Témata
Reklama

Obrábění zasucha - ano, či ne?

Úsilí o snižování výrobních nákladů ve strojírenských výrobních procesech vede k jejich postupnému zrychlování a zjednodušování. Týká se to samozřejmě i obrábění kovů jako jednoho z velice náročných a nákladných výrobních procesů.

Zrychlování procesu se nedociluje jen snižováním počtu a racionalizací uspořádání obráběcích operací, ale i zkracováním vlastního procesu řezání, což vede k používání vysokorychlostního a výkonového obrábění. Významného zjednodušení procesu a snížení nákladů se docílí zavedením obrábění zasucha, tj. vyloučením nákladného technologického vybavení, jakým jsou procesní média, nejčastěji kapaliny, včetně příslušného technologického vybavení a nutného zázemí.
Reklama
Reklama
Reklama

Obrábění zasucha? Ano

Obecná odpověď na úvodní otázku zní samozřejmě kladně, protože zavedení jakéhokoliv dalšího prostředku do procesu obrábění, a tím je i umělé procesní prostředí, přináší vždy zvýšení nákladů a celou řadu dalších problémů povahy ekologické, hygienické, ale i technické a technologické. V určitém konkrétním případě obrábění však již nemůže být na položenou otázku zcela jednoznačně kladná odpověď, protože v některých případech je použití procesních kapalin (dříve řezných kapalin) ještě zcela nezbytné.

Negativa používání procesních médií

K zavedení procesních médií (především kapalin) došlo v době, kdy zvýšeným technologickým požadavkům již neodpovídaly vlastnosti řezných materiálů. Nasazením procesních kapalin se vyřešily potíže s trvanlivostí břitu, s kvalitou a přesností obrobeného povrchu, s odstraňováním třísek a s řadou dalších záležitostí. Negativem takového řešení však bylo a nadále zůstává zkomplikování technologického vybavení procesu a tím i zvýšení nákladů na výrobu. V posledních letech k tomu ještě přistupují ekologická a zdravotní hlediska, jejichž význam rychle narůstá nejen z legislativních důvodů, ale především z hlediska nákladů spojených s likvidací případných ekologických havárií a zdravotních odškodnění. Dalším neméně důležitým omezujícím faktorem v používání procesních kapalin jsou rozšiřující se zákonné předpisy o manipulaci s chemickými látkami. Současným trendem v obrábění je proto snaha o omezení nebo úplné vyloučení používání procesních kapalin. Rychlý pokrok v technologii obrábění a především nové druhy řezných materiálů to již umožňují.

Náklady na aplikaci procesních kapalin

K objasnění problematiky používání procesních kapalin za současných ekonomických a výrobních podmínek byla provedena řada studií, jejichž výsledky byly např. publikovány v odborném časopisu Annals of the CIRP. Na příkladu "obráběčsky" tak vyspělé země, jakou je Německo, jsou zde konkrétně představeny výše zmíněné aspekty. V této zemi se ročně spotřebovávají řádově desítky tisíc tun procesních kapalin a koncentrátů za stovky milionů DEM. Z koncentrátů se navíc připravují další stovky tisíc tun procesních emulzí. Jaká ekologická nebezpečí a jaké další nepřímé náklady pro výrobu jsou za tímto faktem skryty, si lze již snadno domyslet. Analýzy rovněž ukázaly, že jen málo firem si vede přesné záznamy o nákladech (investice, náklady na pořízení a likvidaci kapalin, odpisy a údržba zařízení, energie, doprava, personální výdaje, zdravotní výdaje, výdaje na ekologické havárie a další) spojených s používáním procesních médií. Z dostupných informací bylo zjištěno, že náklady na aplikaci procesních kapalin na transferových obráběcích linkách se často pohybují mezi 7 a dokonce až 17 % výrobních nákladů vztažených na jeden obrobek. To je podstatně více, než se dříve předpokládalo, a více, než činí průměrné náklady např. na řezné nástroje, tj. 2 až 4 %. V běžných provozech však náklady na procesní kapaliny obvykle nepřekračují 5 %. Rovněž nelze zanedbat ani další zvýšení nákladů spojené se zpracováním třísek obsahujících zbytky procesních kapalin a s čištěním hotových obrobků od nich.
Uvedené skutečnosti signalizují nárůst negativních stránek používání umělých procesních prostředí a tím potřebu jejich vyloučení. Rovněž z hlediska přímých i nepřímých nákladů na obrábění se ukazuje, že aplikace obrábění zasucha je již za současných podmínek v řadě případů výhodnější než obrábění s používáním umělých procesních prostředí. Technické předpoklady pro takové podmínky obrábění již existují.

Podmínky obrábění

Pro možnost uplatnění obrábění zasucha v určitém výrobním případě je vždy nezbytné podrobně analyzovat všechny důsledky z toho vyplývající. Je třeba si uvědomit, jaké pozitivní účinky vlastně procesní kapaliny přinášejí do řezného procesu a že je pak nutné při obrábění zasucha je více či méně nahradit nějakými jinými opatřeními.

Minimalizace množství tepla

Absence temperování obrobku procesní kapalinou při obrábění zasucha, zvláště u dokončovacích operací, při nichž je nutné zabránit tepelným deformacím obrobku tak, aby se docílily úzké tolerance rozměru a tvaru, představuje závažný problém a vyžaduje proto zvláštní opatření. Z toho důvodu musí být proces obrábění navržen tak, aby se minimalizovalo množství tepla vzniklého, ale hlavně odváděného obrobkem. Obecně vzato se celkové množství tepla a tím i teplota řezání sníží zmenšením množství měrné energie (J/mm3) vynaložené na řezný proces. Na základě poznatků z teorie obrábění se toho dosáhne např. zmenšením deformačních a třecích sil. V tomto smyslu má proto příznivý účinek používání pozitivní geometrie břitu, především úhlu čela, i když se tím do jisté míry zhorší schopnost břitu teplo odvádět. Takovéto opatření rovněž zmenšuje objem a intenzitu plastických deformací doprovázejících vznik třísky a tím opět významný zdroj tepla. Kromě toho se snižuje intenzita tření mezi třískou o čelem břitu a tím množství tepla vzniklého ze tření. Důležitá je rovněž možnost ovlivnit rozdělení toků odváděného tepla. Při soustružení se např. sníží zahřívání obrobku zvýšením posuvu a hloubky řezu, tj. průřezu odebírané vrstvy. Podobně i při frézování je vhodné zvýšit hodnotu posuvu na zub a používat především sousledné frézování, omezující tření hřbetu břitu o plochu řezu. Pokud to dovolí tepelná odolnost řezného materiálu, sníží se množství tepla přecházející do obrobku i zvýšením řezné rychlosti. Zvětší se tak objem tepla odváděného třískami. Zvýšení řezné rychlosti rovněž způsobí nárůst deformační rychlosti a tím snížení plasticity obráběného materiálu v oblastech vzniku třísky. Tím se opět zmenší objem plastických deformací. To platí obecně pro všechny způsoby obrábění. Chybějící ochlazování břitu procesní kapalinou musí být vykompenzováno použitím takových řezných materiálů, které si zachovávají potřebnou tvrdost a otěruvzdornost i při vyšších teplotách řezání. Jsou to buď nové druhy polykrystalických velmi tvrdých řezných materiálů, nebo speciální tvrdé ochranné vrstvy nanášené na v podstatě současný sortiment řezných materiálů.

Ochlazování třísek

Zmínka o ochlazování třísek v předchozím obrázku, které jsou vlastně odpadem již při jejich vzniku, vzbudí na první pohled úsměv. Avšak ochlazování extrémně teplých třísek, které se mohou shromažďovat např. v dutině obrobku, upínacího přípravku nebo obráběcího stroje, má svůj význam hlavně z hlediska zachování přesnosti obrábění. Při obrábění zasucha je přímé ochlazování třísek okolním vzduchem (přirozeným procesním prostředím) velmi malé, proto je nutno se s větší měrou zaměřit na důsledné odstraňování velmi teplých až žhavých třísek z výše jmenovaných oblastí. Z jiného pohledu však vyšší teplota řezání zlepšuje plasticitu odřezávaného materiálu třísky a tím její snadnější deformaci a zmenšení řezných sil. Na druhé straně vede zvýšená plasticita při nepřerušovaném řezu (soustružení) ke změně tvaru třísky na nevýhodný stuhovitý nebo smotaný. Tato skutečnost proto obvykle vyžaduje použití speciálních utvářečů nebo tvarů drážek pro třísky u vrtáků tak, aby nedocházelo při obrábění zasucha k jejich zahlcování třískami.

Nízký koeficient tření

Zajištění nízkého koeficientu tření mezi obrobkem (třískou, plochou řezu) a břitem i při nepoužití procesních kapalin, a tím i zmenšení objemu tepla vznikajícího ze tření, lze dosáhnout např. vhodným typem ochranné vrstvy nanesené na břit. Chybějící antiadhezní a antidifuzní ochranné účinky procesních kapalin se při obrábění zasucha nahrazují adhezně a difuzně vhodnějšími a odolnějšími řeznými materiály nebo vrstvami, o kterých bude pojednáno dále.

Odplavování třísek

Chybějící čisticí účinek procesní kapaliny, tj. odplavování třísek, může způsobovat zahlcování a zalepování prostoru pro třísky zvláště u vrtáků, závitořezných a brusných nástrojů, ale i fréz. Dochází tak nejen k poškozování obrobené plochy zpevněnými třískami, ale i břitů nástroje, když se třísky dostanou mezi břit a obrobek a jsou znovu řezány. Problém lze řešit nejlépe odsáváním nebo nouzově i odfukováním třísek tlakovým vzduchem. Při odfukování však vzniká nebezpečí v zafukování kovového prachu např. do ložisek, vodicích ploch, šroubů apod. Lepšímu odstraňování třísek přispívá i změna polohy nástroje vůči obrobku, tj. obrábění zespodu obrobku nebo lépe při vodorovné poloze vřetena frézky nebo vrtačky. Upínací přípravky a některé skupiny obráběcího stroje (lože, suporty apod.) určené pro obrábění zasucha musí být zvláště pečlivě konstruovány s ohledem na odstraňování třísek. Nelze-li zajistit bezpečné odstraňování třísek, je zapotřebí provádět řízené temperování uvedených komponentů, popř. teplotní rozměrovou kompenzaci v číslicovém řízení obráběcího stroje.

Vyšší trvanlivost břitu

Používání procesních kapalin však může mít z hlediska řezného procesu i negativní účinky, které se tak při obrábění zasucha vyloučí. Vlivem přerušovaného řezu, např. při frézování, vzniká velmi intenzivní střídavé tepelné zatěžování břitu frézy. Používáním procesních kapalin se tyto tepelné rázy ještě zesílí. V řezném materiálu tak může docházet k vytváření nejprve mikroskopických a později makroskopických trhlin přecházejících až v lomy břitu. Použitím obrábění zasucha lze proto v těchto případech dosáhnout i vyšší trvanlivosti břitu. Mimo jiné se z tohoto důvodu např. vysokorychlostní (HS) frézování provádí téměř vždy zasucha. Možnosti uplatnění obrábění zasucha a tím i specifikace požadavků na proces, jsou závislé také na konkrétní kombinaci obráběného materiálu a způsobu obrábění. Při obrábění oceli hraje samozřejmě prioritní úlohu vysoká teplota řezání, při obrábění šedé litiny a hliníku s vysokým obsahem křemíku je však hlavní abrazivní otěr břitu. U měkčích slitin hliníku způsobuje jejich obecně vysoký sklon k adhezi časté nalepování třísek jak na břit, tak i na obrobek. V závislosti na způsobu obrábění a druhu obráběného materiálu se proto vyskytují zřetelné rozdíly v trvanlivosti břitu mezi obráběním zamokra a zasucha. U většiny materiálů se při frézování zasucha dosahují vyšší trvanlivosti břitu než při obrábění zamokra z výše popsaných důvodů. Pouze při frézování hliníku může být trvanlivost břitu výrazně nižší vlivem vysoké adheze materiálu obrobku (třísky) na břit. Při soustružení a vrtání zasucha se zpravidla dosahují nižší trvanlivosti břitu než při použití procesních kapalin. Příčinou jsou vyšší teploty řezání při nepřerušovaném řezu. Zatížení změnami teploty se samozřejmě při plynulém řezu téměř nevyskytuje, protože břit nevybíhá opakovaně ze záběru. Procesní kapalina tak mění pouze teplotní pole nástroje, ale samotný břit prudce neochlazuje.

Zlepšení obrobitelnosti

Vytvoření jistých pozitivních předpokladů pro nasazení obrábění zasucha lze docílit i na straně obráběných materiálů, např. zlepšením jejich obrobitelnosti. Jednou ze známých metod jejího zlepšení je používání např. vhodných dezoxidačních přísad již při metalurgické výrobě oceli. Oceli dezoxidované např. kalciumsiliciem (SiCa) s přísadou hliníku obsahují měkké a tvárné hlinitany vápníku, které se při teplotě řezání taví a působí jako mazadlo a ochranný film na břitu. Trvanlivost břitu se tím může zvýšit až o 400 %.

Tvarově přesné polotovary

Snížení množství vznikajícího tepla a tím i tepelného zatížení obrobku se však může dosáhnout i dalšími opatřeními z oblastí mimo vlastní řezný proces. Nejčastěji je to používáním polotovarů tvarově podobnějších hotovému obrobku, tj. přesných výkovků, odlitků apod. Taková technologie se nazývá "Near-Net-Shape-Technology". Zmenší se tím objem obráběného materiálu a logicky i celkově vzniklé množství tepla.

Metoda minimálního množství procesní kapaliny

Tam, kde není možné obrábět zcela zasucha z dříve uvedených důvodů, např. u hliníku a jeho slitin, je výhodné aplikovat metodu používání minimálního množství procesní kapaliny, tj. MQL (Minimal Quantities of Lubricant). Je to nová varianta u nás již dříve známého mazání mlhou. Existuje řada případů obrábění, které by nebyly ekonomicky proveditelné bez MQL metody. Je-li přístroj pro MQL optimálně seřízen, spotřebuje se méně než 50 ml média na hodinu obrábění. Proto nástroje, obrobky i třísky zůstávají prakticky suché, tudíž nejsou nutné další technologické pochody pro odstranění procesních kapalin z třísek nebo z obrobků. Metoda MQL sice může být rovněž považována za obrábění zasucha, přesto však vznikající aerosol může vyvolat problémy s hygienou pracovního prostředí. Proto se většinou vyžaduje dobré utěsnění pracovního prostoru obráběcího stroje od okolí a odsávání vzniklého aerosolu přes účinné filtry. Samozřejmě to zapříčiní zvýšení investičních nákladů. Metoda se používá zvláště při vrtání, vystružování a řezání závitů do šedé litiny, oceli a slitin hliníku, dále také při čelním frézování především slitin hliníku a při hlubokém vrtání. Je možno ji aplikovat i v takových případech soustružení oceli, kdy břit nože je dobře přístupný z boku (ortogonální řezání) a použitím MQL se sníží koeficient tření i teplota řezání oproti čistému obrábění zasucha nebo konvenčnímu chlazení.
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 11106
Datum: 07. 11. 2001
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Související články
Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Technologie pro firmu s dobrou tradicí

Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

Nové nástroje z opotřebovaných nástrojů

Není-li možné nástroje ze slinutého karbidu dále přeostřovat, zbývá většinou pouze jedna možnost – odho-dit je do šrotu. Použití nově vyvinuté metody recyklace však nyní umožňuje tyto opotřebované nástroje využít jako výchozí polotovar pro výrobu nástrojů nových.

Vysokorychlostní dokončování tvarových ploch

Za účelem efektivního snižování procesních časů se výrobní podniky při hledání příslušného řešení často zaměřují na oblast hrubování. Velký potenciál pro zkracování výrobních časů a zajištění rychlejší výroby ovšem nabízí časově náročné dokončovací frézování. A právě na tuto kartu vsází WNT, specialista na třískové obrábění patřící do koncernu Ceratizit Group, při zavádění nového systému 3D Finish. Díky frézám tohoto systému lze při dokončovacím obrábění na 5osých strojích dosáhnout značné časové úspory a současně docílit lepší kvality obrobeného povrchu.

Zero point - efektivní způsob upínání obrobků

Soustava stroj–nástroj–obrobek předurčuje, jak přesné a kvalitní bude obrobení polotovaru obrobku. K významným, ale bezesporu velmi podceňovaným prvkům tohoto procesu patří také upínání obrobku. O trendech v upínání obrobků pomocí technologických palet pojednává tento příspěvek.

Rychlovýměnný upínací systém

Společnost v-tech v minulém roce představila modulární rychlovýměnný systém pro CNC obráběcí stroje. Slouží jako rozhraní mezi stolem CNC stroje a upínačem obrobku, který může být v podobě svěráku, univerzálního sklíčidla či přípravku.

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