčky n = 35 min-1. Výsledek: vf = 94,5 mm/min. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 10

11 Opakování a prohloubení znalostí: I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í 1. Vyjmenuj základní plochy na obrobku. 2. Z kterých pohybů je složen řezný pohyb. 3. Jak se vypočítá rychlost plynulého posuvu při rotačním hlavním pohybu. 4. Vysvětli podstatu obrábění. 5. Jak se vypočítá řezná rychlost. 6. Na čem závisí rychlost rotačního hlavního pohybu. 7. Definuj vedlejší pohyby, posuv, přísuv. 1.4 GEOMETRIE BŘITU NÁSTROJE Nástroj uskutečňuje vlastní řezání tím, že svou pracovní částí břitem vniká do materiálu obrobku a odděluje z něho postupně částice ve tvaru třísky. Břit je pracovní část řezná část nástroje ve tvaru klínu. Plochy, které tvoří tento klín se jmenují čelo, hřbet a vedlejší hřbet viz obrázek. Ostří neboli řezná hrana je tvořena plochou čela a plochou hřbetu. Vedlejší ostří plocha čela a vedlejšího hřbetu tvoří vedlejší ostří Těleso (tělo) nástroje je část nástroje, za kterou se nástroj upíná do držáku nástroje. Špička nástroje: Obr. Části řezného nástroje soustružnického nože je malá část ostří, nacházející se na spojnici hlavního a vedlejšího ostří. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 11

12 1.5 NÁSTROJOVÉ ŘEZNÉ ÚHLY I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Význam nástrojových úhlů Nástrojové úhly obecně ovlivňují velikost řezných sil, teplotu řezání, podmínky tvorby třísky, hospodárnost obrábění, strukturu povrchu obrobku a vlastnosti povrchové vrstvy obrobené plochy. Volba nástrojových úhlů je ovlivňována fyzikálními a mechanickými vlastnostmi obráběného materiálu, vlastnostmi nástrojového materiálu, řeznými podmínkami, požadovanou strukturou povrchu obrobku a požadovanými vlastnostmi povrchové vrstvy obrobené plochy. Nástrojové úhly nastavení ostří κ, κ ovlivňují: tvar třísky, strukturu povrchu obrobku, složky řezné síly (κ, např. poměr posuvové a pasivní síly Ff, Fp při soustružení). Hodnoty κ se pohybují v rozsahu 0 90 (běžně 45º 90º, u kopírovacích a vnitřních soustružnických nožů může hodnota κ dosáhnout až 98 ). Hodnoty nástrojového úhlu nastavení vedlejšího ostří κ závisí na úhlech κ a ε (určeno tvarem břitové destičky). Nástrojový úhel sklonu hlavního ostří λ: má vliv na tuhost břitu a zatížení špičky nástroje a ovlivňuje směr odchodu třísky z místa řezu +λ = tříska odchází směrem od obrobku, -λ = tříska odchází směrem k obrobku, pro obrábění měkkých a méně pevných materiálů se volí v kladných hodnotách, pro obrábění tvrdých a pevnějších materiálů v záporných hodnotách, Hodnoty λ se běžně pohybují v rozsahu -6 +6, včetně nulové hodnoty, extrémně až v rozsahu , Obr. Úhel sklonu hlavního ostří Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 12

13 Nástrojový úhel čela γ ovlivňuje: I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í mechanismus tvorby třísky a její odchod z místa řezu, řezné síly (menší γ = intenzivnější pěchování třísky = zvětšení F), tuhost břitu (menší γ = větší β = vyšší tuhost nástroje). Hodnoty γ se běžně pohybují v rozsahu -8 +8, včetně nulové hodnoty, extrémně až v rozsahu , pro materiály s pevností v tahu Rm 850 MPa se volí γ 0, pro materiály Rm>850 MPa se volí γ<0. Nástrojový úhel hřbetu α ovlivňuje: podmínky tření na hřbetě nástroje a tuhost břitu (menší α = větší β = vyšší tuhost). hodnoty α se běžně pohybují v rozsahu 8 12, extrémně až v rozsahu Větší hodnoty α jsou doporučovány pro pevnější obráběné materiály, malou tloušťku třísky, nízké posuvy a vyšší řezné rychlosti. extrémně vysoké hodnoty αo jsou určeny pro obrábění slitin hliníku. Nástrojový úhel břitu β ovlivňuje: tuhost břitu, hodnoty β se pohybují v rozsahu (malé hodnoty pro obrábění materiálů s nižší pevností, velké hodnoty pro obrábění materiálů s vysokou pevností), Nástrojový úhel řezu δ: = α + β, volí se co nejmenší ale tak, aby tuhost břitu odpovídala danému zatížení při obrábění, Poloměr zaoblení špičky rε: se pohybuje v rozsahu 0,2 5,0 mm, větší hodnoty rε se používají pro vyšší hodnoty posuvů, přinášejí vyšší trvanlivost nástroje a zvětšují pasivní sílu Fp. poloměr zaoblení špičky též výrazně ovlivňuje strukturu povrchu obrobku. Obr.Tvary špičky nástroje Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 13

14 Obr. Nástrojové řezné úhly soustružnického nože Opakování a prohloubení znalostí: 1. Vyjmenuj základní plochy na soustružnickém noži. 2. Co jsou to konstrukční řezné úhly. 3. Definuj nástrojové úhly na soustružnickém noži. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 14

