ZPRÁVA Z PRŮMYSLOVÉ PRAXE Číslo projektu Název projektu Jméno a adresa firmy Jméno a příjmení, tituly studenta: Modul projektu CZ.1.07/2.4.00/31.0170 Vytváření nových sítí a posílení vzájemné spolupráce v oblasti inovativního strojírenství HBC Steel,s. r. o., Denisova 311/11, 779 00 Olomouc, IČ 28592964 Marek Pagáč, Ing. 3. Obrábění materiálu Problematika obrábění vysoce efektivními strategiemi Výroba tvarově náročných a komplikovaných součástí se v dnešní době neobjede bez použití CNC obráběcích strojů a bez kvalitní softwarové a technické podpory. Díky správnému programování dráhy frézovacího nástroje se zamezuje nerealistickým požadavkům na frézovací nástroje při obrábění. [1] Správně vytvořené dráhy frézovacího nástroje ovlivňují výslednou geometrickou přesnost obrobku a mohou mít vliv na jakost, kvalitu a integritu obrobeného povrchu a na zbytková napětí. Příkladem může být obrábění míst, kde nástroj začíná obrábět roh a je třeba naprogramovat hladký přechod změny směru, aby se nevytvořil velký úhel záběru. To by mohlo nástroj neúměrně zatížit. V takovém případě se programují dráhy ve formě oblouků tak, aby byl rádius větší než poloměr frézovacího nástroje. Programování takovéto dráhy se může dosáhnout efektivními frézovacími strategiemi, které umožňují frézovat při plném i bočním úběru s velkými hloubkami řezu v axiálním i radiálním směru. [1] Vytvoření správné trajektorie nástroje může být náročné a je nutné využívat správných frézovacích strategií v CAM aplikacích. V současné době existuje několik softwarových technologií, které mohou uživatelům pomoci s programováním optimální dráhy nástroje. Je také dobré využít služeb zkušeného programátora, který ví, jak využít základní zásady při tvorbě NC programu. Cílem optimálního NC programu je vyhnout se zastavení stroje a určit správnou dráhu nástroje. Jakékoli zaváhání při vedení nástroje během změn směru vede ke generaci tepla, které se přenáší na nástroj. Teplo může ovlivnit výslednou obrobenou plochu, může zničit řeznou hranu nástroje a její povlak a je třeba ho z řezné zóny odvádět včetně třísek. [1] Konkurenční boj v oblasti CAM systémů nutí vývojáře a dodavatele těchto aplikací k hledání cesty, jak zvýšit konkurenceschopnost CAM aplikace na současném trhu. Toho lze dosáhnout v oblasti frézování především efektivnějšími frézovacími strategiemi s dostupnou technickou podporou. Použitím efektivních frézovacích strategií a optimální přípravou výrobního programu lze mj. snížit provozní náklady vynaložené na nástrojové vybavení a docílit vysoké
produktivity obrábění s ohledem na geometrickou přesnost obrobku včetně výsledné drsnosti obrobeného povrchu. [1] Technologie výroby vysoce efektivními strategiemi Technologie efektivních frézovacích strategií jsou určeny právě pro optimalizaci úhlu záběru nástroje s cílem využít celé řezné části tvrdokovových monolitních karbidových fréz. Ideologií efektivní frézovací strategie je automaticky přizpůsobovat dráhu nástroje tak, aby se úhel záběru v průběhu procesu obrábění neměnil a nepřekročil maximálně přípustnou hodnotu. Zatímco běžné konvenční strategie obrábění obrábí výsledný tvar obrobku po vrstvách, dráha nástroje se s modulárními nástavbami efektivních strategií při procesu obrábění nepřerušuje, zůstává kontinuální. Posuvová rychlost je automaticky přepočítávaná podle pohybu nástroje, které jsou při procesu obrábění vykonávány. Přednosti modulárních nástaveb jsou využívány převážně při náhlých změnách pohybů a při obrábění vnitřních hran a rohů. [2] Zmíněná technologie je uplatňována při efektivním, produktivním a sériovém obrábění s cílem co nejrychleji odebrat velké množství materiálu za jednotku času. Jedná se o technologii hrubovacího frézování snižující čas obrábění, zvyšující hloubku záběru v radiálním i axiálním směru za současného prodloužení trvanlivosti nástroje. Díky výkonným algoritmům mohou programátoři volit vyšší řezné a posuvové rychlosti než při klasickém frézování. Účinné a efektivní generované dráhy nástroje jsou vhodné pro obrábění tvrdých, těžko obrobitelných a exotických materiálů. [2] CAM aplikace v současnosti nabízejí modulárně stavěné efektivní frézovací strategie, jejich vzájemné porovnání však ještě nebylo po stránce vědecké ani po stránce praktické realizováno. Za účelem ověření přínosů aplikovaných efektivních frézovacích strategií vybraných CAM aplikací je nutné provést experiment na konkrétním příkladu. Při návrhu experimentu je nutné dbát na ověření přínosů efektivních frézovacích strategiích při výrobě konkrétní součástí ve stejném výrobním prostředí, tj. návrh vhodného polotovaru, výběr vhodných frézovacích nástrojů pro obrábění materiálu v souladu s geometrickými a jakostními požadavky na hotový obrobek, zpracování výrobního postupu a NC programu zkušeným programátorem pro obrobení zvoleného polotovaru na moderním CNC obráběcím stroji dle dostupných možností CAM aplikace. Pouze za těchto okolností je možné efektivní frézovací strategie porovnat. V souladu s tématem dizertační práce byly stanoveny tyto hlavní cíle v rámci průmyslové praxe: Provést analýzu dostupných CAM aplikací vhodných pro hrubovací frézovací strategie potřebné pro uskutečnění experimentu.
