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
Proporcionální ventily s IO-Link technologií

Emerson Aventics proporcionální ventily Sentronic Plus (614 serie) a Sentronic LP (617) jsou nyní k dispozici s integrovanou IO-Link komunikační technologií.

Slabina subdodavatelských řetězců

Díky pandemii koronaviru si v uplynulém roce našlo cestu k cyklistice spousta lidí a trh s koly, komponenty a cyklistickými doplňky, který dlouhodobě roste, nyní zažívá obrovský boom. To, že začíná více a více lidí jezdit na kole, se ale děje kontinuálně posledních několik let. Pandemie však tento nárůst zájmu výrazně urychlila. Zároveň však ale také odhalila některé slabiny globálního cyklistického trhu, které budou s největší pravděpodobností mít pro některé výrobce a prodejce kol či cyklo servisy vážné následky. Co se tedy vlastně stalo a co nás zřejmě čeká?  

Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Související články
Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

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