Témata
Reklama

Experimentální studium tvorby třísky při HSC - tvrdém frézování

Přesné popsání jevů, které se vyskytují při HS obrábění pevných a tvrdých materiálů, umožní další rozšíření HSC do průmyslové praxe. Vhodnou volbou řezných podmínek lze stabilizovat řezný proces, zvýšit výkonnost obrábění, zvýšit trvanlivost břitu a zlepšit integritu povrchu obrobku

Výroba forem a zápustek ze zušlechtěných nástrojových ocelí patří mezi nejnáročnější úkoly dnešního pojetí obrábění. Kromě požadavků na přesnost a jakost přitom stoupá tlak i na dodací lhůty a ceny. Právě nasazení moderní technologie vysokorychlostního tvrdého frézování se pomalu stává tím inovačním stupněm, který může být v oblasti výroby forem a zápustek silnou konkurenční výhodou a v nepříliš vzdálené době i nezbytností pro udržení se na trhu. K tomu, aby tato technologie mohla být plně uplatňována a také optimalizována, je nutno bezpodmínečně zvládnout celý její proces a nalézt přesné podmínky pro její ekonomickou aplikaci do praxe.
Reklama
Reklama
Reklama

Experimentální studium tvorby třísky

Mezi hlavní aspekty, které určují charakter řezného procesu, patří nejen řezné síly a tepelné ovlivnění obrobeného povrchu, ale především mechanismus tvorby třísky. Teoretické základy této problematiky byly představeny v článku Tvorba třísky při HSC (MM č. 4/2003), kde byla popisována mechanika tvorby třísky při HSC především pro slitiny hliníku a ocel třídy 12 050. Zda jsou zde uvedené závěry platné i pro oceli s vyššími mechanickými vlastnostmi, jež jsou základním materiálem pro výrobu tvarových nástrojů, může nastínit níže popsaný experiment.
Experimentální studium se zabývá mechanismem tvorby třísky v závislosti na změně řezné rychlosti. Důvodem ke sledování parametrů třísek je skutečnost, že při obrábění jsou vyžadovány jen určité druhy třísek, které jsou z hlediska plynulosti procesu nejvhodnější. Dále bylo potřeba potvrdit vznik článkovité třísky charakteristické pro HS obrábění u kalených materiálů. Analýza třísek umožnila popsat pochody, které probíhají při HS obrábění vysoce pevných a tvrdých materiálů. Ze znalosti morfologie třísky lze určit přechodovou oblast mezi konvenčním a HS obráběním.

Charakteristika experimentu

  • Zkušební obrobek - nástrojová ocel pro výrobu forem a zápustek ČSN 19 556, hlavní legující prvky: Cr, Mo, Si, W, V, tepelně zpracováno na 56 HRC.
  • Nástroj - frézovací hlava Sandvik Coromant, CoroMill 200, břitové destičky: povlakovaný SK GC 4020 (TiCN, Al2O3, TiN), ? = 7°, ? = 16°, fazetka: 0,18 mm, 0°, pracovní geometrie: negativní ( -7°, při fz = 0,05 mm - jen fazetka).
  • Obráběcí stroj - MCV 750 A - Kovosvit Sezimovo Ústí, výkon 16 kW, otáčky 20 - 13 000 min-1.
  • Strategie frézování - zapichovací sousledné frézování, podmínky frézování viz tab. 1.
  • Měřicí technika - základní metalografické vybavení světelného mikroskopu Nikon 100S, digitální kamera a software Lucia.
  • Vliv řezné rychlosti na tvar třísky

    Tvar třísky je nejvíce závislý na obráběném materiálu a velikosti řezné rychlosti. Na obr. 1 jsou zobrazeny skupiny třísek. Z obrázku je vliv řezné rychlosti zřejmý. Všechny třísky byly získány stejnými podmínkami obrábění a proměnná byla pouze řezná rychlost. Tvar třísek byl detailně studován při zvětšení a lze konstatovat, že při řezné rychlosti 25 m.min-1 vznikala soudržná plynulá tříska stočená do spirály. Barva třísky je světle hnědá. Do řezné rychlosti 350 m.min-1 se délka třísky ve spirále zvětšovala a barva třísky přecházela do tmavě modra.
    Od řezné rychlosti 450 m.min-1 dochází k potlačení tvorby spirálovitého tvaru třísky.
    Od rychlosti 850 m.min-1 začíná vznikat elementární tříska. Nad touto řeznou rychlostí dochází k další změně barvy třísky a tříska má namodralý kovový lesk.

    Metalograficky zpracované třísky

    Metalografické zpracování třísek bylo možné provést u třísek vzniklých do řezné rychlosti 850 m.min-1. Nad touto hranicí vznikala tříska elementární. Metalograficky zpracované a nasnímané třísky jsou na obr. 2 . Všechny třísky jsou nasnímány stejným zvětšením. Z obr. 2 je patrné, že do rychlosti 50 m.min-1 probíhala plastická deformace v celém průřezu třísky a vznikala soudržná plynulá tříska. Při rychlosti 100 m.min-1 dochází ke vzniku článků třísky. Od řezné rychlosti 150 m.min-1 se plastická deformace (PD) koncentruje pouze v lokalizovaných pásech v okolí smykové roviny. Se zvyšující se řeznou rychlostí se pásy PD dále zužují. Při řezné rychlosti 450 m.min-1 je již patrné natavení materiálu v oblasti smykové roviny. Jedná se o přechod do oblasti HSC z hlediska morfologie třísky. Při řezné rychlosti 850 m.min-1 dochází k oddělování jednotlivých článků třísky a vzniká tříska elementární. Článek třísky se od řezné rychlosti 450 m.min-1 v místě smykové roviny zakřivuje. Toto zakřivení článku třísky se začíná tvořit v důsledku zvyšující se deformační rychlosti v odcházejícím článku, na který působí nově se vytvářející článek svým tlakem a postupně ho vytlačuje z jeho pozice. Od řezné rychlosti 150 m.min-1 není tříska uvnitř vzniklého článku plasticky deformována.

    Plastické deformace třísky

    Plastické deformace jsou zobrazeny na obr. 3. Na obrázku je zobrazena tříska získaná při vc = 250 m.min-1. Plastická deformace je na metalografickém výbrusu zobrazena jako pásy bílé barvy. Primární plastickou deformaci představují pouze úzké smykové pásy (označeny C a C1). Tyto pásy leží ve smykové rovině. Sekundární plastická deformace je označena B a vyskytuje se po celé délce třísky v místě styku třísky s čelem břitu. Povrch článku třísky označený písmenem A představuje obráběný povrch. Tato část článku třísky nepřichází do kontaktu s břitem. Vnitřní oblast článků třísky si zachovává původní martenzitický charakter a není plasticky ovlivněna.
    Podle natavených oblastí v místě primární plastické deformace (pro vc = 850 m.min-1) lze usuzovat, že střední teplota řezání pro tuto řeznou rychlost odpovídala rozmezí 1350 °C až 1500 °C.

    Proměřování tvaru třísky

    Tvar třísky byl definován těmito parametry: úhlem článku (, délkou mezi články třísky Lc, tloušťkou třísky a1 a výškou styku mezi jednotlivými články třísky hc. Na obr. 4 je zobrazeno schéma proměřování tvaru třísky.
    Na obr. 5 je zobrazena závislost parametrů třísky na řezné rychlosti. Z obrázku vyplývá:
  • v oblasti vc = 100 až 250 m.min-1 dochází k prudkému nárůstu délky článku třísky Lc, v oblasti vyšších řezných rychlostí se délka článku třísky již téměř nemění;
  • tloušťka třísky a1 se zmenšuje s rostoucí vc. Tento pokles je zapříčiněn vznikem plastické deformace pouze v oblasti lokalizovaných smyků;
  • výška styku mezi jednotlivými články třísky hc prudce klesá v oblasti vc = 100 až 450 m.min-1 (lokalizace smyku), nad 450 m.min-1 pozvolně klesá a nad vc = 850 m.min-1 již vzniká elementární tříska (hc = 0);
  • úhel ( článku třísky klesá se zvyšující se vc (roste úhel smykové roviny).
  • Úhel smykové roviny, součinitel pěchování a stupeň segmentace (článkovitosti) třísky
    Ze změřeného úhlu článku třísky ( lze spočítat úhel smykové roviny podle následujícího vzorce:
    kde ( je úhel čela; ( je úhel článku třísky. Pro použitou velikost posuvu na zub, obrábí pouze fazetka břitu a její úhel v rovině čela je ( = -7°.
    Stupeň segmentace vyjadřuje, jak výrazně vznikají články třísky a lze ho spočítat podle následujícího vzorce:
    Blíží-li se stupeň segmentace hodnotě 1, pak dochází ke změně třísky z článkovité na elementární. Pro G = 1 se jedná o třísku elementární.
    Z grafů na obr. 6 vyplývá:
  • V rozmezí 25 až 100 m.min-1 klesá mírně součinitel pěchování (deformace třísky v celém objemu). Od vc = 150 do 450 m.min-1 je hodnota součinitele pěchování téměř konstantní a rovna 1,4 (lokalizace smyku). Nad touto řeznou rychlostí klesá součinitel pěchování a blíží se hodnotě 1 (natavení ve smykové rovině). Pro vc = 850 m.min-1 je součinitel pěchování roven 1, od této rychlosti se tvoří elementární tříska.
  • Stupeň segmentace (článkovitosti) narůstá v celém rozmezí řezných rychlostí a pro vc = 850 m.min-1 je téměř roven 1, což je hodnota určující elementární třísku.
  • Úhel roviny smyku narůstá od 53° pro vc = 100 m.min-1 do hodnoty 66° při vc = 850 m.min-1.
  • Hodnocení dosažených výsledků
    Z experimentálního studia morfologie třísky vyplývá:
  • V celém rozsahu řezných rychlostí vznikaly tvarově příznivé třísky.
  • Z hlediska morfologie třísky lze mluvit o HS obrábění od řezné rychlosti 450 m.min-1.
  • Nad vc 450 m.min-1 prudce klesá součinitel pěchování třísky a tvoří se tříska s výraznou článkovitostí.
  • Při vc 850 m.min-1 se mění tříska z článkovité na elementární.
  • Při experimentálním obrábění tepelně zpracovaných nástrojových ocelí bylo potvrzeno, že i u těchto materiálů existuje přechod od konvenčního k HS obrábění. Z hlediska morfologie třísky jsou patrné lokalizované smyky třísky již při vc = 150 m.min-1. Do vc = 450 m.min-1 dochází stále ke zpevňování třísky a roste řezná síla. Nad touto hranicí řezné rychlosti dochází k natavení třísky ve smykové rovině. Při řezné rychlosti 850 m.min-1 dochází ke vzniku elementární třísky. V důsledku tepelného odpevnění třísky klesají řezné síly a prudce klesá také součinitel pěchování třísky a roste úhel smykové roviny.
    Ing. Tomáš Skopeček, Ph.D. student
    Ing. Jiří Svoboda, Ph.D. student
    Ing. Jan Řehoř, Ph.D. student
    Autoři jsou členy týmu vedeného doc. Ing. Petrem Hofmannem, CSc.
    katedra technologie obrábění
    Fakulta strojní
    Západočeská univerzita v Plzni
    Reklama
    Vydání #12
    Kód článku: 31280
    Datum: 10. 12. 2003
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Strojírenské podniky v době pandemie

    Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

    Pohodlné upínání magnetem

    Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Související články
    Kloubový robot uvnitř stroje

    V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Přesnost zvyšující produktivitu

    Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

    Novinka z varnsdorfské líhně

    Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

    Československá stopa u nového rekordu

    Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

    Pro větší efektivitu ve výrobě

    Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

    Vlajková loď pětiosého obrábění

    Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

    Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

    Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

    Vyvrtávání hlubokých otvorů

    V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

    Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

    Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

    Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

    Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

    Efektivní likvidace obráběcích kapalin

    Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit