Témata
Reklama

Optimalizace procesu broušení zvláště vysokými obvodovými rychlostmi

Fenoménem doby je honba za co největší užitnou hodnotou výrobků, což vede k nasazování pokud možno nejvýkonnějších, nejekonomičtějších, zkrátka řečeno "nej" metod obrábění, kterými lze dosáhnout vysoké užitné hodnoty, v níž jsou skryty samozřejmě i ekonomické veličiny, jako například přidaná hodnota na daný výrobek. V rámci technického pokroku z rukou vývojových pracovníků, konstruktérů, vynálezců a technologů přicházejí jak nové konstrukční materiály, tak i nové dokonalejší metody obrábění.

Různé metody obrábění mezi sebou soutěží v tomto souboji efektivity a uživatel pak sklízí plody tohoto procesu. V dokončovacích operacích při obrábění kovových a nekovových materiálů si i dnes udržuje svoje pozice technologie broušení, která je při určitých požadavcích jakosti povrchu nezastupitelná. V posledních letech se do popředí dere broušení zvláště vysokými obvodovými rychlostmi.
Reklama
Reklama

Důsledky zvyšování rychlostí

Brousicí nástroje pro broušení zvlášť vysokými obvodovými rychlostmi posilují součinnost technologické soustavy stroj - obrobek - nástroj, neboť při zvýšení rychlosti brousicího nástroje se snižují řezné síly, zbytková napětí v povrchových vrstvách obrobků i opotřebení kotouče. Dochází ke zlepšení drsnosti povrchu součásti (při použití konstantní zrnitosti kotouče) a zvyšuje se trvanlivost brousicího nástroje.
Kromě zlepšení jakosti výrobků přispívají vyšší řezné rychlosti ke zvýšení úběrů. Dle výsledků výzkumů je možno u vnějšího zapichovacího broušení dosáhnout zvýšením řezné rychlosti ze 30 na 60 m.s-1 čtyřnásobného zvýšení úběru, aniž by došlo ke snížení parametrů jakosti. Zvyšuje-li se řezná rychlost až na 90 m.s-1 při použití řezného oleje pod zvýšeným tlakem (1 MPa) jako chladicího a mazacího prostředku, je možné dosáhnout úběru, který se vyrovná až stonásobku úběru obvyklého v praxi. Dosažený úběr se tímto blíží k hodnotám dosud vymezeným nástrojům s definovaným břitem, jako jsou soustružnické nože nebo frézy.
Tvrdost brousicího kotouče je charakterizována odporem, který jednotlivá zrna kladou při vylamování z pojiva kotouče. Dokud je pevnost pojiva větší než řezná síla působící na zrno, vykazuje kotouč jen nepatrné opotřebení. Jsou-li však řezné síly větší, dochází k předčasnému uvolňování zrn a tím k většímu opotřebení brousicího kotouče. Řezná síla, která je toho příčinou, je současně také krajní mezí dosažitelného řezného výkonu.
Při broušení vysokými řeznými rychlostmi a řezným úběrem dochází v povrchové vrstvě obrobku ke zvýšenému tepelnému namáhání. Zvyšování obvodové rychlosti kotouče způsobuje zvyšování teplot. Výkon úběru má však mnohem větší vliv na teplotu než obvodová rychlost kotouče. Vliv obvodové rychlosti obrobku vw [m.min-1] na ohřev místa styku kotouče s obrobkem při konstantním řezném výkonu V´ je patrný z diagramu 1. Teploty byly určovány při konstantním řezném výkonu a při broušení bez chlazení, při různých obvodových rychlostech kotouče a obrobku. Z průběhu křivek vyplývá, že až do obvodové rychlosti 40 m.min-1 se zvýšení obvodové rychlosti obrobku projevuje prudkým poklesem teploty. Nižší tepelné namáhání při stoupající rychlosti obrobku je způsobeno zkracováním doby působení jednotlivých zdrojů tepla v oblasti styku kotouče a obrobku. Při vyšších obvodových rychlostech odvádí břity zrn značnou část tepla do třísek, čímž se vysvětluje pokles teplot při vyšších rychlostech obrobku a brousicího kotouče. Proto poměr rychlosti řezného kotouče k obvodové rychlosti obrobku q = vs/vw má značný význam a při vysokých řezných rychlostech by neměl být volen větší poměr rychlostí než q = 60. Použití vhodného chladicího prostředku a uvedeného optimálního poměru umožňuje nejvyšší úběr bez negativního tepelného ovlivnění obrobku - viz diagram 2.
Jakost povrchu obrobku je ovlivňována nejen řeznou rychlostí, ale i řezným úběrem Z´. V diagramu 3 vidíme, že se stoupajícím úběrem se jakost povrchu obrobku zhoršuje. Vzrůstající drsnost je způsobena zvětšující se tloušťkou třísky při zvyšování řezného výkonu. Zvýšení obvodové rychlosti kotouče zmenšuje tloušťku třísky, a umožňuje tak vyrovnat zhoršení jakosti povrchu zvýšením rychlosti. V diagramu dále vidíme, že např. drsnosti povrchu Ra 2 (m je dosahováno řeznou rychlostí 20 m.s-1 při řezném úběru 8 mm3/mm.s, oproti tomu plocha obrobená obvodovou rychlostí 80 ms-1 při řezném úběru 90 mm3/mm.s má drsnost Ra pouze 1,9 (m (hodnoty Ra odpovídají broušení bez vyjiskření). Kromě řezného úběru a řezné rychlosti ovlivňuje drsnost také množství odebraného materiálu V´ (specifické množství materiálu V´ je vztaženo na 1 mm šířky brousicího kotouče mm3/mm). Závislost jakosti povrchu na odebraném množství materiálu a řezné rychlosti při broušení stálým řezným výkonem je znázorněna v diagramu 4.

