Projekt Národní centrum kompetence - STROJÍRENSTVÍ (NCKS) byl realizován od ledna 2019 do prosince 2022. V konsorciu bylo zapojeno celkem 26 účastníků, z toho 9 výzkumných organizací a 17 průmyslových partnerů.
V předchozích článcích jsme hovořili o vlivu tribologických jevů (kdy se třísky smýkají a klouzají přes plochu čela), o mechanických vlivech (řezné síly) a chemických/tepelných agresivních vlivech (způsobených vysokými řeznými teplotami) na životnost nástrojů. Všechny uvedené jevy způsobují opotřebení nástroje.
Správný proces opotřebení (bezpečný, kontrolovatelný a předvídatelný) by měl vést k opotřebení typu otěru na hřbetu nebo výmolu na čele. Všech ostatních typů opotřebení je třeba se vyvarovat, protože mohou vyústit v nebezpečné chování břitu.
U otěru na hřbetu a výmolu na čele lze do jisté míry opotřebení předvídat a ovlivnit – a jak tohoto lze dosáhnout, nastíníme v tomto článku. Životnost nástroje, respektive jeho břitu je dána mnoha faktory, mimo jiné:
- materiálem obrobku – v předchozích článcích byly popsány některé z vlastností materiálu obrobku, které mají vliv na životnost nástroje: podstatný význam mají mechanické i tepelné vlastnosti, vměstky;
- řezným materiálem a řeznou geometrií – tvrdší řezné materiály poskytují větší otěruvzdornost, vyšší tepelnou odolnost. Houževnatější řezné materiály dávají břitu větší houževnatost a řezná geometrie zajistí především pevnostní vlastnosti břitu (odolnost vůči vylomení);
- použitými řeznými podmínkami – v tomto článku se soustředíme zejména na tento aspekt. Materiál obrobku, řezný materiál i řezná geometrie jsou dané faktory, řezné podmínky však lze kdykoliv měnit pro optimalizaci životnosti nástroje.
Při změně řezných podmínek během obrábění můžeme pozorovat následující. Je důležité, aby řezné podmínky byly změněny ve správném pracovním rozmezí, a to zejména proto, abychom zajistili, že hlavním typem opotřebení břitu bude otěr na hřbetu či výmol na čele (které jsou předvídatelné a kontrolovatelné). Hloubka řezu musí být větší než rádius břitové destičky, což zajistí správné formování třísek, avšak ne příliš velká (v porovnání s délkou řezné hrany), aby nedocházelo k vylomení břitu. Posuv musí být dostatečný pro zajištění efektivního řezu, neměl by však být větší než zhruba polovina rádiusu břitové destičky, jinak by mohlo dojít k vylomení břitu. Řezná rychlost musí být dostatečně velká, abychom se vyvarovali opotřebení typu nárůstku na hraně, při příliš vysoké řezné rychlosti ale může vzniknout opotřebení vlivem chemických jevů.
Při zvýšení hloubky řezu dochází ke zkrácení životnosti nástroje. Například při 10% zvýšení hloubky řezu se životnost sníží přibližně o 5 %. Ve skutečnosti je vliv hloubky řezu na životnost zanedbatelný (to však v případě, že proces probíhá za správných řezných podmínek a nevyskytují se problémy s vylamováním).
Ke snížení životnosti nástroje dochází taktéž při zvýšení posuvu. Je prokázáno, že 10% zvýšení posuvu sníží životnost nástroje přibližně o 20 %, což už tak zanedbatelné rozhodně není. Zde musím uvést důležitou poznámku týkající se obrábění nerezových ocelí a vysokolegovaných slitin. Bylo zpozorováno, že zvýšení posuvů při obrábění těchto materiálů vedlo i ke zvýšení životnosti nástrojů. Tuto skutečnost lze vysvětlit vlastnostmi deformačního zpevnění uvedených materiálů. Při (velmi) nízkém posuvu zabírá břit zejména v deformačně zpevněné vrstvě, a to samozřejmě životnost nástroje snižuje.
A na závěr, zvýšení řezné rychlosti o 10 % má za následek 50% zkrácení životnosti nástroje. Řezná rychlost je totiž hlavním rozhodujícím faktorem pro životnost nástroje.
Všechny výše uvedené postřehy jsou v oboru technologie obrábění často označovány jako „Taylorův princip“, pojmenovaný po expertovi na efektivitu z 19. století Fredericku Taylorovi. Ten pracoval ve Philadelphii v ocelářském průmyslu na konci 19. století a stanovil principy efektivity práce, které ovlivnily výrobu i ve 20. století. Taylor prováděl testy pro zjištění správného nastavení soustruhů a vyvrtávacích strojů a vytvořil tabulky produktivity, podle kterých dělníci pracovali.
Na základě výše popsaných principů je možné určit vliv řezných podmínek na životnost nástroje. Původní Taylorův princip byl v pozdějších letech často předmětem dalšího „dolaďování“, ale základní myšlenka zůstává nedotčena. Tento princip je velmi důležitý zejména pro ty, kteří mají za cíl co nejlepší vyváženost mezi produktivitou a co možná nejnižšími náklady při obrábění kovů.
Jednotlivé obrázky ukazují řadu dalších základních principů Taylorova přístupu. Vliv různých řezných podmínek lze kvantifikovat a umožňuje podrobné výpočty k určení vlivu řezných podmínek (a kombinací řezných podmínek) na životnost nástroje. Vezmeme-li vše v úvahu, můžeme využít rozšířenou Taylorovu rovnici. V případě, že je hloubka řezu a posuvu neměnná (a pokud možno maximální), můžeme použít zjednodušenou Taylorovu rovnici. Tato zobrazuje vztah mezi řeznou rychlostí a životností nástroje (s konstantní hloubkou řezu a posuvu).
Na základě Taylorova principu lze tedy obecné a nejdůležitější tvrzení formulovat následovně: Nejvyšší produktivity při vynaložení nejnižších nákladů lze dosáhnout při maximální hloubce řezu a posuvu. Řezná rychlost je v takové situaci vyrovnávacím prvkem mezi vysokou produktivitou a nízkými výrobními náklady.
Podrobné informace k této problematice lze získat také v rámci vzdělávacího programu STEP (Seco Technical Educational Programm).
Patrick De Vos, MSc.
Seco Tools CZ
//www.secotools.com/cz
Společnost v-tech v minulém roce představila modulární rychlovýměnný systém pro CNC obráběcí stroje. Slouží jako rozhraní mezi stolem CNC stroje a upínačem obrobku, který může být v podobě svěráku, univerzálního sklíčidla či přípravku.
Soustava stroj–nástroj–obrobek předurčuje, jak přesné a kvalitní bude obrobení polotovaru obrobku. K významným, ale bezesporu velmi podceňovaným prvkům tohoto procesu patří také upínání obrobku. O trendech v upínání obrobků pomocí technologických palet pojednává tento příspěvek.
I ta nejmenší cizí tělíska (prach, třísky apod.) mezi dutinou vřetena a stopkou nástroje mohou zapříčinit nepřesnost upnutí vrtáku nebo frézy, což má za následek výrobu zmetků nebo poškození nástroje a tím přerušení výroby. Toto mohou odstranit měřicí systémy se senzory.
Soustružení tvrzených součástí (HPT) se v průběhu posledních 10 -15 let stalo respektovanou a cenově efektivní alternativou k broušení. Bylo prokázáno, že díky této metodě lze zkrátit dobu obrábění a snížit náklady o 70% i více. Ale vedle výhod souvisejících se zkrácením vlastního času cyklu, nabízí HPT i celou řadu dalších výhod. HPT je definováno jako soustružení ocelí s tvrdostí vyšší než 45 HRC (obvykle v rozmezí 55-68 HRC), přičemž jako typické příklady obráběných součástí lze zmínit brzdové kotouče, převodová kola, pastorky řízení, sedla ventilů, písty, vložky válců nebo tělesa spojek.
Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.
V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.
Společnost WNT, dodavatel obráběcích nástrojů, představí své produkty na blížící se výstavě Mach 7. - 11.4. v Birminghamu.
Pro závitníky na řezání závitů do titanu byl vyvinut nový povlak CrTiN s horní vrstvou DLC. Ve srovnání se závitníky z HSS s povlakem TiCN je možné s nimi pracovat s dvojnásobnou řeznou rychlostí při dvojnásobné trvanlivost.
Význam a odborný dopad hannoverského veletrhu EMO je tak zásadní v oboru technologie obrábění, že se mu věnujeme na stránkách MM Průmyslového spektra i čtvrtý měsíc po zavření bran výstaviště. Tentokrát přinášíme ucelený pohled na materiály použité ve stavbě strojů.
Soustružení abrazivním vodním paprskem je technologie, která spojuje kinematiku konvenčního soustružení s abrazivním vodním paprskem jako nástrojem. Toto spojení je výhodné zejména při obrábění těžkoobrobitelných materiálů, např. titanových slitin, kde nahrazuje hrubování konvenčním soustružením řezným nástrojem.
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?
a mnoho dalších benefitů.
... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou