FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4

Transkript

1

2

3

4 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Tato diplomová práce je rozdělena do dvou částí. Teoretická část se zabývá druhy frézování, volbou frézovacích nástrojů, volbou materiálu vyměnitelných břitových destiček a taktéž druhy opotřebení a jejich klasifikací. Druhá část této práce je zaměřena na experiment, ve kterém bylo měřeno silové zatížení nástrojů. Naměřené hodnoty byly dále vyhodnoceny a pomocí softwaru sestrojeny grafy silových zatížení, ze kterých se vyvodily závěry. Klíčová slova Fréza, opotřebení řezných nástrojů, trvanlivost, silová analýza, stopkové frézy. ABSTRACT The presented diploma thesis is devided into two parts. The theoretical part deals with types of milling, the choice of the cutters, choice of material of exchangeable cutting plates and also with types of wear and their classification. The second part of the thesis deals with experiments where the power load of the tool was measured. The observed data were processed and graphs of power load were created by software. Conclusions are based on these graphs. Key words Milling cutter, wear of cutting tools, tool life, force analysis, shank mill. BIBLIOGRAFICKÁ CITACE NĚMEČEK, Lukáš. Analýza řezivosti fréz pro zvolenou aplikaci. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s., 0 příloh. Vedoucí diplomové práce prof. Ing. Miroslav Píška, CSc.

5 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 5 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Analýza řezivosti fréz pro zvolenou aplikaci vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. Datum: Bc. Lukáš Němeček

6 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 6 Poděkování Děkuji tímto prof. Ing. Miroslavu Píškovi, CSc. za cenné připomínky a rady při vypracování diplomové práce. Současně bych rád poděkoval Ing. Janu Vostřelovi a Ing. Františku Schossmeierovi z firmy S&K TOOLS spol. s r.o. za odborné rady a informace a taktéž celé své rodině za jejich podporu v průběhu studia.

7 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstrakt... 4 Prohlášení... 5 Poděkování... 6 Obsah... 7 Úvod ROZBOR PROBLEMATIKY Frézování Druhy frézování Volba frézovacího nástroje Typy frézovacích operací Rozteč frézy Upnutí frézy Volba geometrie nástroje a VBD Volba materiálu VBD Opotřebení vyměnitelných břitových destiček Abrazivní opotřebení Adhezní opotřebení Difuzní a oxidační opotřebení Popis typů opotřebení Tvorba nárůstku Opotřebení hřbetu Výmol na čele Oxidační rýha na vedlejším břitu Plastická deformace špičky Vrubové opotřebení na hlavním břitu Křehké porušování řezné hrany Porušování řezné hrany (mimo záběr) Hřebenovité trhliny Únavové trhliny podél hřbetu Destrukce břitu resp. špičky nástroje INTEGRACE POZNATKŮ Teoretický výpočet zatížení při hrubování Výpočet z pohledu symetrického frézování Výpočet z pohledu asymetrického frézování Obráběný materiál Charakteristika nástrojů Upnutí nástrojů Obráběcí stroj Řezné podmínky Měřící zařízení Měření jakosti obrobené plochy Mikroskop Analýza naměřených hodnot Cíl Experimentu Popis experimentu VERIFIKACE POZNATKŮ Grafy silových průběhů při symetrickém frézování (hrubování)... 53

8 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Grafy silových průběhů při asymetrickém frézování (hrubování) Grafy silových průběhů při symetrickém frézování (dokončování) Grafy silových průběhů při asymetrickém frézování (dokončování) Analýza jakosti obrobené plochy DISKUZE Rozbor průběhu sil a opotřebení při obrábění Závěr Seznam použitých zdrojů Seznam použitých zkratek a symbolů... 67

9 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 9 ÚVOD Každý průmyslový podnik, ve kterém se využívají řezné nástroje, by měl dbát na jeho správnou volbu. Na trhu je velký sortiment řezných nástrojů z nejrůznějších materiálů - od nástrojových ocelí, cermetů, keramiky, slinutých karbidů po super tvrdé materiály. Volba správného řezného nástroje v kombinaci s vhodnými řeznými podmínkami by měla mít za následek snížení nákladů a zvýšení produktivity. Dále je důležité při volbě nástroje zvolit správnou geometrii, způsob upínaní, tvar vyměnitelné břitové destičky. Trendem v oblasti vývoje nástrojů je přibližovat se k ideálnímu řeznému nástroji, který by měl mít vysokou tepelnou stabilitu, otěruvzdornost a který by měl být velmi houževnatý. Každý z uvedených materiálů má své specifické vlastnosti. V tomto pohledu je nejrozšířenější slinutý karbid díky své kombinaci výše uvedených vlastností. Z pohledu nákladů na řezné kapaliny je zaměření vývoje nástrojů i na tuto oblast. Přechod na suché obrábění však není možné u všech technologií. Důležitými zkouškami pro výrobce povlaků a nástrojů jsou řezné zkoušky. Analýzou silového zatížení řezného nástroje se dosahuje důležitých hodnot, které vypovídají o samotném průběhu řezného procesu. Tato diplomová práce se zabývá teoretickým rozborem volby frézovacího nástroje, rozebírá a popisuje mechanismy a typy opotřebení vyměnitelných břitových destiček ze slinutých karbidů. V experimentální části se zabývá analýzou řezivosti vybraných typů vyměnitelných břitových destiček při čelním frézování, které jsou dále vyhodnoceny..

10 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 10 1 ROZBOR PROBLEMATIKY 1.1 Frézování Frézování je obráběcí metoda, při které je materiál obrobku odebírán břity rotujícího nástroje. Posuv nejčastěji koná obrobek převážně ve směru kolmém k ose nástroje. U moderních frézovacích strojů jsou posuvové pohyby plynule měnitelné a mohou se realizovat ve všech směrech (obráběcí centra, víceosé CNC frézky). Řezný proces je přerušovaný, každý zub frézy odřezává krátké třísky proměnné tloušťky Druhy frézování Z technologického hlediska se v závislosti na aplikovaném nástroji rozlišuje frézování válcové a frézování čelní. Od těchto základních způsobů se odvozují některé další metody jako je frézování okružní a planetové 8. Válcové frézování se převážně uplatňuje při práci s válcovými a tvarovými frézami. Zuby frézy jsou vytvořeny pouze po obvodu nástroje, hloubka odebírané vrstvy se nastavuje kolmo na osu frézy a na směr posuvu. Obrobená plocha je rovnoběžná s osou otáčení frézy. V závislosti na kinematice obráběcího procesu se rozlišuje frézování nesousledné a sousledné 8. Obr. 1.1 Řezné síly při sousledném a nesousledném frézování 8. Čelní frézování se uplatňuje při práci s čelními frézami, které mají břity vytvořeny po obvodu i na čele nástroje. Podle polohy osy frézy vzhledem k frézované ploše se rozlišuje symetrické a nesymetrické frézování. U čelního frézování pracuje fréza současně sousledně i nesousledně 8.

11 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 11 Obr. 1.2 Symetrické čelní frézování 8. Obr. 1.3 Nesymetrické čelní frézování 8. Délka styku ostří s obrobkem je ovlivňována polohou frézy. Při symetrickém frézování je délka styku ostří s obrobkem nejkratší, oblouk záběru se prodlouží, jestliže je nástroj umístěn stranou od osy obrobku. Excentrická poloha frézy má za následek konstantnější směr působení složky řezné síly. Je-li fréza ve vystředěné poloze, vytváří se střední tloušťka třísky. Obrábí-li se frézou velkého průměru, může být poloha frézy mimo střed výhodná. V tomto případě je v záběru větší počet vyměnitelných břitových destiček (VBD), protože úhel styku břitu frézy s obrobkem je větší 1.

12 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba frézovacího nástroje Typy frézovacích operací Rovinné frézování čelní (nebo frézovací hlavou) je všeobecně nejúčinnější metodou obrábění rovinných ploch, zatím co rovinnému frézování válcovou frézou se dává přednost při obrábění dlouhých otevřených drážek a profilů. Uvedené typy fréz by měly být považovány za první volbu pro uvedená použití 1. Tab. 1.1 Použití fréz pro různé způsoby frézování 1. Použití Hlavní typy fréz Rovinné plochy a osazení Osazení, drážky a výstupky Uzavřené drážky Tvarové plochy Drážkování a dělení Obrábění hran válcová čelní fréza frézovací hlava stopková fréza válcová čelní fréza válcová fréza kotoučová fréza stopková válcová čelní fréza válcová čelní fréza s VBD kruhového tvaru stopková fréza na drážky per stopková válcová čelní fréza s VBD kruhového tvaru stopková fréza s čelními půlkruhovými břity válcová čelní fréza s VBD kruhového tvaru stopková válcová čelní fréza s VBD kruhového tvaru kotoučová fréza kotoučová fréza složená drážkovací fréza pilový kotouč stopková fréza pro srážení hran válcová čelní fréza stopková válcová čelní fréza válcová fréza Rovinné plochy a osazení Velmi často musí být obráběny obrobky, u nichž konstrukce předpokládá vytvoření rovinných ploch s pravoúhlým osazením. K tomuto účelu potřebujeme frézu s úhlem nastavení 90. Jako nástroje lze použít válcové čelní frézy nebo frézovací hlavy s VBD. Pro rovinné frézování velkých ploch jsou výhodnější frézy s úhlem nastavení hlavního ostří menší než 90. Má-li být aplikováno frézování do rohu, je nutné zpravidla použít frézu s úhlem nastavení hlavního ostří Pro běžné obrábění frézovacími hlavami by měl být použit úhel nastavení hlavního ostří 75 nebo 60. P ři tomto úhlu nastavení je schopnost stroje plně

13 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 13 využita a mimo to je možné využít frézy univerzálně k hrubování i k obrábění na čisto 1. Typ frézy s úhlem nastavení 75, by měl být při volbě vždy na prvním místě, zatím co fréza s úhlem nastavení 60 je alternati vou k výše uvedené fréze, poskytuje větší spolehlivost břitu, požadovanou například pro hrubování 1. Frézy s úhlem nastavení 45 se uplatňují buď na strojích jejichž výkon je slabší, nebo na strojích menšího typu v případě, že má použitá fréza menší průměr. Tyto frézy lze použít pro náročné formy těžkého obrábění, případně pro obrábění materiálů obrobků tvořících krátkou třísku 1. Osazení, drážky a výstupky Obr. 1.4 Různorodé frézování do rohu 15. Obrábění těchto základních tvarů je kombinací obvodového a čelního frézování. Při rovinném čelním frézování je šířka plochy, která má být obrobena důležitým faktorem pro volbu velikosti nástroje. Osazení a drážky mají více ploch, které jsou obráběny současně, to znamená, že při obrábění osazení a drážek určují volbu velikosti nástroje radiální šířka řezu a axiální šířka řezu 1. Drážka může být na obou koncích otevřená, případně na jednom konci uzavřená a na druhém konci otevřená. Je-li drážka uzavřená na obou koncích, nazývá se plná drážka. Pro tento tvar drážky je nutné použít typ stopkové frézy, která může pracovat jako vrták posuvem v axiálním směru. Pro odvod třísek se doporučuje přivádět do místa řezu budˇ stlačený vzduch, nebo chladící kapalinu 1.

14 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 14 Frézování dutin Obr. 1.5 Frézování drážek 15. Frézování dutin předpokládá u frézovacího nástroje schopnost vrtat do určité hloubky a následně frézovat. Schopnost vrtat odlišuje vrtací stopkové frézy od ostatních stopkových fréz. Stopkové frézy musí mít jeden břit takové délky, aby přesahoval osu frézy. Nástroj musí být schopen obrobit v axiálním směru celou hloubku dutiny. Rovněž lze stopkovými frézami z materiálu HSS a ze slinutých karbidů obrábět uzavřené drážky. Frézy s omezenými schopnostmi vrtání, ale se schopností provádět různé operace zahlubování nemají břity, které by přesahovaly osu, ale mají mezi čelním ostřím a tělesem frézy určitý volný prostor 1. Moderní vrtací stopkové frézy s VBD takřka nahrazují dva běžné nástroje, vrták a stopkovou válcovou čelní frézu. Tato stopková fréza umožňuje provádět obrábění ve všech směrech posuvu. Kromě obrábění drážek a osazení je tato fréza vhodná i pro navrtávání, šikmému zavrtávání a frézování dutin. Lze použít i v oblasti kopírovacího frézování 1. Při vrtacích operacích by měla být vždy použita chladicí kapalina, aby byl zajištěn spolehlivý odchod třísek 1. Možnost obrábění s omezeným axiálním posuvem se v mnoho případech jeví jako výhodná. Otvory, dutiny, drážky a tvary je možné účinněji frézovat stopkovými válcovými čelními frézami s VBD kruhovitého tvaru. Tento typ nástrojů má velkou stabilitu a dostatečný prostor okolo tělesa frézy, až do

15 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 15 Kopírovací frézování Obr. 1.6 Čelní a stopková fréza s kruhovými VBD 15. Obrábění tvarů nejrůznějšího druhu se provádí na kopírovacích frézkách a frézkách CNC. Pro kopírovací frézování připadají v úvahu stopkové frézy s čelními půlkruhovými břity a stopkové frézy s kruhovými VBD. Schopnost nejen frézovat, ale rovněž vrtat, a obrábět složité oblé tvary klade vysoké nároky na frézovací nástroje. Pro obrábění konkávních a konvexních tvarů při stálém kontaktu s materiálem obrobku musí být nástroj na čelní straně opatřen oblým břitem, který umožňuje efektivní obrábění ve všech směrech. Pro tento způsob obrábění lze použít stopkových fréz s pájenými břity z SK nebo též monolitních stopkových fréz z SK 1. Stopková fréza s VBD se používá pro hrubování a střední obrábění, zatím co monolitní frézy nebo frézy s pájenými břity z SK slouží k obrábění načisto 1. Obrábění drážek a dělení materiálu Pro zhotovení drážek určitého provedení, charakterizovaného délkou a hloubkou a v určité míře rovněž šířkou drážky, se používají kotoučové frézy, zatím co stopkové frézy se volí tehdy, mají-li být obrobeny krátké ploché drážky, jako například drážky pro klíny a zvláště pak uzavřené drážky pro pera a různé tvarové dutiny 1. Kotoučové frézy jsou nejhospodárnějším řešením v případě, kdy je potřeba zhotovit dlouhé, hluboké drážky. Aby bylo možné provést správnou volbu mezi kotoučovou frézou a stopkovou frézou, je nejprve nutné zjistit rozměry drážek, které mají být obráběny s ohledem na pracovní rozsah stopkových fréz, válcových čelních fréz a kotoučových fréz 1.

16 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 16 Obrábění hran Obr. 1.7 Frézování kotoučovými frézami 15. Obrábění hran, výroba drážek tvaru V, odlehčovacích zápichů a odstraňování ostřin na hranách patří k běžným operacím. Jako nejvhodnější varianta pro tyto operace se nabízí použití malých frézovacích hlav, nebo válcových čelních fréz podle toho, jak je konstruováno vřeteno stroje 1. Na moderních obráběcích centrech a frézkách lze velmi účinně obrábět vše pod úhlem zkosené plochy. Frézy osazené VBD ve standartním provedení, které pracují při použití extrémních řezných podmínek, mohou rychle a dobře obrážet hrany, srážet hrany pro svary, odstraňovat ostřiny 1. Dalším řešením je použití tvarových monolitních stopkových technických fréz z SK s děliči třísek na břitech. Tyto nástroje se dodávají v mnoha tvarech a velikostech pro nejrůznější způsoby obrábění. Provedení se zuby ve šroubovici zaručuje, že bude v kontaktu s plochou obrobku vždy maximální počet zubů 1. Obr. 1.8 Různé typy technických fréz 16.

17 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Rozteč frézy Rozteč zubů frézy ( u ) je vzdálenost mezi dvěma za sebou jdoucími břity. Frézy se rozdělují na nástroje s velkou, střední a malou roztečí 1. Velká rozteč zubů znamená, že fréza má po obvodě menší počet zubů a velké zubové mezery. Tyto hrubozubé frézy se používají pro hrubování a obrábění oceli načisto 1. Fréza se střední roztečí má větší počet zubů a středně velké zubové mezery. Charakteristickým znakem u těchto nástrojů je vysoký výkon obrábění. Frézy tohoto druhu se používají pro obrábění šedé litiny a střední obrábění oceli 1. Frézy s malou roztečí mají velmi malé zubové mezery. Tyto jemnozubé frézovací nástroje, umožňující použít vysoké posuvy stolu, jsou vhodné pro hrubování ocelí s malou hloubkou a šířkou řezu. Mimo to se používají při obrábění materiálů, u nichž musí být použita malá řezná rychlost, například při obrábění titanu Upnutí frézy Obr. 1.9 Velká, střední a malá rozteč zubů 1. Podle způsobu upnutí dělíme frézy na nástrčné a stopkové Pro upínání nástrčných fréz na frézkách se používají frézovací trny. Upínací kužel frézovacích trnů a pracovního vřetena může být buď metrický s kuželovitostí 1:20, nebo Morse 1:19 až 20, nebo strmý 1:3,5. Metrický a Morse kužel jsou samosvorné a mohou přenést krouticí moment z vřetena na frézovací trn. Aby přenos krouticího momentu byl dokonalý, má konec vřetena obdélníkové vybrání, do něhož zapadá zploštělý nákružek na konci frézovacího trnu. Strmý kužel pouze středí trn v pracovním vřetenu, krouticí moment se přenáší dvěma kameny upevněnými na čele vřetena, které zapadají do vybrání na nákružku frézovacího trnu. Poloha frézy na dlouhém trnu se zajišťuje volně navlečenými rozpěrnými kroužky. Kromě rozpěrných kroužků je na trnu vodicí pouzdro, které je součástí posuvného podpěrného ložiska, umístěného na výsuvném rameni vodorovné frézky. Pouzdro je ustaveno v poloze, kde bude trn ložiskem podepřen. Aby upnutí nástrojů na trnech bylo co nejtužší, upínají se frézy co nejblíže k vřetenu a výsuvné rameno se přisune k fréze tak blízko, jak

18 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 18 je to jen možné. Čelní nástrčné frézy a frézovací hlavy se upínají krátkými upínacími trny letmo upnutými do vřetena stroje 8. Obr Upínač s trny pro nástrčné frézy 12. Frézy s kuželovou stopkou se upínají pomocí redukčních pouzder přímo do upínacího kužele ve vřetenu frézky. Redukční pouzdro se použije také tehdy, neshoduje-li se kužel frézovacího trnu s kuželem vřetena. Frézy s válcovou stopkou se upínají do vřetena frézky při použití sklíčidla s upínacím pouzdrem 8. Frézy s válcovou stopkou o průměru 3 50 mm se v současné době velmi často upínají pomocí speciálních tepelných nebo hydraulických upínačů. V tepelném upínači je nástroj vložen do tělesa upínače a poté spolu s ním ohříván ve speciálním zařízení pomocí magnetického pole cívky vysokofrekvenčního generátoru. Průběh ohřevu je tak rychlý, že zvýšení teploty nástroje v důsledku vedení tepla je minimální. Poté je upnutý nástroj ochlazen proudem vzduchu (ke zkrácení doby ochlazování se používají hliníková tělesa s žebrováním, která obepínají upínač s nástrojem a vestavěný ventilátor) a v důsledku smrštění materiálu upínače spolehlivě upnut. Uvolnění nástroje se provede ohřevem ve stejném zařízení 8. Jako další z variant upínání se využívá hydroupínačů. Upínacím šroubem se působí na kapalinu a zvyšováním tlaku dochází k roztahování upínací stěny držáku. Tyto upínače jsou přesné a jednoduché pro manipulaci, ale mají menší životnost, protože časem dojde k narušení stěny držáku. Není jimi možné upínat nástroje s vyfrézovanou ploškou (Weldon, Whistle-Notch), neboť to má za následek deformaci stěny držáku. Naproti tomu do tepelného upínače je možné upínat nástroje s válcovou stopkou i s vyfrézovanou ploškou, jelikož zde žádná deformace nehrozí 13. Obr Kleštinový upínač a upínač Weldon 12.

19 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 19 Princip polygonálního upínání je znázorněn v řezu na obr (normální stav upínače a stav upínače při výměně nástroje). Vlastní deformace upínače se děje pouze v oblasti pružné (elastické) deformace, při níž nedochází k žádným molekulárním změnám v materiálu. Postup je tedy možno opakovat bez omezení počtu cyklů 14. V uvolněném stavu je tvar upínací dutiny v řezu podobný zaoblenému trojúhelníku. Pomocí hydraulického zařízení působí síla ve 3 bodech (na vrcholech trojúhelníku). V důsledku síly dostane upínací dutina válcový tvar. Nyní může být vložena stopka nástroje. Uvolněním vnější síly z hydraulického zařízení se upínací dutina snaží vrátit zpět do původního tvaru a upne tak stopku nástroje 17. Obr Princip silově deformačního upínače 17. Přestože je cena upínače minimální, vzhledem k ceně kompletního obráběcího stroje, jsou upínače důležitým a rozhodujícím spojujícím členem mezi vřetenem a nástrojem. Výběr správného upínače výrazně ovlivní budoucí výsledky celého obráběcího procesu 14,17.

20 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Volba geometrie nástroje a VBD Geometrii břitu frézy tvoří velký počet úhlů, které určují polohu VBD upnuté v tělese frézy. Úhel nastavení hlavního ostří ( κ r ) je úhel mezi obráběnou plochou opracovávaného obrobku a hlavním ostřím. Polohu VBD určují funkční úhly: úhel sklonu ostří ( λ s ) a ortogonální úhel čela ( γ o ). Uvedené úhly ovlivňují ve značné míře výkon stroje potřebný pro obrábění, utváření a odchod třísky. Efektivní úhel čela (ortogonální úhel čela) ovlivňuje řezné síly a tím i potřebný příkon stroje 1. Obr Úhel sklonu ostří λ s, ortogonální uhel čela γ o, úhel nastavení hlavního ostří κ 1 r. U frézovacích nástrojů dále rozlišujeme následující konstrukční úhly: axiální úhel čela ( γ p ), který se měří v rovině rovnoběžné s osou rotace nástroje a radiální úhel čela ( γ f ), který se měří v rovině kolmé k ose rotace 1. Obr Axiální úhel čela γ P a radiální úhel čela γ 1 f.

21 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 21 Tyto úhly určují typ frézy a ve spojení s příslušným úhlem nastavení hlavního ostří určují také funkční pracovní úhly, které vyžadují různé frézovací nástroje 1. Při frézování rovinných ploch rozlišujeme tři hlavní druhy geometrií: dvojitá negativní, dvojitá pozitivní a pozitivně negativní 1. Dvojitá negativní geometrie má radiální i axiální úhel čela negativní a používá se rovněž negativní VBD. Úhel hřbetu získáme sklonem VBD. Toto se může příznivě projevit na hospodárnosti obrábění, protože je možné využít obě strany VBD, čímž se získá větší počet stabilnějších břitů. Frézovací nástroje s touto geometrií jsou vhodné pro obrábění tvrdé oceli a šedé litiny, při kterém vznikají velká mechanická zatížení břitu. Tato geometrie vyžaduje vysoký příkon a stabilitu stroje nutnou z důvodu vznikajících řezných sil 1. Dvojitá pozitivní geometrie má radiální i axiální úhel čela pozitivní. Tato geometrie vyžaduje použití jednostranných pozitivních VBD. S frézami s dvojitou pozitivní geometrií lze realizovat více způsobů obrábění než s dvojitou negativní geometrií. Pro stejný řez v porovnání s dvojitou negativní geometrií je potřeba menšího příkonu stroje a lze použít tenčí VBD. Dvojité pozitivní geometrie jsou vhodné rovněž pro obrábění tenkostěnných málo tuhých obrobků, materiálů se sklonem zpevňování za studena nebo pro stroje s malým příkonem. Využití této geometrie je zejména při obrábění slitin Al, tvárných ocelí a některých korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí 1. Pozitivně negativní geometrie má axiální úhel čela pozitivní a radiální úhel čela negativní. Potřebný výkon stroje je u pozitivně-negativních břitů poněkud vyšší než u dvojitě pozitivních a poněkud nižší než u dvojitě negativních břitů. Tato geometrie umožňuje obrábění při vysokých posuvech na zub a při velkých hloubkách řezu, protože negativní radiální úhel čela má vysokou odolnost proti lomu břitu a pozitivní axiální úhel čela má schopnost dobře utvářet třísky. Frézy s touto geometrií břitu jsou mnohostranně použitelné, zejména tehdy, když se pracuje s úhlem nastavení hlavního ostří 45. Zvládají také náročné úkoly obrábění vzhledem k materiálům obrobku a k podmínkám použití 1. Obr Místo prvního kontaktu s ohledem na základní geometrii nástroje 6.

22 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 22 Při frézování se využívají různé tvary a velikosti VBD. Geometrie břitu nástroje je určována převážně tím, jakou polohu VBD ve fréze zaujímá. Tvar VBD ovlivňuje stabilitu břitu, počet zubů, které jsou u frézy k dispozici a dosažitelnou jakost obrobeného povrchu 1. Tab. 1.2 Různá provedení břitu 6. Způsob provedení ostří VBD Ostrý břit Břit s fazetkou Rektifikované ostří Fazetkové ostří rektifikované Ostrý břit se doporučuje používat pro VBD určené pro frézy, které slouží k obrábění slitin Al. U ostrého břitu se dosahuje minimální deformace odřezávané vrstvy, omezuje se vznik nárůstku a snižuje se úroveň řezných sil. Pevnost ostří je v porovnání s ostatními úpravami řezné hrany menší 6. Břit s fazetkou zvětšuje pevnost ostří a odolnost proti mechanickému zatížení. Fazetka o šířce (x) a úhlu ( γ x ) zvětšuje v bezprostřední blízkosti úhel břitu ( γ n ). V současnosti se používá výjimečně, protože je nahrazen provedením rektifikovaného břitu s fazetkou 6. Rektifikací ostří pod určitým velmi malým poloměrem dosahujeme zvýšení odolnosti proti mechanickému porušení řezné hrany. V současné době je tato úprava břitu používána u všech VBD bez fazetky, které se používají pro frézování téměř všech druhů materiálů 6.

23 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 23 Rektifikovaný břit s fazetkou má navíc oproti úpravě břitu s fazetkou provedenou rektifikaci, která vede k zaoblení ostří zesíleného fazetkou. Tato uprava zvyšuje odolnost břitu proti mechanickému porušení v nejvyšší míře Volba materiálu VBD Současný poměrně široký sortiment materiálů pro řezné nástroje, od nástrojových ocelí až po syntetický diamant, je důsledkem celosvětového dlouholetého a intenzivního výzkumu a vývoje v dané oblasti (viz. obr. 2.16) Hlavním problémem dnešní doby není hledání nových, dosud nepoužívaných řezných materiálů, ale spíše hledání optimálního využití již známých materiálů 8,7. Obr Oblasti použití řezných materiálů 7. Řezná keramika na bázi Al 2 O 3 je užívána pro obrábění vysokou řeznou rychlostí a nízkou posuvovou rychlostí, protože má vysokou tvrdost za tepla a vysokou termochemickou stabilitu, ale nízkou houževnatost. Řezná keramika na bázi Si 3 N 4 má vyšší houževnatost a vydrží vyšší posuvovou rychlost než keramika Al 2 O 3, ale její užití je omezeno na obrábění šedé litiny, protože při obrábění ocelí a tvárné litiny vykazuje rychlé opotřebení 8. Cermety mohou být užity pro vyšší posuvové rychlosti než řezná keramika a pro řezné rychlosti na úrovni povlakovaných slinutých karbidů. Vzhledem k nízké houževnatosti jsou ale jejich aplikace doposud omezeny pouze na lehké a střední řezy (při vyšších posuvech se začíná projevovat jejich nižší tepelná vodivost, dochází k vyšší koncentraci tepla v oblasti špičky a tím i k rychlému plastickému porušení břitu nástroje), dobře se uplatní při obrábění korozivzdorných ocelí 8.

24 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 24 Slinuté karbidy (SK) jsou nejpevnějšími materiály mezi tvrdými nástrojovými materiály a mohou být použity pro obrábění vysokými posuvovými rychlostmi a pro těžké přerušované řezy. Nemohou být ale použity pro vysoké řezné rychlosti, zejména v důsledku své nízké termochemické stability 8. Povlakované slinuté karbidy jsou složeny z pevného karbidového podkladu a termochemicky stabilního tvrdého povlaku (karbidy, nitridy, oxidy a jejich kombinace). Výsledkem jsou nejlepší materiály pro vysoké řezné i posuvové rychlosti, vysoký úběr materiálu a přerušované řezy 8. Rychlořezné oceli mají nejvyšší houževnatost, ale ve srovnání s ostatními materiály je jejich tvrdost poměrně nízká. Proto jsou z nich vyráběny nástroje určené pro obrábění nízkými řeznými rychlostmi a též tvarově složité nástroje, které nemohou být vyrobeny z ostatních řezných materiálů 8. Supertvrdé materiály (polykrystalický diamant - PD a polykrystalický kubický nitrid boru - PKNB) mají vzhledem ke svým vlastnostem a vysoké ceně zcela specifické použití. Polykrystalický diamant se používá pro obrábění vláknově vyztužených kompozitů a zejména hliníkových slitin. Protože diamant je uhlík v kubické modifikaci, nesmí se pro svoji vysokou afinitu k železu používat pro obrábění ocelí ani litin. PKNB je obecně doporučován pro obrábění tvrdých kalených materiálů s tvrdostí minimálně 45 HRC 8. Tab. 1.3 Používané řezné materiály 1. Polykrystalický diamant Povlakovaný SK Směsná keramika Kubický nitrid boru Povlakovaný SK Neoxidická keramika Oxidická keramika Nepovlakovaný SK Cermet

25 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 25 Slinuté karbidy jsou v současné době nejpoužívanějším řezným materiálem pro obrábění kovů. Pro velký počet aplikací byly vyvinuty slinuté karbidy se specifickými vlastnostmi. Při volbě nástroje a startovních řezných podmínek je jednou z nejdůležitějších věcí správná identifikace obráběného materiálu. Pro zjednodušení rozdělujeme obráběné materiály v souladu s normou ISO 513 do šesti základních skupin v nichž jsou sdružovány materiály, které vyvolávají kvalitativně stejný typ zatížení (namáhání) břitu a tudíž vyvolávají i podobný typ opotřebení. Proto prvním krokem je zařazení materiálu obrobku do jedné ze skupin 7,1. Tab. 1.4 Rozdělení SK dle obráběného materiálu 7. P M K uhlíkové (nelegované) oceli třídy 10, 11, 12 legované oceli tříd 13, 14, 15, 16 nástrojové oceli uhlíkové (191., 192., 193.) uhlíková ocelolitina skupiny 26 (4226.) nízko a středně legované ocelolitiny skupiny 27 (4227.) feritické a martenzitické korozivzdorné oceli (třídy 17., lité 4229.) austenitické a feriticko austenitické oceli korozivzdorné, žáruvzdorné a žárupevné oceli nemagnetické a otěruvzdorné šedá litina nelegovaná i legovaná ( 4224.) tvrdá litina ( 4225.) temperovaná litina (4225.) N neželezné kovy, slitiny Al a Cu S H speciální žárupevné slitiny na bázi Ni, Co, Fe a Ti zušlechtěné oceli s pevností nad 1500 MPa kalené oceli HRC tvrzené kokilové litiny HSh Skupina P je určena pro obrábění materiálů, které tvoří dlouhou třísku, jako uhlíkové oceli, slitinové oceli. Řezný proces je doprovázen velkými řeznými silami a značným opotřebením na čele nástroje. Přísada TiC zaručuje vysokou odolnost proti difúzi za vysokých teplot a je jednou z hlavních příčin výmolů na čele nástroje 8,24.

26 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 26 Skupina M má univerzálnější použití a je určena pro obrábění materiálů, které tvoří střední a delší třísku, jako jsou lité oceli, tvárné litiny. Pro svoji relativně vysokou houževnatost se SK této skupiny používají pro těžké hrubovací práce a pro přerušované řezy. Síly řezání dosahují středních až vysokých hodnot a dochází k vydrolování ostří 8,24. Skupina K je určena pro obrábění materiálů, které vytváří krátkou drobivou třísku, např. temperované litiny. Řezné síly jsou obvykle relativně nízké a převládá abrazivní a adhezní opotřebení. SK této skupiny nejsou vhodné pro materiály tvořící dlouhou třísku, která zatěžuje tepelně čelo nástroje 8,24. Skupina N je určena k obrábění materiálů z neželezných kovů, zejména hliníku a dalších neželezných kovů a jejich slitin a nekovových materiálů 8,24. Skupina S se používá na obrábění tepelně odolných slitin na bázi železa, niklu a kobaltu, titanu a titanových těžce obrobitelných slitin 8,24. Skupina H je vhodná na obrábění kalených a vysoce tvrdých ocelí a tvrzených a kalených litin 8,24. Další dělení je do podskupin např. P10, M30, K20. Vyšší číslo vyjadřuje vyšší obsah pojícího kovu, vyšší houževnatost a pevnost v ohybu a nižší tvrdost a otěruvzdornost materiálu a vymezuje oblast jeho aplikací pro nižší řezné a vyšší posuvové rychlosti 8, Opotřebení vyměnitelných břitových destiček Intenzita mechanických typů opotřebení je závislá na poměru tvrdostí obráběného materiálu a slinutého karbidu za podmínek, které existují v kontaktních plochách mezi břitem a obráběným materiálem. Na řezné teplotě je závislá jen tehdy, pokud ovlivňuje poměr tvrdosti nástrojového a obráběného materiálu za podmínek, které existují v kontaktních plochách. Naproti tomu je intenzita chemického opotřebení od určité řezné teploty na řezné rychlosti jednoznačně závislá bez ohledu na poměr tvrdosti 9. Na celkovém opotřebení se nepodílejí za určitých podmínek obrábění všechny děje stejnou měrou. Pro určitou dvojici obráběný materiál - slinutý karbid může (podle podmínek obrábění) převládat jeden či druhý děj. Rozhodujícím činitelem určujícím, který typ dějů v procesu opotřebení převládá, je teplota styku nástroje s obrobkem Abrazivní opotřebení U abrazivního opotřebení se předpokládá, že příčinou otěru čela a hřbetu je postupné mechanické narušování povrchu těchto funkčních ploch břitu. Tvrdé strukturní složky obráběného materiálu odřezávají, obrušují povrch břitu 9.

27 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 27 Při obrábění ocelí a litiny je abrazivní účinek jejich strukturních složek různý. Abraze však může hrát významnější roli při obrábění legovaných ocelí a litin, které obsahují karbidotvorné legury, jako je chrom, wolfram, molybden a vanad. Při vyšším obsahu uhlíku se mohou v jejich struktuře vyskytnout volné karbidy těchto prvků. Jejich tvrdost už dosahuje tvrdosti strukturních složek slinutých karbidů a povlaků 9. Obr Schematické znázornění vzniku adhezního opotřebení 9. Abraze se jako převládající mechanismus otěru vyskytuje při obrábění některých nekovových materiálů, např. kamene, některých odlitků a výkovků znečištěných pískem nebo okujemi. Abraze je rovněž významná při obrábění austenitických ocelí i některých superslitin, kdy se vytvářejí silně zpevněné povrchové vrstvy obrobků, které při následném obrábění vytvářejí charakteristické hluboké vruby na břitu. Na vzniku tohoto opotřebení se však nepochybně podílí i oxidace Adhezní opotřebení Vysoké tlaky a chemicky čisté povrchy čela, hřbetu nástroje a obráběného materiálu v místě styku (v kontaktních plochách) vytvářejí podmínky pro adhezní opotřebení. Vzájemný styk třísky s čelem a hřbetu za podmínek bodového dotyku nastává při nízkých řezných teplotách jen ve vrcholcích mikronerovností. Ve vrcholcích mikronerovností dochází následkem vysokých tlaků k místní plastické deformaci. Působením místní plastické deformace, především v obráběném materiálu, se na vrcholcích nerovností obnaží chemicky čistý materiál, vzrostou místní teploty a vzniknou adhezní spoje mikroskopické svary. Při relativním pohybu obou ploch probíhá plynulý proces vzniku a odtrhávání mikrosvarů. Vrcholky mikronerovností, na kterých svary vznikají, jsou namáhány na střih, a tím se tyto svary porušují. K odtržení dochází zpravidla v některém z obou materiálů. Nejčastěji se vytrhává materiál obrobku a jeho částice zůstávají nalepeny na čele a hřbetě nástroje. Objem odtržené částice obráběného materiálu obvykle značně převyšuje objem částic odtržených ze slinutého karbidu vzhledem k podstatně nižší tvrdosti obráběného materiálu v porovnání s tvrdostí nástrojového materiálu SK. K porušení povrchu slinutého karbidu dochází obvykle v místech oslabení vlivem nehomogenit struktury, mikropórovitosti, nerovnoměrnosti chemického složení a trhlin. Adhezní opotřebení funkčních

28 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 28 ploch břitu je tudíž výsledkem opakovaného vzniku a porušování mikrosvarů. Velikost vytrhávaných částic a tím i intenzita opotřebení břitu závisí na poměru tvrdosti materiálu a slinutého karbidu v kontaktní ploše na čele a hřbetu 9. Adhezní opotřebení hraje významnou roli zejména při obrábění litiny, kdy vzniká tříska, která vykazuje minimální plastickou deformaci. V kontaktní ploše čelo tříska nedochází ke vzniku vnitřního tření a následkem toho je zde řezná teplota podstatně nižší. Vznikají tak podmínky pro vznik dotyku ve vrcholcích (viz schematické znázornění vzniku adhezního opotřebení). Naproti tomu při obrábění ocelí je podíl adheze na opotřebení břitu menší. Významnější roli hraje při nízkých řezných rychlostech, tedy při nízkých řezných teplotách a při tvorbě nárůstku Difuzní a oxidační opotřebení Vzniká působením chemických vlivů při procesu obrábění. Jakmile překročí řezná teplota C, stává se difuze jednotli vých strukturních složek obráběného materiálu a slinutého karbidu převládajícím mechanismem procesu opotřebení čela i hřbetu vyměnitelné břitové destičky. Opotřebení jejího břitu za vysokých teplot závisí na teplotě a chemické aktivitě materiálu obrobku a druhu slinutého karbidu (resp. na jeho chemickém složení) 9. Difuze má hlavní podíl na vymílání čela při obrábění oceli, kdy dochází ke vzniku plasticky deformované třísky. Dalším typem chemického opotřebení je oxidace vedlejšího hřbetu v místě, kde vychází ze záběru s obrobkem. Intenzivní oxidace povrchu slinutého karbidu zahřátého na vysokou teplotu vede při vyšších řezných rychlostech ke vzniku tzv. oxidační rýhy. Prohlubující se oxidační rýha vede k prolomení výmolu, který vzniká na čele difuzním opotřebením směrem na vedlejší hřbet. Tento typ opotřebení je příčinou rychlého zhoršení drsnosti obrobeného povrchu a vede zejména při intenzivních řezných podmínkách k rychlému ukončení trvanlivosti břitu 1,9. Obr Výmol na čele VBD způsobuje především difuze 9.

29 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 29 Obr Oxidace povrchu SK zahřátého na vysokou teplotu vede ke vzniku oxidační rýhy Popis typů opotřebení Klasifikace typů opotřebení břitu nástroje byla provedena za účelem vytvoření báze pro posouzení operací obrábění a tím i možnosti ovlivnění produktivity i v tomto předvýrobním stádiu Tvorba nárůstku Jedná se o nalepování obráběného materiálu na břit nástroje. Nárůstek má charakter návaru na břitu. Při jeho odtrhávání může dojít ke křehkému porušení břitu nástroje. Tento jev je dále charakterizován snížením jakosti obráběného povrchu Opotřebení hřbetu Obr Místo výskytu nárůstku 7. Otěr hřbetu je jedním z hlavních kritérií charakterizujících trvanlivost VBD. Vzniká v důsledku styku nástroje a obráběného materiálu v průběhu řezného procesu. Jeho velikost (intenzitu) lze pouze snížit 7. Obr Místo výskytu opotřebení hřbetu 7.

30 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výmol na čele Výmol na čele je typ opotřebení, které se nejvýrazněji projevuje u VBD s rovným čelem, jeho výskyt není však omezen pouze na tento typ destiček. Při obrábění měkkých materiálů vzniká výmol širší a mělčí, u tvrdých materiálů naopak výmol úzký a hluboký 7. Obr Místo výskytu výmolu na čele Oxidační rýha na vedlejším břitu Je jedním z nejvýznamnějších kritérií limitujících životnost VBD. Setkáváme se s ní zejména u soustružení. Propojení oxidační rýhy s výmolem na čele se jednoznačně projeví na zvýšení drsnosti povrchu obrobku 7. Obr Místo oxidační rýhy na vedlejším břitu Plastická deformace špičky Důvodem tohoto typu opotřebení je přetížení břitu v důsledku vysokých řezných teplot (tedy vysokých rychlostí a posuvů) 7. Obr Místo výskytu plastické deformace špičky 7.

31 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Vrubové opotřebení na hlavním břitu Vzniká v oblasti styku břitu nástroje s povrchem obrobku. Je zapříčiněno převážně zpevněním povrchových vrstev obrobku a otřepy. Tento typ opotřebení se vyskytuje zejména u korozivzdorných austenitických ocelí 7. Obr Místo výskytu vrubového opotřebení na hlavním břitu Křehké porušování řezné hrany Ve většině případů se vyskytuje v kombinaci s jiným typem opotřebení, je samostatně obtížně identifikovatelné. Jeho příčinou bývá zejména nízká tuhost soustavy stroj-nástroj-obrobek 7. Obr Místo výskytu křehkého porušení řezné hrany Porušování řezné hrany (mimo záběr) Jeho příčinou je nevhodné utváření třísky, která při svém odchodu naráží na břit a ten mechanicky poškozuje 7. Obr Místo výskytu porušení řezné hrany 7.

32 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Hřebenovité trhliny Tento jev je důsledkem dynamického tepelného zatížení při přerušovaném řezu 7. Obr Místo výskytu hřebenovitých trhlin Únavové trhliny podél hřbetu Vznikají v důsledku dynamického zatížení oblasti těsně za břitem 7. Obr Místo výskytu únavových trhlin Destrukce břitu resp. špičky nástroje Příčiny tohoto jevu mohou být různé a jsou závislé na materiálu nástroje i materiálu obrobku, stavu a zejm. tuhosti soustavy stroj-nástroj-obrobek, vliv má i velikost a typ opotřebení a záběrové podmínky 7. Obr Destrukce břitu 7.

33 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 33 Tab. 1.5 Možná opatření, která vedou ke snížení daného opotřebení 7. Druhy opotřebení Opatření Tvorba nárůstku - změnit (zvýšit) řeznou rychlost - změnit (zvýšit) posuv - aplikovat povlakované typy slinutých karbidů - použít jinou řeznou geometrii - použít řeznou kapalinu s vyšším protinárůstkovým účinkem (pokud není k dispozici, upustit od chlazení) Opotřebení hřbetu - použít otěruvzdornější typ slinutého karbidu - snížit řeznou rychlost - zvýšit posuv (v případě, že posuv je menší než 0,1 mm/zub) - použít řeznou kapalinu resp. zvýšit intenzitu chlazení Výmol na čele - použít otěruvzdornější typ slinutého karbidu - použít povlakovaný typ - snížit řeznou rychlost - použít jiný (pozitivnější) typ řezné geometrie - použít řeznou kapalinu resp. zvýšit intenzitu chlazení Oxidační rýha na vedlejším břitu - použít povlakovaný resp. otěruvzdornější typ slinutého karbidu, dovolují-li to podmínky, použít VBD s povlakem obsahující Al2O3 - použít chladící emulzi resp. zvýšit intenzitu chlazení - snížit řeznou rychlost Plastická deformace špičky - použít otěruvzdornější typ slinutého karbidu - snížit řeznou rychlost - snížit posuv - použít chladící emulzi resp. zvýšit intenzitu chlazení - použít VBD s větším poloměrem zaoblení špičky - použít VBD s větším úhlem špičky

34 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 34 Plastická deformace špičky Vrubové opotřebení na hlavním břitu Křehké porušování řezné hrany Porušovaní řezné hrany (mimo záběr) Hřebenovité trhliny Únavové trhliny podél hřbetu Destrukce břitu respektive špičky nástroje - použít otěruvzdornější typ slinutého karbidu - snížit řeznou rychlost - snížit posuv - použít chladící emulzi resp. zvýšit intenzitu chlazení - použít VBD s větším poloměrem zaoblení špičky - použít VBD s větším úhlem špičky - použít povlakovaný resp. otěruvzdornější typ slinutého karbidu, dovolují-li to podmínky, použít VBD s povlakem obsahující Al2O3 - zvolit nástroj s menším úhlem nastavení - nerovnoměrně rozdělit třísku - použít houževnatější typ slinutého karbidu - zvolit méně intenzivní řezné podmínky - použít jinou řeznou geometrii - při najíždění do záběru zmenšit posuv - změnit posuv - zvolit nástroj s jiným úhlem nastavení použít jinou řeznou geometrii (jiný utvařeč) - použít houževnatější typ slinutého karbidu - upustit od chlazení kapalinou (možno použít vzduch z důvodů odstranění třísek z místa řezu) - zvolit houževnatější materiál VBD - snížit řeznou rychlost - použít houževnatější typ slinutého karbidu - změnit způsob najíždění a vyjíždění nástroje - změnit záběrové podmínky - použít jiný typ řezné geometrie resp. VBD s jinou úpravou řezné hrany - změnit posuv - použít houževnatější typ slinutého karbidu - zvolit méně intenzívní řezné podmínky - použít VBD s větším poloměrem zaoblení špičky - použít VBD s větším úhlem špičky - použít jinou řeznou geometrii (jiný utvařeč) - stabilizovat řeznou hranu (břit) - při najíždění do záběru zmenšit posuv

35 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 35 2 INTEGRACE POZNATKŮ 2.1 Teoretický výpočet zatížení při hrubování Frézování VBD kruhovitého tvaru Při frézování vyměnitelnými břitovými destičkami kruhovitého tvaru je úhel nastavení hlavního ostří proměnný. Efektivní úhel nastavení hlavního ostří se mění s poměrem hloubky řezu k průměru vyměnitelné břitové destičky. Vycházíme-li od nuly, narůstá efektivní úhel nastavení až do hodnoty 45. Hloubka řezu v tomto bodě odpovídá polovičnímu průměru destičky. Tato hodnota je současně maximální hloubkou řezu 1. Vyměnitelné břitové destičky kruhového tvaru zaručují maximální stabilitu břitu a jsou-li správně použity, také větší počet hospodárně použitelných břitů, než kolik jich mohou poskytnout jiné tvary vyměnitelných břitových destiček. Stabilita vyměnitelných břitových destiček kruhového tvaru předurčuje jimi osazené frézovací nástroje pro obrábění většiny materiálů, zvláště ocelí s vysokou pevností. Jsou zvlášť vhodné pro hrubování při velkém posuvu na zub 1. Obr. 2.1 úhel nastavení hlavního ostří kruhové VBD 1. kde: a p d Smluvní výpočet úhlu nastavení hlavního ostří 1 : ap tgκ r = (3.1) a d a p ( ) - axiální šířka řezu, - průměr vyměnitelné břitové destičky. p Obr. 2.2 Průřez třísky při čelním frézování 8.

36 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 36 Střední tloušťka třísky 1 : sin κr 180 ae fz hm = (3.2) π D arcsin a /D ( ) e kde: K r a f z e π D - úhel nastavení hlavního ostří, - radiální šířka řezu, - posuv na zub, - Ludolfovo číslo, - průměr frézovacího nástroje. Jmenovitá šířka třísky je pro libovolné ϕi konstantní a vypočítá se podle vztahu 8 : ap b = sinκ (3.3) r kde: a p K r - axiální šířka řezu, - úhel nastavení hlavního ostří. Jmenovitá tloušťka třísky pro í-tý úhel posuvového pohybu 8 : h = f sinϕ sink i z i r (3.4) kde: f z ϕ K i r - posuv na zub, - uhel posuvového pohybu, - úhel nastavení hlavního ostří. Jmenovitý průřez třísky pro í-tý úhel posuvového pohybu 8 : A = b h = ap f sinϕ Di i z i (3.5) kde: b - jmenovitá šířka třísky, h i - jmenovitá tloušťka třísky, a - axiální šířka řezu, f z ϕ p i - posuv na zub, - uhel posuvového pohybu. Měrná řezná síla 2 : k c1 k c = (3.6) mc h kde: k C1 - konstanta vyjadřující vliv obráběného materiálu, h i - jmenovitá tloušťka třísky, mc - exponent vlivu tloušťky třísky. i

37 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 37 Pro obráběný materiál W.Nr , označení DIN X42Cr13 je hodnota C = 1700 MPa a mc = 0, k 1 Řezná síla působící na í-tý zub frézy 8 : F = k A ci ci Di (3.7) kde: k ci - měrná řezná síla, A - jmenovitý průřez třísky. Di Obr. 2.3 Úhly posuvových pohybů pro začátek řezu, maximální hloubku řezu a konec řezu při symetrickém frézování 7, 5. kde: ϕ 3,ϕ1 (viz. obr. 2.3) Úhel záběru frézy 8 : ψ = ϕ (3.8) 3 ϕ 1 kde: ψ - úhel záběru frézy, z - počet břitových destiček frézy. Počet zubů v záběru 8 : ψ n z = z (3.9) 360

38 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpočet z pohledu symetrického frézování Smluvní výpočet úhlu nastavení hlavního ostří ap 2 tgκ = = = 0, r a d a 2(12 2) p ( ) p Střední tloušťka třísky sin κr 180 ae fz sin ,2 0,26 hm = = = ɺ 0,07 mm π D arcsin a / D π 32 arcsin(15,2 / 32) ( ) Jmenovitá šířka třísky ap 2 b = = = ɺ 7,25 mm sinκ sin16 r e Výpočet jednotlivých úhlů řezného oblouku 2 U1 2 8,4 cosϕ1 = 1 = 1 = 0,475 ϕ1 = ɺ D 32 ϕ2 = 90 (viz. obr. 2.3) 2 U2 2 23,6 cosϕ3 = 1 = 1 = 0,475 ϕ3 = ɺ D 32 Úhel záběru frézy ψ = ϕ ϕ = = Počet zubů v záběru ψ n z = z = 3 = ɺ 0,47 1zub Řešení pro bod 1, pro ϕ1 = h = f sinϕ sink = 0,26 sin61 38 sin16 ɺ 0,0630 mm 1 z 1 r = A D1 = b h1 = ap fz sinϕ1 = 2 0,26 sin61 38 = ɺ 0,46 mm 1700 h = 0,0630 k = ɺ 3393,23 MPa ( 0,0630 ) 1 c1 = 0,25 Fc 1 c1 D1 = = k A = 3393,23 0,46ɺ 1560,89N 2 Řešení pro bod 2, pro ϕ = 90 2 h = f sinϕ sink = 0,26 sin90 sin16 ɺ 0,0717 mm 2 z 2 r = A = a f sinϕ = 2 0,26 sin90 = ɺ 0,52 mm D2 p z i 1700 = 0,0717 k = ɺ 3285,26 MPa h2 c2 = 0, 25 ( 0,0717 ) Fc 2 c2 D2 = = k A = 3285,26 0,52ɺ 1708,34N 2

39 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 39 Řešení pro bod 3, pro ϕ 3 = h = f sin ϕ sink = 0,26 sin sin16 ɺ 0,0630 mm 3 z 3 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin = ɺ 0,46 mm D3 3 z 1700 = 0,0630 k = ɺ 3393,23 MPa h3 c3 = 0, 25 3 ( 0,0630 ) Fc 3 c3 D3 = = k A = 3393,23 0,46ɺ 1560,89 N Zvolené úhly 4,5 jdou uvedené pro lepší přehlednost grafů Řešení pro bod 4, pro ϕ4 = 76 h = f sinϕ sink = 0,26 sin76 sin16 ɺ 0,0695 mm 4 z 4 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin76 = ɺ 0,50 mm D4 4 z 1700 = 0,0695 k = ɺ 3310,95 MPa h4 c4 = 0, 25 4 ( 0,0695 ) Fc 1 c1 D1 = = k A = 3310,95 0,50 ɺ 1655,48N 2 2 Řešení pro bod 5, pro ϕ = h = f sinϕ sink = 0,26 sin104 sin16 ɺ 0,0695 mm 5 z 5 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin104 = ɺ D5 5 z = 0,0695 k = ɺ 3310,95 MPa h5 c5 = 0, 25 F 5 ( 0,0695 ) c 5 = kc5 AD = 3310,95 0,50 = 1655,48 N 0,50 mm 2

40 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List Výpočet z pohledu asymetrického frézování Výpočet je prováděn s hodnotou excentricity e = 2 mm. Obr. 2.4 Úhly posuvových pohybů pro začátek řezu, maximální hloubku řezu a konec řezu při asymetrickém frézování 7, 5. Smluvní výpočet úhlu nastavení hlavního ostří ap 2 tgκ = = = 0, R a d a 2(12 2) P ( ) P Střední tloušťka třísky sin κr 180 ae fz sin ,2 0,26 hm = = = ɺ 0,07 mm π D arcsin a / D π 32 arcsin(15,2 / 32) ( ) Jmenovitá šířka třísky ap 2 b = = = ɺ 7,25 mm sinκ sin16 r e Výpočet jednotlivých úhlů řezného oblouku 2 U1 2 10,4 cosϕ1 = 1 = 1 = 0,35 ϕ1 = D 32 ϕ2 = 90 (viz. obr. 2.4) 2 U2 2 25,6 cosϕ = 1 = 1 = 0,6 ϕ3 = D 32 3

41 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 41 Úhel záběru frézy ψ = ϕ ϕ = = Počet zubů v záběru ψ n z = z = 3 = ɺ 0,48 1 zub Řešení pro bod 1, pro ϕ1 = h = f sinϕ sink = 0,26 sin69 30 sin16 ɺ 0,0671 mm 1 z 1 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin69 30 = ɺ 0,49 mm D1 1 z 1700 = 0,0671 k = ɺ 3340,17 MPa h1 c1 = 0, 25 1 ( 0,0671) Fc 1 c1 D1 = = k A = 3340,17 0,49ɺ 1636,68 N 2 Řešení pro bod 2, pro ϕ = 90 2 h = f sinϕ sink = 0,26 sin90 sin16 ɺ 0,0717 mm 2 z 2 r = A = a f sinϕ = 2 0,26 sin90 = 0,52 mm D2 p z i 1700 = 0,0717 k = ɺ 3285,26 MPa h2 c2 = 0, 25 ( 0,0717 ) Fc 2 c2 D2 = = k A = 3285,26 0,52ɺ 1708,34 N 2 Řešení pro bod 3, pro ϕ3 = h = f sin ϕ sin K = 0,26 sin sin16 ɺ 0,0573 mm 3 z 3 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin = ɺ 0,42 mm D3 3 z 1700 = 0,057 k = ɺ 3479,21MPa h3 c3 = 0, 25 3 ( 0,057 ) Fc 3 c3 D3 = = k A = 3479,21 0,42ɺ 1461,27N Zvolené úhly 4,5 jdou uvedené pro lepší přehlednost grafů Řešení pro bod 4, pro ϕ4 = 80 h = f sinϕ sink = 0,26 sin80 sin16 ɺ 0,0706 mm 4 z 4 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin80 = ɺ D4 4 z 1700 = 0,0706 k = ɺ 3297,98 MPa h4 c4 = 0, 25 4 ( 0,0706 ) Fc 1 c1 D1 = = k A = 3297,98 0,51ɺ 1681,97 N 0,51 mm 2 2

42 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 42 Řešení pro bod 5, pro ϕ = h = f sinϕ sink = 0,26 sin109 sin16 ɺ 0,0678 mm 5 z 5 r = A = b h = ap f sinϕ = 2 0,26 sin109 = ɺ 0,49 mm D5 5 z 1700 = 0,0678 k = ɺ 3331,51MPa h5 c5 = 0, 25 5 ( 0,0678 ) Fc 5 c5 D5 = = k A = 3331,51 0,49ɺ 1632,44N 2 Symetrické frézování Asymetrické frézování Obr. 2.5 Závislost měrné řezné síly na jmenovité tloušťce třísky při symetrickém a asymetrickém frézování. Symetrické frézování Asymetrické frézování Obr. 2.6 Jmenovité tloušťky třísek pro zatížení zubu při symetrickém a asymetrickém frézování.

43 FSI VUT DIPLOMOVÁ PRÁCE List 43 Symetrické frézování Asymetrické frézování Obr. 2.7 Závislost řezné síly na jmenovité tloušťce třísky při symetrickém a asymetrickém frézování. Z uvedených výpočtů a grafů lze vyhodnotit, že při symtrickém frézování je délka styku ostří s obrobkem kratší jak u asymetrického frézování. Měrná řezná síla je největší u asymetrického frézování. Maximální úběr třísky je při 90 u obou způsobů frézování, taktéž je v tomto místě maximální hodnota řezné síly.