Projekt Národní centrum kompetence - STROJÍRENSTVÍ (NCKS) byl realizován od ledna 2019 do prosince 2022. V konsorciu bylo zapojeno celkem 26 účastníků, z toho 9 výzkumných organizací a 17 průmyslových partnerů.
V minulém čísle byl tento seriál zaměřen na obrobitelnost nerezových ocelí. Tento článek je zaměřen na řezné síly při obrábění kovů.
Při obrábění kovů je řezná hrana velkou silou vtlačována do materiálu obrobku, který je deformován tak silně, až se odděluje ve formě třísek. Výsledkem je opracovaný povrch, který musí splňovat dané kvalitativní požadavky.
Obrobitelnost je vlastnost, která vyjadřuje, jak efektivní může být obrábění při nízkých nákladech a za daných technologických podmínek. Obrobitelnost má velkou souvislost s ekonomikou výroby: vyprodukovat maximální výkon s dostupnými (omezenými) zdroji. Obrobitelnost ovlivňují a určují řezné síly, teplo a teplota v řezu, formování třísky, opotřebení a životnost nástroje, a také integrita povrchu obrobené plochy. Všechny tyto faktory významně ovlivňují řezný proces a mohou snížit obrobitelnost.
Řezné síly jsou limitujícím prvkem obrobitelnosti. Ovlivňují spotřebu energie během procesu. Vysoké řezné síly znamenají vysoký výkon a použitelný výkon je vždy omezen. Vysoké řezné síly způsobí větší deformace řezných nástrojů a obrobků, což může mít za následek vibrace a deformace obrobku (ztrátu tolerance). A v případě, že jsou použité řezné síly příliš vysoké, může být životnost nástroje krátká (vylomení řezné hrany).
Obr. 1. Řezné síly
Nalezení správných pracovních podmínek, které udrží rovnováhu mezi hospodárností výroby (maximální výkon při nejnižších nákladech) a nízkými řeznými silami (práce v rámci omezujících faktorů) je v technologii obrábění kovů tím hlavním úkolem.
Řezné síly jsou ovlivněny zejména materiálem obrobku, geometrií nástroje a použitelnými řeznými podmínkami. Čím je tvrdost materiálu obrobku větší (tvrdost = odolnost vůči deformaci), tím vyšší jsou řezné síly. Čím je řezná hrana nástroje ostřejší, tím budou řezné síly nižší. Důležitou roli řezné hrany hraje úhel čela. Více pozitivní úhel čela (ostřejší řezná hrana) sníží řezné síly, ale příliš ostrá hrana (pozitivní úhel čela) představuje také křehkou (snadno vylomitelnou) řeznou hranu.
Výše uvedené ovlivňující faktory a zejména vztah mezi řeznými podmínkami a řeznými silami je obsahem Kienzleova principu, který byl poprvé zaznamenán německými vědci Kienzlem a Victorem (1957, O. Kienzle a H. Victor: Spezifische Schnittkraefte bei der Metallbearbeitung).
Obr. 2. Řezné síly jsou ovlivněny zejména materiálem obrobku, geometrií nástroje a použitelnými řeznými podmínkami.
Kienzl definuje specifické řezné síly či specifický řezný tlak (kc11) [N.mm-2]. Tato charakteristická vlastnost materiálu uvádí, jak velký odpor materiál vykazuje při obrábění. Je definována jako řezná síla potřebná pro úběr materiálu obrobku s šířkou záběru 1 mm a hloubkou 1 mm. Tato specifická řezná síla přímo souvisí s tvrdostí nebo pevností v tahu u daného materiálu, ale i ostatní vlastnosti materiálu mají svůj vliv.
Nejvýznamnější vlastností nástroje, která působí na řeznou sílu, je jeho ostrost. Ta je definována zejména úhlem čela. Pravidlo, které lze zhruba použít, zní: Řezná síla bude přibližně o 1 až 1,5 % nižší, když se úhel čela zvětší o 1°. Je však potřeba vzít v úvahu i mikrogeometrii řezné hrany.
