DTB Technologie obrábění

Téma 10

EKONOMIKA, PRODUKTIVITA A

HOSPODÁRNOST OBRÁBĚNÍ

1 Opotřebení břitu nástroje1.1 Mechanizmus opotřebení• Abrazivní otěr • Difusní otěr • Oxidační otěr • Adhezní otěr

Základní mechanizmy opotřebení břitu řezného nástroje [KP 73]

Model abraze čela nástroje [H-I1/42]

Abrazivně opotřebený hřbet nástroje z řezné keramiky [H-I1/42]

Model adheze [H-I1/42]

Závislost forem opotřebení břitu řezného nástroje na teplotě v zóně řezání [H-I1/44]

Vliv řezných podmínek na opotřebení břitu řezného nástroje – trendy [H-I1/44]

1.2 Formy opotřebení• Opotřebení hřbetu• Opotřebení čela • Plastická deformace břitu• Opotřebení hřbetu ve tvaru vrubu • Hřebenovité trhliny na ostří • Únavový lom• Vydrolování ostří • Křehký lom

Formy opotřebení břitu řezného nástroje [KP 75]

Vydrolování ostří v místě záběru [H-I1/46]Vydrolování ostří v místě mimo záběr [H-I1/46]

Hřebenovité trhliny na ostří – schéma [H-I1/44]

Hřebenovité trhliny na ostří nástroje řezné keramiky Al2 O3 [H-I1/44]

Plastická deformace špičky nástroje – model [H-I1/4]

• P Plastická deformace čela• nástroje z povlakovaného • slinutého karbidu [H-I1/43]

Křehký lom špičky nástroje – model [H-I1/43]

Křehký lom špičky nástroje z řezné keramiky Al2O3 [H-I1/43]

1.3 Kvantifikace opotřebení

Parametry opotřebení řezného nástroje a jejich značení [KP 76]• VB - opotřebení hřbetu průměrné• VBC - opotřebení hřbetu v oblasti špičky

• VBN - opotřebení hřbetu vrubové

• Vbmax - opotřebení hřbetu maximální• KT - hloubka žlábku opotřebení čela• KB - šířka žlábku opotřebení čela• KM - poloha středu žlábku opotřebení čela• VR - radiální opotřebení špičky

1.4 Časový průběh opotřebení• Postupné opotřebování • VB = f(t), KT = f(t),• Oblasti opotřebení

Charakteristický průběh závislosti VB = f (t) [KP 77]a – zrychlené záběhové opotřebení, b – lineární opotřebení

s konstantní intenzitou, c – zrychlené opotřebení

Časová posloupnost (průběhová mapa) opotřebeníhřbetu – příklad [KP 77]

Závislosti opotřebení hřbetu [KP 78]a – rychlořezná ocel, b – slinutý karbid

2 Trvanlivost břitu nástroje• Doba trvání řezného procesu - provozuschopný stav břitu• Poruchy nástroje - porucha postupná, porucha náhlá • Kritérium vzniku poruchy• Kvantifikace trvanlivosti a životnosti břitu nástroje

Trvanlivosti břitu T1, T2, T3, T4 při řezné rychlosti vc1, vc2, vc3, vc4

pro kritické opotřebení hřbetu VBk

vc1 < vc2 < vc3< vc4 ; T1 > T2 > T3 > T4 [KP-78]

Taylorův vztah

T - trvanlivost břitu [min]CT – konstanta [-]

m - exponent [-]vc – řezná rychlost [m.min-1]

F. W. Taylor

[min]vC

)f(vT mc

Tc

1

m1v

c m.min

T

C)f(Tv

m1

Tv CC

Průběh závislosti T = f(vc) [KP-80) a – lineární souřadnice, b - logaritmické souřadnice

Závislost T = f(vc) při tvorbě nárůstku v oblasti malých

řezných rychlostí [KP-80]

Pro soustružení se v praxi se často aplikuje vztah

Životnost břitu Z se kvantifikuje pro obnovovaný (přeostřovaný) nástroj

Z = f (no , T) = ( no + 1)T = ( no + 1) CT . vc-m [ min ]

no – počet ostření

 

1yx

p

vTpcT m.min

f.a

Cf,afv

vv

3 Obrobitelnost materiáluNormativ CNN 10-0-I/II Zařazení strojírenských materiálůa - litinyb - ocelic - těžké neželezné kovy a jejich slitiny (měď a slitiny mědi)d - lehké neželezné kovy a jejich slitiny (hliník a slitiny hliníku)Etalonové materiálya - ČSN 42 2424b - ČSN 12 050.1c - ČSN 42 3213.21d - ČSN 42 4380.11

Součinitel obrobitelnosti

materiáluoetalonovéhv

materiáluzkoušenéhovK

VB/cT

VB/cTv

)zk.mat.

1/met.mat.

(1/mT.

et.mat.v

Czk.mat.

vC

vK

Třída obrobitelnosti• V jednotlivých skupinách se materiály zařazují do 20-ti tříd

obrobitelnosti• Třídy obrobitelnosti se vztahují k příslušným součinitelům

obrobitelnosti, které jsou odstupňovány podle geometrické řady, s kvocientem q = 101/10 = 1,2589 

Součinitel obrobitelnosti Kv

Třída obrobitelnosti pro skupinu materiálů

Od - do středníhodnota

a b c d

0,23 - 0,28 0,25 8 b

0,29 - 0,35 0,32 9 b

0,36 - 0,44 0,40 6 a 10 b 7 c 6 d

0,45 - 0,56 0,50 7 a 11 b 8 c 7 d

0,57 - 0,71 0,63 8 a 12 b 9 c 8 d

0,72 - 0,89 0,80 9 a 13 b 10 c 9 d

0,90 - 1,12 1,0 10 a 14 b 11 c 10 d

1,13 - 1,41 1,26 11 a 15 b 12 c 11 d

1,42 - 1,78 1,59 12 a 16 b 13 c 12 d

1,79 - 2,24 2,0 13 a 17 b 14 c 13 d

2,25 - 2,82 2,5 18 b

2,83 - 3,55 3,15 19 b

3,56 - 4,47 4,0 20 b

Zkoušky obrobitelnostiDoporučené nástroje pro zkoušku obrobitelnosti ocelí

Metoda obrábění

Doporučené nástroje

Soustružení Vyměnitelné destičky typu SNGN 120408 nebo SPGN 120408, slinutý karbid P20, průřez držáku 25x25 mm, úhel Xr = 70° (PN 223850.1 nebo PN 223850.2)

Vrtání Vrták 10 mm, ČSN 221140, strojní ostření s tolerancí délky ostří 0,2 mm. Pro vrtáky se slinutým karbidem doporučen druh K10.

FrézováníFrézovací hlava PN 222462.15 nebo PN 222462.25 o průměru 125 mm, početzubů 10. Po upnutí destiček je dovolené maximální házení axiální 0,03 mm,házení radiální 0,05 mm.

Doporučené řezné podmínky pro zkoušku obrobitelnostiocelových materiálů

Metoda obrábění

Řezná rychlost vc

Posuv na otáčku

Šířka záběru ostří ap

[ m.min-1 ] [ mm ] [ mm ]

Soustružení - 80, 100, 125 0,25 2,0

vyměnitelná destička SK

160, 200, 250

Vrtání RO 12, 18, 24, 30, 35

0,12

Vrtání SK 28, 36, 44, 52, 60

0,08

Frézování - 80, 110, 139 fz = 0,1 mm 2

vyměnitelná destička SK

176, 220, 278

Metodika stanovení obrobitelnosti dle „WIDIA“A - uhlíkové a legované oceli, oceli na odlitky - třída 1 až 10B – litiny - třída 11 až 18C – vysocelegované oceli - třída 21 až 26

4 Operační výrobní náklady • Obecné řešení se provede pro soustružení vnější válcové plochy• Jiné případy obrábění budou vykazovat specifické modifikace

Nop = Ns + Nv + Nnv [ Kč ]

Ns - náklady na strojní práci [ Kč ]Nv - náklady na vedlejší práci [ Kč ]Nnv - náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kus [ Kč ]

Náklady na strojní práciNs = Nsm . tAS Kč ]

tAS - jednotkový strojní čas [ min ]Nsm - náklady na minutu strojní práce [ Kč ]

Jednotkový strojní čas

L - dráha nástroje ve směru posuvu včetně náběhu a přeběhu [ mm ]n - otáčky obrobku [min-1]f  - posuv na otáčku [mm]L = ln + l + lp l – délka obráběné plochyln – délka náběhu nástrojelp – délka přeběhu nástroje

minf.n

LASt

Náklady na vedlejší práci

Nv = Nvm . tAV [ Kč ]

tAV - jednotkový vedlejší čas [ min ]

Nvm - náklady na minutu vedlejší práce [ Kč ]

Náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kusNnv = NT . zv [ Kč ]

NT - náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jednu trvanlivost [ Kč ]

zv - počet výměn nástroje vztažený na obrobení jednoho kusu

T – trvanlivost břitu nástroje [min]l – délka obráběné součástiL – dráha nástroje ve směru posuvu včetně náběhu a přeběhu

τ.TASt

vz 1Ll

τ

Po dosazení a úpravě jsou operační náklady

Kčf.n.T

L.τ.Nt.N

f.nL

.NN TAVvmsmop

5 Optimální řezná rychlost pro kriterium minimálních operačních výrobních nákladů 

• Obecné řešení se provede pro soustružení vnější válcové plochy• Jiné případy obrábění budou vykazovat specifické modifikace •  Operační výrobní náklady se vyjádří jako funkce řezné rychlosti

coptNc

opcop v...0

dv

dN...vfN

Náklady na strojní práci

Náklady na vedlejší práci Nezávisí na řezné rychlosti a nejsou tudíž funkcí řezné rychlostiNáklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kus

Operační náklady

-1c1cs v.KvfN f10

N.L.D.K

3sm

1

mc

Tc

v

cvfT 1m

c2cnv v.KvfN

T3

T2

c.f.10

.L.D..NK

1mc2V

1c1cop v.KNv.K)(vfN

Minimum funkce Nop

0v.K.1mv.Kdv

dN 2mc2

2c1

c

op

1

1/m

2

1Noptc min.m

.K1)(mK

v

1

1/m

T

smTNoptc min.m

Nτ..1)(m.Nc

v

6 Optimální trvanlivost břitu nástroje6.1 Kritérium minimálních operačních výrobních nákladů

Konkretizace pro podélné soustružení válcové plochy -D,l,L - Taylorova závislost T . vc

m = CT

optNop

op T...0dT

dN...TfN

1m1

TN2Tnvm1

TN1op T.K.NNT.KTfN

m/1T

3sm

1TNC.f.10

N.L.DK

m/1

T32TN

C.f.10

.L.DK

0T.1m1

K.NT.m.KdT

dN 2m1

TN2T

1m1

1TN1

op

minN

N.τ.1)(mT

sm

ToptN

min1)(m.τD

60NT

s

TNopt

6.2 Kritérium maximální výrobnosti

tA = tAS + tAV + tAx/QT [ min ]

tA - operační čas jednotkové práce [ min ]

tAS - jednotkový strojní čas [ min ]

tAV - jednotkový vedlejší čas [ min ]

tAx - čas jednotkové nepravidelné obsluhy [ min ]

QT - počet kusů obrobených za jednu trvanlivost nástroje [ - ]

• Konkretizace pro podélné soustružení válcové plochyD,l,L - Taylorova závislost T . vc

m = CT

optVA

A T...0dTdt

...Tft

1m1

AxTVAVm1

TN1A T.t.τ.KtT.KTft

m/1T

3TVc.f.10

L.D.K

0T.t.τ.K.1m1

T.K.m1

dTdt 2

m1

AxTV

1m1

TVA

mint .τ .1-mT AxoptV

7 Obecný postup stanovení základních řezných podmínek

• Trvanlivost břitu T• Šířka záběru ostří ap

• Posuv f• Řezná rychlost vc

DTB Technologie obrábění

Téma 10

EKONOMIKA, PRODUKTIVITA A HOSPODÁRNOST OBRÁBĚNÍ

Konec přednášky

Děkuji za pozornost