Témata
Reklama

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.

Tento článek je součástí seriálu:
Příručka pro technology
Díly

Obrábění kovů je technologický proces, při kterém se odebíráním materiálu vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu (obrobku). 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

Systémová vlastnost

Obrobitelnost je v technologii obrábění kovů široce rozšířený výraz. Je to systémová vlastnost, která vyjadřuje, jak efektivní může být obrábění při nízkých nákladech a za daných technologických podmínek. I když je obrobitelnost ovlivněna mnoha faktory (materiál obrobku, řezné nástroje a řezné podmínky, strojní vybavení, strategie řezného procesu (CAM), upnutí obrobků a nástrojů, způsob chlazení, odborné znalosti technologů atd.), obvykle se hovoří o obrobitelnosti jako o vlastnosti materiálu.

Obr. 1 Obrábění kovů je technologický proces, při kterém se odebíráním materiálu vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu.

Tato série článků se zabývá několika základními příčinami, které způsobují, že obrobitelnost nerezových ocelí, vysoce legovaných slitin a titanových slitin se liší od ocelí, které jsou v současném světě obrábění kovů stále považovány za referenční materiály. Je nutno pochopit, že obrobitelnost těchto materiálů v porovnání s ocelí nemusí být nutně definována jako nižší, nýbrž jako odlišná. Efektivita výroby může být totiž maximalizována dokonce i pro tyto materiály.

Kvantifikace

Pro posouzení obrobitelnosti lze využít několika kvantitativních měřítek: index obrobitelnosti (průměrné hodnocení uvedené ve srovnání s referenčními materiály, toto měřítko však může být zavádějící), životnost nástroje (provozní čas v minutách nebo čas do úplného opotřebení nástroje při určitých řezných parametrech či množství odebraného materiálu před úplným opotřebením řezné hrany), kvalita povrchu při standardizovaných řezných podmínkách a další měřítka, jako jsou řezné síly a výkon, teplota, utváření třísky, aspekty životního prostředí atd.

Kvalifikace

Obrobitelnost lze kvalifikovat za dobrou při splnění jednoho či více z následujících kritérií: obrábění s minimálními energetickými požadavky, minimální opotřebení nástroje (jeho maximální životností), minimální řezné síly, eliminace problémů s utvářením a odvodem třísek, dobrá kvalita povrchu na obrobené ploše atd. Jinými slovy lze říct: dobrá obrobitelnost představuje co nejhospodárnější výrobu za daných technologických podmínek.

Obr. 2 Pro posouzení obrobitelnosti lze využít několik kvantitativních měřítek.

Ačkoliv by nejvýstižnější obecnou definicí pro obrobitelnost mohl být objem odebraného materiálu na jednotku výkonu (mm3.min-1.kW-1), tradiční postoj k obrobitelnosti je spojován s materiálem obrobku a vztahuje se pouze k opotřebení nástroje, životnosti nástroje a řezným rychlostem. Jelikož obrábění kovů je tak silná deformace materiálu obrobku, až se odděluje ve formě třísek, je zřejmé, že řada vlastností obráběného materiálu má v tomto technologickém procesu velký vliv.

Vlastnosti materiálu

Vlastnosti obráběného materiálu, které významně ovlivňují řezný proces, můžeme rozdělit do sedmi základních skupin. Z každé skupiny je uvedeno pro názornost pár příkladů dokládajících vliv těchto vlastností na řezný proces.

- Mechanické vlastnosti: Obrábění je proces deformace čili přetváření materiálu obrobku. Tvrdost je odolnost proti deformaci. Vysoká tvrdost materiálu obrobku znamená vysoké řezné síly.
- Chemické složení (obsah legujících prvků): Při obrábění je odebraný materiál (třísky) odváděn po čele nástroje. Mangan je velmi abrazivní materiál. Obrobek s vyšším obsahem manganu v materiálu tak způsobí větší opotřebení nástroje.
- Tepelné vlastnosti: Při správném obráběcím procesu je náležitě regulováno vytváření tepla a následné vysoké teploty v oblasti řezu. To v praxi znamená, že teplo musí být odváděno třískami. Pokud má ale materiál obrobku nízkou tepelnou vodivost, není to tak snadné.
- Vměstky: Vměstky vytvářejí „tvrdé části“, jejichž následkem je větší opotřebení nástroje a riziko vylomení řezné hrany.
- Sklon k mechanickému zpevnění: Při prvním řezu může dojít ke zpevnění v povrchové vrstvě obráběného materiálu. Druhý řez se s tím následně musí vypořádat.
- Struktura materiálu: Některé materiály jsou snadněji obrobitelné než jiné. Například při obrábění austenitických materiálů dochází k tvorbě třísek nepravidelného tvaru. To představuje obtížnější kontrolu utváření třísky.
- Původ materiálu: Jak důsledně jsou materiálové normy dodržovány dodavatelem materiálu.

ISO systém

Tento způsob smýšlení je základem ISO systému, který používáme pro označení odlišného chování různých druhů materiálů během jejich obrábění. ISO-P materiály jsou materiály s tvorbou dlouhé třísky, které generují průměrné řezné síly, vytváření tepla (i řezné teploty) a průměrnou životnost nástroje. ISO-K materiály jsou materiály s krátkou třískou. ISO-M materiály (austenitické nerezové oceli) jsou odlišné od ISO-P především v tepelných vlastnostech (a jevech s tím spojeným). ISO-N materiály jsou měkčí (nižší řezné síly), vykazují však vyšší přilnavost k řezným materiálům. ISO-S materiály vykazují výrazné rozdíly v tepelných vlastnostech oproti oceli. A konečně ISO-H materiály jsou velmi tvrdé a vyžadují vysoké řezné síly, pokud nejsou použity specifické metody obrábění (tzv. technologie tvrdého obrábění).

Obr. 3 Materiál obrobku

V dalších článcích této série se bude detailněji pojednávat o různých činitelích určujících obrobitelnost: řezných silách, teplu a teplotě při obrábění, formování třísky, opotřebení a životnosti nástroje, integritě povrchu obrobené plochy. A to především u specifických materiálů, jakými jsou nerezové oceli, vysoce legované slitiny a slitiny titanu.

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

Patrick De Vos, MSc.

Seco Tools CZ

Reklama
Vydání #12
Kód článku: 111218
Datum: 19. 12. 2011
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: 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).

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.

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.

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.

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