Chceme-li ovlivnit řezné síly (udržet v rovnováze hospodárnost výroby a technologické limity), jsou řezné podmínky tím nejdůležitějším. Materiál obrobku a úhel čela nástroje jsou danými faktory, které nemohou být za provozu měněny.
- Pokud je řezná rychlost zvolena ve správném rozmezí, je vliv řezné rychlosti na řezné síly prakticky zanedbatelný (toto bylo již vypozorováno Salomonem, 1925).
- Vliv hloubky řezu na řezné síly je důležitý a má lineární charakter. Každá změna (%) hloubky řezu se projeví stejnou změnou (%) řezných sil.
- Vliv posuvu na řezné síly je důležitý, avšak méně než lineární (vyjádřeno ve faktoru síly (1 – mc) v Kienzleho vzorci). Větší posuvy (%) způsobí větší řezné síly, ne však ve stejné výši (%).
Kienzle nás učí, že při konfrontaci se strojními omezeními bychom se neměli soustředit na řezné rychlosti, nýbrž na hloubky řezu a posuvy. Zde popsaný Kienzleův princip je ve zjednodušené podobě. Ve skutečnosti však i tento zjednodušený vzorec poskytuje velmi dobré výsledky v případě, že chceme mít rychle reálnou představu o tom, s jak velkými řeznými silami se budeme během aplikace potýkat.
Udržení hospodárnosti výroby a dostupných prostředků (výkon stroje, omezení rizika vibrací, požadovaná kvalita obrobku, …) v rovnováze je při obrábění kovů zásadním tématem. Při posouzení různých materiálů obrobků (ocel, nerezová ocel, vysoce legované slitiny, …) s ohledem na řezné síly (a související důsledky) pozorujeme, že mezi těmito materiály nejsou velké rozdíly.
Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programm).
Patrick De Vos, MSc.
Rozvoj nových poznatků o nástrojové technologii přináší maximální výhody pouze tehdy, je-li na proces obrábění pohlíženo jako na jediný konzistentní model. Je přitom životně důležité posuzovat různé výrobní scénáře a zásadní vlivy každého z nich na celkovou, globální ekonomiku výroby.
Proces obrábění kovů je způsob výroby, kdy jsou obrobky vyráběny odebíráním materiálu ve formě třísek. Ostří nástroje vtlačováno do materiálu obrobku, ten se deformuje tak silně, až dojde k oddělení materiálu ve formě třísek. Základním prvkem v tomto procesu je řezná hrana, která provádí skutečný řezný proces. Pochopení vzájemného působení mezi břitem a materiálem obrobku je základem pro důkladné porozumění procesu obrábění kovů.
Řezné procesy obrábění kovů představují jednu z nejvýznamnějších skupin metod používaných při výrobě obrobků, neboť přinášejí velmi vysokou přidanou hodnotu. Základními užívanými procesy jsou soustružení, vrtání, frézování, vyvrtávání a vystružování a některé další. Cílem využití těchto procesů je výroba obrobků s vysokým stupněm efektivity, tzn. dosažení požadované kvality v daném čase a s vynaložením přiměřených nákladů.
Výroba správně opracovaného komponentu je záležitostí přeměny hrubého obrobku v dokonalý finální kus tím nejúčinnějším a nejefektivnějším způsobem. Toho lze docílit správnou volbou geometrie (dráha frézy) v kombinaci s vhodnou technologií (výběr frézy a řezných podmínek).
Znalosti kvalifikovaného personálu a poznání všech firemních souvislostí hrají mj. jednu z klíčových rolí při zavádění nových technologií a jejich efektivního využívání směrem k ekonomické stabilitě daného subjektu. Kdo je však nositelem oněch potřebných znalostí? Stát v oblasti odborného vzdělávání bohužel dlouhodobě pokulhává a důsledky nekoncepčnosti práce ministerstva školství především v oblasti středního stupně se aktuálně projevují v plné míře.
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.
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.
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.
Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.
Společnost v-tech v minulém roce představila modulární rychlovýměnný systém pro CNC obráběcí stroje. Slouží jako rozhraní mezi stolem CNC stroje a upínačem obrobku, který může být v podobě svěráku, univerzálního sklíčidla či přípravku.
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?
a mnoho dalších benefitů.
... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou