Témata
Reklama

Výzkum vlivu opotřebení řezného nástroje na velikost řezných sil

Pro optimalizaci řezných procesů se v současné době používá stále komplexnějších simulačních a výpočtových nástrojů. Realističnost výstupů těchto modelů je však závislá na tom, jak realisticky je celý model postaven, tj. jaká zjednodušení byla použita pro modelový popis vlastního procesu i jeho jednotlivých vstupních parametrů. Jedním ze základních parametrů pro popis obrábění je hodnota řezného odporu, o které je obecně známo, že je ovlivňována řadou faktorů.

Doc. Petr Kolář

Inženýrský i doktorský titul v oboru Výrobní stroje a zařízení získal na Fakultě strojní ČVUT v Praze. Zde se i následně habilitoval. Od roku 2001 pracuje ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT), které je od roku 2012 organizační součástí Ústavu výrobních strojů a zařízení FS ČVUT. V letech 2015-2019 pracoviště vedl. Působí též na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky, ČVUT v Praze a na Fraunhofer IWU Dresden. Odborně se zabývá výzkumu a spolupráci s průmyslovými firmami v tématech dynamického chování výrobních strojů, chytrými výrobními stroji a Průmyslem 4.0.

Řezný odpor pro různé typy obráběných materiálů je možno nalézt např. v katalozích výrobců řezných nástrojů. Obvykle se uvádí jedna základní hodnota, která je následně korigována podle velikosti úhlu čela nástroje a konkrétní střední hodnoty tloušťky odřezávané třísky závislé při frézování na zvoleném posuvu na zub a radiální hloubce řezu. Tento přístup charakterizuje známý fakt, že při menší tloušťce třísky je řezný odpor větší.

Řezný odpor při frézování je však ovlivněn i dalšími parametry. V první řadě je to vliv geometrie břitu nástroje – úhel čela, úhel hřbetu, úhel šroubovice – nebo poloměr hlavního ostří. Geometrie břitu se navíc mění v průběhu používání nástroje, tj. jeho opotřebením. Dalším významným souborem vlivů jsou pracovní a zejména pak řezné podmínky, především velikost řezné rychlosti a posuvu na zub.

Reklama
Reklama
Reklama

Česko-americká spolupráce

Z uvedeného stručného přehledu vlivů je vidět, že přesné určení hodnoty řezného odporu pro konkrétní nástroj (včetně jeho reálného opotřebení), obráběný materiál a řezné podmínky je samo o sobě samostatnou úlohou. V tomto tématu v současné době probíhá výzkum ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT), které je organizační složkou Ústavu výrobních strojů a zařízení při Fakultě strojní ČVUT v Praze. Výzkum je finančně podpořen Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory bilaterálních projektů základního výzkumu Kontakt II. Partnerem výzkumného centra VCSVTT v tomto projektu je Centre of Precision Metrology na University of North Carolina at Charlotte (UNCC). Role amerického partnera spočívá především v kritickém posuzování výsledků získaných při experimentech v ČR a konzultacích dalších kroků při realizovaném výzkumu. Český řešitelský tým tak získal možnost rozšířit skupinu zapojených specialistů o špičkové odborníky v tomto tématu. Na straně UNCC jsou do projektu zapojeni prof. Tony Schmitz a prof. Scott Smith. Jedná se o dva špičkové odborníky v oblasti modelování řezných sil a samobuzeného kmitání při obrábění. Projekt je řešen v letech 2012 až 2015.

Ukázka uspořádání experimentu. Vpravo testovaný materiál na dynamometru Kistler, vlevo ve svěráku materiál pro opotřebování nástroje mezi měřením na dynamometru.

Stanovení řezných sil

Výzkum v úvodní části projektu byl zaměřen především na experimentální vyhodnocení řezných sil v závislosti na geometrii břitu nástroje a jeho opotřebení. Experimenty probíhají při obrábění oceli ČSN 12050 (C45, DIN 1.1191), která je etalonovým materiálem pro hodnocení obrobitelnosti. Pro experimenty jsou připraveny specificky nabroušené sady jednobřitých povlakovaných monolitních čelních stopkových fréz. Frézy se odlišují řeznou geometrií – rozdílnou kombinací úhlů čela, hřbetu a šroubovice. Použity jsou hodnoty úhlu čela v hodnotách 4°, 8°, 12°; hodnoty úhlu hřbetu jsou v hodnotách 3°, 6°, 9°; hodnoty úhlu šroubovice jsou 25° a 45°. Testy probíhají při dvou hodnotách řezné rychlosti 80 m.min-1 a 105 m.min-1 pro řadu hodnot posuvu na zub. Nástroje jsou povlakované a frézování probíhá za sucha. Obrábění je prováděno na vertikálním tříosém frézovacím centru. Zkušební materiál je upnut na dynamometru Kistler 9255B, který zaznamenává velikost řezných sil v čase. Měření je synchronizováno s tachosondou detekující polohu špičky zubu, což následně umožňuje přesně určit začátek záběru nástroje do materiálu. Mezi těmito měřicími řezy je prováděno obrábění stejného materiálu na druhém stanovišti vedle dynamometru. Cílem je vytvořit na nástroji určitou hodnotu opotřebení na hřbetě, která je v průběhu experimentu měřena. Nástroj s tímto známým opotřebením následně realizuje další řez, při kterém jsou právě měřeny řezné síly. Kritérium opotřebení břitu nástroje na hřbetu bylo stanoveno na 0,3 mm.

