Obrábění dřevovláknitých a designových materiálů

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ- TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Katedra materiálů a technologií pro automobily Obrábění dřevovláknitých a designových materiálů Machining of wood fibers and design materials Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Radim Trojan Ph.D. Autor: Jakub Heretik Ostrava 2017

2

3

4

5

6

7 ÚVOD Účelem této bakalářské práce je seznámení s výrobou modelu karoserie v měřítku 1:1. Jaký typ materiálu se použil pro podklad modelu, po výplň či pro samostatnou finální hladkou vrstvu. V první části (teoretické) této práce jsou popsány materiály, stroje a nástroje pro výrobu modelu. Dále pak jejich výroba a použití konkrétně na modelu. V praktické části jsem se věnoval přímo vybraným typům materiálu, které se použili. V závěru je popsán proces výroby a zhodnocení výsledků celé práce. ABSTRACT The aim of this work is to acquaint with the production of the body model in the scale of 1: 1. What type of material is used for the underlying model, after filling or for the separate final smooth layer. The first part (theoretical) of this thesis describes materials, machines and tools for model production. Their production and use specifically on the model. In the practical part I devoted myself directly to selected types of materials that were used. In conclusion, the process of production and evaluation of the results of the whole work is described.

8 Prohlášení studenta Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně. Uvedl jsem všechny literární prameny a publikace, ze kterých jsem čerpal. Dne: Podpis

9 PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Radimu Trojanovi Ph.D, za cenné připomínky, rady a především za jeho dovednosti a znalosti při frézování na obráběcím centru. Rovněž i za jeho ochotu a poskytnutí potřebných informací k praktické části bakalářské práce. Také chci poděkovat své rodině za podporu při mém studiu.

10 Obsah 1. MATERIÁLY PRO OBRÁBĚNÉ FORMY A MODELY MDF (Medium Density Fibreboard)- Polotvrdá dřevovláknitá deska Typy MDF desek Polystyren EPS Zpěňovatelný XPS Extrudovaný Pryskyřice Přírodní pryskyřice Syntetická pryskyřice Clay NÁSTROJE POUŽÍVANÉ PRO FORMY A DESIGNOVÉ MODELY Frézka Rozdělení druhu frézování VOLBA VHODNÝCH NÁSTROJŮ PRO OBRÁBĚNÍ VYBRANÉHO DÍLU Obráběcí centrum SAHOS 3000 CNC Fréza Rozdělení fréz dle způsobu upnutí Rozdělení dle konstrukce nástroje Geometrie břitů Materiály fréz Druhy materiálů pro výrobu fréz Návrh a optimalizace řezných podmínek Frézovací nástroje + parametry pro obrábění claye POPIS ZHOTOVENÍ VYBRANÉHO DÍLU Příprava polystyrenu Řezání polystyrenu... 50

11 NC Programování Frézování polystyrenu Nanášení finální vrstvy Frézování claye ZÁVĚR... 58

12 1. MATERIÁLY PRO OBRÁBĚNÉ FORMY A MODELY Pří návrhu designových forem a modelů se používají nejrůznější materiály, např. MDF, polystyren, clay, pryskyřice a mnohé další. V následujících kapitolách budou popsány materiály, které se nejčastěji na pracovišti katedry 632 použily MDF (Medium Density Fibreboard)- Polotvrdá dřevovláknitá deska Jedná se o tzv. dřevo-kompozit, Obr. 1 ( vyrobené dřevo ), který může být spojen, buďto prameny, částicemi, vlákny nebo dýhy získané nejčastěji z jehličnatých dřevin. Následně, se tyto prameny, částice, vlákna či dýhy lepí za vysoké teploty a tlaku. Tyto výrobky jsou navrhovány dle předem zvolených technicky přesných specifikací, aby splňovaly vnitrostátní či mezinárodní normy, které mohou být např. tvrdost, velikost třísky, zdravotní nezávadnost, aj.!! Tyto materiály mohou být považovány za plnohodnotnou alternativou masivního dřeva. Vyrábějí se jako surové, dýhované, lakované a laminované. Všechny povrchy materiálu (vyjma surového) bývají broušeny po obou stranách pro možnost vytvoření imitace dekoru, ten dále lze bez problémů frézovat, vrtat apod. MDF desky jsou vhodné např. pro výrobu: Nábytku Dveří Výplně nábytku Modely a formy Formáty MDF desek (mm): 2800 x 2070; 2750 x 1840; 2520 x 1810; 2440 x 1220 Tloušťky MDF desek (mm): 2,5; 3; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 18; 19; 22; 25; 28; 30; 32; 36; 38; Typy MDF desek. Dýhovaná na nosný materiál (vyrobený kompozit) je nanesena dekorační dýha v dřevěných dekorech (dub, buk, jasan, javor, ořech, třešeň, borovice, mahagon...). 12

13 Laminovaná na nosný materiál (vyrobený kompozit) materiál je nanesena melaminová folie. Folie jsou dostupné v široké škále dekorů dřevin, či jiných univerzálních barvách. [1] Obr. 1 MDF desky Lakovaná - nosný materiál je nalakován do různých odstínů. Odstíny jsou k dostání v různých provedeních od matů a polomatů až po pololesky a lesky v několika stupních glossu (lesku) Polystyren Polystyren v modelech slouží jako výplň, kvůli zmenšení spotřeby množství claye finální vrstva jílovité hmoty umístěná na modelu. Polystyren je aromatický polymer vznikající polymerací monomeru styrenu a petrochemickou kapalinou. Výchozí látka je ve formě pěny nebo v pevném skupenství. Jedná se o jeden z nejrozšířenějších termoplastů (tepelně zpracovatelných plastů), avšak jeho zrna degradují již při C. V objemu zpracování ho předstihují jen polyethylen, polypropylen a polyvinylchlorid (PVC). Na výrobu modelů se používají dva druhy polystyrenu: [2] EPS zpěňovatelný XPS extrudovaný 13

14 EPS Zpěňovatelný Pro výrobu pěnového polystyrenu je základní surovina zpěňovatelný polystyren ve formě perlí, které obsahují cca 6-7% pentanu, jako nadouvadla. Obě tyto látky se pro průmyslové využití vyrábějí z ropy, avšak zpěňovatelné perly se vyrábějí suspenzní polymerací monomeru styrenu a jsou dodávány v několika velikostních skupinách od 0,3 do 2,8 mm, dle přání odběratele. Dále se výroba skládá ze tří stupňů a sice: předpěnění, meziuskladnění a výroba bloků, desek, tvarovek, popřípadě pásů. Předpěnění Je proces, ve kterém perle zpěnovatelného polystyrenu zvětší svůj objem o 20 až 50ti násobek oproti původnímu nezpěňovanému stavu pomocí působení syté vodní páry v předpěňovacím zařízení. Meziuskladnění Probíhá v provzdušňovacích silech, protože při chlazení v perlích vzniká podtlak a jsou náchylná na jakékoliv mechanické poškození, které by znemožnilo další zpracování. Pro získávání větší mechanické pružnosti se do buněk perlí difunduje vzduch, čímž se podtlak vyrovnává a zároveň se i suší. 14