Experimentálně ověřit přínosy vysoce efektivních frézovacích strategií vybraných CAM aplikací na experimentálním dílu za stejných výrobních podmínek. Porovnat čas frézování předem definovaných ploch s použitím efektivních frézovacích strategií. Určit vhodnou frézovací strategii, která bude mít minimální vliv na geometrickou a rozměrovou přesnost, velikost zbytkového napětí a opotřebení nástrojů. Porovnat vliv frézovacích strategií na opotřebení frézovacích nástrojů. Zhodnotit přínosy 2osých efektivních frézovacích strategií v CAM aplikacích pro praktické využití. Formulovat doporučení pro rozšíření efektivních frézovacích strategií v CAM aplikacích a odborných znalostí programování do výrobního procesu. Z provedeného experimentu a na základě naměřených hodnot vybrat nejefektivnější frézovací strategie a sloučit jejich výhody do jednoho NC programu. Vlastní návrh experimentálního dílce Při návrhu experimentálního dílce (Obr. 1), jehož NC program bude vygenerován ve vybraných CAM aplikacích, jsem došel k tomuto závěru: Testovaný kus (Obr. 1) musí obsahovat: vnitřní kruhovou kapsu (1), drážku rovnoběžnou se souřadným systémem (2), drážku vychýlenou vůči souřadnému systému (3), drážku ve tvaru oblouku (4), tenkostěnné žebro (5), šikmou plochu (6), boční otevřenou kapsu (7).
Obr. 1 Model navrženého experimentálního dílce v aplikaci SolidWorks Education Edition Na obrobeném dílu se musí změřit tyto geometrické parametry: kruhovitost, kolmost, rovinnost, rovnoběžnost, souosost, sklon. Na obrobeném dílu se musí změřit drsnost obrobeného povrchu: šikmá plocha (6). Na obrobeném dílu se musí změřit zbytkové napětí: tenkostěnné žebro (5), šikmá plocha (6). Polotovar Pro uskutečnění experimentu byla zvolena nástrojová ocel s obchodním označením Toolox44. Dle normy DIN EN ISO je její označení 1.2342/1.2344. Důvodem volby tohoto materiálu
byla aplikovatelnost 2osého frézování do nástrojového průmyslu, kde se frézovacími strategiemi obrábí formy pro lisování plastů a zápustky. [3] Tato kalená nástrojová ocel je vyrobená s nízkým zbytkovým pnutím a proto má dobrou rozměrovou stálost. Ocel je dodávána o tvrdosti HBW 410 475, která odpovídá tvrdosti 41 47 HRC. Dodavatel materiálu garantuje kalený materiál na stření hodnotu o tvrdosti 44 HRC. Tento materiál není určen k dalšímu tepelnému zpracování. Nitridování nebo povrchová úprava je možná pouze při teplotách nad 590 C. Zkoušky tvrdosti probíhají podle norem EN 10 137-1, EN 10 137-2 a EN ISO 6506-1. [3] Při tvrdosti 44 45 HRC je dle dodavatele dobře obrobitelná a je vhodná především na výrobu forem pro lisování plastů, protože se může leštit a leptat s velmi dobrými výsledky. Toolox44 je možné obrábět na konvenčních strojích i na CNC obráběcích strojích. Materiál vyžaduje ostré nástroje s kladným řezným úhlem eliminující vibrace. [3] Závěr Průmyslová praxe ve společnosti HBC Steel, s. r. o., pro mě měla přínos při získání teoretických i praktických poznatků z oblasti frézování vysoce efektivními frézovacími strategiemi. Získané vědomosti, možnost realizovat a dále pokračovat v experimentální činnosti a ověřit tak možnosti produktivních frézovacích strategií využiju při dalším postgraduálním studiu a při tvorbě dizertační práce. Použitá literatura [1] SMID, P. CNC Programming Handbook: A Comprehensive Guide to Practical CNC Programming. New York: Industrial Press Inc. 2003, 509 s. ISBN 0-8311-3158-6. [2] SADÍLEK, M., SADÍLKOVÁ, Z. Počítačová podpora procesu obrábění. Ostrava: VŠB-TU Ostrava. 2012. 149 s. ISBN 978-80-248-2770-4. Elektronické zdroje [3] JKZ Bučovice. Specifikace nástrojové oceli Toolox44. 2013. Firemní katalog. [online]. [cit. 2013-30-03]. Dostupné z: <http://www.jkz.cz/printpdf/produkty/toolox- 44>. Datum a podpis studenta