Témata
Reklama

Ovlivnění kvality a jakosti obrobené plochy při frézování

Každý druh řezného nástroje zanechává na obráběném povrchu více nebo méně výrazné stopy. Vzhled obrobené plochy je určován použitým procesem obrábění a směrem, ve kterém nástroj řezal. V průběhu doby se změnily dosud obvyklé poměry mezi procesem obrábění a stavem obrobeného povrchu. Příčinou je pokračující vývoj řezných nástrojů, obráběcích strojů a všeobecně technologií obrábění

V dnešní době lze frézováním vytvářet povrchy dokonalé jakosti, čehož bylo v dřívějších dobách možné dosáhnout jen broušením. To znamená, že se změnily souvislosti mezi jakostí obrobené plochy a výrobními náklady.
Teoreticky dosažitelnou jakost obrobeného povrchu lze pro procesy frézování vypočítat. Výsledek výpočtu je výchozím bodem pro určení, jaké jakosti povrchu může být za ideálních podmínek dosaženo. Skutečný výsledek je ovlivňován velkým počtem faktorů, které se v procesu obrábění vyskytují. Mimoto působí na jakost obrobeného povrchu statická a dynamická tuhost celého systému sestávajícího z nástroje, stroje a obrobku.
Na nástroj jsou při rychlostním frézování kladeny vysoké požadavky. Důležitým faktorem ovlivňujícím průběh obrábění a následnou jakost obrobené plochy je stabilita řezného nástroje. Ta se dá docílit přesným vyvážením a bezpečným upnutím rotujícího nástroje.
Dnes je nabízena celá řada upínacích systémů, avšak ne zcela všechny vyhovují podmínkám vyšších otáček vřeten. Další parametr, který má vliv na stabilitu nástroje a následně celého obrábění, je vyložení. Je žádoucí, aby nástroj měl pokud možno minimální vyložení. Tato problematika se nejčastěji vyskytuje u stopkových fréz.
Vzhled obrobené plochy je do značné míry závislý na podmínkách, při jakých se bude tříska z materiálu odřezávat. Při utváření třísky je nejdůležitějším aspektem geometrie nástroje. Tato geometrie je závislá na obráběném materiálu a na materiálu nástroje. Při obrábění neželezných kovů je snahou použít co nejpozitivnější geometrii břitu. Al slitiny se obrábí nástroji s úhlem čela v rozsahu 12 - 15° a úhlem hřbetu 20 - 25°. Pro Cu slitiny se osvědčil úhel čela kolem 8° a úhel hřbetu 16°. Litina je efektivně obráběná nástroji s úhlem čela 0° a úhlem hřbetu přibližně 12°. Nejširší skupina obráběných materiálů, což jsou oceli, vyžadují uplatnění širšího výběru geometrií nástroje. Záleží na druhu oceli, způsobu tepelného zpracování, tvrdosti, zpevňování za studena atd. Obecně lze pro měkčí materiály doporučit úhel čela 8°. Pro tvrdší materiály se volí nástroj s menším úhlem čela. Pro oceli kalené je ideální úhel čela 0°. Úhel hřbetu se obecně volí 16°, pro obtížně zpracovatelné materiály 20°. Pro plasty a kompozitní materiály platí podmínka ostrého břitu snad nejvíc. Negativní nebo otupený břit má za následek vytrhávání vláken matrice a tím destrukci obrobku.
Opotřebení břitu nástroje se projeví také v silových poměrech obrábění. Zvýší se řezné síly působící na nástroj a potřebný výkon vřetene bude stoupat. Opotřebení nástroje má za následek výrobu nepřesných výrobků. Kdyby otupení nadále stoupalo, může nastat i nežádoucí destruktivní lom nástroje.
V souvislosti s řeznými nástroji je třeba zmínit se o řezných podmínkách, při kterých se používají. Správná volba řezných podmínek je základem pro kvalitní povrch obrobené plochy.
Tyto parametry obrábění (řezná rychlost, posuv na zub, hloubka řezu) většinou výrobce nástrojů pro konkrétní nástroj a konkrétní obráběný materiál udává. Nesprávná volba těchto parametrů může vést v lepším případě k nevyužití parametrů stroje a v horším případě k znehodnocení povrchu výrobku anebo k destrukci řezného nástroje. Jako příklad lze uvést vytváření nárůstku na čele nástroje, opotřebení hřbetu, břitu a opotřebení ve tvaru vrutu na hřbetě břitu, trvalá plastická deformace břitu a také vznik hřebenových trhlin na ostří. Tato opotřebení břitu nástroje mají společnou závislost na teplotě břitu při obrábění. Teplota na břitu nástroje není při proměnlivé řezné rychlosti stejná. Lze říci, že při vysokých řezných rychlostech HSC obrábění se teplota na břitu nástroje v místě řezu blíží teplotě tavení obráběného materiálu. Je ovšem na místě zmínit se o Salomonově teorii, která říká, že existuje relativní pokles teploty na břitu, který se při určitých řezných rychlostech u různých materiálů objevuje. Tento pokles teploty na břitu při vysokých řezných rychlostech (5- až 10x vyšších než při konvenčním obrábění) je u oceli malý, je však vyšší u hliníkových slitin a jiných neželezných materiálů. Poslední jmenované opotřebení břitu nástroje (vznik hřebenových trhlin na ostří) je způsobeno nadměrnými výkyvy teplot. Příčinu tohoto opotřebení způsobenou tepelnými šoky můžeme hledat v nevhodném způsobu chlazení. Je otázkou, zdali je při daném obrábění opravdu nutné chladit, případně jaké chlazení použít. V poslední době se rozvíjí trend chlazení proudem stlačeného vzduchu přiváděného skrze vřeteno. Ten má spíše funkci lepšího odvodu třísek z místa řezu v porovnání s použitím chladicí kapaliny, která je často do místa řezu přiváděna nedostatečně nebo nevhodně a způsobuje tepelné šoky na břitu nástroje nebo v povlakovaných vrstvách nástroje. Při rozhodování, jaký druh chlazení zvolit, je třeba brát v úvahu druh materiálu řezného nástroje, samotný obráběný materiál a frézovací operaci. Z pohledu obráběného materiálu má na kvalitu povrchu výrobku vliv také charakter polotovaru, způsob tepelného zpracování a například i zpevňování za studena. Charakterem polotovaru se rozumí např. licí a kovací kůra. Samotné chemické složení materiálu má vliv na mechanické vlastnosti a tím pádem na obrobitelnost a jakost povrchu obrobené plochy.
Dosavadní rozhodující faktory ovlivňující strukturu a kvalitu povrchu se vztahovaly k řeznému nástroji a materiálu obrobku. Následující faktory se budou vztahovat k obráběcímu stroji.
Snad nejhlavnější podmínka k dosažení nízké drsnosti a kvality povrchu obrobku při obrábění na stroji je jeho stabilita a tuhost. Tuhost rámu je důležitá pro tlumení celého procesu obrábění. Vzniklé vibrace mohou být způsobeny nedostatečným upnutím polotovaru.
Při upínání obrobku by se nemělo zapomínat na to, že se řezné síly mění. Proto by měly být stůl CNC centra a upínací zařízení obrobku z hlediska zachycování sil dostatečně stabilní a měly by spolehlivě upínat obrobek. Při použití kuličkových šroubů u posuvů by se mělo dbát na jejich tuhost a minimální vůli. Například při sousledném válcovém frézování má nástroj snahu "vtahovat" obrobek pod sebe a v případě velkých vůlí kuličkového šroubu může nastat změna posuvu (zvýšení) a tím pádem poškození nástroje, vznik vibrací a znehodnocení povrchu součásti, například při dokončování.
Dalším faktorem ovlivňujícím kvalitu povrchu je příkon a tuhost vřetene. Při nedostatečném příkonu vřetene může dojít díky vyšším posuvům nebo geometrií nástroje k vzniku vibrací a následnému poškození vřetene, řezného nástroje a povrchu obrobku.
Se zvyšující se jakostí obrobeného povrchu se zpravidla zvyšují rovněž výrobní náklady. Je proto velmi důležité, specifikovat parametry povrchu s ohledem na rozdílné požadavky, kladené na obrobek. Většina způsobů obrábění zanechává na povrchu charakteristické, opticky viditelné a měřitelné stopy. Tato skutečnost podtrhuje nutnost zavádět kontrolní postupy, které odpovídají skutečným konstrukčním parametrům obrobku.
Reklama
Reklama
Reklama

Experimentální porovnání kvality povrchu obráběné plochy

Vliv technologických podmínek na dosaženou kvalitu a drsnost obrobené plochy lze posuzovat porovnáním teoretických hodnot drsnosti povrchu s hodnotami, které byly změřeny.
Obráběný materiál je vysoce legovaná nástrojová ocel 19 552 (1.2343), kalena a popuštěna na tvrdost 50 HRC. Řezným nástrojem je kopírovací plátková kulová fréza (D = 12 mm, povlak PVD TiAlN. Držák nástroje je ze slinutého karbidu. Nástroj byl upnut v přesně vyvážené hydroupínací kleštině, vyložení 45 mm. Sklon řezného nástroje od normály frézovaného povrchu činí -15( (obr. 1).
Měření bylo rozděleno do dvou částí. V první části měření byly experimenty prováděny při sousledném frézování, v druhé části při kombinaci sousledného a nesousledného frézování.
Byly zvoleny dvě hodnoty posuvu na zub fz. Otáčky vřetene byly vypočítány ze skutečného průměru nástroje a zvolené řezné rychlosti vc = 180 m/s. Axiální hloubka řezu ap byla pro všechna měření konstantně zvolena 0,2 mm a radiální hloubka řezu ae byla vždy shodná s hodnotou fz daného měření (obr. 2).
Z výše uvedeného vyplývá, že i kdyby teoreticky měla být drsnost v obou směrech stejná, ve směru X (kolmém na posuv) je zhruba o 40 - 50 % vyšší. Skutečná drsnost povrchu tak je mnohonásobně vyšší než vypočítaná. U prvního testu činí rozdíl nejvyšších hodnot drsnosti zhruba 7- až 12násobek. U druhého testu pak 3,5- až 7násobek, což je v porovnání s prvním testem poloviční. Rozdíl v hodnotách drsnosti povrchu mezi sousledným a kombinovaným frézováním je minimální. Teoreticky by se lepších hodnot mělo dosáhnout při sousledném frézování, kdy je nástroj v řezu stabilnější. Při větším vyložení nástroje by tento rozdíl byl patrnější.
Kvalitativně a opticky vypadaly lépe vzorky frézované sousledně. To může být způsobeno tím, že při nesousledném záběru zubu do obrobku vzniká při vnikání břitu do materiálu poměrně vysoké tření. To má za následek nárůst teploty v místě řezu a vyšší opotřebení břitu frézy.
Strategie frézování by měla být pokud možno volena tak, aby z hlediska minimálního opotřebení řezného nástroje a vytvoření kvalitního povrchu, byla dávána přednost souslednému frézování. V mnoha případech by však tato volba znamenala ve výrobě v porovnání s kombinovaným frézováním značnou časovou ztrátu. Je proto vždy nutno pečlivě zhodnotit, jakou strategii frézování ve výrobě zvolit s ohledem na výrobní náklady a požadovanou kvalitu obrobku.
Ing. Jiří Kovář
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 40479
Datum: 14. 04. 2004
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
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
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
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.

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.

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.

Československá stopa u nového rekordu

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

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.

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.

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.

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.

Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

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