Porovnání maximální hodnoty aktivní síly pro různé hodnoty úhlu čela, hřbetu a opotřebení na hřbetu pro nástroj s úhlem šroubovice 25° při řezné rychlosti 105 m.min-1 a posuvu na zub 0,07 mm. Otupené nástroje mají opotřebení blízké mezní hodnotě testů 0,3 mm.

Řezný odpor

Z výsledků měření se ukazuje, že největší vliv na hodnotu řezného odporu má velikost úhlu čela nástroje a velikost jeho opotřebení. Menší vliv lze pozorovat u úhlu šroubovice. Hodnota řezné rychlosti v rozsahu reálného použití výsledky příliš neovlivňuje, stejně jako hodnota úhlu hřbetu. Z výsledků na obrázku grafického znázornění je patrný rozdíl v rozsahu 10 až 30 % mezi daty získanými pro různé geometrie nástroje a pro nový a opotřebený nástroj pro jeden posuv na zub. Řezný odpor se může změnit až o 100 % v závislosti na změně hodnoty posuvu na zub. Projekt proto pokračuje detailními analýzami výsledků pro získání relevantního matematického modelu řezných sil v závislosti na uvedených testovaných parametrech.

Projekt je řešen za podpory MŠMT ČR v rámci projektu LH12065 „Modelování řezných sil a stability obrábění se zohledněním opotřebení břitu nástroje“.

Ing. Petr Kolář, Ph.D.

P.Kolar@rcmt.cvut.cz

VCSVTT, FS ČVUT v Praze

Reklama
Vydání #12
Firmy
Související články
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.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Související články
Cesty k vyšší energetické účinnosti v třískovém obrábění

Energie je stále dražší. Z analýzy spotřeby energie u obráběcích strojů a z návazného procesu obrábění je možné odvodit konkrétní závěry pro zvýšení energetické účinnosti a stanovit, co je základem pro optimalizaci nástrojů a procesu obrábění.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Patrick De Vos

Patrick De Vos se narodil v roce 1959 v Belgii. Už při studiu se věnoval oboru výrobní technologie. Po jeho skončení na škole zůstal ještě dva roky jako učitel a vědecký pracovník a věnoval se optimalizaci obráběcího procesu a výrobních technologií. Od roku 1983 pracuje pro Seco, kde vystřídal několik různých pozic. Od roku 2006 zastává svoji současnou funkci manažera výuky, kde je zodpovědný za vzdělávání zaměstnanců i zákazníků.

Nesousledné frézování

K výrobě zákaznických nástrojů neodmyslitelně patří rozvaha o životnosti a údržbě navrhovaných nástrojů. Její součástí je doporučení strategie obrábění včetně jeho smyslu. A to je zase přizpůsobeno konstrukčním možnostem obráběcího stroje. Konvenční stroje, které zajišťují posuv pomocí prosté soustavy šroub-matice, umožňují pouze nesousledný způsob frézování. Důvodem je obtížně odstranitelná vůle mezi šroubem a maticí. Ta by při volbě sousledného obrábění vedla v mezích této vůle ke vtažení obrobku pod frézovací nástroj a jeho jistou destrukci.

Výběr správného závitníku

Nejdůležitějším faktorem při jakémkoliv moderním obrábění je výběr nejvhodnějšího obráběcího nástroje pro danou aplikaci. Vzhledem k tomu, že nabídka závitníků umožňujících vytvoření závitu v obráběné díře je obrovská, může se nalezení správné volby jevit jako obtížné.

Rychlejší výměna nástrojových držáků

Výměna nástroje na stroji musí být provedena ve správný okamžik a rychle. Modulární rychlovýměnné systémy a technika polohování nástrojových držáků na stroji zjednodušují výměnu, čímž se zároveň zkracují vedlejší časy.

Vyvrtávací tyče s tlumením zvyšují kvalitu obrábění

Pro některé operace obrábění jsou potřebné dlouhé vyvrtávací tyče a upínače. Ty jsou však náchylné k vibracím, což snižuje výkon obrábění a přesnost výroby. Vyvrtávací tyče s tlumením zlepšují značně kvalitu obrábění.

Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

Zero point - efektivní způsob upínání obrobků

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.

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