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
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
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.

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.

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.

Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Vlajková loď pětiosého obrábění

Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

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.

Efektivní likvidace obráběcích kapalin

Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

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