Témata
Reklama

Příručka pro technology - Není teplota příliš vysoká nebo nízká?

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, řeznou hranou a obrobkem. Toto teplo následně způsobuje zvýšení teplot (v daném čase a prostoru) v oblasti řezu (nástroje, obrobku a třísek).

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Teplota (teplo) na řezné hraně závisí mimo jiné na tepelné vodivosti břitové destičky a materiálu obrobku (třísek), řezných podmínkách a geometrii řezné hrany. Tato teplota (kompozitní teplota) významně ovlivňuje opotřebení a životnost nástroje.

Reklama
Reklama

Tepelně ovlivněná zóna

Než budeme pokračovat, dovolte mi ještě pár definic. Při obrábění kovů vzniká teplo, které způsobuje vyšší teploty na řezné hraně, čímž se snižuje životnost nástroje. Část řezné hrany, kde jsou její vlastnosti ovlivněny vyšší teplotou, se nazývá Heat Affected Zone (HAZ) – tepelně ovlivněná zóna. V této zóně je jeden bod (geometrický), kde jsou teploty nejvyšší. Tento bod se nazývá Peak Temperature Point (PTP) – bod nejvyšší teploty. A průměrná teplota v HAZ se nazývá kompozitní teplota – CT.

Obr. 1 Způsob utváření třísky Teplo se hromadí v oblasti řezu, a pokud teplota (koncentrované teplo) vzroste příliš, může dojít ke zhoršení vlastností řezné hrany (zkrácení životnosti nástroje) a ke změně struktury materiálu obrobku. Aby bylo obrábění efektivní, musí být teplota udržena na optimální úrovni vytvářením menšího množství tepla a jeho maximálním odváděním z oblasti řezu.

Pár úvah o součástech procesu

Existuje více způsobů, jak omezit množství tepla generovaného při obrábění. Z hlediska řezného nástroje je důležitá geometrie břitu. Ostřejší řezná hrana více odřezává materiál obrobku a méně jej deformuje, čímž se vytváří méně tepla a snižují se řezné teploty (menší HAZ, nižší PTP a nižší CT).

Obr. 2 Teplo a teplota v technologii obrábění kovů

Řezná rychlost je také velmi důležitým faktorem, jelikož vyšší řezné rychlosti rychleji deformují materiál a vytvářejí tak více tepla. Dovolte mi však poznámku ke snižování řezné rychlosti za účelem vytváření menšího množství tepla: rychlost musí být dostatečně vysoká proto, aby „změkčila“ materiál obrobku v oblasti řezu (vyšší teploty způsobují změknutí materiálu obrobku). Při vyšších řezných rychlostech se za jednotku času vytvoří více třísek, což znamená, že větší objem materiálu tak odvede více tepla z oblasti řezu. Vyšší řezné rychlosti znamenají vyšší teploty u řezné hrany.

Odvod tepla třískami

Nejefektivnější způsob odvodu tepla z oblasti řezu je třískami. Pokud je ale tepelná vodivost materiálu obrobku nízká (např. nerezové oceli), odvod tepla třískami je obtížnější. Více tepla se přenáší do řezné hrany, což snižuje životnost nástroje. Čím nižší je tepelná vodivost, tím více tepla zůstává v řezné zóně a zvyšuje se teplota v řezu. Výsledkem je větší HAZ a vyšší CT.

Obr. 2 Teplo a teplota v technologii obrábění kovů

Vyšší posuvy také mohou zlepšit evakuaci tepla, protože vyššími posuvy vznikají silnější třísky (větší objem materiálu = efektivnější odvod tepla). Vyšší posuvy způsobují větší tepelně ovlivněnou oblast HAZ, ale nižší teploty u řezné hrany PTP. Obecně to znamená delší životnost nástroje, a to zejména při obrábění nerezových ocelí a vysoce legovaných slitin.

Tvrdost materiálu obrobku

Tvrdost materiálu obrobku je dalším důležitým faktorem. Tvrdší materiál obrobku více odolává deformaci a během obrábění tak vzniká více tepla, což následně způsobuje vyšší teploty na řezné hraně. Aby se tento jev vyvážil, je potřeba snížit řeznou rychlost, jak je všeobecně známo.

Obr. 4 Vliv řezné rychlosti

Kombinace řezných podmínek

Po zvážení všech informací dojdeme k zajímavému závěru. Uvedený příklad (poslední obrázek) je velmi zajímavá a příkladná situace. Jsou zde prezentovány tři možné kombinace řezných podmínek k dosažení stejného objemu odebíraného materiálu (= produktivity). Operace, ve které byly použity vysoké posuvy a nižší řezné rychlosti, je zřetelně nejekonomičtější (nejnižší náklady díky nejvyšší životnosti nástroje).

Obr. 5 Vliv posuvu

Kontrola tepelně ovlivněné zóny (HAZ), bodu nejvyšší teploty (PTP) a kompozitní teploty (CT) jsou důležitými elementy při kontrole procesu obrábění. Standardním cílem bývá dosažení maximální produktivity při minimalizaci nákladů. Dosažení tohoto cíle je významně ovlivněno pochopením vlivu tepla (teploty) na proces obrábění kovů.

Obr. 6 Vliv geometrie (úhel fazetky)
Obr. 7 Vliv opotřebení

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

Patrick De Vos, MSc.

Seco Tools CZ
//www.secotools.com/cz
dana.benesova@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 120516
Datum: 15. 05. 2012
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Seriál
Firmy
Související články
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.

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.

Související články
Expert na mikroobrábění

V loňském roce na MSV v Brně uvedla společnost Kovosvit MAS nové pětiosé vertikální centrum MCU450. Symbolicky na stánku společnosti Siemens, která pro prototyp stroje dodala řídicí systém, pohony, motory a zároveň rozváděč osazený ze 100 % komponenty Siemens. Již na veletrhu bylo oznámeno, že prvním zákazníkem obráběcího centra MCU450 bude katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni. Vznikla intenzivní spolupráce mezi Kovosvitem MAS, Siemensem a vysokou školou, která již přináší první výsledky: aktuálně společnými silami zmíněné subjekty úspěšně řeší mikroobrábění. Předmětem jejich zájmu je těleso náramkových hodinek.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Komplexní obrábění rotačních dílů

Následující článek poskytuje reference rakouského výrobce obráběcích strojů Emco u svých klíčových zákazníků. V dnešním vydáním přineseme pohled z laakirchenského závodu na výrobu rotačních dílů Miba Gleitlager Austria GmbH a v příštím vydání reportáž ze salcburské firmy MTE Metalltechnik Elsenhuber specializující se od kusové až po sériovou výrobu dílů a sestav.

Nová metodika hodnocení řezných vlastností nástrojů

Řezivost nástrojů je termín obdobný základním technologickým vlastnostem zpracovávaných technických materiálů, jako jsou například svařitelnost, slévatelnost či tvařitelnost. Podobně jako u jiných technologií je nutno vztáhnout tuto charakteristiku k požadovanému kritériu, to je k hlavnímu sledovanému cíli a základním podmínkám zkoušek. To znamená, jakou požadovanou práci či dosaženou kvalitu produkce od řezného nástroje očekáváme a s jakou spolehlivostí či rizikem tyto výkony chceme opakovat a používat.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Upnutí obrobku ovlivňuje přesnost a produktivitu obrábění

Přesnost a produktivitu obrábění ovlivňuje mnoho faktorů. Svůj podíl na výsledku má typ a vlastnosti použitého obráběcího stroje, volba nástrojů a řezných podmínek, zvolená strategie obrábění a v neposlední řadě i způsob upnutí a vyrovnání dílce před obráběním. V některých specifických případech je volba upnutí klíčovým faktorem pro realizaci celé technologie v požadovaných parametrech.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Patrick De Vos

Patrick De Vos se narodil v roce 1959 v Belgii. Už při studiu se věnoval oboru výrobní technologie. Po jeho skončení na škole zůstal ještě dva roky jako učitel a vědecký pracovník a věnoval se optimalizaci obráběcího procesu a výrobních technologií. Od roku 1983 pracuje pro Seco, kde vystřídal několik různých pozic. Od roku 2006 zastává svoji současnou funkci manažera výuky, kde je zodpovědný za vzdělávání zaměstnanců i zákazníků.

Cesty k vyšší energetické účinnosti v třískovém obrábění

Energie je stále dražší. Z analýzy spotřeby energie u obráběcích strojů a z návazného procesu obrábění je možné odvodit konkrétní závěry pro zvýšení energetické účinnosti a stanovit, co je základem pro optimalizaci nástrojů a procesu obrábění.

Nesousledné frézování

K výrobě zákaznických nástrojů neodmyslitelně patří rozvaha o životnosti a údržbě navrhovaných nástrojů. Její součástí je doporučení strategie obrábění včetně jeho smyslu. A to je zase přizpůsobeno konstrukčním možnostem obráběcího stroje. Konvenční stroje, které zajišťují posuv pomocí prosté soustavy šroub-matice, umožňují pouze nesousledný způsob frézování. Důvodem je obtížně odstranitelná vůle mezi šroubem a maticí. Ta by při volbě sousledného obrábění vedla v mezích této vůle ke vtažení obrobku pod frézovací nástroj a jeho jistou destrukci.

Výběr správného závitníku

Nejdůležitějším faktorem při jakémkoliv moderním obrábění je výběr nejvhodnějšího obráběcího nástroje pro danou aplikaci. Vzhledem k tomu, že nabídka závitníků umožňujících vytvoření závitu v obráběné díře je obrovská, může se nalezení správné volby jevit jako obtížné.

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