Pednka 12 Abrazivn metody Brouen Sly pi brouen

Přednáška 12 Abrazivní metody Broušení Síly při broušení Druhy broušení Nástroje na broušení Stroje – brusky Honování Superfinišování Lapování

Abrazivní metody jsou charakterizovány použitím nástrojů s nedefinovanou geometrií břitu. Využívají se se při obrábění strojírenských součástí, kdy jsou kladeny požadavky na přesnost tvaru, rozměrů a drsnost povrchu (viz tabulka). Patří sem zejména: - broušení - honování - lapování - superfinišování Metoda obrábění vnější rotační vnitřní rotační rovinné Broušení hrubovací dokončovací jemné Lapování dokončovací jemné Superfinišování dokončovací jemné Broušení hrubovací dokončovací jemné Honování hrubovací dokončovací jemné Lapování dokončovací jemné Broušení hrubovací dokončovací jemné Lapování dokončovací jemné Přesnost rozměrů IT střední rozsah 10 9 ÷ 11 5 5 ÷ 6 4 3 ÷ 5 4 3 ÷ 4 2 1 ÷ 2 4 3 ÷ 5 3 2 ÷ 4 10 9 ÷ 11 6 5 ÷ 7 5 3 ÷ 6 7 6 ÷ 8 6 5 ÷ 7 4 3 ÷ 5 2 1 ÷ 3 10 9 ÷ 11 6 5 ÷ 7 5 3 ÷ 6 4 3 ÷ 5 2 1 ÷ 3 Drsnost povrchu Ra [µm] střední rozsah 2, 40 0, 80 ÷ 3, 20 0, 40 0, 20 ÷ 0, 60 0, 20 0, 05 ÷ 0, 40 0, 10 0, 05 ÷ 0, 20 0, 03 0, 012÷ 0, 050 0, 20 0, 05 ÷ 0, 40 0, 06 0, 025÷ 0, 100 2, 40 1, 60 ÷ 3, 20 0, 80 0, 40 ÷ 1, 60 0, 20 0, 05 ÷ 0, 40 0, 20 ÷ 0, 80 0, 15 0, 10 ÷ 0, 20 0, 07 0, 05 ÷ 0, 10 0, 20 0, 01 ÷ 0, 40 0, 03 0, 012÷ 0, 050 2, 40 1, 60 ÷ 3, 20 0, 80 0, 40 ÷ 1, 60 0, 20 0, 05 ÷ 0, 40 0, 20 0, 10 ÷ 0, 40 0, 03 0, 012÷ 0, 050

Broušení Patří k nejstarším způsobům obrábění. Je to obrábění nástrojem s nedefinovanou geometrií vytvořených ze zrn brusiva, která jsou spojena pojivem. K hlavním charakteristickým znakům broušení patří: • Nepravidelný úběr třísky jednotlivými zrny brusiva v důsledku různé geometrické formy zrn a nepravidelnosti jejich rozmístění v brousicím nástroji. • Nestejné, ale vesměs velké záporné úhly čela jednotlivých zrn brusiva (ovlivnění oblasti primární plastické deformace a podmínek tření). • Poměrně slabé upevnění zrna v pojivu brousicího kotouče - zrna jsou schopna přenášet pouze malé řezné síly, při broušení dochází k samovolnému uvolňování jednotlivých zrn nebo jejich částí (tzv. „samoostření“ kotouče). • Malé průřezy třísek, přerušovaný řez s proměnným průřezem třísek, některé třísky ohřejí natolik, že se roztaví a vytvoří kapky kovu nebo shoří (jiskření). • Velké měrné řezné síly (odpory), souvisí s malým průřezem třísek. • Vysoké hodnoty řezné rychlosti (až 100 m s-1) a z nich vyplývající krátká doba záběru zrn brusiva s obrobkem. • Velké množství vzniklého tepla a z toho vyplývající nutnost vydatného chlazení obrobku. (negativní vliv na spolehlivost a životnost součásti při funkci). • Zanášení pórů nástroje třískami, což spolu s otupováním ostří jednotlivých zrn brusiva vede ke ztrátě řezivosti nástroje, lze obnovit pomocí různých typů orovnávačů.

Broušení lze rozdělit do několika skupin, které jsou definovány podle různých kritérií. Podle tvaru obrob. povrchu a způsobu jeho vytváření se dělí na: - rovinné broušení (výsledkem je rovinná plocha) - broušení na kulato (výsledkem je rotační povrch) - broušení na otáčivém stole (broušení s rotačním povrchem) - tvarové broušení (broušení závitů, ozubených kol, apod. ) - kopírovací broušení (s řízenou změnou posuvu, NC a CNC stroje) Podle aktivní části brousicího kotouče: - obvodové broušení (broušení obvodem kotouče) - čelní broušení (broušení čelem kotouče kolmým k ose) Podle vzájemné polohy kotouče a obrobku: - vnější broušení - vnitřní broušení Podle hlavního pohybu stolu vzhledem k brousicímu kotouči: - axiální broušení (hlavní pohyb rovnoběžný s osou kotouče) - tangenciální broušení (hlavní posuv rovnoběžný s vektorem obvod. rychlosti) - radiální broušení (hlavní posuv je radiální vzhledem k brousicímu kotouči) - obvodové zapichovací broušení (posuv je plynulý radiální) - čelní zapichovací broušení (posuv je plynulý axiální)

Síly při broušení Celková řezná síla F působí v obecném směru a rozkládá se do 3 na sebe kolmých směrů. Velikost řezných sil závisí na obráběném materiálu, způsobu obrábění, řezných podmínkách, zrnitosti brusiva, apod. )

Obvodové broušení vnějších ploch Obecně se dá rozdělit na 5 základních skupin: - axiální broušení - radiální broušení - hloubkové broušení - bezhroté broušení radiální

Axiální broušení vnějších ploch Používá se zejména pro broušení dlouhých rotačních součástí válcového nebo kuželového tvaru. Dlouhé štíhlé obrobky se podpírají lunetou. Obrobek se otáčí mezi hroty (nw) a současně koná posuvový pohyb rovnoběžný s osou obrobku(vfa) (může ho konat i nástroj). Kotouč se otáčí otáčkami ns. Úběr materiálu zajišťuje radiální přísuv kotouče (fr).

Hloubkové broušení Používá se při malých přídavcích na dokončovací obrábění. Patří k nejproduktivnějším metodám broušení. Jedná se o broušení kotoučem nastaveným na konečný rozměr obrobku, kdy se celý přídavek „p“ brousí na jeden zdvih. Pro zlepšení podmínek se na kotouči vytváří kuželové zkosení, nebo se kotouč vytvaruje stupňovitě.

Radiální (zapichovací) broušení Podmínkou pro použití tohoto obrábění je tuhý obrobek. Řezná rychlost vc a obvodová rychlost obrobku vw je podobná jako u axiálního, ale výkon broušení až o 80% vyšší.

Bezhroté broušení Používá se pro broušení hladkých válcových součástí, které se vkládají mezi dva kotouče. Jeden z nich je brousicí a druhý podávací. Obrobek se otáčí obvodovou rychlostí podávacího kotouče

Bezhroté broušení zapichovací Používá se u součásti, které mají nákružek, kuželové nebo tvarové plochy, případně více souosých válcových ploch a nemají středicí důlky. Součásti se vkládají k dorazu mezi brousicí a podávací kotouč, jejichž osy jsou rovnoběžné.

Obvodové broušení vnitřních ploch Stejně jako broušení vnějších ploch se i broušení vnitřních ploch dělí na několik základních metod: - axiální broušení - bezhroté broušení - planetové broušení

Axiální broušení Používá se v případech, kdy je délka obrobku větší než šířka brousicího kotouče. Kotouč se otáčí uvnitř díry rychlostí vc a posouvá se ve směru osy rychlostí vfa. Obrobek se otáčí rychlostí vw. Odbroušení je zajištěno radiálním přísuvem kolmým na obráběnou součást.

Bezhroté broušení Podobá se broušení axiálnímu. Rozdíl je v upínání součásti, která se vkládá mezi tři kotouče (podávací, opěrný a upínací). Podávací kotouč zabezpečuje otáčení součásti, opěrný kotouč určuje polohu a upínací kotouč přitlačuje součást k oběma předchozím kotoučům. Tento způsob lze použít jen u součástí, které mají vnější povrch souosý s vnitřním.

Planetové broušení Používá se při broušení děr ve větších součástech, které nejdou upnout na brusce do sklíčidla. Obrobek se upne pevně na stůl. vřeteno s brousicím kotoučem se otáčí kolem vlastní osy rychlostí vc, obíhá kolem osy broušené díry rychlostí vv a současně se pohybuje ve směru osy díry vfa.

Rovinné broušení Používá se jako operace na čisto po předcházejícím frézování nebo hoblování. Někdy se používá i místo frézování na obrábění tvrdých kalených materiálů. Rovinné plochy lze brousit dvěma způsoby: - obvodem nástroje - čelem nástroje

Obvodové broušení Je to nejpřesnější způsob broušení rovinných ploch. Používá se při broušení nástrojů, měřidel, přípravků , apod. Brousicí kotouč vykonává hlavní pohyb rychlostí (ns) a obrobek vykonává vedlejší pohyb (vft nebo nw) buď otáčivý (vlevo) nebo přímočarý (vpravo). Úběr třísek se zabezpečen přísuvem kotouče fr.

Čelní broušení Není tak přesné jako obvodové, ale je mnohem výkonnější. Obrobek může vykonávat pohyb otáčivý nebo přímočarý. Princip je obdobný jako u obvodového.

Nástroje Brousicí nástroje jsou tvořeny zrny tvrdých materiálů – brusiva (oxid hlinitý, Si. C, diamant, KBN), kterou jsou vázány v tuhých nebo pevných tělesech různých tvarů a velikostí. Nejpoužívanější typy nástrojů: - brousicí a řezací kotouče - brousicí tělíska - brousicí a orovnávací kameny - segmenty a pilníky - pásy, plátna, papíry

Brousicí kotouče Nejčastějšími materiály pro výrobu kotoučů jsou oxid hlinitý a karbid křemíku. Označování těchto kotoučů je shodné: 1 1 2 300 x 50 x 76 3 A 4 36 5 L 6 5 7 V 8 35 m s-1 Rozměry(2): vnější průměr - 300 mm, šířka - 50 mm, průměr upinací díry - 76 mm 1 tvar (viz dále) 2 rozměry 3 materiál 4 velikost brousicích zrn 5 tvrdost 6 sloh (struktura) 7 pojivo 8 maximální obvodová rychlost

Tvary kotoučů Existuje celá řada tvarů kotoučů, mezi nejpoužívanější patří: - ploché (a) - prstencové (b) - kuželové (c) - oboustranné kuželové (d) - s jednostranným vybráním (e) - hrncovité (f) - miskovité (g) a b c d e f g

Brousicí kotouče Materiál brousicích zrn – záleží na vlastnostech materiálu obrobku. Zrnitost brusiva – volí se podle předepsané drsnosti povrchu a materiálu obrobku. Označení koresponduje se světlostí ok třídících sít na čtverečný palec. Čím vyšší číslo, tím více ok (jemnější síto) a nižší zrnitost Tvrdost kotouče – není to skutečná tvrdost kotouče, ale míra houževnatosti a pružnosti mezi jednotlivými zrny (soudržnost). Čím tvrdší obrobek, tím měkčí brousicí nástroj. Struktura kotouče – vyjadřuje vzdálenost mezi zrny nebo hutnost kotouče. Čím vyšší číslo tím větší vzdálenost mezi zrny. Hutnější kotouče se používají tvrdých materiálů. Pojivo – vytváří můstky mezi zrny a jeho vlastnosti ovlivňují tzv. samoostření. Používají se např. pojiva pryžová, magnetizové, umělá pryskyřice, apod.

Brousicí stroje - brusky Hrotové brusky – využívají se na broušení rotačních ploch upnutých mezi hroty. Dají se jimi brousit válcové, kuželové a čelní plochy, případně díry. Bezhroté brusky – nemají upínací zařízení pro upnutí obrobku. Jsou konstruovány pro vnější broušení. Mají dva vřeteníky z nichž každý mí vlastní náhon. Brusky na díry – jsou vyráběny jako sklíčidlové, planetové a bezhroté. Nejčastěji používaní je sklíčidlová bruska na díry, kdy se obrobek upne do sklíčidla. Vřeteno má vlastní pohon a vykonává axiální pohyb. Vodorovné rovinné brusky – používají se pro broušení rovinných ploch a jsou charakteristické vodorovnou osou vřetene. Obrobky se upínají většinou na elektromagnetický stůl. Svislé rovinné brusky – mají osu vřetene svislou a jsou vysoce výkonné. Vyrábí se jako přímočaré, nebo s otáčivým stolem. Speciální brusky – sem patří brusky se speciálním zaměřením, jako např. nástrojařské brusky, brusky na ostření závitů, ozubení, na klikové hřídele, souřadnicové, apod.

Honování Je to dokončovací metoda obrábění, při které se obráběný materiál odebírá abrazivním účinkem honovacích kamenů, lišt nebo kartáčků upevněných v honovací hlavě. Používá se pro dokončování vnitřních válcových ploch. Honovat lze kalené i nekalené oceli, litiny, neželezné kovy, SK, tvrdé povlaky a další materiály. Princip spočívá v broušení velmi jemným brusivem při malých řezných rychlostech s intenzivním chlazením. Kameny vykonávají složený šroubovitý pohyb, kdy se dráhy brusiva překrývají a objevují se charakteristické křížové stopy.

Lapování Je to nejpřesnější metoda obrábění a dosahuje i největší rozměrové přesnosti. Používá se pro dokončování vnějších i vnitřních rovinných, válcových a tvarových ploch. Lapují se měkké i tvrdé materiály. Je to v podstatě velmi jemné broušení volným brusivem, které se přivádí mezi lapovací nástroj a obrobek. Nevýhodou je velká pracnost, malá produktivity a vysoké náklady.

Superfinišování Je to vysoceproduktivní dokončovací operace vnějších a vnitřních rotačních ploch s vysokou přesností a nízkou drsností. Lze superfinišovat součásti z kalených i nekalených ocelí, slitin těžkých kovů, litin a plastů. Je to zvlásštní druh obrábění kdy se z dokončovaného povrchu odřezávají vrcholky nerovností jemnými zrny superfinišovacích kamenů. Řezný pohyb vzniká superpozicí rotačního pohybu součásti a kmitavého přímočarého pohybu nástroje. Kameny jsou přitlačovány silou k obrobku, která v průběhu klesá (v důsledky rostoucího nosného podílu povrchu) až kameny začnou „plavat“ a řezný proces se zastaví.

Obrázky použité v této přednášce byly převzaty od doc. Ing. Antona HUMÁRA, CSc. (VUT Brno) Děkuji za pozornost