HODNOCENÍ STAVU OBROBENÉHO POVRCHU PO VÍCEOSÉM FRÉZOVÁNÍ

Transkript

1 2. mezinárodní podzimní školu povrchového inženýrství projektu Integrita Plzeň 2013 Systém vzdělávání pro personální zabezpečení výzkumu a vývoje v oblasti moderního trendu povrchového inženýrství - integrity povrchu CZ.1.07/2.3.00/ HODNOCENÍ STAVU OBROBENÉHO POVRCHU PO VÍCEOSÉM FRÉZOVÁNÍ doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D. Fakulta strojní VŠB-TU Ostrava doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 1

2 Osnova přednášky 1. Seznámení s problematikou. 2. Cíle. 3. Technologické podmínky experimentálních částí. 4. Ovlivnění vybraných parametrů drsnosti povrchu změnou polohy osy nástroje. 5. Ověření ovlivnění zbytkových napětí změnou polohy osy nástroje. 6. Opotřebení nástroje. 7. Návrh praktické realizace určení efektivní polohy osy nástroje se zavedením do řídícího programu CNC stroje. 8. Využitelnost navrhovaných řešení. 9. Závěry. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 2

3 1. Stručné seznámení s problematikou obrábění forem, zápustek a jiných tvarově složitých součástí o o tvářecích zápustek - forem pro lití, střižných nástrojů, o nástrojů pro lisování plastů, atd. v různých odvětvích strojního průmyslu - převážně pro automobilový a letecký průmysl snímek 3

4 Technologická příprava výroby CAD/CAM systémy obrábění vstřikování plastu do formy výrobek snímek 4

5 Ukázky forem snímek 5

6 Standardní obrábění 5 osé a 3 osé d ae ap Rth snímek 6

7 Obrábění tvarových ploch obrábění bez náklonu nástroje obrábění s náklonem nástroje kopírovací - kulovou frézou stopkovou frézou s rádiusem v rohu 5-osé obrábění stopkovou frézou s rádiusem v rohu snímek 7

8 3osé frézování při obrábění kulovým nástrojem d n deff v ose frézy je nulová řezná rychlost nástroj zatlačuje materiál obrobku pěchování třísky, zvyšování teploty řezání, zvýšená tvorba nárůstku. o zhoršení jakosti povrchu, o snížení trvanlivosti nástroje ap vyštípnutí Proto přichází do úvahu změna polohy osy nástroje náklon nástroje, nebo obrobku. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz

9 5osé frézování při obrábění kulovým nástrojem - naklopení ve směru posuvu ve směru kolmém na posuv kombinace náklonů nabízí se otázka. Jaký úhel polohy osy nástroje vzhledem k obrobku je tedy vhodný? snímek 9

10 Způsoby frézování tvarových ploch s ohledem na polohu osy nástroje d n deff ap standartní poloha bez náklonu - tlačený nástroj tažený nástroj snímek 10

11 2. Cíle: Popsat problematiku navrhovaných způsobů frézování. Rozšířit dosavadní poznatky o technologiích využívajících CAD/CAM systémy. Zhodnocení a porovnání frézování s využitím změny polohy osy nástroje a bez této změny s ohledem na tyto aspekty: o geometrické charakteristiky profilu obrobeného povrchu, o stav opotřebení řezného nástroje. Stanovit velikost úhlu polohy osy řezného nástroje pro zvýšení přesnosti a kvality obrobeného povrchu. Návrh zavedení této hodnoty do řídícího programu CNC obráběcího stroje, o snížení času programování. Přispět k širšímu využívání změny polohy osy nástroje v praxi. zvýšení efektivnosti programování, racionalizace frézování tvarových součástí. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 11

12 Standardní strategie frézování versus Frézování se změnou polohy osy nástroje Přesnost řezné podmínky (v c, a e, a p, f z ), strategie frézování, materiál obrobku, řezný nástroj - typ, geometrie, povlak, atd. Síly, vibrace, tuhost, atd. Opotřebení Funkční hlediska povrchu Teplota snímek 12

13 Výpočet efektivního průměru frézy d eff d d sin arccos - 2 a d p - f kde: a p axiální přísuv nástroje (hloubka řezu) [mm], β f úhel náklonu nástroje [ ], d průměr frézy [mm], d eff skutečný (efektivní) průměr frézy [mm], d eff Tlačený nástroj nižší d eff nižší v ceff větší oblast primární plastické deformace větší hodnoty složek sil řezání - zvětšování složky síly působící ve směru vřetene změna tuhosti

14 Závislost efektivního průměru frézy d eff a efektivní řezné rychlosti v ceff na poloze osy frézy βn (d = 10 mm, a p = 0,3 mm, v c = 210 m min -1 ) snímek 14

15 4. Ovlivnění vybraných parametrů drsnosti povrchu změnou polohy osy nástroje Závislost parametru drsnosti Rz na změně polohy osy nástroje (mat , d = 16 mm, a p = 0,3 mm, v c = 210 m min -1, f z =a e = 0,316 mm) doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 15

16 Závislost parametru drsnosti Rz na změně polohy osy nástroje příčný směr cíl: dosažení Rz = 1,56 µm doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 16

17 Odchylky obrobeného povrchu od teoretického parametru drsnosti Ra a Rz při nulové a efektivní změně polohy osy nástroje pro různé průměry nástroje doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 17

18 Úroveň c [-] Křivky materiálového podílu drsnosti povrchu (Abbott Firestonovy křivky) 1 0,9 směr posuvu nástroje (podélný směr) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 β n [ ] % 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rmr (c) [%] (mat , d =10 mm, a p = 0,3 mm, v c = 210 m min -1, f z =a e = 0,177 mm) doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 18

19 Hodnoty materiálového poměru profilu (nosný podíl), (úroveň 30%) v závislosti na změně polohy osy nástroje (mat , d =10 mm, a p = 0,3 mm, v c = 210 m min -1, f z =a e = 0,177 mm) snímek 19

20 Ověření ovlivnění zbytkových napětí spolupráce a navazující výzkum: 345 Katedra mechanické technologie Katedra pružnosti a pevnosti (Ing. František Fojtík Ph.D.) ČVUT - Katedra inženýrství pevných látek, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská (prof. Ing. Nikolaj Ganev, CSc., Ing. Kamil Kolařík, Ph.D.) Grant ESF OPVK CZ.1.07/2.3.00/ Systém vzdělávání pro personální zabezpečení výzkumu a vývoje v oblasti moderního trendu povrchového inženýrství - integrity povrchu. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 20

21 Závislost Barkhausenova šumu na změně polohy osy nástroje, měřeno v podélném a příčném směru (mat , Deckel Maho DMU 50V, d = 10 mm, v c = 210 m min- 1, f z,a e = 0,249 mm, a p = 0,3 mm) doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 21

22 Ověření ovlivnění zbytkových napětí změnou polohy osy nástroje Závislost Barkhausenova šumu na změně polohy osy nástroje, měřeno v podélném a příčném směru (mat , d = 25 mm, v c = 153 m min -1, f z,a e = 0,558 mm, a p = 0,3 mm) doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 22

23 Makroskopická zbytková napětí v závislosti na poloze osy nástroje MAGNETOELASTIC PARAMETER mp 0 mp 45 mp 90 mp, mv TOOL AXIS ANGEL n, deg (mat , d = 25 mm, v c = 153 m min -1, f z,a e = 0,558 mm, a p = 0,3 mm) snímek 23

