Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Brousicí kotouče ze supertvrdých řezných materiálů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Brousicí kotouče ze supertvrdých řezných materiálů

Intenzifikace výrobních procesů a stále rozsáhlejší využívání progresivních konstrukčních materiálů přinášejí nové požadavky na nástrojové materiály. Jejich splnění, zejména u dokončovacích metod, které musí zaručit dosažení vysoké přesnosti a jakosti obrobených povrchů, mohou zajistit supertvrdé řezné materiály.

Využití vlastností supertvrdých řezných materiálů (diamantu a kubického nitridu bóru), a to zejména jejich tvrdosti a tepelné odolnosti, umožní ve výrobě brousicích kotoučů připravit řezné nástroje s vynikající charakteristikou: jemnou strukturou, vysokou odolností proti opotřebení a mimořádnou stálostí tvaru i řezných vlastností.
Diamant (dále DIA) je nejtvrdším řezným materiálem (jeho tvrdost podle stupnice Knoopa je 7000 v porovnání s tvrdostí např. WC - 1900, Al2O3 - 2100, SiC - 2400). Z hlediska obrábění je důležitá jeho tepelná stálost asi do 800 0C. Z důvodů afinity k železu za vysokých teplot není diamant vhodný pro broušení ocelí. Při broušení vzniká v místě řezu velké množství tepla, které vyvolává chemickou reakci, a ta ovlivní změnu struktury diamantu i broušeného povrchu. Diamantové brousicí kotouče jsou používány pro dokončování s vysokou přesností a jakostí povrchu.Ve formě brousicích těles nebo jemných prášků se užívá i při lapování, honování a leštění.
Kubický nitrid bóru (dále KNB) je syntetický materiál s podobnými vlastnostmi jako diamant. Na rozdíl od diamantu má vyšší chemickou stálost a tepelnou odolnost (přibližně do 1200 0C). Z těchto důvodů se používá především na opracování vysoce pevných ocelí. Vlastnosti povrchů dokončených kotouči KNB jsou vesměs lepší než po broušení jiným brusivem, a proto je KNB doporučován pro produkční broušení při výrobě nástrojů, ložisek, v automobilovém a leteckém průmyslu ap.
I při vyšších pořizovacích nákladech přináší použití DIA a KNB kotoučů následující výhody:
  • možnost obrábění tvrdých materiálů, které jsou klasickými brusivy těžko obrobitelné nebo zcela neobrobitelné;
  • vysoký výkon broušení;
  • vysokou životnost a stálost tvaru kotouče.
  • Brousicí kotouče ze supertvrdých materiálů jsou doporučovány pro broušení těchto materiálů:
    DIA - slinuté karbidy, nástroje s pájenými řeznými elementy, polykrystalické řezné materiály (PKD, PKNB ap.), stříkané vrstvy a slitiny (např. plazmaticky), oxidické keramické materiály, žáruvzdorné materiály, keramické magnetické materiály, drahokamy a polodrahokamy, beton, přírodní i umělé kameny, sklo, porcelán, křemík, grafit, plastické hmoty (i vyztužené skleněnými vlákny);
    KNB - rychlořezné oceli, vysokolegované nástrojové oceli, chromové oceli (12% Cr), cementované oceli, tvrzená litina, slitiny na bázi Ni a Co, kuličkové oceli, kalené oceli ( 52 HRC).

    Charakteristika brousicího kotouče

    Brousicí kotouč je tvořen tělesem s nanesenou brousicí vrstvou, obsahující zrna brusiva rozptýlená v pojivu.Těleso kotouče bývá provedeno ze slitin Al, oceli, bronzu, kompozitních materiálů (např. Al/umělá pryskyřice) ap. Volba tělesa musí odpovídat podmínkám provozu kotouče, tzn. musí splňovat požadavky na pevnost (statickou a dynamickou), tuhost, odolnost proti vibracím, tepelnou vodivost ap.
    Brousicí kotouče ze supertvrdých brousicích materiálů se vyrábějí ve velmi širokém sortimentu a jsou charakterizovány následujícími základními znaky:
  • druh brusiva, tvar kotouče, rozměry kotouče, druh pojiva;
  • zrnitost brusiva a koncentrace brusiva.
  • Tvary kotoučů jsou popsány typovou značkou, která určuje základní tvar (tj. kotouče obvodové, čelní, úhlové ap.). Toto značení vychází ze standardu ISO a bývá někdy doplněno vlastní značkou výrobce.
    Jednotlivé typy obsahují základní rozměry kotouče i jeho upínacích elementů (průměr a šířka kotouče, úhel zkosení, rozměr upínacího otvoru ap.) a brousicí vrstvy (šířku a tloušťku).Volba průměru kotouče závisí na typu brusky, která by měla zaručit dosažení doporučených řezných podmínek. Obecně se doporučuje volba co největšího průměru brousicího kotouče, poněvadž se zvětšujícím se průměrem se zlepšují tepelné i kinematické podmínky broušení .
    Volba šířky brousicí vrstvy je spojována s velikostí kontaktu kotouče s obrobkem při broušení. Doporučuje se volit kontaktní plochu co nejmenší. Úzká brousicí vrstva umožní vyšší výkon broušení s malým vývinem tepla. Příliš široká vrstva způsobuje vysoké tepelné zatížení v místě řezu, což může vést ke snížení výkonu broušení. Důležité je, aby byla při broušení využívána celá šířka brousicí vrstvy. Tloušťka vrstvy se pohybuje převážně v rozmezí 1,5 až 4 mm, v závislosti na typu pojiva a kotouče. Zvýšení tloušťky sice poněkud zvýší cenu kotouče, ale celkově sníží náklady na broušení.
    Kvalitu brousicího kotouče určují především vlastnosti supertvrdých brousicích materiálů - zrnitost a koncentrace.
    Zrnitost těchto materiálů má zásadní význam pro výkon broušení a jakost broušeného povrchu. Zrnitost je udávána čísly, odpovídajícími velikosti rozměru zrn brusiva v mikrometrech.
    Podle charakteru operace broušení jsou doporučeny následující velikosti zrn brusiva (standard FEPA):
    hrubovací broušení 181 - 126 μm
    dokončovací broušení 91 - 64 μm
    jemné a dokončovací broušení 54 - 20 μm
    leštění 15 - 1 μm
    Podle stejného doporučení by pro ekonomické využití brusiva při běžných řezných podmínkách neměla hodnota přísuvu přesáhnout 15 % velikosti zrna. Brusivo s menší velikostí zrn (( 46 podle FEPA) bývá označováno jako mikronové prášky. Tuzemský výrobce supertvrdého brusiva Pramet Tools Šumperk uvádí orientační vztah mezi zrnitostí diamantového brusiva a drsností broušeného povrchu podle tab. 1.
    Koncentrace brusiva vyjadřuje váhový obsah DIA nebo KNB v 1 cm3 brousicí vrstvy v jednotkách g.cm-3 (crt.cm-3). Za základ je považována koncentrace 100, kde 1 cm3 brousicí vrstvy obsahuje 0,88 g (4,4 crt) brusiva a zaujímá 25 % objemu brousicí vrstvy.
    Vliv koncentrace brusiva na charakteristiku brousicích kotoučů:
  • vysoká koncentrace (100 až 150) - vysoká stálost tvaru kotouče, větší velikost zrn brusiva, tvrdší pojiva, menší šířky brousicí vrstvy (( 4 mm), vyšší životnost a horší samoostřicí vlastnosti kotoučů; použití při profilovém broušení, na CNC bruskách;
  • střední koncentrace (50 až 75) - jemnější zrna brusiva (( 76 (m), větší šířky brousicí vrstvy, střední tvrdost pojiva, používá se u většiny operací broušení rovinného, dokulata, broušení nástrojů (i za sucha);
  • nízká koncentrace (25 až 50) - extrémně jemná zrna brusiva (( 10(m), zvláště široké brousicí vrstvy, snižuje životnost kotouče, zaručuje dobré samoostřicí vlastnosti kotouče, používá se pro leštění a speciální operace.
  • Specifikace brousicích kotoučů ze supertvrdých materiálů je uváděna přímo na štítku kotouče. Mimo zřetelného označení druhu brusiva by měl přehled vyznačených údajů uživatele jednoznačně informovat o vlastnostech nástroje. Např. označení kotoučů fy Tyrolit obsahuje následující informace:
  • brousicí kotouč - tvar, průměr, šířka, průměr upínacího otvoru;
  • brousicí vrstva - šířka, tlouštka;
  • typ brusiva (diamant - D; KNB - B), zrnitost, koncentrace;
  • typ pojiva;
  • materiál tělesa kotouče.
  • Při volbě brousicího kotouče ze supertvrdých materiálů je nezbytné zvažovat všechny podmínky jejich použití, které prakticky ovlivní kvalitu broušeného povrchu. Je třeba posuzovat stav brusky (tuhost a přesnost uložení vřetene ap.), upnutí brousicích kotoučů s minimálním radiálním i axiálním házení (max. 0,02 mm), řezné podmínky, chlazení (doporučováno v maximální míře s ohledem na stav kotouče i obrobeného povrchu), i čištění, oživování a orovnávání kotoučů.

    Úpravy brousicích kotoučů

    Předpokladem optimálního využití brousicích kotoučů je jejich přesný geometrický tvar a minimální házení při broušení. I při dodržení všech uvedených podmínek zajišťujících dobré samoostřicí vlastnosti kotouče dochází v průběhu broušení k zanesení brousicí vrstvy nebo ke změně tvaru kotouče. Ve všech uvedených případech je nutné povrch brousicí vrstvy upravit, tj. provést její očištění, oživení, případně orovnání.
    Očištění kotouče se provádí, dojde-li k zalepení brousicích zrn odbroušeným materiálem (např. při broušení nevhodných materiálů, broušení za sucha ap.). Provádí se přejetím otáčejícího se kotouče oživovacími kameny, roubíkem SiC , příp. pemzou.
    Oživováním kotouče má být obnovena brousicí schopnost kotoučů, k jejíž ztrátě došlo v důsledku snížení samoostřicích vlastností. Oživení brousicího kotouče lze dosáhnout následovně:
  • jedno- nebo vícekrystalovým (prachovým) pevným diamantovým nástrojem (roubíkem) přejíždět funkční plochu otáčejícího se brousicího kotouče. Pro kotouče KNB je vhodnější použití vícekrystalového orovnávače. Předpokladem vhodné úpravy brousicí vrstvy je zajištění přiměřeného přítlaku roubíku na kotouč a jemné nastavení přísuvu. Výrobce brousicích kotoučů Tyrolit doporučuje oživení KNB kotoučů prachovým DIA nástrojem za těchto podmínek:
  • vk = 10 m.s-1
    ad - malá tuhost stroje: 0,003 mm/zdvih
    - tuhý stroj: 0,005 mm/zdvih
    rychlost nástroje: 150 m.min-1; použít chlazení
  • v procesu broušení nízkouhlíkového (měkkého) ocelového bloku s přisypáním volného brusiva SiC mezi brousicí vrstvu a broušený materiál. Vzhledem k rychlejšímu otěru pojiva je brousicí kotouč současně oživován i orovnáván. Proces je velmi efektivní pro broušení rovinné a vnitřní dokulata.
  • Doporučené podmínky provedení (Tyrolit):
    vk = 16 - 25 m.s-1
    vf = 15 - 20 m.min-1
    ad = 0,01 - 0,03 mm/zdvih
    příčný zdvih = 50 % až 90 % šířky kotouče
  • rotujícím SiC kotoučem. Oživování rotačním nástrojem přináší nejlepší výsledky. Kotouček SiC se přisune k oživovanému nástroji tak, že se navzájem otáčí proti sobě.Při oživování se nástroj SiC posunuje podél funkčního povrchu kotouče a přisouvá (max. přísuv 0,005 - 0,010 mm). Pro tuto úpravu povrchu brousicích kotoučů ze supertvrdých materiálů nabízí např. firma Tyrolit jednotku s kotoučkem na vodorovné hřídeli, upravenou pro připevnění na brusce; oživovací kotoučky o rozměrech 75 x 25 x 12,7 mm dodávají v pěti kvalitách brusiva - pro univerzální použití na brousicí kotouče s pryskyřičným pojivem doporučují oživovací kotouček jakosti C 80 J 5 V 18; pro hrubozrnné brousicí kotouče větších rozměrů je uváděna jakost C 70 M 5 V 15.
  • Orovnávání kotoučů se provádí v případě tvarování brousicí vrstvy (vytváření nebo obnovování tvaru kotouče) nebo výrazném poklesu brousicích schopností nástroje. Tvarové orovnávání se provádí zapichovacím způsobem diamantovými kladkami nebo orovnávajícím zařízením, kterým jsou vybaveny moderní brusky. Pokud není k dispozici orovnávací zařízení, doporučuje se (Pramet Tools) orovnávání provést přebroušením kotoučem SiC (tvrdost kotouče J nebo K, zrnitost o 1 až 2 stupně hrubší, než má orovnávaný kotouč) na hrotové brusce. Diamantový kotouč je v přírubě upnut na trnu a otáčí se (vk = 10 - 15 m.min-1) stejně jako SiC kotouč (vo = 15 - 30 m.min-1). Tyrolit doporučuje pro orovnávání DIA a KNB kotoučů s pryskyřičnou vazbou používat roubíky, jejichž vlastnosti závisí na zrnitosti kotoučů. Použití chladicí kapaliny při orovnávání přispívá k lepšímu vyčištění brousicí vrstvy kotouče.

    Podmínky broušení DIA a KNB kotouči

    Podmínky broušení výrazným způsobem ovlivňují průběh a výsledek operace broušení, i životnost brousicího kotouče. Variabilita provedení operace broušení daná možnostmi výběru metody broušení, jakostí kotoučů, broušených materiálů, brusek i podmínek broušení umožňuje dále uvést jen doporučené směrné hodnoty podmínek broušení, které odpovídají zkušenostem firmy Tyrolit - tradičního výrobce brousicích kotoučů DIA a KNB.
    Řezná rychlost je dána otáčkami vřetena brusky a průměrem brousicího kotouče, ovlivňuje výkon broušení i kvalitu broušeného povrchu.
    Přísuv a posuv stolu jsou při dané řezné rychlosti rozhodující pro výkon obrábění. Velikost přísuvu se volí s ohledem na jakost brousicího kotouče (druh brusiva, zrnitost, koncentrace, pojivo) a typ operace broušení tak, aby bylo dosaženo optimálního úběru materiálu. Pro ekonomické broušení je obecně doporučována velikost přísuvu odpovídající asi 1/10 velikosti zrn brusiva.
    Stále více se v praxi uplatňují supertvrdé materiály při výkonném broušení, tj. při procesu broušení s vysokými hodnotami přísuvu a malou rychlostí posuvu stolu. Tento ekonomický způsob vysokého úběru materiálu je realizovatelný jen při použití dostatečně tuhého brousicího stroje s velmi intenzivním chlazením.
    Doporučené podmínky pro výkonné broušení: přísuv 0,2 - 6 mm/zdvih,
    posuv stolu 10 - 300 mm.min-1
    U většiny operací broušení kotouči DIA a KNB je výhodné použít vydatné chlazení místa úběru, které zajistí odvod tepla a vznikajících třísek z místa řezu a současně i pozitivně ovlivní životnost kotouče.
    Obvykle jsou používány následující chladicí prostředky:
  • aditivované oleje pro broušení - jsou doporučovány zejména pro broušení kotouči KNB. Jejich mazací účinek přispívá k dobré jakosti broušených povrchů a životnosti kotoučů (v porovnání s emulzemi výrazně zvyšují životnost);
  • emulze - zajistí dobrý odvod tepla při broušení kotouči DIA i KNB. Pro broušení s KNB je vhodnější použití emulzí s vyšší koncentrací. Emulze jsou doporučovány pro operace s velkým úběrem materiálu a běžnými požadavky na jakost materiálu. Rozpustné emulze mohou nepříznivě ovlivnit stálost pryskyřičných pojiv kotoučů. Účinnost a trvanlivost emulzí je podmíněna dodržením hodnoty pH ? 9 a provozní teplotou nepřesahující 30 °C.
  • Uvedený přehled vlastností a podmínek broušení kotouči ze supertvrdých materiálů dokumentuje jejich mimořádný význam pro moderní strojírenskou výrobu. Je třeba zdůraznit, že pouze vhodným výběrem brousicích kotoučů a splněním všech dalších podmínek pro praktické nasazení lze zajistit jejich technologicky a ekonomicky přínosné využití ve výrobě.

    Další články

    Obráběcí stroje a technologie

    Komentáře

    Nebyly nalezeny žádné příspěvky














    Sledujte nás na sociálních sítích: