Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.19 Strojní opracování dřeva Kapitola 4 Nástroj Ing. Hana Márová 30.9.2012
Obsah 1 ÚVOD - ANOTACE... 1 2 NÁSTROJ... 2 3 DOPORUČENÁ LITERATURA... 5 4 POUŽITÁ LITERATURA... 6 5 SEZNAM OBRÁZKŮ... 7
1 Úvod - anotace V kapitole se seznámíme jakým způsobem a proč probíhá otupování nástroje. Jsou zde vyjmenovány nejdůležitější materiály pro výrobu nástrojů a jakým způsobem se tepelně zpracovává ocel. Na závěr kapitoly jsou uvedeny tři kontrolní otázky. Zpracovaný materiál je možné použít při výuce odborných předmětů oborů vzdělávání truhlář 33-56-H/01, tesař 36-64-H/01 a studijního oboru nábytkářství 33-42-M/01. 1
2 Nástroj Otupování nástroje Otupování je postupná změna mikrogeometrie břitu během řezání. Nástroj ztrácí schopnost řezat. Je to způsobeno tím, že se z břitu oddělují částečky kovu. Nástroj je tupý tehdy, když břit dospěl do takového stavu, který provází zhoršení jakosti povrch obrobku, nežádoucí zvýšená řezná síla, pálení a rozměrové nepřesnosti obrobku. Celou dobu, po kterou naostřený břit pracuje, nazýváme trvanlivostí břitu. Násobkem trvanlivostí ostří ( po nabroušení ) je dána životnost nástroje. Vyjadřuje se délkovými jednotkami a časem. Zároveň musí být udány podmínky, při kterých nástroj pracuje. Důvody pro obnovu ostří v praxi jsou : - snížení stability nástroje, nepřesnost výrobku, zhoršená jakost povrchu ( toto ale může být způsobeno i znečištěním nástroje, pnutím, špatným rozvodem, chybnou tloušťkou listu ). - pálení povrchu, zpomalování otáček, namáhavost při ručním posuvu, jakost třísek, třepení okrajů u vláknitých desek, vyštipování z obrobku na výstupní straně ( spolu působit může i nevhodná geometrie, malé otáčky elektromotoru ). Obrázek 1. Otupování břitu Průběh otupování břitu můžeme rozdělit do tří částí : V prvním období se u břitů s jehlou jehla ohne nebo odlomí. Jedná se o velmi krátký časový úsek, který nastává během prvního záběru břitu. Stejně se chová i jemné ostří u nástrojů s malým úhlem břitu a velkém úhlu řezu. Ve druhém období křivka prudce stoupá. Intenzita změn mikrogeometrie ostří ale závisí na mnoha různých vlivech. Ve třetím období je průběh křivky prakticky lineární. Proces opotřebení se stabilizuje a změny ostří probíhají mnohem pomaleji. Toto období je ukončeno prudkým růstem otupení. Daný jev se nedá obecně uplatnit u všech nástrojů. Například brusný pás se otupuje zanášením zrn. Brusná zrna jsou pak vyřazena z činnosti. Mechanické opotřebování břitu ( tj. oddělování částeček břitu ) může nastat, když vnější síly, kterými na sebe působí obrobek a nástroj, jsou větší než síly, které vážou částečky břitu. Čím drsnější je povrch břitu po naostření, tím lehčeji se odírají převyšující částečky. Tento druh otupování je charakteristický pro první období. Ve druhém a třetím období způsobuje opotřebení břitu i ohřívání povrchové vrstvy nástroje. V teplo se přeměňuje část práce při oddělování třísky. Toto teplo je odváděné třískou, okolním vzduchem a částečně i nástrojem. 2
Protože dřevo obsahuje kyseliny a vodu, dochází při obrábění u nástroje i k elektrochemické korozi. Při práci nástroj tře o suché dřevo a vzniká statická elektřina. Vzniká elektrická eroze. Nejvýrazněji se projeví otupení břitu růstem řezné síly, obtížným posuvem, nekvalitní, otlačenou obrobenou plochou, pálením obrobku. Příčinou špatné jakosti obrobené plochy jsou zhoršené podmínky při tvorbě třísky. Údaje o přípustném otupení nástroje se podle různých autorů velmi liší. Stanovit výměnu nástroje podle stavu břitu je v provozních podmínkách prakticky nemožné. Nejednotné jsou i názory na životnost ostří stanoveného počtem hodin práce nástroje. Nejpřijatelnějším způsobem pro provozní vyjádření životnosti ostří je kontrola maximálně přípustného zvýšení potřebného výkonu, který se musí stanovit pro konkrétní řezné podmínky a určitý druh obrábění. Zároveň s tím se musí přesně stanovit i požadavky na jakost obrobené plochy. Z těchto poznatků plynou požadavky na materiál pro výrobu nástrojů. Je nutná antikorozivní ocel a širší uplatnění slinutých karbidů, které jsou chemicky i tepelně odolnější než běžné druhy ocelí. Materiály pro výrobu nástrojů o Mezi nástrojové oceli pro obrábění dřeva a hmot na bázi dřeva patří : nástrojové uhlíkové oceli, nástrojové legované oceli, rychlořezné oceli. Uhlíkové oceli se používají především pro méně namáhané nástroje. Jejich použití je také omezeno nebezpečím vzniku deformací a praskáním při kalení do vody. Vlastnosti nástrojových ocelí ovlivňuje hlavně obsah uhlíku. Při vyšším obsahu uhlíku se už tvrdost nemění, ale zvětšuje se odolnost proti opotřebení, tj. i trvanlivost nástrojů. Houževnatost s rostoucím obsahem uhlíku klesá. Na obrábění měkkého dřeva vyhovuje obsah uhlíku asi 0,5 %, pro obrábění tvrdého dřeva volíme obsah uhlíku kolem 1 %. Legované oceli se používají na výrobu nástrojů pro střední až vysoké výkony. Dobré řezné vlastností se dosahují při vyšším obsahu uhlíku v rozsahu 1,3 až 2 %. Legující prvky zlepšují prokalitelnost a snižují přehřátí u kalení. Rychlořezné oceli obsahují kolem 4 % chromu i jiné prvky, které snižují rozpustnost uhlíku v železe. Mají vysokou odolnost proti popouštění, jsou tvrdé za tepla i studena, houževnaté, odolné proti opotřebení. Vyrábějí se z nich velmi výkonné nástroje. o Slinuté karbidy se někdy nesprávně nazývají tvrdokovy. Vyrábějí se slinováním, kdy se dosahuje teploty tání některých složek. Nejedná se tedy o slitiny, ale o pevně spojenou směs prášků tvrdých materiálů. Jemné prášky se lisují tlakem 70 až 420 MPa při teplotě 600 C. Tím se zpevní tak, že se mohou opracovávat. Konečné smrštění nastane při ohřevu 1400 až 1500 C. Při této teplotě probíhá spékání, slinování karbidových zrn s nataveným kobaltem. Vlastnosti slinutých karbidů ( SK ) závisí na výchozích materiálech. Jejich nevýhodou je malá pevnost v ohybu a velká křehkost ( musí se chránit před nárazem na kov ), malá tepelná vodivost vyžaduje opatrné ostření. Na SK se používá povlak karbidu titanu. Vrstva zajišťuje vysokou trvanlivost břitu. o Tvrdé návary jsou většinou lité materiály, které se pro vysoký obsah uhlíku nebo boru nedají tvářet. Mohou být nízkolegované ( obsah neželezných prvků je menší než 20 % ), 3
legované ( obsah prvků větší než 20 % ), neželezné a návarové slitiny ( stelity ), navary s karbidem wolframu. o DIA nástroje mají řeznou destičku složenou z tenké vrstvy polykrystalického diamantu, která je spojena s nosnou vrstvou ze slinutých karbidů. Pro výrobu nástrojů na opracování velmi tvrdých a aglomerovaných materiálů. Vysvětlivky Tepelné zpracování oceli : mění vlastnosti oceli a tím i vlastnosti nástrojů, které jsou z nich vyrobeny. Základní postupy se dají rozdělit do tří stupňů žíhání, kalení, popouštění. Žíhání je ohřev oceli na určitou teplotu, setrvání na této teplotě a následné ochlazování Ochlazování je tak pomalé, že když se všechny přeměny ukončí, je ocel po vychladnutí téměř v rovnovážném stavu. Žíhání použijeme tehdy, chceme-li aby ocel byla co nejměkčí, aby se odstranilo pnutí a následky předchozího mechanického opracování, nebo pokud chceme dosáhnout rovnoměrnou strukturu. Kalení se provádí většinou při teplotách, které se pohybují v rozmezí od 720 do 850 C. Při klasickém způsobu se ocel kalí do oleje, vody popř. na vzduchu. Rychlořezné oceli se kalí z teplot až 1320 C. Po ohřevu a dokonalém prohřátí následuje velmi rychlé ochlazení. Vznikne nová, nestabilní struktura s velkou tvrdostí. Popouštění je technologický pochod, při kterém se kalený nástroj ohřeje na určitou teplotu a po setrvání na této teplotě se ochladí. Pochody při popouštění závisí na teplotě a na čase. Hlavním účelem popouštění je vyvolat takové změny struktury, které umožní snížit velké vnitřní pnutí vznikající při kalení v nástroji. Kontrolní otázky : 1. Jaký je rozdíl mezi trvanlivostí břitu a životností nástroje? 2. Kdy nastává mechanické opotřebování břitu? 3. Jak a proč se provádí kalení? 4
3 Doporučená literatura 1. Janíček,Vozár, Zbořil : Výrobní zařízení pro učební obory zpracování dřeva, Informatorium Praha 1995, ISBN 80-85427-61-3 2. Janíček : Strojnictví, stroje a zařízení pro zpracování dřeva, Sobotáles 2000, ISBN 80-85920-69-7 5
4 Použitá literatura 1. František Janíček : Stroje a zařízení pro 1 až 4 ročník SPŠ dřevařských oboru truhlářství, Nakladatelství technické literatury Praha 1979, 6117 2. Jindřich Drápela : Technologie nábytku pro 4 ročník SPŠ dřevařských, Nakladatelství technické literatury Praha 1979, 6102 3. Kolektiv autorů : Dřevařská technická příručka, Nakladatelství technické literatury Praha 1970, 04-821-70 4. Jindřich Drápela a kolektiv : Výroba nábytku Technologie, Nakladatelství technické literatury Praha 1980, 04-827-80 5. K. Janák, P. Král : Technologie I pro studijní obor Nábytkářství, Informatorium Praha 2003, ISBN 80-7333-003-2 6. Stanislav Prokeš : Obrábění dřeva a nových hmot ze dřeva, Nakladatelství technické literatury Praha 1978, 04-817-78 7. Alois Uhlíř : Technologie II pro studijní obor Nábytkářství, Informatorium Praha 1993, ISBN 80-85427-32-X 8. Janíček, Vozár, Zbořil : Výrobní zařízení pro učební obory zpracování dřeva, Informatorium Praha 1995, ISBN 80-85427-61-3 6
5 Seznam obrázků Obrázek 1. Otupování břitu..2 7