Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Příručka pro technology: Proces obrábění kovů - životnost nástrojů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Příručka pro technology: Proces obrábění kovů - životnost nástrojů

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.


Opotřebení nástroje

Životnost nástroje

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.

Řezné podmínky

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.


Taylorův princip

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.

Taylorův princip

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.


Taylorův princip pro stanovení životnosti nástroje (vzorce a obvyklé hodnoty)

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.

Výpočty k určení vlivu řezných podmínek

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).


Taylorův princip pro stanovení životnosti nástroje

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

Další články

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

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: