Témata
Reklama

Příčiny distorze polyuretanových desek obráběním

Lehké porézní blokové materiály na bázi polyuretanu (PU) se mimo jiné aplikace dají s výhodou používat pro zhotovení modelů a forem frézováním. Odebírání materiálu z desky vede ke zkroucení konečného obrobku, jestliže zbytek materiálu desky po obrobení je menší než asi jedna třetina. Pro uvedený způsob využití těchto blokových materiálů je podstatné nalézt příčinu distorze a navrhnout postup, jak se jí lze vyhnout či ji následně odstranit

Modelová deska SikaBlock M 550 N (výrobce Sika Deutschland, dodavatel Trans Tech Tooling) je podle specifikace výrobku velmi rozměrově stabilní, je z lehkého blokového materiálu na bázi polyuretanu, s dobrou pevností, houževnatostí a mechanickou opracovatelností. V této práci byl zkoumán typ BM 5460 hnědé barvy, určený pro master-modely a pracovní modely. Podle specifikace je jeho hustota 0,70 g.cm-3 a jeho teplotní roztažnost (50.10-6 - 55.10-6 mm.K-1), má lineární průběh až do 50 °C. Materiál je odolný do teplot 75 - 80 °C.
Obrobená plocha byla opracována tvrdokovovým nástrojem 10R5 (průměr 10 mm, poloměr 5 mm) při otáčkách 20 000 min-1 a posuvu v intervalu 2000 až 8000 mm.min-1. Uvedené parametry se považují za standardní podmínky obrábění.
Reklama
Reklama
Reklama

Metody měření

Vnitřní struktura vzorků byla posuzována z lomových ploch získaných lomem vzorku v ohybu při teplotě místnosti. Struktura opracovaného (frézovaného) povrchu byla posuzována z mikroskopických snímků povrchů, které nebyly žádným způsobem upravovány. Pro rastrovací elektronovou mikroskopii (SEM) byly odříznuty části vzorků se sledovanou plochou. Preparáty byly přilepeny k podložce vodivou pastou a poté všestranně pokoveny tenkou vrstvou platiny (tloušťka 4 nm).
K hodnocení preparátů a zhotovení mikroskopických snímků byl použit rastrovací elektronový mikroskop Vega 5130 (Tescan, Česká republika). Pokovení povrchu bylo provedeno technikou katodového naprašování ve vakuu s chlazením preparátového stolku (naprašovací zařízení SCD-050, BAL-TEC, Lichtenštejnsko).
Termické chování vzorků bylo sledováno pomocí kalorimetru DSC Pyris 1, Perkin-Elmer. Měření byla provedena rychlostí ohřevu a chlazení 10 °C.min-1. Teplotní a výkonová škála byla kalibrovaná pomocí india. Navážky vzorku okolo 5 mg byly uzavřeny v hliníkových těsnicích nádobkách. Jako chladicí médium byl použit kapalný dusík a jako promývací plyn bylo použito helium.

Struktura neobrobeného materiálu

Studovaný materiál vykazuje typickou strukturu porézního materiálu, převážně s nekomunikujícími póry (obr. 1a). Póry jsou kulové a dosahují typických rozměrů mezi 10 µm až 110 µm. Matrice, jež tvoří stěny pórů (obr. 1b), je vyztužena anorganickým izometrickým plnivem, jehož nejmenší rozměry jsou menší než 1 µm, a největší naměřené rozměry nepřesahují 10 µm.
Z obr. 1 je vidět, že lom materiálu, probíhající při teplotě místnosti, je křehký: na lomové ploše se nenacházejí textury typické pro plastickou deformaci polymerního materiálu, totiž vydloužená vlákna či relaxací vzniklé zaoblené struktury. Zároveň se ukazuje, že adheze plniva k polymerní matrici je nízká, neboť lom probíhá po hranicích dispergovaného plniva a na hladkých površích plniva nebyly nalezeny ulpělé zbytky polymerní matrice.

Změna struktury obráběním (frézováním)

Textury na obrobeném povrchu materiálu (obr. 2) vykazují oproti prosté lomové ploše (obr. 1) zřetelné zahlazení ostrých hran. Možné vysvětlení takového rozdílu lze najít v ohřátí povrchové vrstvy vlivem obrábění.
Při obrábění dochází k deformačním procesům v materiálu, jež vedou k lomu. Protože i při lomu křehkých polymerních materiálů dochází ke značnému lokálnímu přehřátí, dalo by se očekávat, že deformační textury budou viditelné i na prostých lomových plochách. Jelikož však mezi morfologií lomové plochy a obrobené plochy je velmi zřetelný rozdíl, je jediným možným vysvětlením podstatně větší ohřátí při obrábění s následným rychlým ochlazením obrobeného povrchu.
Správnost předešlé úvahy je třeba podpořit nezávislým měřením. Existence vnitřních pnutí musí být spojena s uvolněním tepla při následujícím ohřevu, což se projeví na DSC záznamu. Protože lze předpokládat, že vrstva tepelně modifikovaná frézováním je poměrně tenká, bylo nutno pro získání dostatečného množství vzorku opatrně seškrábat povrchovou vrstvu z větší plochy.
Na obrázku 3a jsou termogramy vzorku získaného z vnitřku neopracovaného polyuretanového bloku. Na první ohřevové křivce vidíme skelný přechod (Tg ~80 °C) s relaxačním maximem, které je typické pro dlouhodobě relaxované materiály, a malý endoterm (~120 °C) spojený s dezorganizací uspořádaných struktur v PU. Na křivce chlazení vidíme pouze skelný přechod a ve druhém ohřevu skelný přechod bez výrazné relaxace. Vymizení relaxačního píku je způsobeno tím, že vzorek neměl dostatek času na relaxaci.
Na obrázku 3b jsou termogramy vzorku, který byl získán seškrabáním z povrchu obrobené desky. Vidíme, že na rozdíl od neobrobeného vzorku je těsně pod teplotou skelného přechodu výrazný endoterm. Tento endoterm je typickým projevem uvolnění mechanického napětí v nerovnovážně zamrzlém skelném stavu. Můžeme tedy říci, že při obrábění bloku PU dochází k lokálnímu přehřátí materiálu nad Tg a následnému rychlému ochlazení. Důsledkem je vznik mechanického napětí v povrchové vrstvě. Při zahřívání se pak toto napětí uvolní. Při následném ochlazování a druhém ohřevu se již vzorek z povrchové vrstvy chová stejně jako vzorek z neobrobeného materiálu. Měření tepelné kapacity tedy potvrdila, že povrchová vrstva je charakteristická vnitřním pnutím, jež se uvolňuje při zahřátí na teplotu blízkou Tg. Tento výsledek naznačuje, že ohřátím na teplotu převyšující Tg je možno vzniklá vnitřní pnutí odstranit a vyloučit tak distorze větších kusů studovaného materiálu po jeho obrábění.

Závěry

Teplota skelného přechodu materiálu je 88,5 °C. Tenká vrstva na obrobeném povrchu vykazuje uvolnění materiálových pnutí při teplotě cca 70 °C. Tento efekt není pozorován v objemu vzorku. Mikroskopická pozorování ukazují na výrazné zaoblení hran strukturních útvarů po obrábění, na rozdíl od týchž útvarů na lomové ploše připravené při teplotě místnosti. Zaoblení hran odpovídá natavení polymerní složky. Pnutí lze odstranit po obrábění krátkodobým vyhřátím nad teplotu skelného přechodu, např. na 90 °C.
D. Kroisová, P. Louda
Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, katedra materiálu
F. Lednický
A. Sikora
Ústav makromolekulární chemie AV ČR
J. Körner
Modelárna LIAZ
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 31011
Datum: 08. 10. 2003
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

Technologie pro firmu s dobrou tradicí

Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

Výsledky spolupráce akademické sféry s průmyslem

Pracovníci Ústavu výrobních strojů systémů a robotiky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně usilují o těsné sepjetí školy s praxí, které nelze realizovat jinak než úzkou spoluprací s průmyslem. V předchozích vydáních MM Průmyslového spektra jsme avizovali, že budeme technickou veřejnost informovat o konkrétních výsledcích naší spolupráce. Zde jsou první poznatky.

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