15 1.6 VELIKOST A FUNKCE ŘEZNÝCH ÚHLŮ Má- li obráběcí nástroj řezat, je nutno zabezpečit: Určitý odklon hřbetní plochy od obrobku α, aby se snížilo tření hřbetu nástroje o obrobek, Určitý úhel sklonu čela nástroje (γ), aby se usnadnilo vnikání řezného klínu do materiálu, Mezi úhly hřbetu (α ) a čela (γ ) se zvětšuje nebo zmenšuje úhel břitu (β). Obr. Břit hoblovacího nože v záběru Obr. Úprava čela soustružnického nože Ostřejší břit snáze vniká do obráběného materiálu, ale pevnost břitu se zmenší a odvod tepla z místa řezu se zhorší. V praxi není možné volit velikost úhlu břitu (β) libovolně, závisí to především na fyzikálně mechanických vlastnostech materiálu nástroje. Čím tvrdší a pevnější materiál se obrábí, tím větší se volí úhel břitu. Geometrie břitu nože se ještě v některých případech obrábění upravuje. Na čele se vybrousí pro zpevnění břitu fazetka na čele u břitu pod jiným úhlem γf. Při posuzování skutečných poměrů obrábění je třeba brát v úvahu obrobek, polohu řezné plochy a směr řezného pohybu vzhledem k břitu. Vlivem vzájemné polohy a pohybu obrobku a nástroje dostáváme při práci tzv. pracovní řezné úhly, které se liší od úhlů na břitu nástroje. Opakování a prohloubení znalostí: 1. Co jsou to pracovní řezné úhly_? 2. Definuj velikost řezných úhlů. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 15

16 1.7 PRACOVNÍ ŘEZNÉ ÚHLY I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Pracovní řezné úhly se mohou lišit od nástrojových řezných úhlů a tyto rozdíly závisí na upnutí soustružnického nože neboli pracovní poloze břitu nástroje vůči obrobené ploše. Jeli tento rozdíl výrazný, může negativně působit na proces obrábění. Tato chyba ustavení vzniká hlavně u běžných soustružnických, hoblovacích a obrážecích nožů, jejichž ustavení se provádí až po upnutí obrobku a je závislé na pečlivosti obsluhy stroje. Obr. Správné ustavení břitu nástroje do osy obrobku Nesprávně ustavený nástroj způsobuje: Zásadně a negativně mění úhly čela hřbetu (vznik tepla, opotřebení břitu nástroje, snížení trvanlivosti a životnosti nástroje, nekvalitní povrch po opracování, vznik chvění při obrábění, ) a) b) Obr.a) Nesprávné ustavení nástroje vůči ose obrobku břit nástroje pod osou obrobku Obr.b) Nesprávné ustavení nástroje vůči ose obrobku - břit nástroje nad osou obrobku Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 16

17 1.8 TVOŘENÍ TŘÍSKY, OBJEMOVÝ SOUČINITEL TŘÍSKY Třísky jsou doprovodný produkt řezného procesu, mají mít určité vlastnosti z hlediska rozměrů a tvaru. Třísky by měly mít takový tvar, aby byly snadno odstranitelné z prostoru obráběcího stroje, umožňovaly snadnou manipulaci a zaujímaly co nejmenší objem. Tento požadavek na třísky se zvláště zdůrazňuje při obrábění na automatizovaných obráběcích strojích a v automatizovaných výrobních systémech. Tvar třísky je též velmi důležitým faktorem efektivního využití nástroje (dlouhá, plynulá tříska se namotává na nástroj, což zvyšuje nebezpečí jeho poškození) a dosažení předepsané kvality obrobku (plynulá tříska zhoršuje strukturu obrobeného povrchu). Tvar třísky při obrábění závisí na více faktorech, z nichž nejdůležitější jsou: vlastnosti obráběného materiálu, geometrie nástroje a tvar břitu nástroje (úhly γ, δ, lamače a utvařeče třísky), pracovní (řezné podmínky), zejména řezná a posuvová rychlost, nástrojový materiál (druh - vliv na podmínky tření). Obr. Hodnoty W pro vybrané tvary třísek Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 17

18 Poznámka: I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í velmi jemné třísky zanášejí a ucpávají filtry, z hlediska odklízení třísek jsou nejvhodnější krátké šroubovité třísky, dlouhé třísky způsobují nebezpečí úrazu dlouhé třísky se obtížně odstraňují Dlouhé třísky překážejí v pohybu nástroje a mohou poškodit povrch obrobku, Dlouhé třísky mají velký objemový součinitel objemný odpad. Objemový součinitel třísek - W (hodnoty pro vybrané tvary třísek jsou uvedeny na obrázku) umožňuje hodnotit obecné požadavky na tvar třísek. Lze ho vyjádřit vztahem: kde: Vt [dm 3 ] - objem volně ložených třísek, Vm [dm 3 ] - objem odebraného materiálu. Při řezání kovů vznikají nejčastěji tři charakteristické druhy třísek: Tříska plynulá (a) Tříska článkovitá (b,c) Tříska drobená (d) Tříska plynulá Tříska článkovitá Tříska plynulá se tvoří při obrábění tvárných materiálů. Jednotlivé elementy třísky mají velkou soudržnost a jsou pouhým okem od sebe těžko rozlišitelné. Povrch třísky na straně převrácené k čelu nástroje bývá úplně hladký. Plynulá tříska odchází po čele nástroje ve tvaru šroubovice jako souvislý celek. (oceli tř.10,11,12,..al,cu,..). Vzniká při obrábění tvrdých a tvárných materiálů. Při jejich tvoření dochází k odstřižení jednotlivých elementů, dobře patrných na vnějším povrchu třísky. Elementy třísky jsou rozlišitelné i na straně převrácené k čelu nože a lze je od sebe oddělit. Tříska odchází po čele v kratších celcích, 18 Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín

19 složených z jednoho nebo více elementů, ve tvaru různě tvarovaných pásků (šroubovice, kroužky, obloučky apod. (oceli třídy 14,15,16, ). Tříska drobená Tříska drobená (trhaná) se tvoří při obrábění tvrdých a křehkých materiálů. Vzniká vylamováním jednotlivých elementů nepravidelných tvarů bez vzájemné souvislosti. Mívá tvar šupin, nepravidelných úlomků, malých zrn apod. Tento typ třísky dává oproti předchozím horší obrobený povrch. (šedá litina). Opakování a prohloubení znalostí: Jak vzniká tříska_? Jaké druhy třísek znáš, u jakých materiálů které vznikají_? 1.9 PRŮŘEZ A TVAR TŘÍSKY PŘI OBRÁBĚNÍ Obr. průřez třísky při soustružení Tříska je část materiálu, odřezávaná z obrobku. Je vždy charakterizována dvěma rozměry. Buď posuvem (s) a přísuvem tj. hloubkou řezu t,(h) nebo tloušťkou třísky (a) a šířkou třísky b. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 19

20 Obr. Změna tvaru průřezu třísky vlivem úhlu nastavení řezné hrany Změna tvaru nože nebo i nastavení nože κ (kapa) má vliv při stejné hodnotě posuvu (s) a stejné hodnotě hloubka řezu t (h) na tvar průřezu třísky a tím vliv na vznik tepla a objemový součinitel třísky. Různý úhel = různý objem třísky. Úhel nastavení řezné hrany při různých typech soustružení Při soustružení vzniká velká řezná síla, proto vyžaduje stabilní upnutí nástroje a obrobku a pevnou konstrukci stroje. Tvar nástroje chrání břit před poškozením při najíždění do řezu. Při soustružení vzniká malá řezná síla a malé prohnutí obrobku, obrábění je málo náchylné ke kmitání. Vysunutá hrana je náchylná na lom, nůž snese jen malé zatížení. Vhodné pro obrábění tvrdých materiálů a hlazení s velkým posuvem. Vhodné hrubování. pro Vhodné pro hlazení a vnitřní obrábění. Vhodné pro tvarové obrábění a výrobu zápichů. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 20

21 Výpočet teoretické hloubky drsnosti při obrábění: Vypočteme ji ze vztahu: Rth = teoretická hloubka drsnosti S = posuv rε = poloměr zaoblení špičky Příklad: Jaká je teoretická hloubka drsnosti po obrábění soustružnickým nožem s poloměrem zaoblení špičky r ε = 0,45 a posuvem s = 0,15mm. Pozn. Poloměr zaoblení špičky bývá od 0,4 do 2,5mm. Řešení: s 2 0,15 2 Rth = = = 0,00625 mm 8.r ε 8.0,45 Teoretická drsnost je ca 6,3 μm. s 2 Rth = r ε Opakování a prohloubení znalostí: 1. Jak vzniká tříska_? 2. Jaké druhy třísek znáš, u jakých materiálů které vznikají_? 3. Co je to objemový součinitel třísky a jak se vypočítá_? 4. Jaký má vliv úhel nastavení na proces řezání_? 5. Na čem je závislá hloubka drsnosti při obrábění a v jakých jednotkách se udává_? Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 21

22 1.10 UTVÁŘEČE A LAMAČE TŘÍSEK a) UTVÁŘEČE TŘÍSEK I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Nejjednodušší jsou žlábkové utvařeče třísek s vytvořeným stupínkem nebo žlábkem na čelní ploše celistvých nožů nebo pájených destiček. Charakteristickým znakem vyměnitelných břitových destiček je žlábek podél ostří kolem celého obvodu vyměnitelné destičky. Tvarování čela nástroje ovlivňuje tvar třísek. Diagram tvaru třísek ukazuje, při jaké kombinaci hloubku řezu a posuvu na jednu otáčku při soustružení se tvoří třísky vyhovujícího tvaru jak ukazuje diagram. Obr. Oblast tvoření vyhovujících třísek Obr.Tvarování destiček pro tvorbu třísek TVAROVÁNÍ DESTIČEK PRO UTVÁŘENÍ TŘÍSEK Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 22

23 b) LAMAČE TŘÍSEK Lamače třísek mají tvar destičky, jsou mechanicky upnuté, posazené ve vzdálenosti 1,5-6 mm od ostří a skloněné pod úhlem k ploše čela břitu. Zmenšují poloměr zavinutí třísky a způsobují její lámání na menší kusy. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 23

24 Opakování a prohloubení znalostí: I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í 1. Které plochy soustružnického nože tvoří řezný klín_? 2. Vypočtěte teoretickou hloubku drsnosti plochy po soustružnickém noži s poloměrem špičky 0,45 mm při posuvu 0,15 mm na otáčku. 3. Jak je třeba změnit úhel nastavení nože, dochází-li k vibracím_? 4. Proč se k hlazení používají soustružnické nože s malým poloměrem špičky_? 5. Za jakých předpokladů může mít vyměnitelná břitová destička pro hlazení velký poloměr špičky_? 6. jakou řeznou hranu by měla mít vyměnitelná břitová destička pro soustružení s přerušovaným řezem_? 7. Při jakém úhlu nastavení nože je nejmenší řezná síla_? 8. Čím je možné ovlivnit tvar třísek při soustružení_? 9. proč jsou při soustružení nežádoucí dlouhé třísky_? 10. Co jsou to utvářeče třísek a k čemu slouží_? 11. Co jsou to lamače třísek a k čemu slouží_? 12. Čím je charakterizována tříska_? 1.11 TEPLO A TEPLOTA ŘEZÁNÍ Většina práce vynaložené na odebírání třísky se mění v teplo. Teplo výrazně ovlivňuje řezný pochod, neboť působí na řezné vlastnosti nástroje a na změnu mechanických vlastnosti obráběného materiálu. Obr. Vznik a koncentrace tepla 1. v třísce, 2. v nástroji, 3. v obrobku Hlavními zdroji tepla jsou plastické deformace (oblast 1), která způsobuje velké množství tepla, které proudí při obrábění převážně do třísky a také je podstatné množství tepla třískou odváděno. Vnitřní tření materiálu a tření na čele (oblast 2). Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 24

25 Toto teplo proudí také hlavně do třísky ale částečně i do nástroje. Stykem hřbetu nástroje s řeznou plochou při obrábění vzniká teplo (oblast 3), které přechází hlavně do obrobku a menší část do nástroje. Musí však existovat tepelná rovnováha, jinak by došlo k přehřátí nástroje a jeho zničení. Tzn. Optimální řezné podmínky, vhodné chlazení, vhodný nástroj, jeho řezné úhly, Obr. Teplotní pole při obrábění Teplota v zóně řezání je závislá hlavně na kontaktu třísky a nástroje, velikosti řezných sil a třecích procesech mezi materiálem obrobku a břitem nástroje. Příklad teplotního pole obrobku, třísky a nástroje je uveden na obrázku, teploty na styku čela nástroje a třísky mohou dosahovat hodnot až 1200 ºC. Při obrábění nízkými řeznými rychlostmi je maximální teplota na špičce nástroje, při obrábění vyššími řeznými rychlostmi je maximální teplota v určité vzdálenosti od ostří nástroje. Tepelná rovnováha při řezání materiálu Vznik tepla A: 1- tření na čele nástroje 2- deformace materiálu 3- tření na hřbetě Odvod tepla B: 4- do nástroje 5- do třísky 6- do obrobku Obr. Odvádění tepla při obrábění Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 25

26 Tabulka Způsob Odvedené teplo (%) obrábění třískou nástrojem obrobkem do okolí soustružení vrtání Identifikace teplotního pole představuje složitý metrologický problém a vyžaduje složité měřicí systémy (např. termokamera propojená s počítačem). Při aplikaci standardních měřicích metod lze měřit střední teplotu všech stykových ploch mezi nástrojem a obrobkem (označuje se jako teplota řezání). Měření lze provádět různými typy termočlánků, poloumělý, umělý viz obr.), přičemž značným problémem je umístění měřicího spoje termočlánku co nejblíže ke stykové ploše nástroje a třísky. Přirozeným termočlánkem se měří střední teplota všech stykových míst mezi nástrojem a obrobkem. Protože tento termočlánek umožňuje registrovat okamžité změny teploty řezání, používá se tato metoda nejen při experimentální práci, ale slouží i jako jeden z možných snímačů obráběcího procesu u obráběcích strojů s adaptivním řízením. Měřicí spoj přirozeného termočlánku je na stykových plochách mezi nástrojem a obrobkem. Nástroj a obrobek jsou vzájemně elektricky izolovány. Nevýhodou tohoto termočlánku je, že pro každou kombinaci materiálu nástroje a materiálu obrobku musí být stanovena cejchovní křivka. Opakování a prohloubení znalostí: 1. Proč a kde vzniká teplo při obrábění_? 2. Co je to tepelná rovnováha při obrábění_? Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 26

27 1.12 VLIV ŘEZNÝCH PODMÍNEK NA TEPLOTU ŘEZÁNÍ Při určení a vyhodnocení hodnot teploty řezání přihlížíme zpravidla k průměrné teplotě stykových ploch nástroje s obrobkem. Na výši teploty stykových ploch mají vliv řezné podmínky a materiál obrobku. Se zvyšováním řezné rychlosti klesá měrný řezný odpor a tím deformační teplo a teplota materiálu v oblasti prvotních deformací. Zvětšuje se však práce tření na čele nástroje v důsledku větší rychlosti pohybu třísky po čele nástroje. Proto se zvyšováním řezné rychlosti teplota řezání stoupá nejdříve rychle a v oblasti vyšších řezných podmínek pomaleji. Při dosažení určité řezné rychlosti jak je zřejmé z grafu se již prakticky nemění. Teplota obrobku klesá se zvětšováním řezné rychlosti, protože styk nástroje s obrobkem se zkracuje. Naopak vzniklé teplo působí nepříznivě na břit nástroje a rovněž více tepla odchází do třísky. Se zvětšováním posuvu a hloubky řezu se také zvyšuje teplota řezání ale podstatně pomaleji, než při zvyšování řezné rychlosti. Je to proto, že rychlost odcházející třísky se vlivem zvyšování posuvu mění nepodstatně. Hloubka řezu má na teplotu řezání ještě menší vliv než posuv, protože se zvětšuje délka řezné hrany záběru a tím i odvod tepla. Platí, že při stejném průřezu třísky je vhodnější štíhlá tříska než úzká a tlustá tříska. 1 - manganové oceli 2 - uhlíkové oceli 3 - litiny 4 - hliník Obr.Vliv řezných podmínek na teplotu řezání Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 27

28 S vlivem šířky a tloušťky na teplotu řezání souvisí vliv nastavení κ. Jak je zřejmé z grafu stoupá teplota řezání při určitém průřezu třísky a při určité řezné rychlosti se zvětšujícím se úhlem κ. Při zvětšování úhlu nastavení se vzniklé teplo soustřeďuje na kratší úsek břitu a tím i teploty řezání rostou. Teplota řezání stoupá se zvyšujícím se úhlem κ (kapa). Obr. Vliv úhlu nastavení κ na teplotu řezání Při zvětšování úhlu řezu převládá zpočátku vliv zlepšených podmínek odvodu tepla, takže teplota řezání mírně klesá. Ale při dalším zvětšování úhlu řezu teplota řezání roste úměrně se zvětšováním úhlu řezu. Obr. Vliv úhlu řezu δ na teplotu řezání Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 28

29 Opakování a prohloubení znalostí: I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í 1. Jaký vliv mají řezné podmínky na teplotu při obrábění_? 2. Jak se projevuje úhel nastavení na teplotu řezání_? 1.13 OPOTŘEBENÍ BŘITU NÁSTROJE Opotřebení břitu nástroje je způsobeno hlavně tlakem a třením materiálu o nástroj a současném snížení pevnosti nástroje v důsledku vysoké teploty, oxidací a difuzí. Při nižších řezných rychlostech při a nižších teplotách přispívá k opotřebení nástroje vznik nárůstku a při vysokých řezných rychlostech a teplotách více oxidace a difuze. Nárůstek: tvoří se při obrábění při nízkých řezných rychlostech navařováním drobných částic obráběného materiálu na čelní ploše nástroje. Tvorbu nárůstků je možno potlačit: Zvýšením řezné rychlosti, Použitím povlakovaných nástrojů, Hladký, lapovaný povrch čela nástroje, Zvýšením přívodu řezné kapaliny. Otěr: Obr. Nárůstek Způsobuje pohybující se tříska po nástroji, tzv. abrazivní otěr. Projevuje se opotřebením na čele a hřbetu nástroje. Není příliš závislé na teplotě. Oxidace: Dochází k ní za vysokých teplot u nástroje, dochází k vylamování nástroje. Difuze: Dochází ke změně chemického složení povrchové vrstvy řezného nástroje v místě styku s třískou za vysokých teplot. Určité prvky z materiálu nástroje přecházejí do Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 29

30 obráběného materiálu a naopak. Projevuje se žlábkem na čele nástroje. Podobně se projevuje opotřebení na hřbetu nástroje. Poznámka: Povlakované nástroje jsou mnohem odolnější proti tvoření nárůstků, mechanickému otěru, oxidaci a difuzi. Povlak dává nástroji velkou povrchovou tvrdost a otěruvzdornost. Obr.Opotřebení břitu nástroje z SK DŮVODY NADMĚRNÉHO OPOTŘEBENÍ NÁSTROJE Velké opotřebení hřbetu. Velké vymílání čela. Opatření k nápravě, pravděpodobná příčina: vysoká řezná rychlost, nízký posuv, nevhodný materiál řezné destičky, je třeba použít povlakovaný nástroj, zvýšit přívod řezné kapaliny. Opatření k nápravě, pravděpodobná příčina: snížit řeznou rychlost, nevhodný materiál řezné destičky, je třeba použít povlakovaný nástroj, použít destičku s větším úhlem čela, zvýšit přívod řezné kapaliny. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 30

31 Vylamování břitu. I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Opatření k nápravě, pravděpodobná příčina: nízká řezná rychlost, zvýšit posuv, nevhodný materiál řezné destičky, použít destičku s větším úhlem čela. Ulomení břitu Opatření k nápravě, pravděpodobná příčina: snížit posuv, zmenšit hloubku řezu, nevhodný materiál řezné destičky, použít destičku s větším poloměrem špičky 1.14 TRVANLIVOST A ŽIVOTNOST NÁSTROJE Trvanlivost nástroje: Zásadně je ovlivňuje: Řezná rychlost Posuv Hloubka řezu Úhel řezu Ostatní vlivy jsou podstatně menší lze ji definovat jako součet všech čistých časů řezání, od začátku obrábění, až po opotřebení břitu nástroje na předem stanovenou hodnotu. Hodnota musí být stanovena tak, aby vyráběný obrobek měl požadovaný tvar, rozměry a kvalitu povrchu a to po celou dobu trvanlivosti nástroje. Trvanlivost nástroje, podobně jako opotřebení nástroje, závisí zejména na metodě obrábění (soustružení, frézování, vrtání, atd.), vlastnostech obráběného a nástrojového materiálu a řezných podmínkách (řezná a posuvová rychlost, šířka záběru ostří, řezné prostředí). Na trvanlivost nástroje má největší vliv právě řezná rychlost a základní vztah pro vzájemnou závislost těchto dvou veličin, na němž jsou založeny dnešní normy ČSN ISO 3685, i ČSN ISO a ČSN ISO a který je znám pod názvem "T-v závislost" ("Taylorův vztah") Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 31

32 Obr. svislost trvanlivosti nástroje na řezné rychlosti Životnost nástroje: Životnost nástroje je pak definována jako součet všech jeho trvanlivostí, nebo též jako celková doba funkce nástroje od prvního uvedení do činnosti až do jeho vyřazení (nástroje, které lze ostřit jsou vyřazeny v případě, že byla odbroušena celá jejich funkční část, vyměnitelné břitové destičky v případě, že byly použity všechny jejich břity). Z tohoto hlediska lze tedy životnost přebrušovaného nástroje vyjádřit vztahem: Ž = T(n+1) [min. nebo hod.] T trvanlivost břitu [min., hod.] n počet přeostření do úplného spotřebování činné části nástroje Opakování a prohloubení znalostí: 1. Co rozumíme pojmem opotřebení břitu nástroje_? 2. Co způsobuje opotřebení nástroje_? 3. Definuj trvanlivost nástroje. 4. Definuj životnost nástroje. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 32

33 PODMÍNKY OVLIVŇUJÍCÍ KVALITU OBRÁBĚNÍ Technologie Mechanik seřizovač Druhý Ing. Jaromír Třetina Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 33

34 2 PODMÍNKY OVLIVŇUJÍCÍ KVALITU OBRÁBĚNÍ 2.1 OBROBITELNOST MATERIÁLU A ŘEZIVOST NÁSTROJE Obrobitelnost materiálu: je jednou z nejdůležitějších vlastností materiálu a lze ji definovat jako míru schopnosti daného konkrétního materiálu být zpracován některou z metod obrábění. Je hlavním činitelem, který ovlivňuje volbu řezných podmínek pro funkci nástroje při všech metodách obrábění. Obrobitelnost závisí na mnoha faktorech, z nichž nejdůležitější jsou: způsob výroby a tepelného zpracování obráběného materiálu, mikrostruktura obráběného materiálu, chemické složení obráběného materiálu, fyzikální a mechanické vlastnosti obráběného materiálu, metoda obrábění, řezné podmínky, řezné prostředí, geometrie nástroje, druh a vlastnosti nástrojového materiálu. Vzhledem uvedeným skutečnostem je obrobitelnost vlastností relativní a pro daný sledovaný materiál se určuje porovnáním s jiným materiálem (etalonem), obráběným stejným nástrojem za stejných pracovních podmínek. Srovnávacím kritériem pak může být teplota řezání, utváření třísky, velikost řezných sil, struktura povrchu obrobené plochy nebo nejčastěji velikost řezné rychlosti při zvolené trvanlivosti (obvyklé hodnoty trvanlivosti: 45, 30 nebo 15 Strojnické tabulky). Jedná se o vyhodnocování úběru obráběného materiálu (velikost objemu materiálu odebraná za jednotku času) pomocí daného nástroje při smluveném konstantním průřezu třísky (např. pro podélné soustružení: šířka záběru ostří, posuv na otáčku v daném řezném prostředí. Pro potřeby vyhodnocování obrobitelnosti jsou technické konstrukční materiály rozděleny do devíti základních skupin, označovaných malými písmeny - Strojnické tabulky). a - litiny, b - oceli, c - těžké neželezné kovy (měď a slitiny mědi), d - lehké neželezné kovy (hliník a slitiny hliníku), e - plastické hmoty, f - přírodní nerostné hmoty, g - vrstvené hmoty, Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 34

35 h - pryže, v - tvrzené litiny pro výrobu válců. I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í V jednotlivých skupinách je vždy vybrán jeden konkrétní materiál, který slouží jako etalon obrobitelnosti a ve vztahu k tomuto materiálu je pak stanovována relativní obrobitelnost všech ostatních materiálů celé skupiny (např. pro skupinu ocelí je etalonovým materiálem ušlechtilá uhlíková ocel podle normy ČSN. Materiály každé skupiny jsou děleny do tříd a to na základě indexu obrobitelnosti. Materiály s nižším číslem, než má třída etalonového materiálu, mají horší obrobitelnost než etalonový materiál, materiály v třídách s vyšším číslem mají lepší obrobitelnost. Relativně nejhorší obrobitelnost v dané skupině má vždy materiál zařazený do třídy s nejnižším číslem a naopak. Obrobitelnost je relativní hodnota a lze ji proto vyjádřit pouze poměrným číslem, které udává, o kolik má daný materiál obrobitelnost horší nebo lepší než materiál jiný. Proto se zavádí etalonové materiály, jejichž stupeň obrobitelnosti je vyjádřen poměrným č. 1 Materiály jsou začleněny do 20 tříd obrobitelnosti 1-20 Materiál s nejlepší obrobitelností je ve třídě 20 Materiál s nejhorší obrobitelností je ve třídě 1 Obrobitelnost je vlastností obráběného materiálu, přesto musí být posuzována v úzké souvislosti s řezivostí nástroje (nástrojového materiálu), který je použit pro zkoušky obrobitelnosti. Definice řezivosti: Charakterizuje řeznou schopnost určitého nástroje a jeho použitelnost pro obrábění různých materiálů. Řezivost závisí na: Druhu nástroje Řezném materiálu Geometrii břitu Obrobitelnost i řezivost jsou relativní pojmy a zjišťujeme je z porovnávacích zkoušek. Jak obrobitelností, tak i řezivostí je možno charakterizovat trvanlivostí břitu. Opakování a prohloubení znalostí: 1. Co je to obrobitelnost kovů_? 2. Na čem závisí obrobitelnost kovů_? 3. Co jsou to normativy obrobitelnosti_? Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 35

36 2.2 VLIV PROSTŘEDÍ V MÍSTĚ ŘEZU I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Aby se dosáhlo co nejhospodárnější trvanlivosti břitu a aby teplota na břitu nezpůsobovala předčasné otupení, používáme chlazení přirozené nebo umělé. Při stejné teplotě břitu dovolí chlazení vyšší řeznou rychlost. Chlazením dosáhneme snížení teploty a tím prodloužení trvanlivosti břitu. Řezný odpor lze snížit chlazením o 20 až 30%. Trvanlivost ostří je možno zvýšit až o 200%. Tzn., že při zachování původní trvanlivosti je možno zvýšit řeznou rychlost až o 40%. 1 obrábění za sucha 2 chlazení olejem 3 chlazení emulzí Obr.Závislost teploty na řezné rychlosti při chlazení Chladicí účinek kapalin: Chladicím účinkem se rozumí schopnost řezného kapaliny odvádět teplo z místa řezu. Tuto schopnost má každá kapalina, která smáčí povrch kovů, za předpokladu, že mezi povrchem obrobku a médiem existuje tepelný spád. Odvod tepla vzniklého při řezání se uskutečňuje tím, že řezné médium obklopuje nástroj, třísky i obrobek a přejímá část vzniklého tepla. Důsledkem chladicího účinku je snížení teploty řezání, což má příznivý vliv na opotřebení a trvanlivost nástroje, i na jakost povrchové vrstvy obrobené plochy (nižší hodnoty zbytkových napětí). Chladicí účinek řezného média závisí na jeho smáčecí schopnosti, na výparném teple, rychlosti vypařování za určitých teplot, tepelné vodivosti, měrném teple a Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 36

37 průtokovém množství. Čím budou tyto veličiny větší, tím bude chladicí účinek řezného média vyšší. Výparné teplo zvětšuje chladicí účinek. Mazací účinek kapalin: Mazací účinek je umožněn tím, že médium vytváří na povrchu obrobku a nástroje vrstvu, která brání přímému styku kovových povrchů a snižuje tření, ke kterému dochází mezi nástrojem a obrobkem. Vzhledem k vysokým tlakům, které vznikají při řezání, nemůže zde dojít ke kapalnému tření. Může ale vzniknout mezní tření, má-li řezné médium velkou afinitu ke kovu, nebo váže-li se s materiálem obrobku chemicky, v mikroskopické povrchové mezní vrstvě. Mazací účinek znamená zmenšení řezných sil, zmenšení spotřeby energie a také zlepšení jakosti obrobeného povrchu. Mazací účinek řezného média se uplatní zejména u dokončovacích obráběcích operací, ale také při protahování, výrobě závitů nebo výrobě ozubení. Mazací schopnost řezného média je závislá na viskozitě a na pevnosti vytvořené mezní vrstvy. Negativní důsledkem vyšší viskozity je omezení průniku média mezi třecí plochy, zhoršení jeho proudění a snížení odvodu tepla. Viskóznější médium ve větším množství ulpívá na třískách, čímž dochází k jeho značným ztrátám. Pevnost mazací vrstvy se zvyšuje přísadami povrchově aktivních látek, které napomáhají pronikání do trhlin deformovaného kovu a usnadňují tak vlastní proces řezání. Čisticí účinek: Čisticí účinek řezného média spočívá zejména v odstraňování třísek z místa řezu. Čisticí účinek je významný zejména při broušení (zlepšení řezivosti brousicího kotouče v důsledku vyplavování zanesených pórů, zabránění slepování částic třísky a usnadnění jejich usazování), řezání závitů nebo vrtání hlubokých děr. Provozní stálost: Měřítkem provozní stálosti řezného média je doba jeho výměny. Dlouhá doba mezi jednotlivými výměnami média je podmíněna tím, aby se jeho vlastnosti po celou tuto dobu neměnily. Stárnutí řezného média olejového typu se projevuje tvořením pryskyřičnatých usazenin, které mohou způsobit i poruchu stroje. Produkty stárnutí mají vliv i na zhoršování funkčních vlastností média, jeho rozklad, zmenšení mazacího účinku, ztrátu ochranných schopností, korozi a hnilobný rozklad. Provozní stálost řezného média závisí na jeho fyzikálních a chemických vlastnostech a na pracovní teplotě. Ochranný účinek: Ochranný účinek řezného média se projevuje tím, že nenapadá kovy a nezpůsobuje korozi. Tento požadavek je důležitý proto, aby nebylo nutné výrobky mezi jednotlivými operacemi konzervovat a aby byl obráběcí stroje chráněny před korozí. Pro zvýšení antikorozního účinku jsou do řezného média přidávávány 37 Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín

38 pasivační přísady. Dalším důležitým požadavkem je, aby řezné médium nerozpouštělo nátěry obráběcích strojů a nebylo agresivní vůči gumovým těsněním. Zdravotní nezávadnost : Požadavek na zdravotní nezávadnost řezného média vychází z toho, že při práci na obráběcích strojích s ním obsluhující pracovník přichází do přímého styku. Proto médium nesmí být zdraví škodlivé, nesmí obsahovat látky dráždící sliznici a pokožku, nesmí být jedovaté a nesmí zamořovat ovzduší nepříjemným zápachem. Jeho zdravotní nezávadnost závisí také na jeho provozní stálosti a čistotě. Přitom je nutné v provozu dbát na to, aby byla zajištěna základní hygienická opatření, jako je větrání (někdy je nutné, aby vznikající páry byly odsávány), umývání, preventivní ochrana pokožky a pod. 2.3 DRUHY ŘEZNÝCH KAPALIN Vodní roztoky: Vodní roztoky jsou nejjednodušší a tím i nejlevnější řezné kapaliny, neposkytují ale žádné další výhody. Voda, která je jejich základem, vyžaduje řadu úprav - změkčování a přidávání přísad proti korozi (kalcinová soda trinatriumfosfát, triethanolamin), pro zlepšení smáčivosti a proti pěnivosti. U těchto kapalin vzniká nebezpečí rozmnožování bakterií, které způsobují tvorbu kalů a nepříjemný zápach. Vodní roztoky mají velmi dobrý chladicí a čisticí účinek, ale téměř žádný mazací účinek. Emulzní kapaliny: Emulzní kapaliny tvoří disperzní soustavu dvou vzájemně nerozpustných kapalin, z nichž jedna tvoří mikroskopické kapky, rozptýlené v kapalině druhé (olej ve vodě). Aby to bylo umožněno, je třeba do této soustavy přidat ještě třetí složku, tzv. emulgátor, který zmenšuje mezipovrchové napětí emulgovaných kapalin, stabilizuje emulzi a zabraňuje koagulaci jemně rozptýlených částic oleje ve vodě. Emulzní kapaliny spojují do určité míry přednosti vody a mazacích olejů. Chladicí účinek emulzní kapaliny závisí na koncentraci emulze, s jejím nárůstem klesá. Emulzní kapaliny jsou nejčastěji používanými řeznými kapalinami, tvoř asi 80 % jejich celkového objemu. Zušlechtěné řezné oleje: Jsou to kapaliny na bázi minerálních olejů. Přísady, které se používají (mastné látky, organické sloučeniny a pevná maziva), zvyšují jejich tlakovou únosnost a mazací vlastnosti. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 38

39 Organické sloučeniny jsou vytvořeny na bázi síry, chloru, nebo fosforu. Všechny tyto látky se osvědčily jako vysokotlaké přísady. Na povrchu předmětů vytvářejí vrstvičku kovových mýdel, která zabraňují svařování a usnadňují kluzný pohyb troucích se ploch. Pevná maziva, která se používají jako přísady do řezných olejů, působí při řezání navíc mechanickým účinkem. Mezi pevná maziva patří grafit a sirník molybdenu. Syntetické a polosyntetické kapaliny: Tento druh řezných kapalin se vyznačuje velkou provozní stálostí. Většinou jsou rozpustné ve vodě a mají dobré chladicí, mazací a ochranné účinky. Syntetické řezné kapaliny neobsahují minerální oleje, ale jsou složeny z rozpouštědel. Aplikace syntetických řezných kapalin má proti kapalinám na bázi oleje ekonomické výhody a navíc zajišťuje rychlé odvádění tepla, dobrý čisticí účinek a jednoduchou přípravu. V syntetických řezných kapalinách je možné rovněž rozptýlit oleje, čímž vznikají polosyntetické řezné kapaliny, které mají příznivější mazací schopnosti. Opakování a prohloubení znalostí: 1. Vyjmenuj složky tepla vznikající při obrábění. 2. Vyjmenuj způsoby chlazení při obrábění. 3. Vyjmenuj vlastnosti chladících a mazacích kapalin. 2.4 PŘÍVOD ŘEZNÉ KAPALINY DO MÍSTA ŘEZU Způsob přívodu řezné kapaliny do zóny řezání významně ovlivňuje parametry řezného procesu, zejména trvanlivost břitu nástroje a jakost obrobené plochy. Standardní chlazení: Tento způsob přívodu řezné kapaliny nevyžaduje žádnou úpravu přívodního potrubí a vystačí se standardním zařízením, dodávaným výrobcem obráběcího stroje. Toto zařízení je tvořeno nádrží na řeznou kapalinu, čerpadlem a rozvodovým potrubím. Množství dodávané řezné kapaliny je dáno typem čerpadla a škrcením průtoku výstupním kohoutem. Tlakové chlazení: Při tlakovém chlazení je řezná kapalina přiváděna do místa řezu pod vysokým tlakem. Průměr výstupní trysky bývá 0,3 1,0 mm, tlak 0,3 3,0 MPa. Řezná kapalina je přiváděna na břit nástroje zespodu, přímo do místa řezu. Tento způsob chlazení je vhodný tam, kde vzniklé teplo má prokazatelný nepříznivý vliv na trvanlivost 39 Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín

40 nástroje. Množství přiváděné kapaliny se pohybuje v rozmezí 0,5 2,0 litrů za minutu. Jedním z nedostatků tohoto způsobu je, že se řezná kapalina rozstřikuje a tvoří mlhu a proto je třeba pracovní prostor stroje uzavřít, aby se zabránilo znečišťování pracovního prostředí. Podchlazování řezné kapalin : Podchlazování řezné kapaliny na teplotu nižší než je teplota okolí přispívá ke zvýšení trvanlivosti nástrojů. Běžné druhy řezných kapalin mohou být při zachování mazacích vlastností podchlazeny na 5 7 ºC, oleje potom na ºC. Podchlazení na nižší teploty je omezeno stálostí řezné kapaliny u emulzí a houstnutím u řezných olejů. Snížení teploty řezné kapaliny pod bod mrazu může přinést další zvýšení výkonu obrábění, je však nutné použít řeznou kapaliny speciálního složení. Chlazení řeznou mlhou : Řezná kapalina je v tomto případě rozptýlena tlakem vzduchu vytékajícího z trysky rychlostí až 300 m s -1 a nasměrována přímo na řeznou část nástroje, před jeho najetím do řezu. Velmi dobrého odvodu tepla z místa řezu se dosáhne tím, že rozpínající se vzduch obsahuje částečky řezné kapaliny a má tak větší schopnost přejímat vzniklé teplo. Vnitřní chlazení : Obr.Chlazení mlhou Vnitřní chlazení přináší výrazné zvýšení výkonu obrábění, umožňuje zvýšení řezné rychlosti o 5 až 15 %. Při soustružení je tato metoda vhodná pro nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami ze slinutých karbidů. U vrtáků je vnitřní chlazení upraveno tak, že řezná kapalina je přiváděna centrálními otvory v tělese nástroje až do místa řezu. Mimo vrtáků s vyměnitelnými břitovými destičkami je vnitřní chlazení používáno i u klasických šroubovitých vrtáků vyrobených z Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 40

41 monolitních SK i rychlořezné oceli. Tohoto způsobu chlazení se též využívá při vrtání hlubokých děr a vrtání těžkoobrobitelných materiálů. Zvýšení tlaku řezné kapaliny, přiváděné do místa řezu, vede ke zvýšení výkonu obrábění a případně k lepšímu odvodu třísek. fa. Iscar fa. Sandvik Obr. Zapichovací nůž firmy Iscar s vnitřním chlazením Obr. Vrták firmy Sandvik - Coromant s vnitřním chlazením s vnitřním chlazením Plynné řezné prostředí: Plynné látky se jako řezná média běžně nepoužívají, protože mají relativně nízký chladicí účinek, problematický čisticí účinek a žádný mazací účinek. Některé obrábění materiálů, případně nástrojové materiály se však chladí vzduchem, přiváděným pod tlakem do místa řezu. U prvních slinutých karbidů a řezných keramik bylo povoleno výhradně chlazení vzduchem, až na základě pozdějšího rozvoje technologie výroby umožnil výrobcům nástrojů doporučovat pro tyto materiály i použití řezných kapalin. Jedním z účinných způsobů chlazení plynem je chlazení stlačeným CO2 (tenký paprsek plynu se do místa řezu přivádí pod tlakem 0,5 7,0 MPa), doporučováno např. pro obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Tato metoda má řadu nevýhod, k nimž patří především vysoké náklady na CO2, jisté nebezpečí při jeho používání a nutnost dokonalého odsávání a větrání pracoviště. Suché obrábění: Zvláštním případem aplikace plynného řezného prostředí je tzv. suché obrábění, kdy řezným prostředím je atmosférický vzduch. Rozšiřování tohoto způsobu obrábění souvisí s vývojem nových řezných materiálů, které nevyžadují chlazení a přesto jsou schopny výkonně a efektivně obrábět. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 41

42 2.5 NÁSTROJOVÉ MATERIÁLY I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í V současnosti je poměrně široký sortiment materiálů pro řezné nástroje, od nástrojových ocelí až po syntetický diamant. Je to důsledkem celosvětového dlouholetého a intenzivního výzkumu a vývoje v dané oblasti a má úzkou souvislost s rozvojem konstrukčních materiálů určených pro obrábění i s vývojem nových obráběcích strojů, zejména s CNC řízením. Na obrázku jsou schematicky uvedeny hlavní oblasti aplikace všech současných materiálů pro řezné nástroje, vyjádřené vztahem mezi základními řeznými podmínkami (řezná rychlost - posuvová rychlost), který odpovídá vztahu mezi jejich základními vlastnostmi (tvrdost - houževnatost). Nástrojové oceli (NO): Obr. Oblasti použití řezných materiálů Na nástrojové oceli, podobně jako na ostatní řezné materiály jsou kladeny často protichůdné požadavky. Některé nástroje musí mít vysokou tvrdost a pevnost, u jiných se naopak tyto vlastnosti snižují, aby se získala dostatečně vysoká houževnatost. U nástrojů pracujících za tepla musí zůstat mechanické vlastnosti zachovány i za zvýšených teplot. U všech nástrojů je požadována vysoká odolnost proti abrazivnímu a adheznímu opotřebení i za zvýšených teplot. Nástrojové oceli musí mít také vysokou čistotu, tj. nižší obsah vměstků, a rovnoměrně rozložené karbidy v matrici, aby se snížilo nebezpečí praskání nástrojů při kalení a vyštipování břitu za provozu. Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín 42