Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

Opracování pohyblivých i nepohyblivých spojení obráběcích (i jiných) strojů zaškrabáváním je klasická rukodílná metoda, používaná úspěšně „od nepaměti“, tedy od počátku výroby přesných obráběcích strojů. Je to však metoda pracná, manuálně namáhavá, a tudíž i nákladná. S nástupem valivých vedení někteří výrobci od zaškrabávání pohyblivých kontaktních ploch upustili nebo je omezili. V některých případech zaškrabávání nahradilo přesné broušení. V obráběcích strojích jsou však plochy, kde nelze zaškrabávání ničím nahradit pro jeho přesnost a schopnost vytvořit velmi kvalitní kontakt mezi dvěma obrobenými plochami. Je zaškrabávání zapomenuto, nebo má při výrobě přesných strojů stále své místo? Pokusme se v tomto příspěvku shromáždit argumenty pro i proti. Jako u mnoha podobných „sporů“ můžeme nejspíše očekávat, že někde je možné na zaškrabávání zapomenout a nahradit je produktivnější metodou, jinde zase najdeme skvělé příklady, kdy je ruční zaškrabávání jedinou cestou, jak efektivně docílit žádaného výsledku.

Jen z počtu nalezených příspěvků na stránkách Googlu lze soudit, že ruční zaškrabávání je metoda stále diskutovaná a vyhledávaná. Ale podívejme se do historie. A to až do roku 1840, kdy sir Joseph Whitworth (obr. 1) uskutečnil přednášku „On Plane Metallic Surfaces or True Planes“ (O rovinných kovových površích neboli Přesné plochy) před členy Britské společnosti v Glasgow [1]. Sir Whitworth v ní chtěl vyvrátit mylné domněnky o nevhodnosti technologie zaškrabávání a prohlásil, že tyto „nekoncepční fámy zpomalují pokrok ve zlepšování“. A pokračoval: „Zatímco broušení je všeobecně považováno za nezbytné k dokončení povrchu, tak ve skutečnosti je škodlivé.“ Jak vidno, už tehdy se vedly spory o to, zda lze lepší kvality obráběného povrchu docílit broušením, nebo zaškrabáváním.

Dnes musíme na toto poněkud ostře znějící odsouzení broušení nazírat z pohledu tehdejší úrovně technologie a brousicích strojů. Whitworth samozřejmě nepovažoval broušení za špatnou technologii, ale vyzdvihoval tehdejší novinku – ruční zaškrabávání –, protože s ní dosáhl vynikající kvality dokončovaného povrchu. Docílený výsledek demonstroval posluchačům na dvou zaškrabáváním spárovaných deskách a ukázal, jak vrchní deska lehce „plave“ na spodní. Viz též na videu [4].

Zaškrabávání je ruční dokončování ploch, které jsou vyhrubovány hoblováním, frézováním nebo vyvrtáváním. Broušení se jako hrubovací operace používá zřídka, protože obroušená plocha obsahuje zbytky brusiva a škrabák na ní špatně zabírá. Jako nástroje se používají škrabáky různých provedení. Příklady základních tvarů škrabáků vidíme na obr. 2. Předhrubovaná plocha se opracuje nejprve hrubovacím zaškrabáním, 15 až 20 mm dlouhými, dopřednými tahy škrabáku pod úhlem asi 30° až 40° (obr. 3), čímž se odstraní stopy po předchozím opracování. Při jemném, dokončovacím zaškrabávání se tahy nástroje zkrátí na 3 až 5 mm a odebírá se velmi tenká tříska asi 0,005 až 0,02 mm (obr. 4). Místa, kde se povrch takto opracovává, jsou předem označena tak, že se opracovávaná plocha přiloží k příměrné desce, hranolu nebo válci, na který je v tenké vrstvě nanesena tušírovací barva (berlínská modř nebo ultramarin rozpuštěný v minerálním oleji). Mírným pohybem součásti se dotyková místa na ploše obarví a posléze odeberou škrabákem. Plocha se tak postupně zarovnává a vytváří se na ní charakteristická kresba po škrabáku. Požaduje se 60% až 70% plošný kontakt mezi protikusy. Obvykle se vytváří 10 až 12 kontaktních bodů na čtverci 25 x 25 mm. V řadě aplikací však stačí 4 až 6 bodů. Jde-li o pohyblivá vedení, pak jsou důležité mělké kapsy mezi kontaktními body na povrchu vedení, ve kterých se při pohybu dílce drží mazací olej, aniž by ztratil povrchové napětí. Vznikne tak vlastně ploché ložisko, které zaručuje rovnoměrné klouzání pohybující se části stroje po protiploše. Protože povrch vedení není dokonale rovný, neprojeví se adhezní síly a dílce pohyblivého vedení se „neslepí“, na rozdíl od přesně nabroušených nebo i vyleštěných ploch. Naopak, lehce „plavou“ bez trhavých pohybů. Skvělý příklad můžeme vidět na videu [4]. Velkou péči je potřeba věnovat rovnoměrnému rozložení kontaktních bodů v celé ploše vedení, aby se zaručila dlouhodobá stabilita geometrie vedení i přesného vyrovnání nepohyblivých částí nosné soustavy stroje (kolmosti, souososti, rovnoběžnosti apod.).