15 Řezání a zpracování na konečené výrobky: Výroba bloků, viz Obr. 2 které se dále řežou na desky (tepelně izolační, drenážní, elastifikované vůči kročejovému hluku). Výroba tvarovek pomocí automatů na výrobu tvarovaných dílců (desky perimetr, obaly, tvarovky pro ztracené bednění a podobně). [3] Obr. 2 EPS zpěňovatelný polystyren 1) Bílý EPS: je vyráběn a dodáván ve formě malých, mléčně zakalených perel nasycených pod tlakem lehkým uhlovodíkem (nadouvadlem), viz Obr. 3 2) Černý EPS: do počáteční směsi se přidává grafit, díky čemuž se poté získává výrobek lepší tepelně izolační vlastnosti a černý odstín, který je znázorněn na Obr. 3 15

16 Obr. 3 Bílý a černý polystyren XPS Extrudovaný Vyrábí se extruzí (vytlačováním) taveniny krystalového polystyrenu za současného sycení zpěňovadlem, které po uvolnění tlaku umožní na konci vytlačovací hubice napěnění materiálu. Kvůli vysoké hořlavosti plastické hmoty se do ní přidávají bromované zpomalovače hoření, zejména hexabromcyklododekan (HBCD). Značný problém představuje polystyrenový odpad, právě kvůli HBCD, jelikož se jedná o toxickou rakovinotvornou látku. Oproti EPS polystyrenu má tento typ 3x vyšší pevnost v tlaku cca 300kPa viz. Tabulka 1 a neobsahuje zpěněné perle viz. Obr. 4, tudíž se pro obrábění formy hodí více. [4] 16

17 Obr. 4 Extrudovaný polystyren Porovnání významných vlastností polystyrenu EPS a XPS Objemová Pevnost v tlaku Přípustné max. Trvalé tepelné Druh hmostnost při 10% zatížení v tlaku namáhání kg/m 3 stlačení kpa C EPS kPa 20kPa 80 C XPS kPa 130kPa 75 C Tabulka 1 Porovnání vlastností polystyrenů 17

18 1.3. Pryskyřice Pryskyřice slouží ke slepení jednotlivých dílů polystyrenu, které poté vytváří tvar pro formu. Polystyrenový materiál lepíme z bloků, jelikož se nevyrábí polystyrenové formy odpovídající velikosti a tvaru karoserie automobilu. Pryskyřice je polymerní materiál přírodního nebo syntetického původu. Vyznačuje se vysokými viskózními vlastnostmi (jedná se o vnitřní tření a závisí především na přitažlivých silách mezi částicemi). Kapaliny s větší přitažlivou silou mají větší viskozitu, větší viskozita znamená větší brzdění pohybu kapaliny nebo těles v kapalině) a právě díky přitažlivým silám a schopnosti vytvrzení je pryskyřice vhodná k lepení materiálů vhodných k obrábění na formy. U těchto pryskyřic vhodných pro přípravu modelu jsou důležité tyto vlastnosti: pevnost v tahu, doba tvrzení a cena Přírodní pryskyřice Jedná se o zlatohnědý výměšek viz. Obr. 5 níže, který obsahuje uhlovodíky produkované rostlinami, zejména pak jehličnatými stromy. Používá se např. pro výrobu laků, lepidel nebo kadidla a parfémů. Pryskyřice teče ve dřevní hmotě pryskyřičnými kanálky a přirozeně chrání stromy při poranění kůry či dřeva a také proti hmyzu. Pryskyřice vylučovaná stromy je kapalina s velkou viskozitou tvořená těkavými látkami, převážně terpeny, v nichž jsou rozpuštěny netěkavé složky, díky kterým je pryskyřice lepivá. Tuhne při reakci s UV světlem, kdy v pryskyřici začíná zesíťování a tvrzení. [5] Obr. 5 Přírodní pryskyřice 18

19 Syntetická pryskyřice Má obdobné vlastnosti, jako pryskyřice přírodní, avšak z velké míry tyto vlastnosti můžeme ovlivnit pomocí katalyzátorů, tvrdidel a aditiv či jiných látek ovlivňující specifické mechanické vlastnosti dané pryskyřice. Mohou být jednosložkové, či vícesložkové. Pro naše použití na katedře byly důležité tyto parametry: reagování s polystyrenem, doba tvrzení, pevnost a cena pryskyřice. Velmi často se používají pryskyřice uvedené pod kapitolou. Všechny níže jmenované pryskyřice jsou reaktoplasty, což znamená, že vytvrzování nastává pomocí nevratné chemické reakce přecházející z lineárního stavu do síťovaného. [6] Polyesterové pryskyřice Jsou oblíbené hlavně pro svou širokou možnost nastavení zpracovatelských vlastností, ceny a krátkou dobou želatinace a vytvrzení, taktéž se mohou použít takřka pro jakýkoliv druh technologie výroby. Je buď bezbarvá absolutně čirá, bílá či bledě zabarvená (nebeská modř, nažloutlá apod.) s nízkou viskozitou. Často se přidává styrén, který rovněž podporuje zesíťování a zlepšuje zpracovatelské vlastnosti (snižuje viskozitu). Vytvrzují se pomocí tvrdidel (např. kobalt) anebo katalyzátorů (např. peroxid). Nemá tendenci se příliš smršťovat. Tato pryskyřice má výbornou hydrolytickou stabilitu (resistence k vodě), pevnost v tahu cca MPa a použít ji lze je do teplot nepřevyšující 95 C. (Některé druhy např. jen 32 C.)[7] Polyuretanové pryskyřice Mohou být buď jednosložkové, nebo dvousložkové, které jsou vyráběny chemickou reakcí vícesytných alkoholů- polyolů a vícefunkčními isokyanáty. Toto lepidlo si umí poradit s jakýmkoliv druhem plniva např. minerální, hliníkové apod. Relativně rychlou reakcí se všechno navzájem spojí do vzniku husté polymerní sítě, vytvrzení nastává cca od 40 minut po 24h (záleží na druhu a typu). Přitom doba zpracovatelnosti této pryskyřice je velice nízká, 19

20 zpravidla od pár sekund po 12 minut [9]. Tato pryskyřice nemá sklony ke smršťování. Výroba se skládá z reakce polyolu s nadbytkem isokyanátu, proto ve směsi zůstaly nezreagované isokyanátové skupiny. Ty jsou velice citlivé na vodu, alkoholy, aminy, kyseliny apod., takže celkově na aktivní vodík. Ve směsi při působení vzdušné vlhkosti dojde k rozkladu isokyanátové skupiny a zahájí se síťující reakce, při které se vše rychle pospojuje a ztuhne, avšak tato reakce není tak rychlá jako u kyanoakrylátů. Jednosložkové polyuretany se musí uchovávat v suchu. Polyuretanové pryskyřice jsou také náchylné na teploty, zpravidla nevydrží více než 120 C a mez pevnosti v tahu přesahující 27,6MPa, avšak jsou vhodné, pro použití při tlakovém namáhání, které může být skoro až 3x vyšší [10,11] Epoxidové pryskyřice Nejčastěji se jedná o alkalické polykondenzace epichlorhydrinu a bisfenolu A. Je vhodná pro lepení tkanin, vláken, kovu, skla, keramiky, porcelánu, eternitu, polystyrenu, výrobku ze syntetických pryskyřic a jiných materiálů. Bývá nažloutlá (může se lišit) a vytvrzovat začíná zhruba po 15ti minutách. Vytvrzuje 48 hodin, avšak vytvrzení se dá urychlit pomocí zvýšení teploty. V porovnání s ostatními reaktoplasty mají výbornou houževnatost, dobrou odolnost vůči únavě a creepu. Díky těmto vlastnostem je epoxidová pryskyřice drahá (3-4x dražší než nenasycená polyesterová pryskyřice). Je taktéž nutné dodržet přesný stechiometrický poměr mezi pryskyřicí a tvrdidlem. Pro modelování či lepení polystyrenu není vhodná (pokud se nanese hrubá vrstva), jelikož při tvrzení se zahřívá a tím vypaluje díry, které nejsou žádoucí. (Avšak my tuto pryskyřici na model použili kvůli své vysoké pevnosti). Maximální teplota pro použití je 200 C. [12] 20

21 Obr. 6 Epoxidová pryskyřice použita na uhlíkové vlákna 1.4. Clay Je nejčastěji hnědá jílovitá hmota viz. Obr. 7 níže, která je tvořena směsí vosku, olejů a plniv-jíly. Plniva jsou dále rozdělena do skupin, kterými jsou například podskupina kaolinitu, skupina smektitu, skupina vermikulitu a další jílové minerály. Vyjma jílových minerálů obsahuje jíl častokrát i další složky jako jsou slídy, křemenný prach, další skupiny minerálů a organickou hmotu a fluidy. Pokud převažuje v jílovité hornině uhličitan vápenatý, hovoříme o vápnitém jílu, který byl dříve označován jako slín. Podle původu a složení se dělí na kaolinitické jíly, montmorillonitické jíly a illitové jíly. [13] Díky své jednoduchosti se clayová modelovací hmota stala velice oblíbená. Před použitím se nechá vyhřát v peci na cca C, kdy hmota změkne, protože teplem změknou vosky a oleje. a je připravená k použití. Po zchladnutí na pokojovou teplotu či nižší, je clay připraven k procesu obrábění. 21

22 Obr. 7 Jílovitá modelovací hmota 22

23 Plastelina Marsclay medium Tato plastelína značky Marsclay medium Obr. 8- modelovací hlína - dobře splňuje specifické potřeby návrhářů pro použití jako finální vrstva na polystyrenový základ. Na začátku vývoje nového modelu je nový 2D-návrh transformován do 3D modelu právě pomocí modelovací hmoty. Praktická realizace se provádí buď pouze ručním modelováním a nebo se poté dokončuje pomocí strojního obrábění této modelíny nejdříve na modelu v menším měřítku a ve finále výrobou modelu v měřítku 1: 1. Vlastnosti modelovací hmoty Marsclay Medium ideální pracovní teplota je C modelovací hmota udržuje i jemné okraje a umožňuje proto modelování velmi přesných detailů modelovací hmota má velmi dobrou adhesi k základním materiálům jako je dřevo, polystyren či kov modelovací hmota nepraská a nestárne a je prakticky bez zápachu modelovací hmota nevysychá a nesmršťuje se a je ji možné na model přidávat dokonce i po letech Obr. 8 Marsclay medium 23

24 2. NÁSTROJE POUŽÍVANÉ PRO FORMY A DESIGNOVÉ MODELY Nástroje pro výrobu forem a modelů jsou různé Obr. 9. Vše se odvíjí od velikosti, tvaru, materiálu a dalších nutných parametrů pro obrábění modelu. Pro výrobu modelů menších rozměrů pouze z modelovací hmoty stačí ruce, popřípadě špachtle. Tento nástroj může být vyroben takřka z čehokoliv např. po domácku vyrobené z dřívek od nanuku až po profesionální nástroje z chirurgické oceli, které se taktéž používají ve stomatologii. [14] Pro výrobu velkých modelů (karosérie automobilů, kabiny nákladních automobilů aj.) se v současnosti nejčastěji používá obrábění víceosých frézek. Obr. 9 Přehled nástrojů pro modelování 24

25 2.1. Frézka Tento typ stroje je pro obrábění modelů naprosto zásadní, modely se obrábí pomocí víceosých obráběcích center, viz. str. 30. Frézka jako taková je stroj schopný obrábět rovinné, tvarové a při použití zvláštního příslušenství i rotační plochy a závity. Obrobek (obráběný polotovar, popř. součást) obvykle nevykonává žádný rotační pohyb. Jeho pohyb bývá nerotační a bývá prováděn prostřednictvím mechanického posuvu, který může být prováděn i ručně nebo strojně dle typu frézky. Posuv obrobku pak může probíhat hned v několika rovinách současně. Strojní posuv může být předem programován a může být řízen počítačem. [15] 2.2. Rozdělení druhu frézování Při obrábění může mít fréza rotační směr vůči obrobku buď sousledný a nebo nesousledný. Směr rotace volíme podle požadavků na obráběný povrch materiálu, řezných podmínkách a materiálu obrobku a frézy, popřípadě břitových destiček, avšak nejčastěji se doporučuje sousledné frézování, pro své vynikající vlastnosti obrobeného povrchu. Sousledné frézování Je způsob odběru třísek, kdy fréza vykonává pohyb ve stejném směru posuvu, jako obráběný materiál viz. Obr. 10. Řezná síla působí směrem dolů a zároveň přitlačuje obrobek do čelistí. Břity frézy se zařezávají do obráběného materiálu v maximální tloušťce průřezu třísky a končí s nulovou hodnotou tloušťky průřezu. Tento způsob frézování má ve výsledku kvalitněji obrobený povrch materiálu, než frézování nesousledné, proto se doporučuje obrábět právě tímto typem. Nesousledné frézování Při tomto způsobu frézování je pohyb frézy vůči pohybu obrobku proti směru smyslu viz. Obr. 10. Při tom se postupně zvětšuje průřez třísky od nuly do maximální tloušťky. Břity frézy zpočátku kvůli pružným deformacím obráběného materiálu kloužou po obrobené ploše, tím vzniká oděr spolu s vysokou teplotou materiálu, díky které mají negativní vliv na trvanlivost a ostří nástroje. Tento způsob frézování se hodí například, když má fréza sklon nechat se vtahovat do obrobku. [16] 25

26 Obr. 10 Sousledné a nesousledné frézování 26

27 Frézky dle konstrukce Konzolové Jsou frézky se svislým vřetenem Obr. 11. Vřeteno je uloženo v naklápěcí vřetenové hlavě s výsuvnou pinolou. Stroj je určen pro široký rozsah frézovacích a vrtacích operací. [17] Obr. 11 Konzolová frézka FGV 32 spol. TOS Olomouc Stolové Stolové frézky jsou využívány pro frézování hmotnějších obrobků. Obrobek se pohybuje v podélném a příčném směru, svislý pohyb vykonává nástroj spolu s vřeteníkem. Dodávají se ve vertikálním nebo horizontálním provedení viz. Obr. 12. Velmi tuhá konstrukce frézek umožňuje výkonné obrábění s vysokou jakostí obrobeného povrchu a geometrickou přesností obrobku. Dokonalou přesnost zajišťuje uložení podélného stolu a příčných saní na tuhém loži. Nejčastější využití této frézky je u tabulových plechů různých materiálů a dřevěných desek. [18] 27

28 Obr. 12 Stolová frézka Rovinné Rovinné frézky jsou určené pro obrábění velmi rozměrných obrobků. Konstrukcí jsou podobné frézkám konzolovým, jejich pracovní stůl se však pohybuje pouze v podélném směru. Vřeteník s výsuvnou pinolou zajišťují svislý posuv. Rovinné frézky mají jeden nebo dva vřeteníky, ty jsou na sobě nezávislé se samostatnou převodovkou a motorem. Nejvýkonnější rovinné frézky jsou frézky portálové. Mají dva tuhé stojany spojené příčníkem. Jsou opatřeny většinou dvěma bočními vřeteníky na stojanech a jedním či dvěma svislými vřeteníky na příčníku viz Obr. 13 Obr. 13 Rovinná frézka FRPD 16 x

29 Speciální Speciální frézky se liší konstrukcí podle frézovacích operací, pro které jsou určeny. Mohou kombinovat posuvy a otáčení obrobku během obrábění. Mezi speciální frézky patří frézky na vačky, pantografické, na drážky, na závity viz. Obr. 14, na ozubení, NC a CNC frézky. Obr. 14 Speciální frézka na ozubení TOS OFA 32A 29

30 3. VOLBA VHODNÝCH NÁSTROJŮ PRO OBRÁBĚNÍ VYBRANÉHO DÍLU 3.1. Obráběcí centrum SAHOS 3000 CNC Toto 5ti osé obráběcí centrum DYNAMIC Obr. 15 s hlavou HS 710 a elektrickým vřetenem ES 779 je se svými vlastnostmi viz. Tabulka 2 určeno především pro plošné a tvarové obrábění (frézování a vrtání). Uplatnění nalezne zejména na obrábění modelů, forem, kompozitů, nábytkových dílců, a všude tam, kde je nutné přesné a produktivní obrábění dřeva a jemu podobných materiálů, plastů, kompozitů, Al slitin apod. Jeho univerzálnost, technické parametry Tabulka 2 a bohaté příslušenství, umožňují pokrýt velmi široké spektrum výroby a taktéž je možné rychle stroj přizpůsobit na jiný typ výrobku. [19] Vlastnosti Frézovacího centra FC 3000 CNC Rozměr pracovní plochy mm 3000x2200 Pracovní zdvih v ose X mm 2900 Pracovní zdvih v ose Y mm 2390 Pracovní zdvih v ose Z mm 1090 Maximální šířka obrobku mm 2390 Vzdálenost konce vřetena od mm 1070 stolu Max. rychlost v ose X/Y/Z m/min 40/25/25 Servomotor osa X/U/Y/Z mm 13/13/5,2/5,2 Pracovní prostor stroje DxŠxV mm 5650x4060x3940 Hmotnost stroje kg 6000 Tabulka 2 Vlastnosti frézovacího centra Vlastnosti hlavy HS 710 a vřetene ES 779 Pracovní zdvih v ose C ±400 Pracovní zdvih v ose A -110/

31 Maximální rychlost v ose C/A /min 6000/6000 Servomotor osa C/A Nm 5,5/5,1 Upínací kužel HSK F 63 Provozní otáčky ot/min Výkon vřetena kw 12 Točivý moment Nm 8 Tabulka 3 Vlastnosti hlavy a vřetene Obr. 15 Frézovací centrum SAHOS FC 3000 CNC 3.2. Fréza Nástroj, který používá frézka je fréza, jedná se obvykle o vícebřitý nástroj rotačně souměrného tvaru. Její břity-nože jsou speciálně navrženy pro co možná nejpřesnější odběr materiálu a co nejsnadnější odvod třísek. [20] Rozdělení fréz dle způsobu upnutí Znamená, že každá fréza má jiný způsob uchycení do vřetena frézky. Toto uchycení musí být přesné a spolehlivé. Při nedodržení upínacích podmínek upnutí frézy hází, jsou jednostranně namáhány, špatně řežou a obrobené plochy nejsou kvalitní. Upnutí 31

32 je přímo do vřetene nebo prostřednictvím frézovacích trnů, upínacích pouzder, redukčních kuželů a spojek. Upínání nástrčných fréz Nástrčné frézy (válcové, kotoučové, tvarové apod.) se upínají na frézovací trny. Malé frézovací hlavy a čelní válcové frézy nástrčné se upínají na letmé upínací trny. Přenášení krouticího momentu z trnu na nástroj zabezpečuje nejčastěji pero, proti axiálnímu posuvu je zajišťováno křížovým šroubem. Viz Obr. 16 [21] Obr. 16 Krátký frézovací trn pro nástrčné frézy 32

33 Upínání fréz s kuželovou stopkou Frézy s kuželovou upínací stopkou viz. Obr. 17 se upínají přímo do kuželové dutiny vřetena frézky v případě, je-li kužel upínací stopky frézy a dutiny vřetena shodný. Je-li kužel upínací stopky menší než kužel dutiny vřetena, je nutno k upínání použít redukční pouzdra. [22] Obr. 17 Frézy s kuželovou stopkou Upínání fréz s válcovou hlavou Válcové stopky fréz mohou mít tyto normalizované průměry: 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20. Nástroje s válcovou stopkou viz. Obr. 18 se upínají pomocí upínacích pouzder a kleštin. Tato upínací pouzdra umožňují rychlé a spolehlivé upínání fréz s válcovou stopkou. Kleština je vyrobena z pérové oceli, po obvodu je 8x rozřezána (4x z pravé strany a 4x z levé). Vtlačováním kleštiny do kuželové části pouzdra se zmenšuje její vnitřní průměr a tím dojde k upevnění válcové stopky nástroje. [21] 33

34 Obr. 18 Fréza s válcovou stopkou 34

35 Rozdělení dle konstrukce nástroje Konstrukce nástroje se liší hlavně svým tělem popřípadě částmi, ze kterého je fréza složena. Monolitní frézy jsou celistvé frézy z jednoho kusu materiálu viz. Obr. 19 nejčastěji z rychlořezné oceli, sloučenin karbidu, nitridu aj. Tyto frézy taktéž bývají vybaveny povlakem, který zvyšuje odolnost vůči teplotě a mechanickému poškození. Patří zde vysoce výkonné frézy, vrtáky, závitníky. Obr. 19 Sestava monolitních fréz Frézy s výměnnými břitovými destičkami Nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami jsou v dnešní době již také velmi používané, zpravidla díky moderním numericky řízeným strojům, ale i v kombinaci s CNC stroji se musí seřizovat rozměry nástroje, aby byla zaručena vysoká jakost obrobené plochy Geometrie břitů Geometrie břitů řezného nástroje se odvíjí od obráběného materiálu, hlavně tedy jeho tvrdosti a pevnosti. Je rozdíl, pokud chceme obrábět polystyren, clay, slitiny hliníku anebo litiny, proto se na každý zmíněný materiál používá fréza s jiným typem a materiálem břitu. Pojem geometrie břitu znamenají základní úhly viz. Obr. 20,které svírají čelo, hřbet 35

36 a ostří proti obrobku při obrábění. Břit činná část hlavy nože (zubu) ohraničená plochou čela a plochou hřbetu Tyto úhly ovlivňují výkon řezného nástroje, trvanlivost, hospodárnost obrábění a jakost obrobené plochy. Úhly na břitech mají také veliký vliv na průběh tvoření třísky, a tím i na povahu namáhání nástroje při obrábění. Určují velikost řezných sil i množství tepla vyvinutého na břitu a množství energie, kterou je nutno vynaložit k obrábění. Nejdůležitější úhly břitu jsou uvedeny na další straně. Nejdůležitější úhly břitu plocha čela plocha, po které odchází tříska hřbet boční plocha (hlavní, vedlejší) ostří průsečnice plochy čela a plochy hřbetu (hlavní, vedlejší) Označení hlavních úhlů břitu Název úhlu Úhel hřbetu Úhel břitu Úhel čela Označení úhlu α β γ 36

37 Obr. 20 Hlavní úhly tvořící geometrii břitu Úhel hřbetu α Tento úhel ovlivňuje velikost tření a teploty vznikající pohybem hřbetu břitu po materiálu. Čím je daná hodnota úhlu menší, tím je větší popřípadě delší úběr třísky a samozřejmě vzniká větší tření mezi jednotlivými plochami. Větší úhly jsou vhodné pro obrábění s úběrem třísky malé tloušťky a při vyšších rychlostech. Při optimálním běžném obrábění se volí úhel hřbetu 8-12, avšak velikost se může volit v rozmezí Úhel zábřitu αz Bývá menší než úhel hřbetu α viz. Obr. 21, snižuje velikost styku hřbetu s obráběným materiálem, a tím i tření a teplotu břitu a třísek. Protože nízké hodnoty úhlů hřbetů způsobují velké tření a teploty, ostří se pouze na úzkých ploškách, za kterými je odlehčení hřbetní plochy o 2 až 3. Při jemném ostření nástrojů se jemně vyostřují nebo lapují pouze úzké plošky zábřitu na hřbetech břitů. 37

38 Úhel břitu β Se při konstrukci a používání řezných nástrojů zpravidla neuvádí, ačkoli je základním úhlem každého nástroje. Je to úhel klínové části nástroje břitu, kterou nástroj vniká do materiálu. Čím je úhel tohoto klínu větší, tím větší je odpor při oddělování třísky. Podle tohoto hlediska by měl být úhel břitu co nejmenší. Malým úhlem břitu by se však zmenšila jeho pevnost a tuhost, zvláště při obrábění materiálů větší pevnosti, při obrábění většími řeznými rychlostmi a při ubírání třísek většího průřezu. Úhel čela γ a úhel řezu δ Tyto dva úhly viz. Obr. 21 mají největší vliv na průběh řezu, jelikož oba určují polohu čela nástroje vzhledem k pracovní rovině řezu. Úhel čela γ může mít kladnou i zápornou hodnotu, kdežto úhel řezu δ může mít hodnoty pouze kladné, jelikož určuje polohu čela. Pokud je úhel δ větší než 90, je úhel γ záporný, je-li úhel δ menší než 90, je úhel γ kladný. Čím je úhel δ, tím je větší plastických deformace v odřezá vané vrstvě materiálu. To znamená, že se zvětšuje tření třísky odcházející po čele nástroje. Současně se zvyšuje řezný odpor materiálu a taktéž dochází k zvyšování otupování nástroje, proto by měla být hodnota úhlu δ co nejmenší. [23] Obr. 21 Hlavní a vedlejší břitové úhly 38

39 3.4. Materiály fréz Při obrábění jsou břity, popřípadě celý nástroj značně mechanicky i tepelně namáhány, proto by měl být nástroj vyroben z vhodně odolného materiálu. Taktéž je důležité brát v potaz materiál, který hodláme frézovat, aby nástroj nebyl na daný typ materiálu předimenzovaný, v horším případě poddimenzovaný. Při volbě materiálu na výrobu nástroje jsou klíčové tyto mechanické vlastnosti viz. níže: [24] Odolnost vůči opotřebení Opotřebení se nepovažuje za mechanickou vlastnost materiálu, nýbrž jako parametr přímo ovlivňující životnost komponent. Opotřebení je ztráta z povrchu materiálu, přenos materiálu z jednoho povrchu na druhý či pohyb materiálu v rámci polohy. Toto poškození má obvykle za následek progresivní ztrátu materiálu mezi tímto povrchem a kontaktní látkou nebo látkami. Opotřebení může být způsobeno mechanicky, chemicky nebo tepelně. Nejdůležitější faktory, které mají vliv na opotřebení: Morfologie povrchu Velikost tlaku v místě kontaktu Kluzné rychlosti Tvar kontaktu Tuhost odpružení Prostředí (teplota, stupeň zašpinění, ) Mazivo Tepelná vodivost a odolnost Tepelná vodivost: Je schopnost látky vést teplo. Jedná se o rychlost jakou se teplo šíří z jedné zahřáté části látky do jiných, chladnějších částí. Tepelná odolnost: Je schopnost látky odolávat vůči teplotě, popřípadě namáhání při zvýšené teplotě. 39

40 3.5. Druhy materiálů pro výrobu fréz Uhlíkové ČSN 19 0XX Jsou slitiny z méně prokalitelné oceli, aby nástroj byl houževnatější. Do slitiny se přidává 0,7-1,4% uhlíku. Jejich hlavní nevýhoda spočívá v poměrně rychlém poklesu tvrdosti vlivem popouštění při ohřevu. Výhodnější je ocel s větším obsahem uhlíku, např. ocel 19252, která obsahuje přibližně 1,3 % uhlíku. Rychlořezné oceli HSS Mezi nejdůležitější legurující prvky patří wolfram. Po přidání do slitiny vytváří spolu s uhlíkem karbid wolframu, který je velice tvrdý a odolný vůči otěru, čímž zvyšuje řezivost nástroje. Do HSS slitin se přidává 5-20% wolframu. U některých HSS ocelí se nahrazuje wolfram molybdenem při zachování podobných vlastností. Pro zlepšení prokalitelných a popouštěcích vlastností se přidává chrom o obsahu cca 4%. a vanad 1 až 4%. Nejvýkonnější oceli obsahují jako přísadu kobalt 5 až 10%. Přiměřené množství uhlíku slouží k vytvoření správného množství karbidů, aby ocel byla dobře kalitelná a dostatečně tvrdá. Kromě dobré řezivosti má HSS i příznivé mechanické vlastnosti, tvrdost, pevnost, houževnatost, které se dobře uplatňují při namáhání nástrojů v řezu. HSS si udržuje tvrdost získanou kalením i při vysokých teplotách obrábění. Nejmarkantnější trvanlivost za vysokých teplot je u vysokowolframových ocelí legovaných kobaltem. Mají vysokou tvrdost a žárupevnost (schopnost zachovat si tvrdost i po zahřátí). Pro výrobu oceli HSS se používají oceli třídy 19 dle ČSN, která po kalení a popouštění vydrží teplotu až 600 C. Rychlořezné oceli vznikly v přelomu 20. let 20. století, kdy nahradila nástrojovou ocel, která byla schopna pracovat pouze do teploty cca 200 C. Od nástrojové oceli se liší hlavně legurami, které jsou nejčastěji wolfram, kobalt, nikl aj. [25],[26] 40

41 Keramické materiály Základní surovina těchto materiálu bývá, karbid, sicilid, borid, korund a nitrid, do kterých se následně přidávají prvky ovlivňující výsledné vlastnosti. Jako pojivo se nejvíce hodí kobalt. Vyrábějí se práškovou metalurgií nebo slinováním lisovacích prášku do předem určených tvarů řezných destiček. Pro keramické řezné materiály je typická vysoká tvrdost, ale také mnohdy křehkost a malá pevnost při ohybu, která je trn v oku mnoha výrobcům. Po otupení hrany destičky se v nástrojových držácích mohou několikrát otočit a využít další hranu viz. Obr. 22 Obr. 22 Výměnné keramické břitové destičky na fréze Karbid sloučeniny Jsou tvořeny slinováním částic tvrdých karbidů kovů nejčastěji wolframu, ale používají se i karbidy titanu či tantalu. Jako pojivo nejčastěji slouží kobalt. Právě množství kobaltu a jednotlivých karbidů určuje vlastnosti sloučeniny. Slinuté karbidy svou tvrdostí daleko převyšují rychlořeznou ocel. Především je rozdíl tvrdostí zřejmý při zvýšené teplotě. První výrobky ze slinutých karbidů obsahovaly jen karbid wolframu s malým množstvím kobaltu jako pojiva. Čím více kobaltu bylo obsaženo, tím byl materiál houževnatější, ale klesala tvrdost a odolnost vůči opotřebení. Byly velmi tvrdé, ale poměrně křehké, takže špatně odolávaly rázům, proto se hodily spíše na obrábění litiny a nikoliv oceli. Pro zvýšení tvrdosti za vyšších teplot se poté začal přidávat titan. Kvůli své stálosti ostří nástrojů ze slinutých karbidů jsou hlavním důvodem rychlého rozšíření těchto materiálů na břity řezných nástrojů 41

42 všeho druhu. Slinuté karbidy se hodí pro obrábění materiálů všeho druhu, od mosaze a slitin Al až po žárupevné materiály (např. Ni superstlitiny), avšak musíme dbát na vhodně zvolený druh karbidu, kdy závisí hlavně na druhu a tvrdosti obráběného materiálu a velikosti rázu při funkci nástroje. S rostoucím obsahem kobaltu vzrůstá houževnatost, ale klesá tvrdost a odolnost slinutého karbidu proti opotřebení. Mezi nejznámější sloučeniny patří: Karbid Wolframu, karbid křemíku a semikarbid wolframu., který se dále dělí na: HW slinuté karbidy s obsahem primárního WC, pojivem Co a zrnitostí větší než 1 µm, HF - slinuté karbidy s obsahem primárního WC, pojivem Co a zrnitostí menší než 1 µm, HC - povlakované slinuté karbidy. [27], [28] Kubický nitrid bóru Polykrystalický kubický nitrid bóru se v porovnání se směsnou keramikou vyznačuje ještě vyšší tvrdostí a houževnatostí (srovnání se sloučeninami karbidů) i za zvýšené teploty a lze jej použít i při velmi vysokých řezných rychlostech Podobně jako u řezné keramiky existují i různé druhy CBN, jejichž vlastnosti se odvíjejí od jeho složení, tedy na podílu CBN, druhu pojiva a na struktuře. Vyznačuje se také velmi dobrou houževnatostí a odolností proti tepelným rázům. Nejnovější CBN třídy jsou keramické sloučeniny s obsahem CBN 40-65%. Keramické pojivo zvyšuje odolnost CBN, který je jinak náchylný k opotřebení chemickým otěrem, proti opotřebení. Další skupinou jsou třídy s vysokým obsahem CBN, s 85% až s téměř 100% CBN. Tyto třídy mohou obsahovat kovové pojivo zvyšující jejich houževnatost. [29], [30], [31] 42

43 4. Návrh a optimalizace řezných podmínek 4.4. Obrábění polystyrenu - Frézovací nástroje a parametry Stopkové frézy Navel: z tvrdokovu na dřevo a další designové materiály pro které lze použít frézovací parametry viz. Tabulka 4 Kulové: vel. 6,8,10, 12 Obr. 23, 16 mm Válcové: vel. 8,10, 12 Obr. 24, 20 mm Upínač ER32 délky 60mm + kleština k velikosti k příslušné fréze Typ frézy F [m/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z D12 Válcová 12738, , ,3 2 Kulová 11146, , ,3 2 Tabulka 4 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití pro frézy D12 Obr. 23 Kulová fréza D12 43

44 Obr. 24 Válcová fréza D12 Fréza extra dlouhá Pokolm D16: Jeden dlouhý upínač se používá na dvě frézy se zvolenými frézovacími parametry viz. Tabulka 5 Kulová D16 mm: z = 2, Pokolm. kat. č Obr. 25, břitové destičky Pokolm V, HSC05 Rohová D16mm: z = 2, r=1mm, Pokolm. kat. č Obr. 26, břitové destičky Pokolm , HSC05 Složený upínač na celkovou délku 210mm: 1x Pokolm F63 ZYL, L = 50mm + 2x prodloužení 60mm + 1x prodloužení 40mm. Typ frézy F [mm/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z D16 Kulová 6568, , ,33 2 Rohová 4597, , ,33 2 Tabulka 5 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití fréz D16 44

45 Obr. 25 Fréza Pokolm D16 kulová Obr. 26 Fréza Pokolm D16 rohová 45

46 Fréza s dlouhým vyložením Pokolm: (na hliník) Fréza D42: z=3, r=3mm, VCTG Pokolm kat. č Obr. 27, břitové destičky leštěné Pokolm, , K10 s navolenými parametry viz. Tabulka 6 Upínač: zakázkově vyráběný upínač HSK 63F, L200mm, D28mm F [mm/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z 14217, , ,5 3 Tabulka 6 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití frézy D42 Obr. 27 Fréza D42 Fréza čelní, hrubovací Fréza na břitové destičky D60: z = 2, tvrdokovové břitové destičky 30x10x1,5 K HC 05 (Obr. 28)pro použití při parametrech viz. Tabulka 7 Upínač ER40 délky 60mm + kleština 25mm F [mm/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z 7590, , ,

47 Tabulka 7 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití frézy D60 Vrták D8 Obr. 28 Fréza D 60 Vrták D8 mm: z = 2, tvrdokovový vrták D8 - L =70mm, Metal World 050M870R Obr. 29 pro použití při parametrech viz. Tabulka 8 Upínač: rychloupínací CNC sklíčidlo 1-13mm F [mm/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z 1592, , ,05 2 Tabulka 8 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití vrtáku D8 47

48 Obr. 29 Vrták D Frézovací nástroje + parametry pro obrábění claye Stopkové frézy Navel: z tvrdokovu na dřevo a další designové materiály při zvolených parametrech frézování viz. Tabulka 9 Kulové: vel. 6,8,10, 12, 16 mm Válcové: vel. 8,10, 12, 20 mm Upínač ER32 délky 60mm + kleština k velikosti k příslušné fréze Typ frézy F [m/min] S [ot/min] v [mm/min] Fz [mm/z] z D12 Válcová 4511, , ,5 2 Kulová 451, , ,05 2 Tabulka 9 Použité frézovací parametry pro clay frézou D12 48

49 5. POPIS ZHOTOVENÍ VYBRANÉHO DÍLU 5.1. Příprava polystyrenu Příprava polystyrenu označení URSA XPS N-III-L spočívala v naplánování dílů opatřené zámkem pro vytvoření formy. Zámek (Obr. 30) slouží k menšímu úniku tepla, při zateplování, avšak pro nás při řezání polystyrenu byl spíše na obtíž, jelikož do sebe zámky musely zapadat a ne vždy nám vycházely nařezané kusy na formu tak, že do sebe se zámkem zapadly. Na druhou stranu, polystyren vybavený zámkem má při lepení větší styčnou plochu. Obrábění ploch záviselo zejména na tom, zda-li se jedná o plochu, ke které se dále přilepí další část anebo, jestli je to externí plocha na kterou se poté bude nanášet modelovací materiál. Plochy určené jako nosné, plochy ke slepení, spodní plochy, podběhy, plochy světel, a vnitřní plochy interiéru byly na čisto bez přídavku a bez podhrubování, avšak plochy určené na nanášení vrstvy claye byly úmyslně podhrubovány o cca 5-8 mm, kdy se taktéž kladl důraz na vysokou drsnost povrchu, která je potřebná pro lepší aplikaci modelovací hmoty. Bloky polystyrenu byly nejdříve nařezány podle předem požadovaných parametrů. Dále se označí a poté se lepí do předem určeného tvaru formy. Obr. 30 Zámek polystyrenu 49

50 5.2. Řezání polystyrenu Tato operace se prováděla pomocí klasických odlamovacích nožů a také pomocí řezačky (Obr. 31) níže, která svým výkonem pro řezání polystyrenů tloušťky až 160mm naprosto dostačuje. Princip této řezačky spočívá tom, že je ke zdroji připojen ocelový drát, který se pomocí odporu nahřeje na vysokou teplotu a tím je zajištěn hladký řez skrz polystyren. Obr. 31 Řezačka polystyrenu 4.3. Lepení polystyrenu Pro lepení polystyrenu jsme nejdříve použili epoxidové lepidlo CHS-EPOXY 324 / EPOXY 1200, které se míchalo v daném hmotnostním poměru pomocí digitálních vah 7 dílku lepidla: 1 dílku iniciátoru. Po zjištění, že se epoxidové lepidlo při tuhnutí, ve větších vrstvách a to zejména v zámcích spoje, výrazně zahřívá a vypaluje díry do polystyrenového modelu se musel najít náhradní typ lepidla. Nejvhodnější bylo jednosložkové polyuretanové lepidlo zn. Soudal (Obr. 32) lepidlo na dřevo typ 66A s nejvyšší třidou odolnosti vůči vlhkosti D4, toto označení lepidla znamená, že doba stlačení potřebná k vytvrzení je cca minut, což je o minut méně než u označení D2.[32][32] Toto lepidlo má taktéž dobré vyplňovací schopnosti napěňuje (vyplní drobné rýhy způsobené řezáním) a vyznačuje se vysokou adhezní silou.[chyba! Nenalezen zdroj odkazů.] Pro vytvoření rovnoměrné 50

51 rstvy lepidla se použila stěrka na lepidlo Obr. 33Obr. 33, která svými vruby rovnoměrně rozprostřela lepidlo po celé ploše. Obr. 32 Lepidlo Soudal 66A D4 51

52 Obr. 33 Stěrka na lepidlo 52

53 NC Programování Pro přípravu NC programu, pro modely je potřeba použít podpory CAD/CAM programu. Na našem pracovišti se používá SolidCAM 2017, náhled okna programu se stromovou strukturou viz. Obr. 34. Simulátor stroje dokáže kontrolovat možné kolize při naklápění stolů a to i při víceosém obrábění. Složité hrubovací HSR (High Speed Roughing) operace jsou časově nejnáročnější, tak je potřeba volit vhodné, nejen řezné parametry, ale rovněž parametry přejezdů rychloposuvem, bezpečnou vzdálenost, parametry sestupu po šroubovici, nájezdy mimo obrobek apod. tento typ hrubování minimalizuje vedlejší časy. Obr. 34 Vytvořený díl v programu SolidCAM 2017 Pro dokončování ploch se používaly možnosti programu SolidCam. Jak klasické 3 osé kapsy, kontury, HSS (high speed surfacing), ale i souvislé víceosé operace mezi křivky, rovnoběžné řezy, apod. Jednodušší simulace SolidVerify kontroluje obrábění z drah nástroje viz. Obr. 35. Vytváří základní představu o způsobu odběru materiálu, o pohybu nástroje s upínačem a kontroluje možnou kolizi nástroje s obrobkem. V tomto režimu simulace je možno provést teoretickou kontrolu rozměru frézovaného obrobku vůči modelu. Rozdíly jsou pak označeny barevně, dle zvolené škály barev a tolerancí. 53

54 Obr. 35 Náhled simulace Solid Verify Frézování polystyrenu Na první pohled se může zdát, že obrábění polystyrenu viz. Obr. 36 a Obr. 37 je jednoduché, jenže opak je pravdou. Obráběný materiál je relativně pružný, takže občas nastávala komplikace v případě, kdy nástroj odškuboval kusy polystyrenu, proto bylo zapotřebí, snížit původní řezné parametry a podmínky viz. Tabulka 4 pro dokončovací operace (posuv na zub na cca 25% původní hodnoty). 54

55 Obr. 36 Frézování polystyrenu na přístrojovou desku Obr. 37 Vyfrézovaný model zadního nárazníku 55

56 5.3. Nanášení finální vrstvy Na podhrubované vnější plochy polystyrenového modelu bylo zapotřebí aplikovat clay viz. Obr. 38 a Obr. 39 a to v dostatečné vrstvě, aby bylo možné frézovat hladký požadovaný tvar. Pro nanesení této finální vrstvy se použila hmota Marsclay medium (viz. teoretická část bc. Práce kapitola Clay), která se nejdříve nahřála (cca 3h) v předem vyhřáté peci na cca 65 C. Poté se na připravené polystyrenové formy nanášela ručně v tloušťce okolo 10 mm. Po zchladnutí bylo možné nanesený clay začít obrábět, popřípadě nanést další vrstvu. Obr. 38 Nanesená vrstva claye na modelu polystyrenu 56

57 Obr. 39 Nanesená vrstva claye na modelu polystyrenu 5.4. Frézování claye Frézování claye bylo problematičtější, než frézování polystyrenu. Nejčastější komplikace však nebyla způsobena frézkou, či špatně navolenými parametry obrábění ale kvůli nedostatečně silné vrstvě materiálu, kdy na modelu zůstávala neobrobená místa. Menší problém pak byly třísky claye, které měly tendenci se zpětně nalepovat.(obrázek). Oba tyto problémy způsobily, že se clay musel obrábět znovu na čisto. 57

58 6. ZÁVĚR Ve své bakalářské práci jsem se věnoval obrábění obrábění dřevovláknitých a designových materiálů, jak v teoretické, tak i praktické části. K vytvoření práce byla potřeba načerpat mnoho nových poznatků, které se dají využít buď v praxi, nebo dalším studiu. Bakalářská práce měla několik hlavních cílů. Jedním z nich bylo představit materiály použité u modelu a základní postupy pro tvorbu modelu karoserie automobilu prototypu. Výroba modelu je značně složitý a časově náročný proces. V teoretické části jsem se především zabýval materiály pro obráběné formy a modely, dále nástroji, které se používají pro výrobu formy a designové modely. V neposlední řadě také o materiály nástrojů, popřípadě materiály břitových destiček, geometrií břitu apod. Praktická část spočívala ve výběru fréz, jejich typům a výpočtům, které byly potřebné k nastavení parametrů obrábění. Dále jsem popsal konkrétní materiály, které se použily na daném modelu, jelikož ne všechny vypsané či dokonce zakoupené komponenty byly vyhovující pro výrobu, proto by se pro tvorbu dalších modelů použili jiné, např. některé výrobky v sobě skrývaly různá překvapení viz lepidlo Soudal 66A u kterého výrobce uvádí, že je rychleschnoucí, což znamená, že má být vytvrzené za minut a přitom schlo 24h. Nejvíce času taktéž nezabere NC programování, nanášení vrstvy claye, lepení polystrenu či podobné úkony, ale čekání, než Vám dodavatel dodá potřebné materiály. 58

59 Seznam použitých obrázků: Obr. 1 MDF desky Obr. 2 EPS zpěňovatelný polystyren Obr. 3 Bílý a černý polystyren Obr. 4 Extrudovaný polystyren Obr. 5 Přírodní pryskyřice Obr. 6 Epoxidová pryskyřice použita na uhlíkové vlákna Obr. 7 Jílovitá modelovací hmota Obr. 8 Marsclay medium Obr. 9 Přehled nástrojů pro modelování Obr. 10 Sousledné a nesousledné frézování Obr. 11 Konzolová frézka FGV 32 spol. TOS Olomouc Obr. 12 Stolová frézka Obr. 13 Rovinná frézka FRPD 16 x Obr. 14 Speciální frézka na ozubení TOS OFA 32A Obr. 15 Frézovací centrum SAHOS FC 3000 CNC Obr. 16 Krátký frézovací trn pro nástrčné frézy Obr. 17 Frézy s kuželovou stopkou Obr. 18 Fréza s válcovou stopkou Obr. 19 Sestava monolitních fréz Obr. 20 Hlavní úhly tvořící geometrii břitu Obr. 21 Hlavní a vedlejší břitové úhly Obr. 22 Výměnné keramické břitové destičky na fréze Obr. 23 Kulová fréza D Obr. 24 Válcová fréza D Obr. 25 Fréza Pokolm D16 kulová Obr. 26 Fréza Pokolm D16 rohová Obr. 27 Fréza D Obr. 28 Fréza D Obr. 29 Vrták D Obr. 30 Zámek polystyrenu Obr. 31 Řezačka polystyrenu Obr. 32 Lepidlo Soudal 66A D

60 Obr. 33 Stěrka na lepidlo Obr. 34 Vytvořený díl v programu SolidCAM Obr. 35 Náhled simulace Solid Verify Obr. 36 Frézování polystyrenu na přístrojovou desku Obr. 37 Vyfrézovaný model zadního nárazníku Obr. 38 Nanesená vrstva claye na modelu polystyrenu Obr. 39 Nanesená vrstva claye na modelu polystyrenu Seznam použitých tabulek: Tabulka 1 Porovnání vlastností polystyrenů Tabulka 2 Vlastnosti frézovacího centra Tabulka 3 Vlastnosti hlavy a vřetene Tabulka 4 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití pro frézy D Tabulka 5 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití fréz D Tabulka 6 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití frézy D Tabulka 7 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití frézy D Tabulka 8 Použité frézovací parametry pro polystyren, při použití vrtáku D Tabulka 9 Použité frézovací parametry pro clay frézou D

61 Odkazy: : 1. DŘEVOTRUST a.s., Dřevovláknité desky MDF, [online] dostupné z: 2. Wikipedie : otevřená encyklopedie, Polystyren, [online] dostupné z: 3. Technická zařízení budov info [online] dostupné z: 4. URSA CZ s.r.o. [online] dostupné z: 5. Wikipedie : otevřená encyklopedie, Pryskyřice, [online] dostupné z: 6. Ing. Luboš Běhálek Ph.D, Reaktoplasty, učebnice [online] dostupné z: 7. Havel Composites CZ s.r.o., Polyesterové pryskyřice a gelcoaty [online] dostupné z: TUŽIDLA-a-GELCOATY-Polyesterova-pryskyrice/0-list.html 8. Prokopová Irena, Makromolekulární chemie, ISBN: , VŠCHT Praha, [oline] dostupné z: 9. ARD - Fonte, s.r.o., Tmely a lepidla, [online] dostupné z: ACR Czech s.r.o., Odlévací polyuretany, [online] dostupné z: SILIKONY s.r.o., Polyuretany, [online] dostupné z: 61

62 12. CHEMEX s.r.o., Epoxidové pryskyřice, [online] dostupné z: Wikipedie : otevřená encyklopedie, Jíl, [online] dostupné z: Martin Skorepa, Nástroje na modelování, [online] dostupné z: Wikipedie : otevřená encyklopedie, Frézka, [online] dostupné z: Sandvik Coromant, Poloha frézy vůči obrobku, [online] dostupné z: ult.aspx 17. TOS Olomouc s.r.o., Konzolová frézka FGV 32, [online] dostupné z: strojirenstvi-frezovani.blogspot.cz, Stolové frézky, [online] dostupné z: TOOL TRADE s.r.o., Dynamic, [online] dostupné z: Wikipedie : otevřená encyklopedie, Fréza, [online] dostupné z: eluc.kr-olomoucky.cz, Učebnice strojírenství, [online] dostupné z: FAHRION Vertriebs-GmbH, Download, [online] dostupné z: end_pi1%5bpointer%5d=0&setfilter=filter%2banwenden 23. Tumlikovo.cz, Geometrie břitu obecně, [online] dostupné z: strojirenstvi-frezovani.blogspot.cz, Materiály na výrobu fréz, [online] dostupné z: 62

63 25. Tumlikovo.cz, Nástrojové materiály, [online] dostupné z: Wikipedie : otevřená encyklopedie, Rychlořezná ocel, [online] dostupné z: Dembek Jiří, Slinuté karbidy a jejich efektivní využití, Brno 2009, Dipomová práce (Ing.) VUT Brno, Fakulta strojního inženýrství, : Tumlikovo.cz, Slinuté karbidy, [online] dostupné z: Sandvik Coromant, Kubický nitrid bóru, [online] dostupné z /pages/default.aspx 30. MM Průmyslové spektrum: Řezná keramika a kubický nitrid boru, [online] dostupné z: Doc. Ing. Anton Humár, CSc., Materiály pro řezné nástroje, VUT Brno, Fakulta strojního inženýrství, 2006, [online] dostupné z: PROFES GROUP spol. s r.o., Lepidla na dřevo, [online] dostupné z: PROFES GROUP spol. s r.o., Lepidla na dřevo, [online] dostupné z: 63