Témata
Reklama

Odolnost slinutých karbidů proti teplotním a mechanickým rázům

V první části příspěvku k problematice odolnosti vyměnitelných břitových destiček ze slinutých karbidů (SK) proti teplotním a mechanickým rázům jsme popsali význam odolnosti SK proti uvedenému zatížení.

K porušení břitu může dojít buď následkem mechanického rázu nebo v důsledku teplotního rázu. Hodnocení odolnosti VBD SK proti rázům se provádí některou z technologických zkoušek uvedených v závěru předešlého příspěvku. Na tomto místě se budeme podrobněji věnovat těmto jednotlivým technologickým zkouškám.
Reklama
Reklama
Reklama

Válec s ocelovými lopatkami

Při podélném soustružení je nůž během jedné otáčky dvakrát v záběru. Zkušební břit je tak vystaven dvěma mechanickým rázům a dvěma teplotním rázům během jedné otáčky
Kritériem odolnosti břitu je počet hřebenovitých trhlin kolmých na břit. S dobou obrábění počet těchto trhlin vzrůstá a po dosažení určitého počtu rázů obvykle dochází k destrukci břitu. Kritériem odolnosti proti rázům je mezní počet rázů, při kterém dojde k destrukci břitu. Pokud nedojde k destrukci břitu (zejména u houževnatých druhů), hodnotí se odolnost proti rázům počtem hřebenovitých trhlin.
U tohoto zkušebního obrobku je úhel záběru při vnikání břitu konstantní, a proto je i velikost mechanického rázu během celé zkoušky stálá. Fáze ochlazení je vzhledem ke tvaru obrobku podstatně delší než doba záběru. Při zkouškách prováděných ve VÚOSO byla celková doba záběru 1/10 otáčky. Vzhledem ke stálé době, po kterou je břit během jedné otáčky ochlazován, lze předpokládat, že i teplotní rázy budou konstantní. Zkouška poměrně spolehlivě odliší materiály s různým obsahem pojicí fáze, jak je zřejmé z výsledků uvedených v tabulce.
Zkušební obrobek (lopatky) zachovává konstantní úhel záběru a konstantní podíl fáze řezání a ochlazování. Frekvence rázů je poměrně nízká, což vede k delší časové i materiálové náročnosti zkoušky. Její nevýhodou je výroba náhradních lopatek - frézováním. Vzhledem ke konfiguraci obrobku nelze zvyšovat jeho otáčky neomezeně, neboť je problematické jeho vyvážení při vysokých otáčkách. Výhodou pro zkoušku soustružení lopatek je fakt, že její metodika byla zpracována ve formě směrnic VDI.

Válec s podélnými drážkami

Zkušební obrobek má vyfrézovány obvykle dvě drážky (může jich být i více). V porovnání se zkušebním obrobkem s lopatkami je zde obrácený poměr doby záběru břitu a doby mimo řez, tedy fáze ochlazování.
Oproti zkušebnímu obrobku s lopatkami dochází v případě drážek ke kratší době ochlazování, což vede k menšímu kolísání teploty břitu a tudíž k menším teplotním rázům. Při menších teplotních rázech dochází ke vzniku nárůstu počtu hřebenovitých trhlin pomaleji než u lopatek, čímž se zkouška stává časově náročnější. To potvrzují výsledky zkoušek, provedených ve VÚOSO Praha. U obou zkušebních obrobků byl měřen průběh teploty v těšné blízkosti ostří. Měření teploty bylo provedeno termočlánkem železo-slinutý karbid, umístěným v těsné blízkosti ostří.
Výsledky měření průběhu teploty v blízkosti ostří uvedené na oscilografickém záznamu potvrzují, že u obrobku - lopatek - je kolísání řezné teploty během jedné otáčky obrobku podstatně větší než u obrobku s drážkami. Vzhledem ke stejnému úhlu záběru při vnikání břitu do obrobku, a tudíž vzhledem ke stejným mechanickým rázům, lze dojít na základě těchto výsledků k závěru, že hlavní příčinou rychlejšího růstu hřebenovitých trhlin u obrobku s lopatkami jsou především teplotní rázy.

Obrobek s válcovými čepy

Další metodou pro hodnocení odolnosti břitu VBD proti mechanickým a teplotním rázům je čelní soustružení zkušebního obrobku s válcovými čepy.
Při této metodě se soustruží zkušební obrobek sestávající z osmi válcových čepů čelně od středu směrem k obvodu obrobku. Břitová destička upnutá v držáku nožové hlavy je během jedné otáčky vystavena osmi teplotním a mechanickým rázům.
Zkouška hodnotí únavovou pevnost břitu při konstantní frekvenci zatěžující síly 8 rázů za jednu otáčku. Při řezné rychlosti vc = 150 m.min-1, měřené na obvodu upínací desky, která odpovídá otáčkám n = 170 min-1, jde o frekvenci 1364 cyklů.min-1, tj. 22,7 cyklů.s-1. V porovnání se zkouškou podélným soustružením lopatek je za předpokladu shodné řezné rychlosti vc = 150 m.min-1 tato frekvence čtyřnásobná.
Velikost zatěžující síly, a tím i velikost mechanického rázu, lze u této zkoušky stejně jako u lopatek ovlivnit volbou posuvu.
Podle schematického průběhu zatěžující síly je patrno, že obvod zkušebního obrobku, tj. 8 čepů, je rozvinut do přímky na vodorovné ose a na svislé ose je naznačena velikost a průběh hlavní síly FC během jedné otáčky při použití tří různých posuvů. Při vřezávání břitu dochází k mechanickému rázu - nárůstu složky FC celkem osmkrát za otáčku. Jelikož se při úběru jedné vrstvy zkušebního obrobku (jedné hloubky řezu) mění úhel záběru (z, mění se i doba vnikání břitu, a tím i velikost mechanického rázu.
Během odřezávání jedné vrstvy se postupně mění poměr délky fáze řezání a ochlazování (břit mimo záběr). V důsledku této změny se mění i velikost teplotních rázů během odřezávání jedné vrstvy. Zkoušku čelním soustružením lze charakterizovat jako zkoušku odolnosti břitu proti cyklickému zatížení mechanickými a teplotními rázy. Tyto rázy mohou vést k vytvoření počátečních mikroskopických trhlin v břitu. Tyto trhliny se opakovaným zatěžováním rozšiřují a po určitém počtu rázů vedou obvykle k destrukci břitu.
Na rozdíl od soustružení lopatek se tudíž během úběru jedné vrstvy (jedné hloubky řezu) mění plynule velikost teplotních i mechanických rázů. Tato skutečnost znamená v porovnání se soustružením lopatek určitou nestabilitu zkušebních podmínek během zkoušky. Jestliže však uvážíme, že tyto zkoušky porovnávají obvykle vlastnosti různých zkušebních vzorků, potom je "systém proměnlivosti" zatížení ve všech případech stejný.
Podstatně vyšší frekvence rázů vede ke zkrácení těchto zkoušek. Mezního počtu rázů, při kterém dojde k destrukci břitu, je dosaženo dříve. Z toho vyplývá i podstatně menší časová i materiálová náročnost zkoušky, která umožňuje provést více opakovaných zkoušek určitého zkušebního vzorku.
Rovněž výroba náhradních čepů a jejich montáž do unášecí desky je podstatně rychlejší. Bez významu není jistě ani skutečnost, že náhradní čepy lze vyrobit ze zbytků zkušebních válců po zkouškách trvanlivosti - podélném soustružení. V průběhu aplikace zkoušek čelního soustružení obrobku s čepy byl zjištěn v mnoha případech vyšší rozptyl výsledků - mezního počtu rázů hodnotícího odolnost břitu VBD proti rázům v porovnání s výsledky trvanlivosti při podélném soustružení.

Dynamicky přerušovaný řez

Pro hodnocení odolnosti VBD proti teplotním a mechanickým rázům lze rovněž použít i metodu čelního frézování zkušebního obrobku se silně přerušovaným řezem.
Obrobek je tvořen několika deskami upnutými pomocí mezivložek, v jejichž mezerách dochází k přerušovanému řezu. Břit zkušební VBD upnuté ve frézovací hlavě periodicky zabírá a vychází z řezu. Úhel záběru zde dosahuje pozitivních a negativních hodnot. Odolnost břitu se hodnotí opět počtem rázů do destrukce břitu.
Vzhledem k poměrně krátké fázi ochlazování a k silně proměnlivému úhlu záběru během jedné otáčky frézy hodnotí tato zkouška především vliv mechanického rázu na odolnost destičky.
Pokud bude zkouška přerušovaným řezem používána při vývoji nových materiálů VBD, potom lze doporučit pro porovnání různých vývojových variant vyměnitelné břitové destičky bez utvařeče s rovinným čelem pro snížení rozptylu výsledků mezního počtu rázů.
Pokračování příště
Ing. Karel Kouřil, Ph.D.
Reklama
Vydání #5
Firmy
Související články
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.

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.

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.

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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

Československá stopa u nového rekordu

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

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.

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.

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.

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.

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.

Multifunkční obráběcí centra

Tento typ obráběcích center patří do bouřlivě se rozvíjející skupiny CNC obráběcích strojů. Představuje typ obráběcího stroje, který reflektuje rostoucí požadavky uživatelů na obrobení součásti při jednom upnutí. Ve své podstatě jde o CNC stroje sdružující dvě základní operace třískového obrábění, a sice soustružení a frézování, do jednoho stroje. Kromě tohoto atributu mají tyto stroje i jiné vlastnosti, které budeme dále diskutovat.

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