Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Příručka pro technology - Jak je to s řeznými silami?
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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.

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

Další články

Všeobecné strojírenství
Výzkum/ vývoj
Nástroje pro obrábění / řezné materiály
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: