Témata
Reklama

Opotřebení keramických vyměnitelných břitových destiček

Průběh opotřebení břitu keramických vyměnitelných břitových destiček při soustružení šedé litiny může být podstatně ovlivněn procesem broušení při jejich výrobě. Uvedeny výsledky provedených experimentů.

Šedá litina je stále významným konstrukčním materiálem, a to i přes rostoucí míru používání neželezných kovů, plastů a sendvičových materiálů. Hlavní využití má zejména ve velkosériové výrobě vozidel a strojních zařízení, kde se požaduje vyrobit velké množství součástí za krátký čas při nízkých výrobních nákladech.

Reklama
Reklama
Reklama
Nejmenší opotřebení při zkouškách soustružením keramickou vyměnitelnou břitovou destičkou se dosáhne při broušení destičky diamantovým brousicím kotoučem s keramickou vazbou, při malé řezné rychlosti a posuvu.

Keramika umožňuje odebrat velké množství materiálu

Při obrábění litiny se jako řezný materiál používá převážně vysoce výkonná keramika. Ve srovnání s rychlořeznou ocelí a slinutým karbidem jsou jejími přednostmi zachování tvrdosti při vysoké teplotě a dobrá chemická stálost. Řeznou keramikou lze odebrat za jednotku času velký objem materiálu, pokud jsou použity pro daný výrobní proces správné řezné podmínky. Tak je možné zvýšit produktivitu obrábění a značně snížit výrobní náklady při vysoké spolehlivosti procesu obrábění. Při obrábění litiny GJS může, ve srovnání s ostatními druhy litiny, dojít ke značnému snížení trvanlivosti břitu. Typické formy opotřebení, jako je žlábek na čele a opotřebení na hřbetě, vznikají po krátké době obrábění. To může být značně ovlivněno především procesem broušení při výrobě keramické vyměnitelné břitové destičky. Cílem provedených výzkumů proto bylo zjistit vliv pracovních podmínek při broušení čela keramické vyměnitelné břitové destičky při její výrobě na použití destičky a na průběh opotřebení břitu při soustružení šedé litiny.

Uspořádání zkušebního stroje Parametry zkoušek: nástroj - keramická vyměnitelná břitová destička SNGN 120408, αeff = 6°, γeff = -6°, κ = 75°; vc = 400 m.min-1, f = 0,15 mm, ap = 1 mm, čas obrábění tc = 33 s. Werkzeug - nástroj Werkstück GJS-600 - obrobek, materiál GJS 600

Pro určení vlivu procesu broušení na chování keramických vyměnitelných břitových destiček při soustružení šedé litiny byly při zkouškách použity destičky, které měly čelo broušené různými druhy brousicích kotoučů a různými pracovními parametry. Použity byly vyměnitelné břitové destičky typ SNGN 120408 ze siliciumnitridové (Si3N4) a aluminiumoxidové (Al2O3+ZrO2) keramiky. Specifické vlastnosti těchto materiálů, jako je vysoká tvrdost a špatná obrobitelnost doprovázená malou plastickou tvářitelností, jsou pro vysvětlení procesu broušení rozhodující. Vyměnitelné břitové destičky byly broušeny při různých kombinacích řezné rychlosti a posuvu, při rovinném nesousledném broušení, při chlazení olejem. Pro broušení byly použity diamantové brousicí kotouče s pryskyřičnou a keramickou vazbou o velikosti zrn D64 a koncentraci C100.

Vliv parametrů broušení na řezné síly

Během procesu broušení byly pomocí třísložkového dynamometru měřeny řezné síly. Zjišťoval se vliv různých parametrů broušení na velikost řezných sil. Vyměnitelné břitové destičky byly zkoušeny při podélném soustružení litiny GJS-600 konstantními řeznými podmínkami (vc = 400 m.min-1, f = 0,15 mm, ap = 1 mm). Uspořádání pracovního prostoru stroje je na obr. 1. Po přesně daném čase obrábění byla měřena hloubka žlábku na čele, šířka opotřebení na hřbetě a byl určen převažující způsob opotřebení břitu. Naměřené hodnoty byly přiřazeny k danému způsobu broušení destiček.

Na obr. 2a je znázorněna závislost normálové síly na řezné rychlosti a posuvu pro dva brousicí kotouče s různou vazbou, při broušení uvedených keramických materiálů destiček. Obecně lze říci, že při broušení vyšším posuvem, při ostatních konstantních parametrech, dojde ke zvýšení řezné síly působící na brousicí kotouč. Při vysokém posuvu odebere brousicí kotouč za kratší dobu stejný objem materiálu. Toto vede k vyššímu zatížení brousicího kotouče a tím i vyšší řezné síle. Naproti tomu zvýšení řezné rychlosti má za následek snížení řezné síly (obr. 2b). To je způsobeno menším zatížením jednotlivých zrn za jednotku času.

Vliv parametrů broušení (vf a vc) na normálovou sílu při broušení v závislosti na posuvu (a) a na řezné rychlosti (b) Parametry: rovinné nesousledné obvodové broušení, brousicí kotouč 1A1-125-15-4-20 D64 C100, vc = proměnná, f = proměnný, hloubka řezu ae = 0,1 mm; chlazení - vodou nemísitelný minerální olej, ν40°C = 10,5 mm2.s-1. Obr. a) Vc = 15 m.s-1 Bezogene Schleifnormalkraft Fn´ - normálová síla při broušení Fn´ Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Kunstharzbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (pryskyřičná vazba) Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Keramikbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (keramická vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Kunstharzbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (pryskyřičná vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Keramikbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (keramická vazba) Vorschubgeschwindigkeit vf - posuv vf Obr. b) vf = 1500 mm.min-1 Bezogene Schleifnormalkraft Fn´ - normálová síla při broušení Fn´ Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Kunstharzbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (pryskyřičná vazba) Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Keramikbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (keramická vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Kunstharzbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (pryskyřičná vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Keramikbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (keramická vazba) Schnittgeschwindigkeit vc - řezná rychlost vc

Při použití diamantových brousicích kotoučů s keramickou vazbou vznikají značně menší řezné síly než při použití kotoučů s vazbou pryskyřičnou. To zpětně vede k různému opotřebení brousicích kotoučů. Diamantová zrna se rychleji vylamují z keramické vazby a do záběru přicházejí nová, ostrá zrna, což je důvodem menších řezných sil.

Z uvedeného je zřejmý vliv zkoumaných materiálů na průběh řezné síly. Přitom je jasné, že síly při broušení siliciumnitridové keramiky jsou značně větší než při broušení keramiky aluminiumoxidové. Podstatou tohoto rozdílu je rozdílná struktura obou keramik a různé mechanismy jejich úběru. Při broušení siliciumnitridové keramiky probíhá úběr materiálu převážně plastickými deformacemi, oproti úběru aluminiumoxidové keramiky, kde se úběr uskutečňuje oddělováním částeček křehkého materiálu.

Keramické vyměnitelné břitové destičky po obrábění šedé litiny a) Siliziumnitridkeramik Si3N4 nach der Schleifbearbeitung - siliciumnitridová keramika Si3N4 po broušení b) Siliziumnitridkeramik Si3N4 nach dem Außenlängsdrehen - siliciumnitridová keramika Si3N4 po podélném soustružení c) 3D-Topografie Aufnahme - 3D - topografie povrchu siliciumnitridové keramiky Si3N4 d) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 + ZrO2 (nach der Schleifbearbeitung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 + ZrO2 (po broušení) e) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 + ZrO2 nach dem Außenlängsdrehen - aluminiumoxidkeramik Al2O3 + ZrO2 po podélném soustružení f) 3D-Topografie Aufnahme - 3D - topografie povrchu aluminiumoxidové keramiky Al2O3 + ZrO2 Schleifriefen auf Spanfläche - stopy po broušení na čele Verschleissmarkenbreite - šířka opotřebení na hřbetě Kolkverschleiss - opotřebení ve tvaru žlábku na čele Hauptschneide - hlavní ostří Nebenschneide - vedlejší ostří Spanfläche - čelo Freifläche - hřbet

Po broušení čela byly keramické vyměnitelné břitové destičky použity pro obrábění podélným soustružením šedé litiny s kuličkovým grafitem GJS-600. Průběh opotřebení břitu byl kvantitativně vyhodnocován podle hloubky žlábku na čele, šířce opotřebení na hřbetě a kvalitativně pomocí 3D topografie (obr. 3). Na obr. 4a je uvedena hloubka žlábku na čele v závislosti na velikosti posuvu při broušení. Je patrná tendence nepatrně rostoucí hloubky žlábku s rostoucím posuvem při stejné době obrábění tc = 33 s.

Vliv parametrů broušení na hloubku žlábku na čele v závislosti na posuvu (a) a na řezné rychlosti (b) První část zkoušek: rovinné nesousledné obvodové broušení, brousicí kotouč 1A1-125-15-4-20 D64 C100, chlazení - vodou nemísitelný minerální olej, ν40°C = 10,5 mm2.s-1, hloubka řezu ae = 0,1 mm. Druhá část zkoušek: vnější podélné soustružení: řezné materiály Si3N4 a Al2O3, vyměnitelná břitová destička SNGN 120408, αeff = 6°, γeff = -6°, εr = 90°, κ = 75°; vc = 400 m.min-1, f = 0,15 mm, ap = 1 mm, čas obrábění tc = 33 s. Obr. a) Vc = 15 m.s-1 Kolktiefe KT - hloubka žlábku na čele KT Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Kunstharzbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (pryskyřičná vazba) Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Keramikbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (keramická vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Kunstharzbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (pryskyřičná vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Keramikbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (keramická vazba) Vorschubgeschwindigkeit vf - posuv vf Obr. b) vf = 1500 mm.min-1 Kolktiefe KT - hloubka žlábku na čele KT Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Kunstharzbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (pryskyřičná vazba) Siliziumnitridkeramik Si3N4 (Keramikbindung) - siliciumnitridová keramika Si3N4 (keramická vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Kunstharzbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (pryskyřičná vazba) Aluminiumoxidkeramik Al2O3 (Keramikbindung) - aluminiumoxidová keramika Al2O3 (keramická vazba) Schnittgeschwindigkeit vc - řezná rychlost vc

Zvýšení řezné rychlosti vede ke zvětšení hloubky žlábku

Zvýšení řezné rychlosti při broušení vede naopak k výraznému zvětšení hloubky žlábku (obr. 4b). Zvýšená řezná rychlost ovlivní značně tepelné namáhání destičky při broušení, tak že mohou v destičce vznikat poruchy na hranách i ve struktuře, což vede k rychlejšímu opotřebení vyměnitelné břitové destičky při soustružení.

Ukázalo se, že hloubka žlábku na čele vyměnitelné břitové destičky, která byla broušena diamantovým brousicím kotoučem s keramickou vazbou, je menší než u destičky broušené diamantovým kotoučem s pryskyřičnou vazbou. Odtud je možné konstatovat, že brousicí kotouče s keramickou vazbou z důvodu své větší pórovitosti dávají chladnější řez, čímž se snižuje tepelné poškození broušené vyměnitelné břitové destičky.

Dirk Biermann, Berend Denkena a kol.

MM Das Industriemagazin, č. 31,32/2010

Zpracoval -VŘ-

dana.benesova@mmspektrum.com

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO

     

               

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 110609
Datum: 09. 06. 2011
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Doplňkový katalog nástrojů

Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

Čištění upínacích kuželů nástrojů

Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nové rozšíření řady WTX vrtáků

TK vrtáky typu WTX jsou již dlouhá léta stálicí na trhu. Pod produktovou značkou WNT nabízí Ceratizit Group prémiovou řadu vrtáků WTX z produktové kategorie Perfomance. Díky realizovaným inovacím se v nedávné době podařilo výrazně zvýšit výkonnost a životnost u řady vrtáků WTX Feed a WTX Speed. Do rodiny WTX vrtáků od ledna přibude další výjimečný a jedinečný nástroj, a to TK vrták se čtyřmi břity.

Kompaktní horizontální seřizovací přístroj pro Průmysl 4.0

Systémový dodavatel Kelch představil na veletrhu EMO v Hannoveru inovativní výsledky vývoje pro optimalizaci procesů, mezi nimi poprvé nově koncipovanou konstrukční řadu H3 z úspěšné série seřizovacích přístrojů Kenova set line.

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.

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.

Automatický systém hlídání použitého adaptéru

Společnost Kelch, která se specializuje na periferie a služby pro výrobce a uživatele strojů pro třískové obrábění, představuje plně automatické monitorování modulů MoDeTec. Tento patentovaný systém zabraňuje výběru nesprávných adaptérů ve výrobě, čímž se předchází vysokým následným škodám v podobě poklesu kvality, poškození stroje a zastavení výroby.

Nová generace tangenciálních rohových fréz

Nové tangenciální rohové frézy se vyznačují inovativním trojúhelníkovým tvarem okraje břitové destičky, který poskytuje řezným hranám výjimečnou pevnost.

Efektivní identifikace nástrojů a přenos dat

Systémový dodavatel Kelch GmbH uvádí na trh řešení Kelch QR pro kompletní, procesně spolehlivou identifikaci nástrojů, která zároveň přenáší data nástrojů do obráběcího stroje. Kelch QR je koncipováno jako jednoduché ekonomické řešení, které umožňuje podnikům zavést bez velkých dodatečných nákladů standardy Smart Factory a Průmyslu 4.0. Následující text představuje běžné metody, jako jsou tištěné etikety, postprocesor a moderní systémy, například RFID čipy a systémy pro správu nástrojů, a porovnává je s Kelch QR jako s jednoduchou a ekonomickou alternativou.

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.

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.

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