Témata
Reklama

Tvorba třísky při vysokorychlostním obrábění

Důkladné prozkoumání všech parametrů procesu HSC obrábění ocelí o vysoké tvrdosti a pevnosti umožní nejen nasazení této technologie do průmyslové praxe, ale zejména optimalizaci celého procesu

Technologie HSC nalézá v současné době již široké uplatnění především při opracování materiálů s poměrně nízkou teplotou tavení. Dobrým příkladem je vysokorychlostní obrábění hliníku a jeho slitin. Nasazení HSC technologií na obrábění strojírenských materiálů vyšších mechanických vlastností, jako jsou nástrojové oceli v zušlechtěném stavu, však ještě není jednoduchou záležitostí. Vyžaduje vysoké nároky na vhodnou volbu jak obráběcího stroje, nástroje a řezných podmínek, tak i mnoha dalších faktorů, které komplikují nasazení HSC do průmyslové praxe [2]. Proto se očekává, že objasnění jevů vznikajících v této oblasti tvoření třísky napomůže rozšíření technologie HSC.
Reklama
Reklama

Definice HSC z hlediska procesu tvorby třísky

Pojem HSC je velmi relativní. Je například mnohem snazší obrábět hliníkovou slitinu při řezné rychlosti 1800 m.min-1 než slitinu titanu při řezné rychlosti 180 m.min-1. Nelze totiž říci, že konvenční obrábění přechází do oblasti vysokorychlostního obrábění od určité hodnoty řezné rychlosti, aniž bychom brali ohled na ostatní podmínky vytvářející proces. Těmito podmínkami je myšlen jednak způsob obrábění a především druh obráběného materiálu, který je zejména tím rozhodujícím faktorem určujícím příslušnou velikost řezné rychlosti. Řezné rychlosti, při nichž lze dané materiály obrábět tak, aby bylo dosaženo přijatelné trvanlivosti břitu, jsou velmi rozdílné.
Někteří odborníci se přiklánějí k definici, že o HSC jde tehdy, když střední teplota řezání dosahuje hodnot blízkých teplotě tavení obráběného materiálu. V praxi se ujal názor, že obrábění vysokými řeznými rychlostmi probíhá v oblasti od 600 do 1800 m.min-1, obrábění superřeznými rychlostmi od 1800 do 18 000 m.min-1 a obrábění ultrařeznými rychlostmi nad 18 000 m.min-1. V případě těžkoobrobitelných materiálů, jako jsou slitiny niklu či titanu, se dává spíše přednost výrazu výkonové obrábění. A z hlediska procesu tvoření třísky by třetí definice mohla znít asi tak, že vysoká řezná rychlost je taková rychlost, od které se v celé oblasti primární plastické deformace vytvářejí pouze lokalizované smyky bez intenzivní plastické deformace [1].

Mechanika tvorby třísky v režimu HSC

Z hlediska tvorby třísky je znám vznik především dvou druhů třísek, a to třísky soudržné a elementární. Podle rozložení plastické deformace je soudržná tříska plynulá nebo článkovitá. Plynulá tříska se vytváří u kovů a slitin s krychlovou, prostorově nebo plošně středěnou krystalovou mřížkou s vysokou tepelnou vodivostí a malou tvrdostí (jsou to např. slitiny hliníku nebo oceli s nízkým obsahem uhlíku). Naopak tvorba článkovité souvislé třísky je pozorována u obrábění kovů s hexagonální těsnou krystalovou mřížkou, které se vyznačují nízkou tepelnou vodivostí a vysokou tvrdostí. Do této skupiny patří převážně materiály, jakými jsou titanové a niklové slitiny [3].
Druh vzniklé třísky pro určitý obráběný materiál závisí také na velikosti řezné rychlosti. Proto je u vysokorychlostního obrábění pozorován vznik soudržné plynulé třísky, soudržné článkovité třísky i třísky elementární. Při nízkých řezných rychlostech se může pro jeden obráběný materiál vytvářet plynulá soudržná tříska a od určité řezné rychlosti se začne vytvářet soudržná článkovitá tříska. S dalším nárůstem řezné rychlosti se změní soudržná článkovitá tříska na třísku elementární.

Článkovitá tříska při HSC

Mechanismus vzniku článkovité třísky při HSC lze u ocelí popsat čtyřmi stadii. Popis tvorby článku je proveden při ortogonálním volném řezání s negativním úhlem čela [4].
1. stadium vzniku článku třísky
Maximální tlakové napětí se vyskytuje v oblasti zaoblení ostří a směrem k povrchu obrobku se podél roviny smyku zmenšuje. Nízká hodnota tlakového napětí na povrchu a kritická hodnota smykového napětí iniciují vznik trhliny (obr. 1). Trhlina vznikne na povrchu v bodě a šíří se směrem k ostří, kde je zastavena plastickým stavem (na obrázku je trhlina ohraničena body ). Vznik trhliny je počátkem tvorby nového článku třísky. Délka trhliny je porovnatelná s nedeformovanou tloušťkou třísky hc. Existenci vzniku trhliny dokazuje obr. 2. Tento obrázek byl získán pomocí přerušovače řezu při ortogonálním volném řezání [4].
2. stadium vzniku článku třísky
Následkem výskytu trhliny je budoucí článek třísky umístěn mezi trhlinu a čelo břitu. Na obrázcích 3 a 4 je znázorněn odchod nedeformované části článku třísky z místa řezu. Poté dochází vlivem pohybu břitu ke zkracování úsečky AA´ a dochází k deformaci části článku třísky. Rychlost pohybu třísky po čele a zužování článku třísky vytváří velké množství tepla a teplota třísky dosahuje hodnoty kolem Ac3. Za určitých podmínek může vznikat vlivem této teploty martenzit. Bílé pásy zobrazené na obr. 4 představují plasticky deformovanou oblast třísky.
3. stadium vzniku článku třísky
V tomto stadiu je vzdálenost AA´ tak malá, že dochází k velké deformaci zbylé části článku třísky. Na obr. 6 je zobrazena vysoce deformovaná část článku třísky. Tloušťka třísky je v tomto stadiu malá a ochlazování zde probíhá extrémně rychle. Transformace v této části probíhá adiabaticky.
4. stadium vzniku článku třísky
Tříska je v tomto stadiu vytvořena a začíná vzrůstat tlakové napětí. Cyklus její tvorby se začíná opakovat.

Konfrontace s experimentálním měřením

Jak již bylo řečeno, druh vznikající třísky je ovlivněn všemi parametry procesu. Patří mezi ně druh obráběného materiálu, geometrie nástroje a především řezné podmínky. Právě vhodnou volbou řezných podmínek (zejména řezné rychlosti) lze docílit příznivých efektů HSC obrábění. Vzniká-li totiž tříska s výraznou článkovitostí, případně elementární tříska, dochází k přechodu od tzv. konvenčního k vysokorychlostnímu obrábění.
Výše popsaná mechanika tvorby třísky byla doposud experimentálně potvrzena pro obrábění slitin hliníku a ocelí třídy 12 050. Nyní byl stejný efekt HSC obrábění potvrzen i pro vysokorychlostní frézování materiálu o vysoké pevnosti a tvrdosti (ocel ČSN 19 556.4 tepelně zpracovaná na tvrdost 56 HRC). Do řezné rychlosti 50 m.min-1 probíhala plastická deformace v celém průřezu třísky a vznikala soudržná plynulá tříska. Při rychlosti 100 m.min-1 již docházelo ke vzniku článků třísky. Od řezné rychlosti 150 m.min-1 se plastická deformace koncentrovala pouze v lokalizovaných pásech v okolí smykové roviny. Se zvyšující se řeznou rychlostí se pásy plastické deformace dále zužovaly. Při řezné rychlosti 450 m.min-1 bylo již patrné natavení materiálu v oblasti smykové roviny. Jednalo se o přechod do oblasti HSC z hlediska morfologie třísky. Při řezné rychlosti 850 m.min-1 docházelo k oddělování jednotlivých článků třísky a vznikala tříska elementární.
Ing. Jiří Svoboda, Ph. D. student
Ing. Tomáš Skopeček, Ph. D. student
Ing. Jan Řehoř, Ph. D. student
Doc. Ing. Petr Hofmann, CSc. (školitel)
katedra technologie obrábění
Fakulta strojní
Západočeská univerzita v Plzni
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 30407
Datum: 23. 04. 2003
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Japonské brousicí stroje

Japonská společnost Okamoto působí na trhu již necelých sto let. Za dobu své existence vyprodukovala mnoho typů strojů, všechny však brousicí. Následující článek představuje historii tohoto tradičního japonského výrobce a průřez portfoliem brousících strojů.

CNC hrotová bruska pro malé série

Hrotovou bruskou W 11 CNC od firmy Emag Weiss se skupina Emag vydává novou cestou. Doposud byla tato společnost ze Salachu u Stuttgartu známa především svými stroji (i bruskami) pro velkosériovou výrobu. Bruskou W 11 CNC chce nyní oslovit především všechny, kdo vyrábějí jednotlivé díly, prototypy nebo malé série. Nová W 11 CNC je k tomu ideálně vybavena a nabízí uživateli řadu promyšlených řešení usnadňujících obsluhu. Zvláštní pozornost byla věnována optimalizaci obsluhy stroje, který lze ovládat jak prostřednictvím intuitivní dotykové plochy, tak konvenční klávesnicí.

Teleskopické kryty s rodným listem

Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.

Související články
Alternativa k aditivním technologiím

Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nový rekord v HPC frézování

Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

Nástroje ve znamení podnikové mantry

Tento článek si klade za cíl představit zajímavé nástroje, z nichž některé se dokážou sami ohlásit k údržbě, některé se dokážou třeba i samostatně nastavit. Vše je inspirováno dnešní podnikovou mantrou jednoduché obsluhy, procesní spolehlivosti a úspory vedlejších časů a tím i nákladů.

Manipulační systém HS flex heavy

Firma Hermle se již téměř dvacet let zabývá automatizací svých obráběcích center a jako pokračování tohoto vývoje nyní uvádí na trh výkonný, kompaktní a rovněž cenově mimořádně atraktivní automatizační nástroj - manipulační systém HS flex heavy.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Bezobslužná výroba forem rychle a přesně

Požadavky na výrobce nástrojů pro vstřikování plastových dílců rostou kontinuálně, současně se zvyšuje tlak na ceny ze zemí s nízkými mzdami. Pro výrobu těchto nástrojů jsou proto vyžadovány obráběcí stroje, které jsou vysoce produktivní i velmi přesné, aby bylo možné snížit náklady na opravu zmetků a rychle splnit přání zákazníků. Kromě toho musí "ladit" podpora ze strany výrobce stroje.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Řídicí systém z vlastní dílny, 3. díl: Pokročilé technologické aplikace

Třetí díl našeho seriálu o řídicím systému OSP - P300A firmy Okuma navazuje na dvě předchozí kapitoly, ve kterých jsme stručně představili architekturu systému a inteligentní funkce, které podstatně navyšují přesnost stroje, kvalitu obráběného povrchu i hospodárnost a bezpečnost stroje. Tato část série bude o technologických aplikacích implementovaných do OSP k jednoduchému použití operátorem.

Vysoce výkonné vrtání kovaných dílů

Kované ocelové díly se často používají v aplikacích s vysokými požadavky na pevnost a spolehlivost, jako jsou např. oka ojí pro zemědělské stroje. U těchto dílů jsou kladeny požadavky na vysokou pevnost a tvrdost, což kovaná ocel splňuje. A pro obrábění těchto materiálů jsou samozřejmě třeba vysokovýkonné stroje.

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.

Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

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