Témata
Reklama

Příručka pro technology - Jak je to s řeznými silami?

V minulém čísle byl tento seriál zaměřen na obrobitelnost nerezových ocelí. Tento článek je zaměřen na řezné síly při obrábění kovů.

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

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.

Reklama
Reklama

Efektivita při obrábění

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.

Limitující prvek obrobitelnosti

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.

Materiál obrobku

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.

Kienzleův princip

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.

Kienzle uvádí

- 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 (%).

Obr. 3. Kienzleův zákon (zjednodušený tvar)

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.

Maximální výkon při co nejnižších nákladech

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.

Obr. 4. Seco Tools CZ si vás dovoluje pozvat na seminář Strategie frézování, kde bude opět jako v loňském roce přednášet Patrick De Vos, který připravuje tento seriál. Seminář bude probíhat 3.–5. dubna na technických vysokých školách v Ostravě, Brně a v Praze.

Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programm).

Patrick De Vos, MSc.

Seco Tools CZ

dana.benesova@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #3
Kód článku: 120314
Datum: 13. 03. 2012
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Seriál
Související články
Příručka pro technology - Obrobitelnost nerezových ocelí

V minulém čísle Patrick de Vos seznámil čtenáře s pojmem obrobitelnost. V tomto díle se zaměřil na obrobitelnost nerezových ocelí.

EMO zrcadlem pokroku a inovací

Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.

Inovativní produkce a produkce s efektivním využíváním zdrojů

Na přelomu února až března 2013 se v lipských veletržních halách opět setkají vystavovatelé veletržní kombinace strojírenského veletrhu intec a subdodavatelského veletrhu Zuliefermesse z branže kovozpracujícího, zpracovatelského a subdodavatelského průmyslu.

Související články
Příručka pro technology: Ekonomika výroby a celková optimalizace

Ve zpracovatelském průmyslu jsou využívány různé výrobní postupy. Jedním z nich je obrábění kovů, které slouží ke zhotovení obrobků zadaných rozměrů a tvarů, tolerancí a kvality povrchu. Pro obrábění kovů je typická rozmanitá škála používaných obráběcích nástrojů. A nabídka nástrojů ze strany všech dodavatelů je obrovská. První otázkou je, zda jsou všechny tyto nástroje skutečně potřebné. A druhou, zda jsou tyto nástroje aplikovány tak, aby bylo využito jejich maximálního možného výkonu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Příručka pro technology: Dynamické frézování - využití kompenzačního přístupu

Výroba správně opracovaného komponentu je záležitostí přeměny hrubého obrobku v dokonale dokončený kus tím nejúčinnějším a nejefektivnějším způsobem. Dosažení tohoto cíle je částečně záležitostí geometrie (dráha frézy) a částečně technologie (výběr frézy a řezných podmínek).

Příručka pro technology: Proces obrábění v nerezových ocelích - závěrečné tipy

V předchozích článcích byly popsány materiálové vlastnosti nerezových ocelí a jiných materiálů obrobků, které určují jejich obrobitelnost. Hovořilo se o mechanických i tepelných vlastnostech, chemickém složení, tendenci k deformačnímu zpevnění, struktuře materiálu, vměstcích i o dalších podstatných faktorech obrobitelnosti, jako jsou řezné síly, generované teplo a teplota, utváření třísky a kvalita obrobené plochy. Také byly zmíněny souvislosti mezi vlastnostmi materiálu obrobku a těmito faktory obrobitelnosti.

Příručka pro technology - Jak rozpoznat správné utváření třísek?

Při procesu obrábění kovů je materiál z obrobku odebírán řeznou hranou ve formě třísek. Pokud mají vzniklé třísky nesprávný tvar či jsou odváděny nevhodným způsobem, dojde ke snížení obrobitelnosti. Řízení procesu utváření a odvodu třísky je tedy velmi důležité pro zajištění vysoké obrobitelnosti a efektivity výroby.

Další krok: propojení technologie obrábění kovů s ekonomikou výroby (2. část)

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.

Příručka pro technology: Profesionální obrábění kovů … mýtus nebo realita?

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.

Příručka pro technology: Kompenzační přístup při frézování - řezná rychlost

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).

Příručka pro technology - Obrobitelnost

V minulém čísle jsme čtenáře seznámili s připravovaným odborným seriálem na téma obrábění nerezových ocelí. Patrick de Vos, manažer technického vzdělávání ve společnosti Seco Tools Group, ve svém prvním díle popisuje základní pojem obrobitelnost.

Odborné vzdělávání v rukou praxe

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.

Od tlakové slévárny až po kompletní výrobu

Outsourcing u sléváren a kováren nabývá na důležitosti. Přesun obrábění od OEM výrobců do sléváren vedl k tomu, že se řada tlakových sléváren přeorientovala na kompletní výrobu. Příkladem je závod Ljunghäll v České republice, který s podporou firmy Grob rozšířil výrobu z tlakového lití na dodávky komplexních dílů pro automobilový průmysl.

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
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