Jakost zaškrabané plochy je stanovena normou ČSN 014455 v pěti třídách jakosti označených 1 až 5, přičemž první třída je nejpřesnější – viz tabulka 1. Plošky mají být rovnoměrně rozloženy na ploše 25 x 25 mm. V extrémních případech, např. na malých velmi přesných plochách, lze dosáhnout hustoty více než 40 plošek ve čtverci 25 x 25 mm. Drsnost obrobených ploch před zaškrabáváním smí být nejvýše Rzmax =18 μm. Velikost příměrného nářadí musí být úměrná velikosti opracovávané plochy. Dosahovaná drsnost po jemném zaškrabání je Ra = 0,2 až 0,8 μm. Zaškrabávat lze také kalené plochy do tvrdosti 50 až 55 HRc, je-li k dispozici nástroj s karbidovou výměnnou destičkou (obr. 5).

Obr. 4. Dokončovací zaškrabávání označených kontaktních míst krátkými tahy škrabáku. (Zdroj: K & J Scraping Training Video – You Tube)

Sir Joseph Whitworth by měl radost, kdyby slyšel specialistu japonské firmy Okuma, z jehož doporučení vyjímáme: „Pouze ručním zaškrabáním, které je provedeno s nejvyšší pečlivostí a pozorností k detailu, můžete spárovat komponenty v té nejužší toleranci. Rozhodující komponenty obráběcího stroje je třeba slícovat s přesností desetiny mikronu. Místem, kde je potřeba nejvyšší přesnosti a preciznosti, jsou vodicí plochy pohyblivých elementů stroje. Jsou o to více rozhodující, čím blíže jsou k základům stroje. Pro dosažení nejužších tolerancí je nejlépe použít zaškrabávání vodicích ploch, což rozhoduje o konečné přesnosti stroje. Zaškrabáváním se dosáhne ideální rovinnosti a vytvoří se správné olejové kapsy. Dobrá jakost povrchu a ideální vzájemné dosednutí ploch jsou důležité i pro pevně spojené díly přenášející velká proměnlivá zatížení, a proto se také zaškrabávají. Ruční zaškrábání je jedním z klíčů přesnosti Okumy, a je také jedním z tajemství stojících za bezkonkurenčně dlouhou životností obráběcích center, brusek i soustružnických strojů. Dává to smysl, pokud si uvědomíte, jak stoupne celková úroveň kvality stroje, jsou-li jednotlivé díly provedeny ve vyšší úrovni kvality, než poskytuje broušení. Ruční zaškrabávání je tradičním, velmi starým postupem. Ale co je nejdůležitější, od určité kvalitativní úrovně je postupem nejefektivnějším.“

Tolik odborník na zaškrabávání z firmy Okuma. Uvedli jsme jen nejdůležitější části z obsáhlejšího textu, ale i tak je argumentů podporujících zaškrabávání dostatek [3]. Řada dalších odborníků potvrzuje, že zaškrabávání je nejlepší postup, jak dosáhnout úzkých tolerancí geometrie strojů konzistentně. Při pečlivém zaškrabávání si stroj udrží geometrickou přesnost po velmi dlouhou dobu, což se příznivě promítá do kusových cen obrobků vycházejících z těchto strojů. Je to dáno tím, že tlaky se v zaškrabaných plochách rozloží rovnoměrně a to minimalizuje jejich opotřebení.

O dalších pro a proti hovořících o způsobech úpravy vedení nejen v obráběcích strojích se dočtete ve druhém dílu článku Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?, kterou uveřejníme v následujícím vydání MM Průmyslového spektra 11/161102.

Misan

Ondřej Svoboda, Pavel Bach

o.svoboda@misan.cz

www.misan.cz

Literatura
[1] Whitworth J.: A Paper on Plane Metallic Surfaces or True Planes, Read at the Meeting of the British Associatin, at Glasgow. 1840.
[2] Hand Scraping for precision surface. Dostupné na: //www.circuitousroot.com/artifice/machine-shop/surface-finishing/hand-scraping/
[3] Robbie Williams: Hand Scraping. Info materiály firmy Okuma.
[4] Metal Scraping: Surface plate, will it hover? Dostupné na You Tube.
[5] Metal Scraping w1: Principles and Practice. Dostupné na www.metalscraping. com.