24 Využití rentgenografické difrakční analýzy pro měření zbytkových napětí Měření na θ-θ goniometru X Pert PRO MPD firmy PANalytical se zářením rentgenky s chromovou anodou. Ozářená oblast vzorku činila ca 50 mm 2. Byla analyzována difrakční linie {211} α-fe. Hodnoty zbytkových napětí byly vypočteny z mřížkových deformací stanovených z experimentálních závislostí 2θ(sin²ψ) za předpokladu dvojosého stavu zbytkové napjatosti. Závislosti 2θ 211 (sin²ψ) byly měřeny ve třech azimutech 0, 45 a 90. Difrakční úhel 2θ 211 byl stanoven jako těžiště difraktovaného dubletu CrKα na mřížkových rovinách {211} α-fe. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 24

25 Průběh hodnot povrchových smykových zbytkových napětí σ 0, σ 45 a σ 90 u obrobených povrchů s polohou osy nástroje β n = 0 až 30 (mat , d = 25 mm, v c = 153 m min -1, f z,a e = 0,558 mm, a p = 0,3 mm) doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 25

26 Průběh hodnot veličiny W (průměrné hodnoty parametru FWHM - Full Width at Half Maximum) difrakční linie {211} -Fe pro polohy osy nástroje β n = 0 až 30 míra plastické deformace (mat , d = 25 mm, v c = 153 m min -1, f z,a e = 0,558 mm, a p = 0,3 mm)

27 Výběr dosažených nejvhodnějších poloh osy řezného nástroje doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., snímek 27

28 Návrh praktické realizace určení efektivní polohy osy nástroje a) využití speciálního výpočtového softwaru, b) využití speciálního modulu aplikovaného v CAM systému, nebo upravených standartních cyklů 5 osého obrábění, c) volbu efektivního intervalu polohy osy nástroje v rámci úpravy generovaného NC kódu, d) volbu efektivního intervalu polohy osy nástroje v rámci postprocesingu. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 28

29 Využitelnost navrhovaných řešení doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., snímek 29

30 Využitelnost navrhovaných řešení frézování tvaru sloupku auta, WEBA Olomouc, s.r.o. Nutné ošetření možných kolizí snímek 30

31 C-sloupek

32

33 Závěry Práce ukazuje na velký význam zkoumání této problematiky. Přispěla k širšímu využívání změny polohy osy nástroje. Exaktní stanovení polohy osy nástroje (intervalu úhlů), Výsledky pomohou technologům vytvářející NC programy, avšak jsou na ně kladeny vyšší nároky. Varianty začlenění výsledků výzkumu do pracovního postupu programování CNC obráběcího stroje. o Ekologický význam možnost eliminace broušení. o Nelze jednoznačně určit konstantní polohu osy nástroje pro obecný případ obrábění. (strojnástroj-obrobek-řezné podmínky) o Nutnost řešení této problematiky v konstrukčních návrzích nových řezných nástrojů pro frézování tvarových ploch. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 33

34 Přínos pro využití v praxi Podstatné zlepšení drsnosti povrchu v příčném i podélném směru (desítky %). Zlepšení funkčních vlastností obrobeného povrchu. Snížení času obrábění z důvodů možnosti použití vyšších hodnot posuvů a šířek řezu. Zvýšení trvanlivosti nástroje. Docílení konstantních řezných podmínek. Docílení plynulých záběrových podmínek. Snížení energetického zatížení obráběcího stroje. AMF Reece CR, a.s. Sigma Lutín - Průmyslová čerpadla spol. s r.o., John Crane Sigma, a.s. V-NASS, spol. s r. o. PWO Unitools cz a.s. Univerzita v Žilině reference prof. Dr. Ing. Miroslav Neslušan. Univerzita v Poznani reference prof. dr hab. inż. Stanisław Legutko. Konzultace: Kielce Kielce University of Technology Politechnika Swiętokrzyska, reference prof. Ing. Stanisław ADAMCZAK, DrSc. doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D., marek.sadilek@vsb.cz snímek 34

35 doc. Ing. Marek SADÍLEK, Ph.D.,