Technológia obrábania

Technológia obrábaniaObrábanieStrojné obrábanie je technologický proces pri ktorom sa realizuje zmena tvaru obrábanej súčiastky odoberaním materiálu vo forme triesok. Potrebná energia je privádzaná obvykle vo forme elektrickej energie k obrábaciemu stroju, kde sa transformuje v energiu mechanickú, využívanú pre realizáciu obrábacieho procesu. Úber triesok sa uskutočňuje na základe interakcie nástroja a obrobku za určitých technologických podmienok. Obrábacie metódy sa členia na metódy charakterizované použitým nástrojom: s definovanou geometriou reznej hrany - sústruženie, frézovanie, vŕtanie, vyvrtávanie, hobľovanie, obrážanie, preťahovanie, pretlačovanie, atď., s nedefinovanou geometriou reznej hrany - brúsenie, honovanie, lapovanie, superfinišovanie, atď. [1].

Obr. Klasifikácia procesov obrábania [2] Delenie výrobných procesov podľa ich postupného vývoja: Klasické postupy (mechanické princípy) o sústruženie, frézovanie, brúsenie, vŕtanie, ... Progresívne postupy (fyzikálne a chemické princípy) o EDM, fotochemické leptanie, ECM, LBM, ... Vylepšené, resp. inovované postupy o Hard Machining, High Speed Cutting, Dry Machining, Mikrorezanie, ...

Technológia obrábania

Obr. Rozsah použiteľnosti poznatkov o obrábaní

Tab. Klasifikácia spôsobov úberu materiálu rezaním podľa vzájomného pohybu nástroja a obrobku


Obr. Ekologický reťazec pre technológiu obrábania [2]

Základné pojmyZákladné pojmy z obrábania sú definované v norme STN 22 0010 Plochy pri obrábaní Plochy pri obrábaní vznikajú pohybom reznej hrany nástroja v obrábanom materiály. Na obrobku rozoznávame obrábanú, obrobenú a reznú plochu. Obrábaná plocha je v procese rezania nahradená obrobenou plochou. Rezná plocha vzniká bezprostredne za reznou hranou, jej zvyšky vytvárajú obrobenú plochu [7, 9].

Obr. Plochy pri obrábaní

Obr. Pohyby pri rezaní


Pohyby pri rezaní Vzájomný pohyb obrobku a nástroja voláme rezným pohybom. Zvyčajne pozostáva z hlavného pohybu a posuvu. Rýchlosť hlavného rezného pohybu bodu najviac vzdialeného od osi otáčania, v praxi voláme reznou rýchlosťou: π ⋅D⋅n vc = 1000 [m.s-1], [m.min-1] kde: D je maximálny priemer obrobku alebo nástroja. Rýchlosť posuvu pri plynulom posuve a kruhovom hlavnom pohybe je: vf = f ⋅n = fz ⋅ z ⋅n [mm.min-1] kde: z je počet zubov nástroja, n sú otáčky za minútu. f je posuv f z je posuv na zub

Obr. Posuvy posuv na otáčku pri sústružení a posuv na zub pri frézovaní Hlavné typy obrábacích strojov Hlavné typy obrábacích strojov rozlišujeme podľa: druhu hlavného pohybu (kruhový, priamočiary) druhu posuvov (kruhový, priamočiary, resp. v rovine hlavného pohybu alebo v smere kolmom na rovinu hlavného pohybu) priradenia hlavného pohybu a posuvu k obrobku alebo nástroju. Pohyby prvkov obrábacieho stroja, ktoré majú vzťah k vytváranej ploche, opíšeme pomocou šestice základných kruhových a priamočiarych pohybov: ( v x , v y , v z , wx , w y , w z ) Hlavné typy nástrojov Z hľadiska vytvárania plôch obrábaním rozhodujúcou časťou nástroja je rezný klin. Rezný klin je časť nástroja, ktorá vniká do obrábaného materiálu. Plochy rezného klina sú: čelná plocha, chrbtová plocha a vedľajšia chrbtová plocha. Podľa počtu rezných klinov rozoznávame nástroje jednoklinové (nože), viacklinové (vrtáky, výstružníky, frézy, preťahovacie tŕne, závitníky) a mnohoklinové (brúsne nástroje).


Rezná hrana je priesečnicou chrbtovej plochy a plochy čela. Rozoznávame hlavnú a vedľajšiu reznú hranu. Sú spojené polomerom hrotu alebo prechodovou reznou hranou. Tvar reznej hrany nástroja kreslíme v rovine kolmej na hlavný rezný pohyb. Ak uhol čela a uhol sklonu reznej hrany je nulový, potom v tejto rovine leží čelo (čelná plocha). Tvar reznej hrany určíme uhlami nastavenia hlavnej a vedľajšej reznej hrany a polomeru hrotu.

Obr. Rezné hrany niektorých typov nástrojov a - čelná valcová stopková fréza, b - skrutkový vrták, c - výhrubník alebo výstružník Parametre odrezávanej vrstvy Parametre odrezávanej vrstvy sú posuv, hĺbka rezu a prierez, ďalej hrúbka a šírka odrezávanej vrstvy. Posuv f je premiestnenie nástroja vzhľadom na obrobok za určitú udalosť: pootočenie obrobku alebo nástroja za otáčku, o rozstup zubov alebo po vykonaní zdvihu. Rozoznávame posuv na otáčku fot (mm/ot), na zub fz (mm/z) a na zdvih fzd (mm/zd). Rozmer posuvu je mm. Hĺbka rezu ap sa zvyčajne definuje ako vzdialenosť medzi obrábanou a obrobenou plochou v smere prísuvu. Kvôli všeobecnej platnosti rovníc budeme na výpočet parametrov odrezávanej vrstvy používať inú definíciu: hĺbka rezu je rozmer odoberaného materiálu v smere kolmom na hlavný pohyb a posuv. Prierez odrezávanej vrstvy pri sústružení, hobľovaní a obrážaní pre nulový uhol nastavenia vedľajšej reznej hrany je: S = ap ⋅ f [mm2] Pri viaczubových nástrojoch s konštantným prierezom odrezávanej vrstvy (vrtáky, výhrubníky, výstružníky, preťahovacie tŕne): S = ap ⋅ fz [mm2] Pri frézovaní prierez odrezávanej vrstvy závisí od uhla záberu: S = a p ⋅ f z ⋅ sin ϕ [mm2] Hrúbka odrezávanej vrstvy h je jej rozmer v smere kolmom ne reznú plochu. Meriame ju v rovine kolmej na hlavný pohyb. Hrúbka odrezávanej vrstvy pre jednoduché nástroje s priamou reznou hranou a bez polomeru hrotu je: h = f ⋅ sin χ r [mm] pre viaczubové nástroje s výnimkou fréz: h = f z ⋅ sin χ r a pre frézy: h = f z ⋅ sin χ r ⋅ sin ϕ [mm] [mm]


Obr. Parametre odrezávanej vrstvy Šírka odrezávanej vrstvy b je jej rozmer v smere stopy reznej plochy v rovine kolmej na hlavný pohyb. Pre nástroje s priamou reznou hranou a bez polomeru hrotu platí: ap b= sin χ r [mm]

Teplota rezaniaDeformačná práca a práca trenia v procese rezania sa mení na teplo. Trom oblastiam deformácie v koreni triesky zodpovedajú tri pramene vzniku tepla. Teplo z týchto miest prúdi do chladnejších miest. Je odvádzané trieskou, rezným klinom, obrábaným materiálom a

okolím (chladiacim médiom). Na začiatku práce rezania obrábaný materiál aj rezný klin majú teplotu okolia. Tejto teplote zodpovedajú ich mechanické a fyzikálne vlastnosti. Teplo z prvotnej oblasti deformácie je odvádzané vedením a sálaním, ale najmä materiálovým tokom (trieskou). V tejto oblasti teplo pôsobí vždy na nové "studené" objemy materiálu. Preto teploty v tejto oblasti sú pomerne nízke, okolo 300°C. Po krátkom časovom úseku rezania s rezným klinom prichádzajú do styku už zohriate elementy materiálu. Zo začiatku sú ochladzované ešte pomerne studeným rezným klinom, ktorý stačí odvádzať teplo. Povrchová teplota rezného klina v miestach dotyku sa rýchlo zvyšuje, kým nenastáva rovnováha medzi zdrojmi a odvodom tepla. Vzniká stacionárne teplotné pole s maximálnymi teplotami do 1000 °C, ba i viac [7, 9]. Teplotné pole rezného klina Teplotové pole rezného klina vieme veľmi presne modelovať. Prvé metódy boli analógia polí a analógia sietí, dnes používame metódu konečných prvkov (číslicovú simuláciu). Experimentálne a vypočítané hodnoty ukazujú dobrú zhodu. Teplotové pole rezného klina je na Obr. 46. Miesto maximálnych teplôt závisí od charakteru triesky. Pri obrábaní húževnatých materiálov je trieska spojitá. Teplotové pole je výrazne ovplyvnené aj teplom z trenia. Maximálne teploty sú na čelnej ploche v určitej vzdialenosti od reznej hrany. Pri obrábaní krehkých materiálov je trieska drobivá, odskakuje od čela. Trenie triesky o čelo je malé a rezné prostredie má dobrý prístup. Preto maximálne teploty sú na reznej hrane alebo na chrbte v bezprostrednej blízkosti reznej hrany.


Obr. Teplotné pole rezného klina pri obrábaní húževnatých materiálov Teplota myslených bodov rezného klina aj obrábaného materiálu v koreni triesky je rôzna. Od tejto skutočnej hodnoty teploty treba rozlíšiť tzv. teplotu rezania. Je to stredná teplota dotykových miest obrábaného a rezného materiálu. Tepelná bilancia Tepelná bilancia vychádza zo zákona zachovania energie. Mechanická energia potrebná na rezanie sa mení prevažne na teplo. Deformačná práca v koreni triesky, práca trenia na čele a na chrbte sa mení na teplo a je odvedené trieskou, rezným klinom (nástrojom), obrábaným materiálom a okolím. Sú názory, že nepatrná časť energie rezania sa spotrebuje aj na vytváranie nových povrchov. Tepelná bilancia porovnáva privádzanú energiu (100%) a odvádzanú energiu. Je to pomerné množstvo tepla odvedené obrobkom, nástrojom, trieskou a okolím (a prípadne energia vytvárania nových povrchov). Vyjadrenie množstva privádzanej energie a kanálov jej spotreby (odvádzania) voláme tepelná bilancia. Pomer množstva tepla odvádzaného trieskou, nástrojom, obrobkom a okolím závisí najmä od reznej rýchlosti. So zvyšovaním reznej rýchlosti klesá množstvo tepla odvádzané obrobkom (pri vysokých rezných rýchlostiach obrobok je studený), zvyšuje sa množstvo tepla odvádzané trieskou a nástrojom (hrot nástroja a trieska sú dokonca žeravé). Pri týchto úvahách treba mať na mysli, že so zvyšovaním reznej rýchlosti sa zväčšuje privádzané množstvo energie. Preto zmenšenie podielu môže znamenať v absolútnych jednotkách viac. Rozhodujúcim faktorom je teplota rezania. Vplyv teploty na vlastnosti obrábaného a rezného materiálu Elementy rezného klina v procese rezania sú vystavené pomerne dlhodobému účinku teploty. Ich vlastnosti v procese rezania sú preto podstatne iné ako pri izbovej teplote.

Obr. Vplyv teploty rezania na tvrdosť rýchloreznej ocele (RO) a spekaného karbidu (SK)


Elementy obrábaného materiálu sú v procese rezania vystavenému krátkodobému účinku teploty. Teplota preto málo ovplyvňuje ich vlastnosti. Spolupôsobí tu aj deformácia a

deformačná rýchlosť, ktoré zvyšujú mechanické vlastnosti obrábaného materiálu. Výnimky vznikajú pri vŕtaní, frézovaní, brúsení a pod. Rezné kliny pôsobia na tie isté miesta reznej plochy vo veľmi krátkych časových intervaloch. Preto elementy tu uložené majú už pred odrezávaním podstatne vyššiu teplotu ako izbovú. Opotrebovanie Opotrebovanie je strata pôvodného geometrického tvaru rezného klina. Môže byť spojené aj so zmenou mechanických vlastností. Čiastkové intenzity opotrebovania môžeme odhadnúť výpočtami.

Obr. Hypotetický priebeh výslednej intenzity opotrebovania a jej zložiek 1 - intenzita mechanicko-brúsneho, 2 - molekulárno-adhézneho, 3 - chemicko-difúzneho, 4 - výsledného opotrebovania V konkrétnych podmienkach rezania nepôsobia vždy všetky mechanizmy opotrebovania rovnakou mierou. Mechanizmy opotrebovania v rôznych bodoch dotyku rezného klina a materiálu môžu byť rôzne. To, ktorý mechanizmus s akou mierou sa prejaví v danom bode, závisí okrem konkrétnych vlastností obrábaného a rezného materiálu, od prítomnosti rezného prostredia, od teploty povrchu rezného klina a od vzájomnej rýchlosti pohybu. Časový priebeh opotrebovania Opotrebovanie je proces prebiehajúci v čase. Hodnotenie procesu opotrebovania rezného klina vyžaduje merať opotrebovanie a čas práce nástroja. Hovoríme o časovom priebehu opotrebovania.

Obr. Časový priebeh šírky plôšky opotrebovania na chrbte (VB), hĺbky žliabku na čele (KT) a rozmerového opotrebovania (KVs)

Technológia obrábania Na časovom priebehu šírky plôšky opotrebovania chrbta rozoznávame tri pásma: zábehové pásmo, pásmo normálneho opotrebovania, pásmo zrýchleného opotrebovania.

Trvanlivosť reznej hrany Trvanlivosť reznej hrany definujeme ako čas opotrebovania rezného klina na vopred zvolenú hodnotu opotrebovania. Čas opotrebovania obvykle udávame v minútach. V prevádzkových podmienkach často používame ako mieru trvanlivosti aj počet kusov obrobených nástrojom do jeho otupenia. Túto trvanlivosť označujeme ako trvanlivosť v kusoch T k. Medzi trvanlivosťou v minútach a trvanlivosťou v kusoch Tk je jednoduchý vzťah: T = Tk ⋅ t c kde: tc je čas rezania na jednom obrobku.

Obr. Vzťah volenej hodnoty opotrebovania a trvanlivosti reznej hrany Životnosť nástroja Súčet trvanlivosti reznej hrany nástroja od prvého nasadenia až po jeho vyradenie voláme životnosťou. Ž=ΣT Ak je trvanlivosť reznej hrany nástroja pri jednotlivých nasadeniach rovnaká, potom životnosť nástroja dostaneme ako súčin počtu nasadení z a trvanlivosti T: Ž = z .T Životnosť určujeme v minútach alebo (napr. pri preťahovaní) aj počtom kusov. Podľa volenej miery životnosti volíme v rovnici pre jej výpočet mieru trvanlivosti podľa reznej hrany. Výsledky experimentálneho výskumu vedú k poznatku, že závislosti trvanlivosti od parametrov rezania nemajú monotónne stúpajúci alebo klesajúci charakter, ale vykazujú extrém So zmenou parametrov sa mení teplota rezania a intenzita opotrebovania. Táto skutočnosť neumožní jednou empirickou rovnicou exponenciálneho tvaru vyjadriť vplyv trvanlivosti v celom rozsahu zmeny voleného parametra. Zvyčajne postupujeme tak, že analyticky vyjadríme len časť závislosti, ktorá zodpovedá v praxi použitej tzv. pracovnej oblasti parametrov a uvedieme rozsah platností (interval zmeny parametrov). Trvanlivosť zvyčajne vyjadríme ako funkciu reznej rýchlosti vc, posuvu f a hĺbky rezu ap. Najčastejšie používaný tvar empirickej rovnice je C T = m X T YT vc ⋅ a p T ⋅ f kde: CT, m, xT, yT sú konštanty. Tento tvar tiež býva nazývaný ako rozšírená Taylorova rovnica. Vplyv ostatných parametrov je zahrnutý do konštanty CT. Preto pre použiteľnosť empirickej (štatistickej) rovnice trvanlivosti treba poznať nielen intervaly zmeny parametrov vc, ap, f, pre


10

ktoré boli konštanty stanovené, ale aj ostatné podmienky práce (druh obrábaného a rezného materiálu, geometriu nástroja, použité pracovné prostredie) a najmä volenú mieru opotrebovania, pre ktorú bola trvanlivosť stanovená. Na vyjadrenie vplyvu ostatných parametrov používame opravné súčinitele. Označujeme ich obdobne ako opravné súčinitele rezných síl. Trvanlivosť často vyjadrujeme ako funkciu jediného parametra - reznej rýchlosti. Potom rovnica trvanlivosti má tvar T ⋅ vcm = CT kde: m zohladňuje vplyv komplexných podmienok rezania (obrábania), ako: rezného materiálu, obrobiteľnosti materiálu, geometrie rezných častí nástroja, stav povrchu (liata kôra a pod.), tuhosť sústavy SNOP... Drsnosť rezného a obrobeného povrchu Povrchy, ktoré vznikajú pri obrábaní, sú tieto: 1. rezná plocha, vzniká bezprostredne za reznou hranou nástroja, 2. obrobená plocha, vzniká za hrotom nástroja v smere posuvu. Tieto povrchy vykazujú stopy po nástroji. Rozoznávame štyri skupiny príčin: 1. Zobrazením tvaru reznej hrany do obrábaného materiálu. Drsnosť ideálneho profilu obrobenej plochy voláme teoretickou alebo kinematickou drsnosťou. Rezná hrana nie je však ideálne hladká, preto ani profily reznej hrany alebo obrobenej plochy nebudú hladké, ale budú od ideálneho tvaru vykazovať niektoré odchýlky.

Obr. Zobrazenie tvaru a - ideálnej, b - skutočnej reznej hrany do obrábaného materiálu 2. Plastickými deformáciami spojenými so vznikom triesky. Pri rezaní je obrábaný materiál v blízkosti reznej hrany plasticky a pružne deformovaný. Časti obrábaného materiálu adhéznymi silami prilipnú na reznú hranu a menia jej pôvodný tvar. Môže vznikať aj nárastok. Ak vzniká nárastok, jeho časti odchádzajú aj reznou plochou. 3. Chvením. Proces rezania je vždy spojený s kmitaním. Kmitanie reznej hrany ovplyvňuje skutočný vzájomný pohyb obrobku a nástroja, a tým aj tvar reznej plochy a drsnosť obrobeného povrchu. 4. Poškodením povrchu náhodnými javmi, napr. odchádzajúcou trieskou, rýchloposuvom noža po obrobenom povrchu a pod. Takto vzniká drsnosť obrobeného povrchu pri jednoklinových nástrojoch. Pri viac a mnohoklinových nástrojoch (skrutkových vrtákoch, frézach, brúsiacich nástrojoch), má svoje zvláštnosti. Rezné hrany nie sú umiestnené pravidelne. Za sebou nasledujúce rezné hrany viacklinových nástrojov kvôli nepresnosti ostrenia a hádzania vretena obrábacieho stroja sa zobrazujú v obrábanom materiále. Profil vytvorený hrotom nástroja sa cyklicky opakuje nie po posuve na zub, ale po posuve na otáčku. Umiestnenie zŕn (ich hrotov a rezných hrán) v brúsiacom nástroji je náhodné.


11

Obr. Vplyv hádzania zubov frézy na drsnosť povrchu a - ideálny profil bez vplyvu hádzania, b - skutočný profil (silná čiara) Vyjadriť vplyv reznej rýchlosti, posuvu, polomeru hrotu atď. na drsnosť povrchu exponenciálnou rovnicou vyžaduje zaviesť intervaly, v ktorých drsnosť monotónne stúpa alebo klesá. Potom pre tieto intervaly zmeny parametrov môžeme vyjadriť ich vplyv na drsnosť povrchu rovnicou typu Ra = C Ra . f yRa .vcz Ra .rεqRa kde CRa, yRa, zRa, qRa sú empiricky stanovené konštanty. Vplyv ostatných parametrov rezania, ako napr. opotrebovanie uhla čela a pod., zvyčajne vyjadríme pomocou opravných súčiniteľov. Opravnými súčiniteľmi vyjadríme aj vplyv zmeny vlastností obrábaného a rezného materiálu, pochopiteľne iba v určitom intervale týchto zmien. Pri väčších zmenách vlastností dostatočná

presnosť vypočítaných výsledkov vyžaduje uvažovať nielen so zmenou konštanty CRa, ale aj so zmenou exponentov [7].

Obrobiteľnosť a reznosťEfektívnosť operácií obrábania významným podielom závisí od obrobiteľnosti konštrukčných materiálov a reznosti nástrojových materiálov, t.j. od intenzity spolupôsobenia tejto dvojice faktorov v procese rezania. Tento je charakterizovaný spolupôsobením chemických, fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností obrábaného materiálu, vzťahujúcich sa k pojmu "obrobiteľnosť materiálu" a týchže vlastností, avšak rozdielnej kvality nástrojového materiálu, vzťahujúcich sa k pojmu "reznosť nástrojového materiálu"

Obr. Koreň triesky a - oblasť transformácie odrezávanej vrstvy materiálu na triesku, b, c - deformácie v oblasti styku čelnej a chrbtovej plochy rezného klina s obtekajúcim materiálom obrobku, I, II - zóny malých plastických deformácií


12

Obrobiteľnosť Termínom "obrobiteľnosť" označujeme vlastnosti okamžitého termodynamického stavu plasticky deformovaného materiálu v oblasti koreňa triesky (Obr. 68), v okamihu transformácie odrezávanej vrstvy materiálu na triesku a vznikajúcich nových povrchov reznej a obrobenej plochy, v jej prípade tiež vytvárajúca sa integrita povrchu (komplexná akosť povrchu a povrchovej vrstvy). Uvažovaný termodynamický stav plasticky deformovaného materiálu sa vytvára v dôsledku spolupôsobenia takých chemických, fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností, ktoré spolupôsobia s rovnakými vlastnosťami nástroja v procese rezania. Intenzitu tohto spolupôsobenia a tým aj kvalitu uvažovaného stavu, určujú rezné podmienky, z nich najmä rezná rýchlosť ako aj rezné prostredie, pôsobiace ako termodynamické faktory. Existencia termodynamického stavu plasticky deformovaného materiálu v uvažovanej oblasti úzko súvisí a pôsobí vo vzájomnej podmienenosti s pracovnými vlastnosťami nástroja. Tieto sú významne závislé od reznosti jeho nástrojového materiálu. Obrobiteľnosť ako sme ju charakterizovali, je tzv. komplexná obrobiteľnosť - súhrn vlastností, ktoré nemožno vyjadriť jedným technickým parametrom či kritériom, ale viacerými dohodnutými kritériami. Každé z týchto kritérií vymedzuje pojem obrobiteľnosti na celkom určité špecifické vlastnosti obrábaného materiálu, akými sa prejavuje v procese rezania vzhľadom na technologické a ekonomické požiadavky výroby. Sú to účelovo - vzťažné kritériá a obrobiteľnosť ako technologická vlastnosť materiálu, na ktorú sa niektoré z nich vzťahuje, je účelovo - vzťažná obrobiteľnosť [7]. Pre potreby praxe i výskumu najvýznamnejšie kritériá obrobiteľnosti sú: 1. Rezná rýchlosť (vc[m.min-1]) pri dohodnutej trvanlivosti (T [min]) a zvolenom kritériu opotrebenia VBB [mm] resp. KT [mm]. Obrobiteľnosť podľa reznej rýchlosti (kinetická obrobiteľnosť) je účelovo- vzťažnou obrobiteľnosťou. Je tým lepšia, čím vyššia je rezná rýchlosť pri ináč rovnakých podmienkach obrábania. 2. Merný rezný odpor (kc [MPa]). Pri obrábaní materiálov rôznych fyzikálno mechanických vlastností sa mení rezný tlak na nástroj a výkon potrebný na rezanie. Z týchto dôvodov možno použiť merné rezné odpory ako účelovovzťažné kritérium obrobiteľnosti materiálov. V tomto prípade hovoríme o obrobiteľnosti podľa rezných materiálov (dynamická obrobiteľnosť). Toto kritérium obrobiteľnosti neplatí všeobecne. Platí len pre chemicky príbuzné materiály s rovnakým tepelným spracovaním. 3. Drsnosť obrobeného povrchu (mikrotopografia). Obrobiteľnosť podľa tohto kritéria hodnotí materiál z hľadiska schopnosti vytvárať obrábaním akostné povrchy v širokom rozsahu rezných rýchlostí. 4. Tvorenie a

tvarovanie triesky. Toto kritérium obrobiteľnosti materiálu ho hodnotí podľa jeho schopnosti vytvárať pri danom spôsobe a štandardných podmienkach obrábania vyžadovaný tvar triesky. Obrobiteľnosť podľa tvorenia a tvarovania triesky je účelovovzťažná obrobiteľnosť. Má veľký význam z hľadiska potrieb automatizácie operácií obrábania. Reznosť nástrojových materiálov Súhrn vlastností nástrojových rezných materiálov, vplývajúcich na fyzikálne a technologické charakteristiky procesov obrábania (rezania) a ich ekonomickú efektívnosť, označujeme termínom "reznosť". Je to pojem relatívny, keďže jej úroveň nevieme vyjadriť priamo, ani vyhodnotiť v technických jednotkách, ale len prostredníctvom obrobiteľnosti porovnávacích (etalónových) materiálov. Vo vzťahu k obrobiteľnosti materiálov je pojem reznosť zašifrovaný v pojme "pracovné vlastnosti nástroja". To dovoľuje ju charakterizovať ako súhrn chemických, fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností, ktorými sa nástroj prejavuje v procese rezania proti rôznym mechanizmom opotrebúvania jeho reznej časti v


13

priebehu jeho spolupôsobenia s materiálom obrobku. Intenzitu tohto spolupôsobenia určuje úroveň rezných podmienok a kvalita rezného prostredia. Vychádzajúc z analýzy faktorov a ich vzťahu k reznosti nástrojových materiálov, treba konštatovať: 1. Reznosť nástrojových materiálov je jedným z najvýznamnejších faktorov, určujúcich a hodnotiacich pracovné vlastnosti nástrojov. Jej dôsledné využitie v systéme "nástroj" predpokladá najmä: a. správnu voľbu rezných materiálov pre uvažované operácie obrábania a ich špecifické zvláštnosti, b. zohľadniť charakter operácií a podmienky ich realizácie (hrubovacie či dokončovacie obrábanie, prerušovaný rez, tvrdá kôra odliatkov, pripečený piesok na povrchu odliatkov...), c. zabezpečiť technickú úroveň obnovy rezných vlastností nástrojov ich ostrením, d. uplatňovať konštrukčno-technologické charakteristiky obrábacích strojov, resp. automatizovaných obrábacích sústav. 2. Uvedeným bodom treba podriadiť voľbu rezných podmienok a rezného prostredia (obrábanie za "sucha" či s využitím rezných kvapalín). 3. Prostredníctvom reznosti ako špecifickej vlastnosti jednotlivých druhov nástrojových materiálov a presne definovaných podmienok hodnotiacich skúšok a ich vyhodnotení určuje sa najmä: a. relatívna obrobiteľnosť kovových materiálov; b. triedia sa rezné materiály podľa vhodnosti použitia pre rôzny charakter operácií obrábania, ako napr.: triedenie spekaných karbidov (SK) podľa odporúčania ISO, hodnotenie rýchlorezných ocelí (RO), reznej keramiky (RK) na báze oxidu hliníka a silíciumnitridu ako aj supertvrdých materiálov (diamant a polykryštalický kubický nitrid bóru); c. voľba geometrických parametrov reznej časti nástrojov a ich konštrukcia ako celku, zohľadňujúc pritom druh operácie obrábania, obrobiteľnosť materiálu polovýrobku, jeho tvar, rozmery, stav povrchu (napr. kôra, pripečený piesok a pod.) ako aj kvalita rezného prostredia; d. optimalizácia rezných podmienok a voľba rezného prostredia so zreteľom na využitie výkonu moderných obrábacích sústav. Efektívne využívanie rezných materiálov vyžaduje skúmať a poznávať ich aktívne a pasívne technologické vlastnosti. Reznosť nástrojových materiálov vyjadrujeme koeficientom reznosti: v k = c15 vce15 kde: vc15 je rezná rýchlosť dosiahnutá skúšaným (hodnoteným) rezným materiálom, pri trvanlivosti reznej hrany T = 15 min a VB = 0,3 mm vce15 je rezná rýchlosť dosiahnutá etalónovým rezným materiálom, pri trvanlivosti reznej hrany T = 15 min a VB = 0,3 mm, dosiahnutá pri rovnakých podmienkach skúšok reznosti. Hodnoty vc15 a vce15 určíme z diagramov T - vc závislosti pre príslušné rezné materiály. Takto určená reznosť nástrojových materiálov je označovaná ako reznosť relatívna.


14

Nástrojové rezné materiályRozdielne podmienky realizácie procesov obrábania vyvolávajú potrebu širokého sortimentu rezných materiálov rôznych chemicko-fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností. Túto potrebu v súčasnosti pokrývajú rezné materiály rôznych druhov spekaných karbidov, rýchlorezných ocelí, keramických rezných materiálov, stellitov a supertvrdých rezných materiálov. Spekané karbidy (SK) Sú to prirodzene tvrdé rezné materiály, vyrobené spekaním karbidov ťažkotaviteľných kovov: volfrámkarbidov (WC), titánkarbidov (TiC), tantalkarbidov (TaC), nióbkarbidov (NbC), molybdénkarbidov (MoC), a kobaltu (Co) ako spojovacej fázy. Rýchlorezné ocele (RO) Sú to vysokolegované ocele. Hlavné prísadové prvky volfrám (W), molybdén (Mo), vanád (V) a chróm (Cr) sú karbidotvorné, kobalt (Co) zvyšuje stálosť proti popusteniu a tvrdosť za tepla. K zvyšovaniu odolnosti proti popusteniu prispievajú taktiež prvky karbidotvorné, postupne v poradí Cr - Mo - W - V. Keramické rezné materiály (rezná keramika - RK) Túto skupinu nástrojových materiálov v súčasnosti predstavujú: keramické rezné materiály na báze oxidu hliníka - Al2O3, siliciumnitridová keramika - Si3N4, Ich zavádzanie do výroby si vynútili požiadavky a okolnosti: znížiť spotrebu spekaných karbidov pre obmedzené zdroje deficitných prvkov na ich výrobu, najmä volfrámu, tantalu a kobaltu; prudký vývoj chemicko-fyzikálnych, mechanických a technologických vlastností, určujúcich ich reznosť, dovoľuje značnou mierou nahradiť spekané karbidy. Cermety Táto skupina rezných materiálov bola pôvodne označovaná ako "bezvolfrámové" spekané karbidy. Pozostávajú: z tvrdej nekovovej (keramickej) fázy, ktorú tvorí titánkarbonitrid TiCN, prípadne aj doplňujúce zložky: karbidy WC, TaC a nitridy TaN. Tieto zložky cermetov sú nositeľmi oteruvzdornosti: zo spojovacej fázy, ktorou býva nikel (Ni), molybdén (Mo) alebo kobalt (Co). Cermety vynikajú vysokou chemickou stálosťou - odolnosťou proti oxidácii a parazitným difúznym reakciám. Pevné povrchové oxidické vrstvičky obmedzujú adhéziu, čo vedie k zníženiu tvorby nárastku. Sú vhodné k obrábaniu nízkouhlíkových a nehrdzavejúcich ocelí. Povlakované rezné materiály Povlakovanie vybraných druhov SK a RO oteruvzdornými povlakmi s vysokou odolnosťou proti pôsobeniu mechanizmov opotrebúvania významne zvyšuje ich rezné vlastnosti reznosť. K zvyšovaniu reznosti platničiek SK a nástrojov z RO sa na ne nanášajú oteruvzdorné povlaky. Používajú sa dve základné metódy povlakovania: CVD (Chemical Vapor Deposition), pri ktorej sa povlak nanáša chemicky v plynnom prostredí z plynnej fázy pri teplote cca 1000 °C. Je vhodná len pre povlakovanie platničiek SK. Povlak sa skladá z viacerých tenkých vrstvičiek rôznych zlúčenín


15

prvkov: Ti, V, Hf, Ta, Zr a Al s prvkami B, N, C a O. Hrúbka povlaku býva 5 až 10 μm. PVD (Physical Vapor Deposition). Metóda sa používa na povlakovanie nástrojov z RO i SK. Komponenty povlaku (TiN) sa počas reakcie, ktorá nemá prekročiť 550 °C, nachádzajú v tuhom stave. Povlakovaním sa v oboch prípadoch dosiahne: Vysoká odolnosť proti opotrebúvaniu pri nízkych i vysokých teplotách rezania v dôsledku vysokej tvrdosti povlakov. Vysoká chemická stálosť, zabraňujúca oxidácii a chemicko-difúznym reakciám pri práci s SK nástrojmi. Ochrana základného rezného materiálu proti tepelnému zaťaženiu povlakom s malou tepelnou vodivosťou. Povlak znižuje hodnotu súčiniteľa trenia. Zachováva sa

rozmerová presnosť nástroja. Potlačuje sa tvorba nárastku. Povlak zvýšením trvanlivosti nástroja zvyšuje technologicko-ekonomický efekt obrábania znižovaním časových strát na jeho výmenu a z časov prestoja stroja. Prírodné diamanty - D Technický diamant pozostáva z uhlíka s nepatrným množstvom prímesí. Na rozdiel od rôznych foriem uhlíka (napr. grafit zrnitý, vločkový, lupienkový s analogickou štruktúrou) má kryštalickú stavbu. Technické diamanty sa používajú na výrobu rôznych druhov diamantových brúsnych kotúčov, rezných teliesok pre jemné sústruženie a vyvrtávanie farebných kovov, honovacích nástrojov a pod. Syntetické diamanty (monokryštály) - SD Syntetické diamanty sa vyrábajú kryštalizáciou uhlíka za vysokých teplôt a tlakov. Z hľadiska chemického zloženia, stavby, tepelnej stability, tepelnej vodivosti a mernej hmotnosti sa nelíšia od prírodných. Vysoká tvrdosť a vyhovujúca pevnosť im zabezpečuje vysokú reznosť, ktorá prevyšuje aj reznosť prírodných diamantov. Nie sú vhodné na obrábanie materiálov, pri ktorých sú vystavené vysokému tepelnému namáhaniu. Kubický nitrid bóru - KNB (CBN) Je to syntetický, veľmi tvrdý materiál (chemický vzorec N2B3), vyrobený v podstate rovnakou technológiou ako syntetické diamanty, kryštalizáciou hexagonálneho nitridu bóru za vysokých tlakov a teplôt. Jeho chemické zloženie: 56.4% N, 43.6% B. Je to materiál s riaditeľnými fyzikálnymi vlastnosťami podľa východiskových zložiek a parametrov syntézy. Veľká tvrdosť, dobrá tepelná vodivosť, vysoká odolnosť proti tepelnému namáhaniu a chemická inertnosť k železu a jeho zliatinám sú príčinou, že KNB má výrazne nižšie adhézne a difúzne opotrebenie v porovnaní s diamantom. Pri brúsení treba používať rezné kvapaliny, nie však na báze vody, pretože v tomto prípade pri teplotách okolo 800°C sa KNB začína rozkladať na kyselinu bórovú a čpavok. Polykryštalické veľmi tvrdé materiály - PKVTM Sú to materiály vyrábané za rôznych termodynamických podmienok, charakterizované vysokými tlakmi a teplotami (7 GPa a 2000°C) vo vysokotlakových zariadeniach. Obsahujú viac ako 95% veľmi tvrdých materiálov, t.j. diamantov či kubického nitridu bóru, zvyšok je spojivo (kovové - TiC, novšie keramické) [7, 10].


16

Rezné prostredie (rezné kvapaliny)Efektívne využitie nástrojov, obrábacích strojov ako aj kvalita operácií obrábania, sú významne závislé od použitého rezného prostredia, odpovedajúceho predmetným operáciám. Vhodné použitie rezných kvapalín umožňuje: zvýšiť úroveň ekonomického využitia nástrojov a strojov a v tej súvislosti zvýšiť výkon obrábania (QV, QA), pri zachovaní rezných podmienok zvýšiť trvanlivosť nástroja, obmedziť tvorenie nárastku, kladne pôsobiť na integritu povrchu, chladiť nástroj a obrobok, odvod triesok z pracovného priestoru (pri vŕtaní hlbokých dier), pri brúsení zabrániť zanášaniu brúsneho kotúča, podobne aj pri honovaní a superfinišovaní. Aby rezná kvapalina spĺňala uvedené funkcie, musí mať vhodné chemické zloženie, ktoré jej zabezpečí základné exploatačné vlastnosti, t.j.: chladiaci účinok (rýchly odvod tepla z oblasti jeho vzniku a tým znížiť tepelné zaťaženie nástroja), mazací účinok, t.j. schopnosť znížiť súčiniteľ trenia, čistiaci účinok, vyplachovací účinok. Vyžadované vlastnosti rezných kvapalín Chladiace a mazacie účinky rezných kvapalín sú podmienené ich chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami: vysokým merným teplom, vysokým výparným teplom, vysokou zmáčavosťou, priľnavosťou a penetračnou schopnosťou, schopnosťou dostatočne rýchlo vytvárať vhodné chemické zlúčeniny s kovmi obrobku a nástroja, malou penivosťou. chemicky stále a schopné regenerácie, schopné aspoň krátkodobo konzervovať súčiastky proti korózii, zdravotne nezávadné, nepoškodzovali náter stroja, lacné. Univerzálna rezná kvapalina nejestvuje,

preto sa používa viac druhov, ktoré sa volia podľa druhu operácie obrábania a pracovných podmienok. Ich účinok je značne ovplyvňovaný privedeným množstvom, tlakom a spôsobom prívodu. Účinok chladiaco-mazacej kvapaliny na zníženie koeficientu trenia medzi nástrojom a obtekajúcim ho materiálom obrobku nemožno odvodzovať pri stredných a vyšších rezných rýchlostiach len od uplatnenia normálneho hydrodynamického účinku kvapaliny. Za teplôt a tlakov, ktoré sú v reznej oblasti, kovy reagujú s predmetnými látkami neobyčajne rýchlo. Aktívne látky sú viazané valenčnými silami kovu na povrchu a prenikajú i do povrchovej vrstvy difúziou, pričom sa udáva, že difúzny koeficient tohto pochodu je proti normálnym podmienkam kontaktu zväčšený až miliónkrát, takže difúzna rýchlosť v týchto povrchových vrstvách dosahuje rádovo rýchlosti obrábania. Na povrchu obrábaného kovu i nástroja sa vytvára film zlúčenín, ktoré majú


17

podstatne menšiu pevnosť v šmyku než kov obrobku, preto pôsobí priaznivo na zníženie koeficientu trenia [7].

Klasické postupy obrábaniaSústruženieSústruženie je rezanie obvykle nástrojom s jednou reznou hranou. Zaraďuje sa medzi najjednoduchšiu formu rezania, ale na druhej strane je najrozšírenejšou metódou v strojárskej praxi. Pri sústružení sa otáča obrobok a nástroj sa obyčajne pohybuje priamočiaro. Hlavný rezný pohyb je rotačný. Posuvný pohyb je priamočiary a koná ho nástroj. Prísuvom sa nastavuje hĺbka rezu, t.j. hrúbka odrezávanej vrstvy. Pri pozdĺžnom sústružení je prísuv daný nastavením nástroja v smere kolmom na os obrobku, pri čelnom sústružení v smere rovnobežnom s osou obrobku. Sústružením sa dajú obrábať vonkajšie a vnútorné valcové, kužeľové i tvarové plochy, rovinné čelné plochy a zápichy. Medzi ďalšie operácie patrí vŕtanie, vyvrtávanie, vystružovanie, rezanie závitov, vrúbkovanie, hladenie, leštenie, a pod [4, 5, 9]. Stroj - sústruh Sústruhy sa rozdeľujú na hrotové, čelné, revolverové, zvislé (karusely), poloautomatické, automatické a CNC sústruhy.

Obr. Hlavné časti sústruhu 1 - vreteník, 2 - suport, 3 - koník, 4 - elektromotor, 5 - nožová hlava, 6 - kryt prevodovej skrine, 7 - ochranný sklopný kryt, 8 - ochranný kryt skľučovadla Nástroj - sústružnícky nôž Sústružnícke nože musia mať dobré rezné vlastnosti, musia byť tvrdšie ako obrábaný materiál, primeranej húževnatosti, dostatočne pevné a odolné voči opotrebeniu, najmä pri vyšších teplotách. Delenie sústružníckych nožov: podľa technologického hľadiska - radiálne, prizmatické, kotúčové, tangenciálne, podľa tvaru telesa - priame, vyhnuté, ohnuté, osadené, podľa smeru pohybu - pravé, ľavé, súmerné, podľa spôsobu obrábania - pre obrábanie vonkajších plôch, pre obrábanie vnútorných plôch,

Technológia obrábania podľa spôsobu výroby - celistvé (rýchlorezná oceľ), so spájkovanými reznými platničkami, s vymeniteľnými reznými platničkami.

18

Obr. Sústružnícke nože so spájkovanými reznými platničkami

Obr. Sústružnícke nože s vymeniteľnými reznými platničkami od firmy Pramet Tools [3]

FrézovanieFrézovanie je najrozšírenejšia metóda obrábania rovinných a tvarových plôch na nerotačných obrobkoch. Je to flexibilná a vysokovýkonná metóda výroby rovinných, tvarových plôch a drážok. Predstavuje komplexný spôsob obrábania. Vyniká veľkou rozmanitosťou strojov, nástrojov a vyrobených dielcov. Je to metóda strojného obrábania nástrojmi s viacerými reznými hranami (zubami), pričom každá uberá


19

určité množstvo materiálu. Hlavný pohyb je rotačný pohyb nástroja, vedľajší pohyb je priamočiary, kolmý alebo rovnobežný s osou vretena stroja a koná ho obrobok. Výsledná dráha týchto pohybov t. j. dráha jedného rezného klina vzhľadom k obrobku je cykloida. Rezný proces je prerušovaný, každý rezný klin odrezáva triesku s priemernou hrúbkou. Podľa spôsobu záberu frézy (nástroja) do materiálu sa rozoznáva frézovanie obvodové a frézovanie čelné. Frézovanie obvodom sa používa pri práci s valcovými a tvarovými frézami. Zuby valcovej frézy sú len po obvode nástroja. Záber frézy vyjadrený záberovou veličinou ae, je kolmý na os frézy a na smer posuvu vf. Podľa spôsobu tvorenia triesky sa valcové frézovanie delí na súbežné a protibežné frézovanie. Pri súbežnom frézovaní zub frézy začína odrezávať maximálnu hrúbku triesky, pri protibežnom zub zaberá postupne od nulovej po maximálnu hrúbku odrezávanej vrstvy. Čelné frézovanie sa používa pri frézovaní frézovacími hlavami. Záber frézy je v smere osi frézy [8, 9, 10].

Obr. Valcové frézovanie: a) protibežné, b) súbežné

Obr. Výroba plôch frézovaním Stroj - frézovačka Prestavujú široký sortiment a podľa konštrukcie sa delia na vodorovné, zvislé, ktoré môžu byť konzolové alebo stolové, na rovinné a špeciálne napr. na výrobu ozubených kolies. Moderná výroba používa NC a CNC frézovacie centrá a vysokorýchlostné frézovacie stroje.


20

Obr. Zvislá konzolová fréza 1 - základňa, 2 - stojan, 3 - konzola, 4 - priečne vedenie, 5 - pozdĺžny pracovný stôl, 6 - naklápací vreteník, 7 - kruhová základňa vreteníka Nástroj - fréza Frézy sú viacklinové nástroje so zubami usporiadanými na valcovej, kužeľovej alebo inej tvarovej ploche a tiež na čelnej ploche reznej časti. Podľa geometrického tvaru sa delia na valcové, čelné valcové, kotúčové, drážkovacie, uhlové, tvarové (na frézovanie ozubených kolies), kopírovacie a na frézovacie hlavy. Podľa upínania sa delia na stopkové a nástrčné. Stopkové frézy s kužeľovou stopkou sa upínajú pomocou redukčných puzdier priamo do upínacieho kužeľa vretena stroja, frézy s valcovou stopkou do upínacej hlavičky. Nástrčné frézy sa upínajú pomocou krátkych alebo dlhých upínacích tŕňov tak isto do vretena stroja. Dlhé aj krátke frézovacie tŕne sú na jednom konci ukončené kužeľovou stopkou, ktorou sa upínajú do vretena stroja. Krútiaci moment sa prenáša perom v drážke tŕňa a frézy. Poloha frézy sa vymedzuje dištančnými krúžkami. Dlhý upínací tŕň je ukončený vodiacim puzdrom,

za ktoré sa upevňuje na výsuvné rameno vodorovnej frézovačky. Krátke frézovacie tŕne sa používajú na letmé upnutie obvykle čelných fréz a frézovacích hláv. Prenos krútiaceho momentu je zabezpečený cez pero (pre malé priemery fréz), alebo unášacimi kameňmi zapustenými do príruby tŕňa (pre veľké priemery frézovacích nástrojov).

Technológia obrábania Obr. Čelné frézovacie hlavy s vymeniteľnými reznými platničkami [3]

21

Obr. Druhy fréz a možnosti ich použitia

Vŕtanie a vyvrtávanieVŕtanie zahŕňa spôsoby obrábania, ktoré sa používajú pri výrobe valcových a niekedy aj tvarových otvorov. Hlavný pohyb je rotačný a vedľajší pohyb - posuv je priamočiary pohyb, obvykle oba pohyby koná nástroj. Pre spresnenie otvoru slúži postupne výhrubnik pre vyhrubovanie a vystružník pre vystruhovanie. Osadenie otvorov sa robí záhlbníkom. Vŕtanie sa považuje za málo produktívnu metódu, pretože nástroj je tepelne zaťažovaný a odchod triesky je nevýhodný [5, 6].

Obr. Výroba otvorov Stroj - vŕtačka, vyvrtávačka Sú rozdelené podľa konštrukcie na stĺpové, stojanové, radiálne. Pre vŕtanie hlbokých otvorov sa používajú špeciálne vŕtacie systémy. Na vyvrtávanie sa používajú obvykle horizontálne vyvrtávačky. Upínanie obrobkov je


22

pomocou úpiniek, zverákov a rôznych prípravkov na pracovný stôl stroja. Nástroje sa upínajú priamo do vretena stroja niekedy pomocou redukčných puzdier a do rýchloupínacích hlavičiek.

Obr. Vľavo - stĺpová vŕtačka, vpravo - stojanová vŕtačka 1 - stojan, 2 - vreteník, 3 - rameno, 4 - vreteno, 5 - upínacia kocka, 6 základová doska Nástroj - vrták, výhrubník, výstružník, záhlbník Druhy vrtákov - kopijovitý, skrutkovitý, delový, hlavňový, vyvrtávacie tyče. Vŕtacie nástroje môžu byť pravorezné a ľavorezné. Nástroje pre dokončovanie otvorov (výhrubník, výstružník) majú viac rezných hrán symetricky rozložených po obvode valcovej alebo kužeľovej plochy.

Obr. Skrutkovitý vrták s kužeľovou a valcovou stopkou 1 - celková dĺžka, 2 - telo, 3 - stopka valcová, 4 - stopka kužeľová, 5 - unášač, 6 - kŕčok, 7 - dĺžka skrutkovitej drážky, 8 - stúpanie skrutkovitej drážky, 9 - skrutkovitá drážka, 10 - menovitý priemer vrtáka, 11 - fazetka


23

Z konštrukčného hľadiska môžu byť stopkové alebo nástrčné, s priamymi zubami alebo so zubami v skrutkovici. Záhlbníky sú valcové a kužeľové, s vodiacim čapom alebo bez neho. Nové konštrukcie vŕtacích nástrojov sú s vymeniteľnými reznými platničkami [1, 2, 5].

Obr. Vrták s vymeniteľnými platničkami a vnútorným prívodom chladiacej kvapaliny

Obr. Výhrubník a) s kužeľovou stopkou, b) nástrčný, c) so spájkovanými reznými platničkami 1 - rezný kužeľ, 2 - teleso, 3 - upínacia stopka, 4 - upínací otvor, 5 - rezná platnička Z technologického hľadiska sa vŕtanie delí na: vŕtanie krátkych otvorov prevažne skrutkovými vrtákmi rôznej konštrukcie, kde pomer priemeru D ku dĺžke L otvoru D/L je v rozsahu 1:1 až 1:10, vŕtanie presných, obvykle tolerovaných otvorov, používa sa vyhrubovanie a vystruhovanie, vŕtanie hlbokých otvorov s pomerom D/L > 1:10 so špeciálnymi druhmi nástrojov, pri vŕtaní hlbokých otvorov obvykle hlavný pohyb koná obrobok a vedľajší pohyb nástroj, vŕtanie otvorov spôsobom medzikružia, tiež vŕtanie na jadro navrtávame začiatku otvoru do plného materiálu strediacim vrtákom, vŕtanie v špeciálnych prípadoch napr. otvory do plechu, odstupňované otvory, vŕtanie a súčasne vyhrubovanie a vystružovanie pomocou kombinovaných nástrojov, vyvrtávanie - je metóda obrábania, ktorou sa rozširujú predlisované, predvŕtané otvory na požadovaný rozmer a tvar. Na vyvrtávanie sa používajú vyvrtávacie nože alebo nože

Technológia obrábania upnuté do vyvrtávacej tyče.

24

Obr. Strojný výstružník s kužeľovou stopkou a priamymi zubami

Obr. Záhlbníky a) zahlbovanie valcovým záhlbnikom, b) zahlbovanie kužeľovým záhlbnikom, c) zarovnávanie čelnej plochy valcovým záhlnikom

Hobľovanie a obrážanieHobľovanie a obrážanie sa používa pri obrábaní plochých rovinných povrchov jednoduchým nástrojom s jednou reznou hranou. Pri hobľovaní hlavný pohyb priamočiary vratný koná obrobok, nástroj vykonáva vedľajší pohyb - posuv. Pri obrážaní hlavný pohyb opäť priamočiary vratný koná nástroj, pohyb vedľajší vykonáva obrobok. Obidve metódy sú na ústupe. Hobľovanie sa nahrádza frézovaním frézovacími hlavami. Obrážanie drážok v hromadnej výrobe sa nahrádza preťahovaním [1, 5, 6].


25

Obr. Princíp hobľovania a obrážania Stroj - hobľovačka, obrážačka Obrážačky sa delia na zvisle a vodorovné podľa smeru priamočiareho pohybu nástroja. Hobľovačky sú jedno alebo dvojstojanové. Upínanie obrobkov je podobné pre obe metódy ako pri frézovaní, t.j. materiál sa upína na stôl stroja pomocou úpiniek a prípravkov, alebo do strojového zveráka, poprípade rotačné obrobky sa upínajú do univerzálneho skľučovadla upevneného o stôl stroja.

Obr. Vľavo - zvislá obrážačka, vpravo - vodorovná obrážačka


26

Obr. Hobľovačka a jej základné časti Nástroj - hobľovací nôž, obrážací nôž Základné typy hobľovacích nástrojov sú na obrázku nižšie. Ich geometria je rovnaká ako u sústružníckych nožov. Nôž s prehnutým držiakom zabraňuje zaseknutiu ostria do obrábanej plochy. Pokiaľ to nožová hlava obrábacieho stroja umožňuje, dá sa pri hobľovaní priamo použiť sústružnícky nôž. Nástroje sa upínajú obvykle do nožovej hlavy.

Obr. Základné typy hobľovacích nožov a) uberací, b) uberací stranový, c) na šikmé plochy, d) drážkovací, e) hladiaci, f) prehnutý

PreťahovaniePreťahovanie je vysokoproduktívny dokončovací proces obrábania vonkajších rovinných plôch, tvarových plôch a tvarových vnútorných otvorov. Podstata procesu je postupný záber jednotlivých po sebe idúcich zubov (rezných hrán) do materiálu pri relatívnom pohybe nástroja voči obrobku. Obvykle obrobok nevykonáva žiadny pohyb a nástroj sa pohybuje reznou rýchlosťou priamočiareho pohybu, pričom v zábere je súčasne niekoľko zubov. Každá rezná hrana (zub) má určité prevýšenie oproti


27

predchádzajúcemu. Toto prevýšenie zodpovedá hrúbke triesky, ktorú odoberá jeden zub. Počet súčasne zaberajúcich rezných hrán je určený dĺžkou obrábanej plochy a vzdialenosťou medzi reznými hranami Obrobená plocha vznikne jedným prechodom stroja. Preťahovanie v súčasností mnohokrát nahradzuje menej výkonné spôsoby frézovania, hobľovania a obrážania [1, 4].

Obr. Výroba plôch preťahovaním Stroj - preťahovačka Konštrukcia stroja môže byť zvislá alebo vodorovná. Niektoré typy preťahovačiek sú konštruované pre súčasné použitie niekoľkých nástrojov. Pohyb nástroje u menších preťahovačiek je vyvodený elektromechanicky, u väčších hydraulicky.


28

Obr. Zvislá preťahovačka Nástroj - preťahovací tŕň Preťahovacie tŕne sú vyrábané z rýchloreznej ocele, alebo aj zo zliatinových ocelí. Pre zvýšenie trvanlivosti môžu byť na funkčné plochy zubov nanášané tvrdé oteruvzdorné povlaky. (prevažne TiN). Ďalšie zvýšenie trvanlivosti nástrojov sa dosahuje používaním rezných kvapalín (repkový olej, minerálny olej), ktoré naviac výrazne ovplyvňujú presnosť rozmerov a drsnosť povrchu obrábaných plôch.

Obr. Preťahovacie tŕne


29

BrúsenieBrúsenie a dokončovanie povrchov (brúsenie, lapovanie, honovanie, superfinišovanie, leštenie..) predstavuje vo výrobnom procese tretí sled technologických operácií. Spravidla sa zaraďuje až za tepelné spracovanie a pripadá na nich asi 1 - 10 % celkového prídavku na obrábanie. Brúsenie patrí medzi historicky najstaršie metódy obrábania. Tieto metódy nazývané ako abrazívne metódy obrábania sú charakterizované používaním nástrojov (brúsnych zŕn) s nedefinovanou geometriou reznej hrany a využívajú sa pri obrábaní dielcov, kde sa vyžadujú vysoké parametre presnosti obrábaných plôch. Zvlášť lapovanie a superfinisovanie patria k metódam, pri ktorých sa dosahujú povrchy opticky presné so zrkadlovým leskom. Brúsením je možné obrábať všetky plochy (rotačné, vonkajšie, vnútorné, rovinne, tvarové). Hlavný pohyb koná brúsny kotúč (rotačný) a spôsob úberu materiálu (posuv a prísuv nástroja, resp. obrobku) môže byť pozdĺžny, priamočiary, zapichovací, oscilačný, radiálny. Pri brúsení je vo väčšine prípadov obrobok chladení chladiacou kvapalinou, poprípade vzduchom [1, 4, 6]. Stroj - brúska Konštrukcia strojov závisí od metódy brúsenia a delia sa na brúsenie rovinných plôch (čelom a obvodom kotúča), brúsenie na guľato (brúsenie vonkajších a vnútorných valcových plôch) a tiež brúsenie tvarových plôch (ostrie stopkových fréz, vrtákov, zabrusovanie ozubených kolies). Brúsky môžu byť hrotové, bezhrotové, zapichovacie, planétové...

Obr. Rovinná brúska


30

Obr. Brúska na guľato Nástroj - brúsny kotúč Nástroj je brúsny kotúč, celistvý pripadne zložený zo segmentov. Brúsne nástroje delíme podľa: tvaru - kotúče ploché, prstencové, ploché s jednostranným vybraním, skosené, kužeľovité, hrncovité, miskovité, tanierovité, stopkové pre vnútorné priemery, ..., materiálu brúsnych zŕn - umelý korund, karbid kremíka, ..., zrnitosti - veľmi hrubá, hrubá, stredná, jemná, veľmi jemná, zvlášť jemná, tvrdosti - veľmi mäkký, mäkký, stredný, tvrdý, veľmi tvrdý, zvlášť tvrdý, štruktúry - veľmi hutný, hutný, polohutný, pórovitý, veľmi pórovitý, zvlášť pórovitý, spojiva - keramické, silikátové, magnezitové, šelakové, gumové, umelá živica, kovové


31

Obr. Spôsob výroby rovinných a rotačných plôch brúsením

HonovanieHonovanie je jemné prebrusovanie povrchov honovacími kameňmi a používa sa prevážne pre dokončovanie vnútorných valcových plôch. Je charakterizované veľkou geometrickou presnosťou dokončovaných povrchov, jednotnosťou rozmerov v úzkych toleranciách s vysokou kvalitou povrchovej vrstvy, ktorá je na vzhľad matná s typickými kríženými stopami po dráhe nástroja [1, 4].

Obr. Princíp honovania

LapovanieLapovanie je jemné dokončovanie rovinných, tvarových vonkajších a vnútorných rotačných plôch. Dosahujú sa nim zrkadlovo lesklé plochy s optickou presnosťou. Nevýhodou procesu je nutnosť vysoko presného predchádzajúceho opracovania Na lapovanie sa používajú brúsne pusty rôznej konzistencie. Lapovaci nástroj, ktorý má obvykle negatívny tvar lapovanej plochy vedie v tenkej vrstve medzi dotykovými plochami lapovaci prostriedok (brúsnu pastu), neodoberú triesku iba vyvoláva rezný pohyb jednotlivých zŕn. Zrnu brúsiva odoberajú veľmi jemné, voľným okom


32

neviditeľné triesky. Lapovaním sa dosahujú najkvalitnejšie výsledky pri dokončovaní povrchov. Nevýhodou procesu lapovania je vysoká prácnosť dokončovania a vysoké náklady na jednotku plochy v porovani s ostatnými spôsobmi dokončovania povrchov [1, 4].

Obr. Princíp lapovania

SuperfinišovanieSuperfinišovanie je jemné dokončovanie povrchov jemnozrnnými kameňmi nízkou reznou rýchlosťou (nízkou v porovnaní s brúsením). Patrí k najdokonalejším spôsobom dokončovania s vysokou kvalitou povrchu a drsnosťou v tisícinách mikrometra. Povrch je zrkadlovo lesklý bez výrazného tepelného ovplyvnenia. Nevýhodou procesu je, že nemožno ním upraviť odchýlky geometrického tvaru. Pracovný proces je veľmi krátky, trvá asi 60 sekúnd a je nenáročný na strojové zariadenie. V kusovej a malosériovej výrobe možno superfinišovať na bežných hrotových sústruhoch [1, 4].

Obr. Princíp superfinišovania

Výroba ozubeniaVýroba ozubenia patrí medzi veľmi dôležité ale tiež veľmi zložité technologické procesy. Zložitosť obrábania ozubených kolies súvisí s tým, ako je potrebné splniť teoretické poznatky plynúce z teorému odvalu a teorému otlačku nástrojových plôch pre dosiahnutie správneho záberu vyrobeného ozubenia. Kvôli vyrovnaniu nepresností ozubených kolies a ich uložení v prevodovej skrini a deformácii spojených s prenosom krútiaceho momentu sú zuby kolies pri výrobe modifikované (pozdĺžna a výšková úprava plochy boku zubov). Tieto úpravy síce znižujú hlučnosť a zvyšujú životnosť ozubenia, na druhej strane ale kladú zvýšené nároky na ich výrobu. Presnosť vyrobeného ozubenia je ovplyvnená zvlášť kinematikou obrábacieho procesu, použitým nástrojom, typom a technickým stavom obrábacieho stroja, spôsobom upnutia obrobku a rezným prostredím. Výrobu ozubenia môžeme deliť podľa druhu ozubeného kolesa na obrábanie čelných kolies s priamymi, šikmými a šípovými zuby,


33

závitoviek, závitovkových kolies a kužeľových kolies s priamymi, šikmými alebo zakrivenými zubami. V uvedenom poradí rastie technologická náročnosť obrábania jednotlivých druhov ozubenia [1, 9]. Delenie výroby ozubenia: frézovaním - modulovou

frézou - kotúčovou - stopkovou - odvaľovacou frézou - nožovými hlavami obrážaním - hrebeňovým nožom (systém Maag) - kotúčovým nožom (systém Fellow) - podľa šablóny - dvoma nožmi preťahovaním - tŕňom - kotúčom hobľovaním a dokončovacie operácie: ševingovanie - kolesá bez tepelného spracovaniam, brúsenie - kolesá po tepelnom spracovaní, lapovaním, honovanie - kolesá po tepelnom spracovaní.

Obr. Odvaľovacie frézovanie čelného ozubenia (vľavo), brúsenie valcovej závitovky (vpravo) Stroj Stroje môžu byť univerzálne, napríklad zvislá alebo vodorovná frézovačka pri frézovaní modulovou frézou a s použitím deliaceho prístroja, alebo jednoúčelové, len pre výrobu ozubených kolies (odvaľovacia fréza, obrážací odvaľovací stroj, a pod.).


34

Obr. Odvaľovacia obrážačka Nástroj Nástroj závisí od použitej technológie, typu ozubenia, typu stroja a presnosti výroby. Môže to byť modulová fréza kotúčová, alebo stopková, odvaľovacia fréza valcová, alebo kužeľová, obrážací nôž hrebeňový, alebo kotúčový, preťahovací tŕň pre vnútorné, alebo vonkajšie ozubenia.

Obr. Modulová fréza a) kotúčová, b) stopková


35

Obr. Nástroje na výrobu ozubenia 1 - frézy Klingelnberg, 2 - obrážacie nože Fellows, 3 - ševingovacie koleso, ostatné nástroje - odvaľovacie frézy

Obr. Nástroje na výrobu ozubenia 1 - kotúčová fréza, 2 - odvaľovacia fréza, 3 - hrebeňové nože Maag, 4 - kotúčový nôž Fellows, 5 - ševingovacie koleso

Delenie materiáluTyčový polotovar sa pred vlastním obrábaním vo väčšine prípadov musí najprv rozdeliť na potrebné dĺžky, podľa požadovaných rozmerov konečného obrobku. Deliť obrábané materiály alebo súčiastky je však potrebné i v prípade liatych alebo tvárnených polotovarov, a to napr. pri odstraňovaní ostrapov, výronkov alebo náliatkov, niekedy i pri oddeľovaní niekoľkých súčiastok vyrobených týmito metódami naraz. K najpoužívanejším metódam delenia materiálu patrí: delenie rozrezávaním (pílový list, pílový kotúč, pílový pás), delenie rozbrusovacím kotúčom, delenie trecím kotúčom, delenie rotačných súčiastok upichovacím nožom na sústruhu,

Technológia obrábania delenie strihaním a lámaním, tepelné delenie (plameň, elektrický oblúk, plazma, laser, elektronový lúč) delenie nekonvenčnými metódami obrábania (WEDM, vodný lúč, atd.).

36

Stroj K najpoužívanejším metódam pri delení tyčového polotovaru patrí rezanie na strojných pílach. Pre väčšie hrúbky polotovarov a väčšie priemery sa používajú kotúčové alebo rámové

píly. Pre menšie priemery a profilové polotovary sa častejšie používajú pásové píly alebo kotúčové s rozbrusovacím kotúčom. Niektoré z týchto strojov pracujú v režime poloautomatickom (materiál sa posúva, nastavuje a upína manuálne) alebo plnom automatickom pri ktorom sa na stroji nastavia požadované údaje o počte kusov a dĺžke odrezaného polotovaru [1, 4, 8].

Obr. Rámová píla

Obr. Kotúčová píla so zubovým kotúčom


37

Obr. Pásová píla Nástroj Použitie typu nástroja je závislé od typu stroja a druhu rezaného materiálu. U kotúčových píl je to zubový kotúč s priemermi 400, 600 , 800, 1200 i viac mm. V rámových pílach je nástrojom pílový list. A v pásových pílach sa používajú nekonečné pílové pásy ktoré sú tenké 0,8 až 1,5 mm.


38

Literatúra[1] [2] [3] ZDRAVECKÁ, E. - KRÁĽ, J.: Základy strojárskej výroby. Elfa, Košice, 2004, ISBN 80-89066-72-0 ČIRČOVÁ, Eva: Technológia II. Prednášky, TU Košice, 2002 TOMÁŠ, Miroslav: Teória konvenčných technológií. Prednášky, TU Košice, 2005

Documents

Technológia obrábania