Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Optimalizace procesu broušení zvláště vysokými obvodovými rychlostmi
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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.

Další články

Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: