Témata
Reklama

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).

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

V předchozích článcích jsme hovořili o důležitosti správné polohy nástroje při obrábění a o tom, jaký zvolit posuv pro optimalizaci produktivity a výrobních nákladů. Uplatnění obou zásad umožňuje zvýšit posuv – což představuje zvýšení produktivity – a současně udržet dlouhou životnost nástroje, tedy dosáhnout efektivity nákladů. V tomto článku rozebereme faktor rychlosti jako další významný prvek obráběcího procesu vedoucí k optimalizaci řezné rychlosti, a tím i dosažení vysoké produktivity a nízkých výrobních nákladů.

Reklama
Reklama

Většina tepla se tvoří v oblasti střihu

Obrábění kovů je proces, kdy je materiál obrobku deformován tak silně, až se odděluje ve formě třísek. Při tomto procesu vzniká velké množství tepla – většina tohoto tepla se tvoří v oblasti střihu, méně tepla je pak generováno třením mezi třískami, ostřím nástroje a obrobkem. Toto teplo následně způsobuje zvýšení teplot (v daném čase a prostoru) v oblasti řezu (nástroje, obrobku a třísek).

Vznik tepla podstatnou měrou ovlivňuje řezná rychlost a materiál obrobku. Teplota (teplo) na ostří nástroje závisí mimo jiné na tepelné vodivosti břitové destičky a materiálu obrobku (třísek), řezných podmínkách a geometrii. Tato teplota (kompozitní teplota) významně ovlivňuje opotřebení a životnost nástroje.

Fáze obrábění

Během obrábění se střídají fáze, kdy je ostří v záběru a kdy nezabírá. Teplo je generováno a teplota roste ve fázi, kdy je zub nástroje v záběru. Mimo záběr pak nedochází ke vzniku tepla a teplota zde klesá. V operacích s velkým záběrovým úhlem (např. při drážkování) je doba, po kterou se generuje teplo a dochází tedy ke zvýšení teploty ostří, dlouhá ve srovnání se zbývající částí otáčky nástroje, kdy je zub mimo záběr, negeneruje se teplo a ostří se ochlazuje. Při operacích s malým záběrovým úhlem (např. tvarové frézování) je pak doba tepelného růstu krátká v porovnání s dobou, kdy ke vzniku tepla nedochází.

Pokud si představíme, co se děje během frézování, je zcela jasné, že při operacích s velkým záběrovým úhlem se teplota zvyšuje poměrně rychle, a je zde riziko, že teplota v řezu velmi rychle vzroste. Pokud teplota v řezu přesáhne kritickou úroveň, materiál nástroje ztratí svou řeznou schopnost a životnost nástroje se tím podstatně zkrátí. Toho se lze vyvarovat snížením řezné rychlosti (ta je příčinou vzniku tepla v procesu obrábění kovů).

Hodnota kritické hranice

Teplota v řezu by měla zůstat pod maximální hodnotou kritické hranice, na druhou stranu je však vhodné, aby se pohybovala nad určitou minimální hranicí. Pokud je totiž teplota v řezu příliš nízká, řezný materiál je křehký a náchylný k poškození. Pojivo v řezném materiálu se stává tvárným až při určité teplotě a pak dává ostří nástroje patřičnou houževnatost. V případě frézování s malým záběrovým úhlem je však potenciální problém oproti výše uvedenému případu přesně opačný – teplota je příliš nízká a životnost nástroje je omezena z důvodu malé houževnatosti. To má za následek vydrolování ostří a poškození břitu. V takovém případě musíme zajistit, aby teplota byla vyšší, čehož dosáhneme zvýšením řezné rychlosti.

Záběrový úhel

Záběrový úhel nástroje je určen polohou frézy (u bočního frézování je tento úhel větší, než u středové polohy) a záběrovým poměrem – radiální hloubkou řezu vůči průměru frézy (malá radiální hloubka řezu v porovnání s průměrem frézy dává malý poměr ae/Dc a tedy menší záběrový úhel).

Obrábění kovů je proces, kdy je materiál obrobku deformován tak silně, až se odděluje ve formě třísek.
Záběrový úhel při drážkování a při bočním frézování

Prakticky bychom tedy mohli konstatovat, že při bočním frézování a malém poměru ae/Dc bychom měli zvýšit řeznou rychlost. Při středovém frézování nebo velkém poměru ae/Dc musíme řeznou rychlost naopak snížit. Řeznou rychlost volíme tedy nejen v závislosti na řezném materiálu a na materiálu obrobku, ale také podle polohy frézy a poměru ae/Dc během frézovací operace.

Stejně tak lze uvažovat o řadě dalších prvků v procesu frézování. Pokud je axiální hloubka řezu malá, generuje se méně tepla, a proto by řezná rychlost měla být zvýšena. Méně tepla je generováno i v případě nízkého posuvu, a tudíž je vhodné řeznou rychlost zvýšit. Musíme však zajistit, aby posuvy nebyly příliš nízké – v tom případě by totiž docházelo k většímu vzniku tepla třením (viz předchozí článek o této problematice). Při velkém efektivním úhlu čela (ostrý břit, pozitivní řez) vzniká také méně tepla, řeznou rychlost je tedy na místě také zvýšit.

Vysokorychlostní obrábění

Typickým příkladem, kde tyto principy fungují v praxi, je vysokorychlostní obrábění. Pokud je radiální i axiální hloubka řezu malá, posuv nízký a břity ostré, lze použít vysokou řeznou rychlost.

Teplota v řezu by měla zůstat pod maximální hodnotou kritické hranice, na druhou stranu je však vhodné, aby se pohybovala nad určitou minimální hranicí.
Strategie malého záběrového úhlu

Dále se tyto zásady aplikují v případech těžkého hrubování obtížně obrobitelných materiálů. Při obrábění takových materiálů dochází ke vzniku velkého množství tepla. Pokud snížíme záběrový úhel nástroje, čímž nebude v řezu tolik tepla generováno, můžeme udržet řeznou rychlost na přijatelné střední až vysoké úrovni.

Tento článek popisuje třetí prvek kompenzačního přístupu při frézování, kterým je využití řezné rychlosti (a s tím souvisejícího tepla generovaného při obrábění). Všechny popisované faktory společně tvoří principy kompenzačního přístupu v technologii frézování. Jejich dodržením dosáhnete maximální spolehlivosti, produktivity a nákladové efektivity, a to velmi jednoduchým a přímočarým způsobem. V závěrečném článku této série se soustředíme na to, jak lze uplatňováním těchto zásad dosáhnout spolehlivého, kontrolovatelného a předvídatelného procesu frézování.

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

Patrick De Vos, MSc.

Seco Tools CZ

www.secotools.com/cz

dana.benesova@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 130632
Datum: 04. 06. 2013
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Seriál
Související články
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 - 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.

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.

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.

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.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

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.

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.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Aktuální přístupy ke zvyšování produktivity třískového obrábění

V každé výrobní technologii neustále klademe nové požadavky na zvyšování produktivity, přesnosti, jakosti, efektivity, spolehlivosti apod. Produktivita je jedním z důležitých parametrů, na jejichž základě lze technologie mezi sebou srovnávat. Třískové obrábění si z pohledu produktivity neustále udržuje významné postavení, neboť je schopno zajistit všechny výše uvedené požadavky i pro velmi přesné dílce. Výše celkové produktivity a samozřejmě i ostatních parametrů je dána každým článkem z tohoto řetězce: zvolený nástroj – upnutí nástroje – řezné podmínky – upnutí dílce – zvolená strategie obrábění – NC kód (vazba na CAM a postprocesor) – možnosti stroje z pohledů parametrů pohonů a též jeho technologické konfigurace (multifunkčnost) – řídicí systém.

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