Příklad návrhu soustružnického nástroje dle ISO kódu, návrh břitové destičky Zadání : Navrhněte vhodný soustružnický nástroj pro obrábění kulatiny vyrobené z mat. ČSN 11 373.0 Výchozí průměr materiálu je D 1 = 80 mm, cílový průměr D 2 = 50 mm. Požadovaná výsledná drsnost povrchu je Ra = 6.3 µm. Maximální možné vyložení držáku nástroje z hlavy stroje je H = 47 mm. Hlava stroje umožňuje upnutí držáku o největší délce těla L = 165 mm. Směr řezu uvažujte pravý. Počítejte s trvanlivostí břitu nástroje T = 45 min. Pozn. v rámci úlohy nekontrolujte výkon obrábění a příkon stroje. Zapište úplný ISO kód vybraného nástroje a břitové destičky a stanovte řezné podmínky. Při návrhu používejte tovární materiály fy PRAMET TOOLS. 50 80 PRAVÝ směr řezu Poznámka : Během postupu řešení využíváme Příručku obrábění a katalog Soustružení Postup: 1. Nejprve zařadíme materiál obrobku do skupiny obrobitelnosti dle normy ISO 513. Ocel ČSN 11373 patří do skupiny P. (Příručka, str. 91) 1
2. Následuje přiřazení dané operace do jedné ze skupin dle jejího charakteru (jemné a dokončovací soustružení, polohrubování, hrubování, těžké hrubování, upichování a zapichování nebo závitování) ( Příručka, str. 20 ) Celková tloušťka vrstvy, která má být odebrána, činí 15 mm na poloměru. Tento celkový úběr lze výhodně rozdělit na 3 třísky po 5 mm. Hloubka řezu je a p = 5 mm - dle uvedeného schématu půjde tedy o hrubovací soustružení (oblast 3) - tato metoda koresponduje i s požadavkem na výslednou drsnost povrchu Ra = 6.3µm Schéma úběru třísek Jmenovitý 50 mm S ohledem na maximální produktivitu hrubování stanovíme hodnotu posuvu na f = 0.8 mm.ot --1 2
3. Návrh vhodné kombinace držák vyměnitelná břitová destička 3.1 Návrh upínacího systému držáku Při hrubování se dobře uplatní systém ISO P. (Příručka, str. 13) VBD Držák Úhlová páka 3.2 Stanovení průřezu držáku Při známém vyložení držáku z nožové hlavy stroje můžeme stanovit další základní rozměry držáku pomocí nomogramu (Příručka, str. 14) Není-li vyložení držáku zadáno či známo, nelze nomogram použít a pro aplikaci určitého držáku je nezbytné znát parametry konkrétního obráběcího stroje nebo musí být rozměry držáku přímo součástí zadání. Vzhledem k celkové tuhosti soustavy stroj-nástroj-obrobek je důležité volit co největší držák, který je možno na daném stroji upnout; žádoucí je minimální vyložení nástroje. Dle našeho zadání je max. vyložení držáku H = 46 mm. Výsledek pro naše zadání je v nomogramu zaznamenán modrou barvou. Bude tedy použit držák o průřezu 40 x 40 mm. 3
3.3 Stanovení materiálu vyměnitelné břitové destičky Z nabídky fy PRAMET TOOLS nyní vybereme vhodný materiál břitové destičky ( Příručka, str. 8,26 ) Pro danou operaci vyhovuje např. materiál s továrním označením 6630. Hodnoty trvanlivosti břitu T ( min ) V následující tabulce jsou uvedeny výchozí hodnoty řezných podmínek pro návrh nástroje 4
3.4 Stanovení tvaru vyměnitelné břitové destičky Tvar VBD je velmi důležitý z několika zásadních hledisek, která jsou přehledně uspořádána do tabulky ( Příručka, str. 15 ) V případě našeho zadání bude důležitým hlediskem stabilita při přerušovaném řezu jedná se o hrubování, které se při první třísce týká kůry polotovaru. Pozn. Obecně nejvýhodnějším tvarem destičky pro většinu vnějších soustružnických prací typu podélného hrubování je tvar kruhový. Vzhledem k tomu, že návrh kruhové VBD je v některých bodech specifický a v rámci tohoto školního příkladu je zapotřebí osvětlit problematiku typického tvaru břitu, bude postup vedoucí k použití kruhové VBD vysvětlen v rámci jiné, samostatné úlohy. Ze znázorněné tabulky vyplývá, že vhodnou destičkou pro naši aplikaci by mohl být tvar označený červeným kroužkem. Pro další postup řešení již budeme potřebovat kompletní přehled znaků označujících dle ISO kódu jednotlivé parametry nástroje ( tedy i tvar VBD ). Tento přehled najdeme v tabulce Systém značení ISO nože v katalogu Soustružení, str. 4 vnější nože. 5
Označení obráběcího nástroje podle ISO-kódu odpovídá platným mezinárodním standardům. Nezáleží proto na výrobci ani na zemi původu nástroje. Všichni významní výrobci nástrojů obvykle ve svých firemních podkladech úplný systém označování nástrojů dle ISO pro přehlednost uvádějí, zpravidla se vzorovým příkladem označení určitého nástroje. Postup označování vnějších nožů dle ISO - kódu je záležitost velmi přehledná. V podkladech fy Pramet Tools je provedeno vzorové označení vnějšího nože PCLNR 3225L12 S Nyní provedeme rozbor tohoto vzorového označení, přičemž budeme vycházet z přehledu na následující straně tohoto učebního textu ( viz též katalog Soustružení, str. 4 ). ISO-kód je tvořen 10 znaky (kromě pomlček), které definují hlavní systémové, geometrické a rozměrové parametry celého nástroje tj. držáku s příslušnou VBD Tyto parametry jsou v ISO-kódu zastoupeny písmeny a číslicemi Pozice č.10 v ISO kódu některých nástrojů není obsazena - jedná se o pole vyhrazené pro údaje výrobce; běžně se setkáme s nástroji označenými ISO kódem s devíti obsazenými znaky. PCLNR 3225L12 S P způsob upínání VBD v držáku zde ISO P C tvar VBD L úhel nastavení hlavního ostří κ, zde 95 N - úhel hřbetu α n, zde 0 R směr řezu right - pravý 32 výška držáku h ( mm ), zde 32 mm 25 šířka držáku b ( mm ), zde 25 mm L - celková délka nástroje tj. od základny držáku po špičku VBD, zde 140 mm 12 velikost destičky, zde 12,7 mm S provedení se seřizovacími šrouby Destička, jejíž tvar jsme předběžně vybrali při řešení našeho zadání, je v odd. 2 označena písmenem C. Na následující straně je její pozice v celkovém přehledu ISO-kódu vyznačena červeným kroužkem. 6
7
Vhodnost našeho návrhu pro zadanou obráběcí operaci ověříme pomocí přehledu nástrojů systému ISO P pro vnější soustružení, uvedeného v katalogu Soustružení, str. 20. Červeně je zakroužkován nůž označený PCLNR / L. Následně zaměříme svoji pozornost na nástroje vyráběné pod tímto označením, jejichž sortiment je v katalogu Soustružení uveden na str. 23. 8
Na výběr máme nyní dvě alternativy nástroje s držákem průřezu 40 x 40 mm ( viz bod 3.2 ). PCLNR 4040 R 19 a PCLNR 4040 S 25 Z jejich ISO-kódu je zřejmé, že se liší celkovou délkou nástroje ( R a S ) a také charakteristickým rozměrem VBD ( 19 a 25 ). Další zřejmý rozdíl může být v typu VBD, kterou jsou tyto nástroje vybaveny ( CNM. 1906..-E a CNM. 2509..-E ). Vzhledem k tomu, že ( dle zadání úlohy ) lze do hlavy stroje, který je k dispozici, upnout držák s maximální délkou stopky L = 165 mm, vybereme z těchto dvou možností variantu s kratším držákem a menší VBD, tedy nástroj PCLNR 4040 R 19. 9
3.5 Návrh utvařeče třísek vyměnitelné břitové destičky Z hlediska produktivity obráběcího procesu je nezbytné, aby tříska byla správně formována. K tomu slouží čelo nástroje, které má na sobě provedenu geometrii tzv. utvařeče třísek. Dle charakteru soustružnické práce jsou používány různé geometrie utvařečů. V našem případě jde o výběr vhodného utvařeče pro hrubování nástrojem systému ISO P, při a p = 5 mm a f = 0.8 mm Přehled utvařečů fy Pramet Tools pro tyto podmínky najdeme v Příručce obrábění, str. 22. Přibližná pracovní oblast utvařeče pro dané řezné podmínky Zde je na výběr několik typů utvařečů DR, R, OR Při konkrétním návrhu VBD budeme vybírat destičku s některým z těchto utvařečů 3. 6 Návrh konkrétní VBD pro zadaný případ obrábění Nyní je nutné přesně stanovit, jakou břitovou destičkou bude držák PCLNR 4040 R 19 osazen. Přehled VBD vhodných pro tento držák najdeme v katalogu Soustružení na str 118 120. Máme-li katalog Soustružení spuštěn, můžeme v něm do tohoto přehledu přejít kliknutím na řádek který je následujícím obrázku červeně podtržen. Z předchozího postupu vyplývá, že se budeme zajímat o VBD s označením CNM. 1906..-E, vyrobenou z materiálu továrního označení 6630, s utvařečem DR, R, nebo OR. 10
