technologie (z řeckého základu techné dovednost, logus - nauka) Speciální technologie Příklad: kolo Příklad: dioda obrábění břit, řezný klín

Transkript

1 Speciální technologie Ing. Oskar Zemčík, Ph.D. obrábění a technologie obrábění výrobní proces technologické dokumenty speciální technologie obrábění VUT Brno technologie (z řeckého základu techné dovednost, logus - nauka) Technologie má více než jednu definici. Jedna z nich říká, že technologie je vývoj a použití nástrojů, strojů, materiálů a procesů k řešení problémů při lidské činnosti. Technologie je nauka o výrobě materiálů a výrobků z daných surovin. Z hlediska technologie nemusí nezbytně používat vědecké objevy či inženýrské konstrukce, může být podložena čiste empiricky. (empirie - odvozené ze zkušeností) Příklad: kolo objev kola odhadem 5000 let p.n.l. přitom hodnota byla na 4 desetiná místa určena až Archimedem ze Syrakus který žil v období př. n. l. Příklad: dioda Inženýrství používá technologie k převedení vědeckého objevu do praxe. objev vlastností přechodu mezi dvěma typy polovodičů dioda, tranzistor způsob jejich výroby (Nejrozšířenější výrobní technologií je planární technologie. Tranzistor při ní vzniká v tenké destičce vyříznuté z monokrystalu křemíku s vodivostí např. typu N. V destičce se postupnými operacemi (oxidace povrchu na, leptání a difúze příměsí, při níž se mění typ vodivosti) vytváří struktura tranzistoru) obrábění Technologický proces, kterým se vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu (obrobku), v daných rozměrech a v daném stupni přesnosti. U třískového obrábění toho docilujeme pomocí břitu, který vniká do obrobku a odděluje od něj část materiálu, tzv. třísku. břit, řezný klín princip řezného klínu je člověku znám již od pravěku. (první nástroje ve tvaru pěstního klínu z kamene jsou staré více než 1milion let)

2 řezný klín Je obsažen prakticky v každém řezném nástroji, jedná se o základní prvek řezného nástroje vykonávající vlastní oddělování třísky z obrobku, tvoří břit, určený úhly čela, břitu a hřbetu a má charakteristický tvar. Soustružení Frézování Vrtání Vystružování Řezání Hoblování Obrážení Pilování Zaškrabávání Broušení Superfinišování Lapování Honování Třískové obrábění Výrobní proces Můžeme popsat jako soubor na sobě nezávislých činností, při kterých se přetváří výchozí materiál v hotový výrobek. Realizujeme ho pomocí technologického postupu. Technologický postup pak určuje: - výrobní prostředky - sled operací a jejich popis - technologické podmínky - operační rozměry - členění času a odměny za vykonanou práci - počet vyráběných kusů Technologické dokumenty Slouží k vlastnímu popisu výrobního postupů základní všeobecné (např. tech. postup) speciální (např. návodka pro ob. na revolverovém soustruhu) pomocné (např. pro přípravu a realizaci tp.) ( Technologický postup, list náčrtků, technologický předpis, montážní rozpiska, soupiska průběhu výroby, seznam technologického nářadí, materiálový list, soupiska technologických dokumentů, technickonormovací list, návodka, typová návodka, operační návodka, typová operační návodka, list technologického postupu kontroly výrobků atd.) v tištěné podobě v elektronické podobě Příklady technologických dokumentů (technologický postup pro sériovou výrobu) Příklady technologických dokumentů (technicko-normovací list pro operaci)

3 Členění technologického postupu Operace (obvykle na jednom stroji na jedno seřízení stejným pracovníkem, např soustružit vnější tvar ) úsek (obvykle za stejných podmínek, např soustružit ф40 v délce 100mm na ф ) pohyb úkon úkon (jedna organizačně nedělitelná činnost např. upnout součást či spustit stroj ) pohyb (nejmenší měřitelný prvek operace např. natáhnout ruku pro součást ) úsek OPERACE úsek úkon úkon úkon pohyb pohyb pohyb TP OPERACE OPERACE OPERACE úsek Požadavky na technologický postup splnění funkčních požadavků výrobku přesnost rozměrů přesnost tvaru integrita povrchu minimální pracnost, respektive náklady na výrobu Co spadá do speciální technologie obrábění? technologie které nelze označit za obvyklé, pracující často za, z určitého hlediska, neobvyklých podmínek. technologie nové, nově zaváděné technologie s vyjímečným zastoupením extrémně náročné technologie (technicky ekonomicky) z hlediska materiálu velikosti přesnosti rychlosti efektivity Přesnost rozměrů délkové rozměry úhlové rozměry Nepředepsané mezní úchylky ČSN ISO Soustava tolerancí a uložení ISO 286. tolerance toleranční pole IT01 až IT18 A > ZC (pro díru) a < zc (pro hřídel) IT 01 a IT0 výjimečně přesné stupně IT (ISO 286) extrémně přesné tolerance IT01 a IT0 IT01 až IT6 IT5 až IT12 IT11 až IT16 IT16 až IT18 IT11 až IT18 pro výrobu kalibrů a měřidel pro uložení v přesném a všeobecném strojírenství pro výrobu polotovarů pro konstrukce pro stanovení mezních úchylek netolerovaných rozměrů šířka daného tolerančního pole T=k i i= D 0.001D (pro rozměry do 500mm) přičemž k je počet tolerančních jednotek určený pro každou skupinu IT (např. pro IT5 k=7i, IT6 k=10i atd.) IT01 až IT jsou definovány zvlášť. Přesnost v řádu desetin mikrometrů.

4 Přesnost a vliv teploty Hospodárné přesnosti jednotlivých metod obrábění pro IT1 až 4 se pohybujeme v řádu jednotek µm. Pro IT01 a IT0 ve stovkách nanometrů. Obvykle se rozměry měří při teplotě 20 C. D= Do T Pro soustružení hřídele Φ30mm z uhlíkové oceli při rozdílu 3ºC, = K 1 : D= = mm Srovnat s teplotami během obrábění... Tolerance tvaru a polohy Charakteristiky způsobů výroby tolerance přímosti tolerance rovinnosti tolerance kruhovitosti tolerance válcovitosti tolerance profilu podélného řezu tolerance rovnoběžnosti tolerance kolmosti tolerance sklonu tolerance souososti tolerance souměrnosti tolerance jmenovité polohy prvku tolerance různoběžnosti os tolerance obvodového házení tolerance házení v daném směru tolerance úplného obvodového házení tolerance úplného čelního házení tolerance tvaru daného profilu tolerance tvaru dané plochy Přesnost vyráběných součástí Má na ní vliv zejména: Z hlediska stroje tuhost dynamická stabilita teplotní stabilita Z hlediska pracovního prostředí seřízení nástroje řízení stroje okolní prostředí technologické podmínky Tuhost stroje stroj-nástroj-obrobek Dochází k předávání energie mezi jednotlivými částmi stroje a mezi nástropjem a obrobkem. Přivedená energie se mění v řeznou práci. A = F. v. t [ J] Na stroj pak působí Řezné síly Tíhové síly Pasívní odpory Moment hnacího členu Setrvačné síly (rozjezd a brzdění) Rozběhové a doběhové momenty pohonu

5 uváděná přesnost stroje programovatelná přesnost (často i na desetitisíciny mm) mechanická přesnost stroje (obvykle setiny mm) změna přesnosti během životnosti stroje příklad přesnost vedení kuličkových šroubů přesnost stoupání závitu kuličkového šroubu tuhost jednotlivých částí (litina pro rám stroje, ložisková ocel či pro kuličkové šrouby atd) tepelná roztažnost jednotlivých částí stroje Speciální technologie velikost (stroje nástroje či obrobku) Příklad mikrofrézování a vrtání KERN Pyramid Nano obrábění extrémně velkých obrobků (tělesa turbín) obrábění extrémně malých obrobků (např. v elektronickém průmyslu) obrábění extrémně malých prvků obrobku (na obrobku obvyklé velikosti) Stroj německé firmy Kern a příklad součástí Uváděná přesnost nastavení je 0.3µm a drsnost Ra 0.05µm Příklad soustružení rozměrných součástí Těžko obrobitelné materiály SKD 40/47D obří karusel firmy ČKD Blansko Umožňuje obrábět součásti do hmotnosti 60tun a průměru přes 4m. kovové materiály (velmi tvrdé či houževnaté) (nerezové oceli, austenitické či feritické/cr/, austenitické oceli /Cr, Ni/, niklové slitiny, kalené materiály, titan atd. nekovové materiály (keramika, sklo, kámen atd..) kompozity (specifické, pro každý druh kompozitu)

6 Příklad obrobitelných nekovových materiálů Nitrid boru, Macor(skleněná keramika), PTFE (Teflon), Pyrophillit (AlSi 2 O 5 OH), Shapal-M (obrobitelné forma AlN)& ZSBN (kompozitní materiál s obsahem nitridu boru) AlN broušení diamantovým nástrojem (po vypálení krystalizaci atd.) Al 2 O 3 BeO (Keramika na bázi oxidu berilia) Porcelán Pyrophillite Křemenec Safír Karbid křemíku Nitrid křemíku ULE kubický ZrO 2 kompozity heterogenní materiály tvořené dvěma či více materiály nestejného chemického složení složení. skládají se z matrice a zpevňující fáze podle tvaru matrice je dělíme na: Kompozity s částicovými vyztužujícími fázemi Kompozity s vyztužujícími vlákny Kompozity vrstvené dělení kompozitů podle druhu vyztužující složky vyztužené kovovou fází vyztužené skleněnou fází vyztužené keramickou fází ostatní (například přírodními vlákny či vláknovými monokrystaly podle materiálu matrice s kovovou matricí s polymerní matricí s keramickou matricí podle tvaru výztuže vlákna textura disperze ukázka problémů při obrábění kompozitů vysoké rychlosti při obrábění vysoké řezné posuvy (velké nároky na tuhost stroje, rázy způsobené velikostí třísky, vliv na životnost stroje) vysoké řezné rychlosti (velké nároky na výkon stroje, na konstrukci vřetene, výjimkou nejsou stroje s 40000ot/min) Kromě stroje vyžaduje rovněž odpovídající nástroje z moderních materiálů. Teorií se zabývá tzv. HSC obrábění. Vliv opotřebení vrtáku na delaminaci kompozitu

7 optimalizace technologických podmínek Za optimální pokládáme takové hodnoty řešení problému, které za daných podmínek vedou k maximální či minimální hodnotě zadaného kritéria. Předpokládáme, že optimalizované veličiny nejsou pevně dány a mohou se pohybovat v určitém rozsahu. optimalizované veličiny a kriterium optima pro třískové obrábění obvykle hodnota řezné rychlosti v c [m.min -1 ] a posuvu f [mm.ot -1 ]. případně vztažené veličiny jako otáčky [n -1 ], minutový posuv f min, posuv na zub f z atd... dále je možné měnit hloubku záběru, způsob chlazení atd... Jako kriterium optimalita pak nejčastěji volíme, nejmenší náklady, případně maximální výrobnost. Používané výrazy (aglické názvy) obrábění : machining třískové obrábění : cutting operation strojírenství : engineering řezný klín : cutting key břit : cutting edge tříska: chip obrobek : workpiece nástroj : tool soustružení : turning frézování : milling anglické názvy (pokračování) Vrtání, vyvrtávání : drilling, boring Vystružování : reaming Řezání : cutting Hoblování : planing Obrážení : slotting Pilování : filing Zaškrabávání : sraping Broušení : grinding Superfinišování : superfinishing Lapování : lapping Honování : honing Zdroje technologický postup : technologic process operace : operation přesnost rozměrů : dimensional accuracy toleranční pole : tolerance zone drsnost povrchu : surface roughness tuhost (stroje, nástroje atd.) : rigidity tech. podmínky : technological conditions optimalizace : optimalization vysokorychlostní obrábění : high-speed cutting (HSC) 1. KOCMAN, K.: Speciální technologie obrábění. CERM Brno, 2004, s.227, 3.ed., ISBN KOCMAN, K. a kol.: Aktuální příručka pro technický úsek. Edit. S. Hanzlík, Praha,Verlag Dashöfer, 2000, s.3950, 15.ed., ISBN Milton C. Shaw,: Metal Cutting Principles. Oxford University Press, Inc., 2005, s.651, 2.ed., ISBN KOCMAN,K.-PROKOP,J.: Technologie obrábění. CERM Brno, 2003, s.271, ISBN en.wikipedia.org ceramicsmaterials.info