Více materiálu za kratší čas

Podle namáhání brousicího kotouče řeznými silami stoupá při všech rychlostech opotřebení s řezným úběrem. Při stejném úběru za časovou jednotku se opotřebení snižuje se zvyšující se obvodovou rychlostí kotouče. Opotřebení kotouče má přímou souvislost s jeho životností - trvanlivostí. Při stálém řezném výkonu se zvyšuje celkový úběr odbroušeného materiálu s obvodovou rychlostí kotouče. Např. při broušení s řezným úběrem 15 mm3/mm.s může být zvýšením rychlosti kotouče ze 40 na 60 m.s-1 zvýšen celkový řezný výkon V´ ze 2000 na 20 000 mm3.mm-1, tedy až desetinásobně. Stejné životnosti se dosahuje se stoupající obvodovou rychlostí kotouče, při vyšším řezném úběru. Např. při porovnání rychlostí 20 a 90 ms-1 lze zvýšit úběrový výkon až 16x. Z toho vyplývá, že při stejném opotřebení kotouče a stejném výkonu lze zkrátit čistý čas broušení o 94 %.
§§§
Zvláště vysokými rychlostmi broušení je možné dosáhnout výkonů, které dosud patřily do sféry obrábění nástroji s definovaným břitem. Tím se otevírají technologii broušení zcela nové možnosti výroby součástí bez obvyklých minimálních přídavků běžných u konvenčního způsobu broušení.
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 30433
Datum: 23. 04. 2003
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Japonské brousicí stroje

Japonská společnost Okamoto působí na trhu již necelých sto let. Za dobu své existence vyprodukovala mnoho typů strojů, všechny však brousicí. Následující článek představuje historii tohoto tradičního japonského výrobce a průřez portfoliem brousících strojů.

Teleskopické kryty s rodným listem

Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.

Nový rekord v HPC frézování

Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

Související články
Vysoce výkonné vrtání kovaných dílů

Kované ocelové díly se často používají v aplikacích s vysokými požadavky na pevnost a spolehlivost, jako jsou např. oka ojí pro zemědělské stroje. U těchto dílů jsou kladeny požadavky na vysokou pevnost a tvrdost, což kovaná ocel splňuje. A pro obrábění těchto materiálů jsou samozřejmě třeba vysokovýkonné stroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

Alternativa k aditivním technologiím

Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

Řídicí systém z vlastní dílny, 3. díl: Pokročilé technologické aplikace

Třetí díl našeho seriálu o řídicím systému OSP - P300A firmy Okuma navazuje na dvě předchozí kapitoly, ve kterých jsme stručně představili architekturu systému a inteligentní funkce, které podstatně navyšují přesnost stroje, kvalitu obráběného povrchu i hospodárnost a bezpečnost stroje. Tato část série bude o technologických aplikacích implementovaných do OSP k jednoduchému použití operátorem.

Nástroje ve znamení podnikové mantry

Tento článek si klade za cíl představit zajímavé nástroje, z nichž některé se dokážou sami ohlásit k údržbě, některé se dokážou třeba i samostatně nastavit. Vše je inspirováno dnešní podnikovou mantrou jednoduché obsluhy, procesní spolehlivosti a úspory vedlejších časů a tím i nákladů.

Manipulační systém HS flex heavy

Firma Hermle se již téměř dvacet let zabývá automatizací svých obráběcích center a jako pokračování tohoto vývoje nyní uvádí na trh výkonný, kompaktní a rovněž cenově mimořádně atraktivní automatizační nástroj - manipulační systém HS flex heavy.

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.

Bezobslužná výroba forem rychle a přesně

Požadavky na výrobce nástrojů pro vstřikování plastových dílců rostou kontinuálně, současně se zvyšuje tlak na ceny ze zemí s nízkými mzdami. Pro výrobu těchto nástrojů jsou proto vyžadovány obráběcí stroje, které jsou vysoce produktivní i velmi přesné, aby bylo možné snížit náklady na opravu zmetků a rychle splnit přání zákazníků. Kromě toho musí "ladit" podpora ze strany výrobce stroje.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Kde se svět točí kolem kotouče

Moderní výrobní závody sázejí na stroje, které vyžadují minimální počet manuálních operací a nepříliš intenzivní personální dohled. Pojmem, který symbolizuje optimální propojení nejmodernější technologie s výkonností, je automatizace.

Hybridní obráběcí stroje

Hybridní obráběcí stroje představují snahu o sdružení několika různých technologií do jednoho obráběcího stroje a tím zkrácení nevýrobních časů a tedy i zkrácení výrobního cyklu na minimum. V širším obecném pohledu můžeme říci, že každé současné obráběcí centrum je hybridní stroj, ve kterém jsou sdruženy různé technologie třískového obrábění, např. frézování a vrtání. Většinou však je pod pojmem hybridní stroj myšlen stroj sdružující technologie založené na rozdílných principech.

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