Vyměnitelné břitové destičky jsou stejně jako nástroje klasifikovány ISO kódem, který je složen ( obdobně jako u nástrojů ) ze základních parametrů destičky. Systém značení VBD dle ISO je uveden i se vzorovým příkladem v katalogu Soustružení, str. 112,113 Destičky, mezi nimiž budeme volit ( typ CNM ), jsou znázorněny na následujícím obrázku. V katalogu Soustružení je najdeme na str. 120. 11
V nabídce je několik VBD označených obecně CNM. 1906..-E, rozdíly jsou v poloměru špičky r. Bude tedy nutné specifikovat nejvhodnější hodnotu r pro náš případ obrábění, neboť poloměr špičky nástroje r má výrazný vliv na dosaženou drsnost povrchu. Následně bude již možné vybrat určitou VBD ze znázorněné nabídky Během další práce budeme ještě muset kontrolovat maximální přípustnou délku ostří v záběru tloušťku destičky Pro tyto činnosti využijeme opět Příručku obrábění, str. 16, 17, 18. Poloměr špičky nástroje r určíme pomocí nomogramu ( Příručka, str. 18 ). Postup pro naše zadání je v obrázku vyznačen modrou barvou. Optimální hodnota r Vzhledem k tomu, že v našem případě se jedná o nepřerušovaný řez, můžeme optimální hodnotu poloměru špičky stanovit cca na r = 1.6 mm. Hodnotu poloměru špičky r = 1.6 mm splňují destičky (katalog Soustružení, str.120 ) CNMM 190616 E DR CNMM 190616E HR - nevyhovuje kvůli typu utvařeče třísek HR CNMM 190616E OR 12
Z těchto dvou možností vybereme modernější provedení s utvařečem třísek typu OR, tedy CNMM 190616E OR Její rozměry, geometrie a utvařeč l (mm) d ( mm ) s ( mm ) d 1 ( mm ) r ( mm ) 19,3 19.050 6,35 7,94 1,6 Na str. 16 v Příručcce obrábění je tabulka, s jejíž pomocí zkontrolujeme, zda navrhovaná hloubka řezu a p = 5 mm je vhodná pro zvolenou VBD CNMM 190616E OR, tj. jestli tato hodnota je menší než maximální přípustná délka břitu v záběru. Zjišťujeme, že L max = 12,7 mm < a p = 5 mm, takže v tomto kriteriu destička vyhovuje. 13
Nomogram na str. 17 v Příručcce obrábění využijeme ke kontrole tloušťky VBD. Tím ověříme, zda destička bude mít dostatečnou odolnost vůči lomu při navržených řezných podmínkách. Výsledek kontroly pro naši úlohu je opět vyznačen modře bod C1. C2 C1 Tloušťka navrhované destičky CNMM 190616E OR je s = 6,35 mm. Z polohy bodu C1 vyplývá, že pro navržené řezné podmínky je tloušťka VBD 6,35 mm nedostatečná. Jedním z možných řešení vzniklé situace je návrh větší silnější VBD, typu CNM. 2509..-E ( s = 9,12mm ). To by ovšem znamenalo použití nástroje s držákem delším, než jaký můžeme upevnit do obráběcího stroje, který je k dispozici. Druhou cestou je přehodnocení návrhu řezných podmínek. Současné snížení hloubky řezu i posuvu zároveň by znamenalo výrazné snížení produktivity. Východiskem bude kompromisní řešení omezení posuvu na f = 0,6 mm.ot -1 při zachování hloubky řezu a p = 5 mm. Výsledek opakované kontroly tloušťky VBD pro tyto upravené hodnoty řezných podmínek je v obrázku vyznačen oranžově bod C2. 14
Dle požadavku zadání můžeme nyní přesně předepsat nástroj i VBD : - nástroj PCLNR 4040 R 19 - vyměnitelná břitová destička CNMM 190616E OR ze sortimentu firmy PRAMET TOOLS 4. Definitivní stanovení řezných podmínek Prozatím máme navrženy hodnoty posuvu f = 0,60 mm a hloubky řezu a p = 5 mm. Je zapotřebí určit startovní řeznou rychlost v c a její hodnotu následně korigovat vzhledem k faktorům, kterými jsou především - požadavek na trvanlivost břitu T - druh práce - stav obráběcího stroje, ne němž bude práce realizována - tvrdost materiálu obrobku Výsledná řezná rychlost v T se vypočítá součinem dle vztahu na str. 24 v Příručce. Tamtéž jsou uvedeny podrobné směrnice pro návrh řezné rychlosti. V = V k k k ( m. min -1 ) T C VX VT VHB Hodnoty korekčních součinitelů a startovní hodnoty řezných rychlostí pro materiál VBD 6630 a tvar VBD C najdeme v Příručce na str. 26. Předpokládáme dobrý stav obráběcího stroje Hodnoty důležité pro řešení našeho zadání jsou v tabulce červeně vyznačeny. Dosazením zjištěných hodnot do výše uvedené rovnice získáme výslednou hodnotu řezné rychlosti V T = 165 1,1 0,76 1,12 = 154,49 po zaokrouhlení V T = 155 m. min -1. 15