Technologie obrbn Pednka 5 opoteben bitu nstroje trvanlivost

Technologie obrábění Přednáška 5 opotřebení břitu nástroje trvanlivost a životnost nástroje Taylorův vztah řezivost nástroje obrobitelnost materiálu

Fyzikální podstata opotřebení Opotřebení je důsledkem funkce všech strojních součástí, které jsou ve vzájemném pohybu a kontaktu. Při obrábění dochází k relativnímu pohybu mezi nástroj – obrobek nástroj – tříska a také ke kontaktu nástroj – obrobek (na hlavním a vedlejším hřbetě, na špičce nástroje) nástroj – odcházející tříska (na čele nástroje) Proces opotřebení je jev velmi složitý a závisí na mnoha faktorech: - fyzikální a mechanické vlastnosti obráběného a nástrojového materiálu - druhu obráběcí operace - geometrii nástroje - pracovních podmínkách - řezném prostředí, apod.

Základní mechanismy opotřebení Mezi základní mechanismy opotřebení patří: - abraze - adheze - difuze - oxidace - plastická deformace - křehký lom Mimo výše uvedené základní mechanismy uvádí odborná literatury i další: - mechanická únava - tepelná únava (vytváření hřebenovitých trhlinek kolmých na ostří na čele i na hřbetě - delaminační opotřebení (odlupování tenkých vrstev z povrchu nástroje) - termoelektrické opotřebení (odstraňování elektricky vodivého materiálu z funkčních povrchů nástroje) - rozpouštění nástrojového materiálu - elektrochemické opotřebení

Abrazivní opotřebení Tento druh opotřebení je velmi rozšířenou formou, která vzniká hlavně, ale ne výhradně, působením tvrdých částic v materiálu obrobku. Je to podobné jako při broušení, kdy se tvrdé částice dostávají mezi povrch obrobku a povrch nástroje. Schopnost břitu odolávat abrazivnímu opotřebení je nejvíce závislá na jeho tvrdosti. Řezný nástrojový materiál, který obsahuje hustou strukturu tvrdých částic, bude tomuto druhu opotřebení odolávat dobře. Nemusí však při obrábění odolávat ostatním druhům opotřebení

Adhezní opotřebení Tento jev vede k vytváření nárůstků mezi třískou a břitem. Jedná se přitom o dynamický jev, při němž dochází k navařování a vytvrzování vrstev z třísky. Ty se tak stávají součástí břitu. Takto nárůstkem vytvořený břit může tvořit základ pro nové nárůstky na břitu a nebo může poškodit původní břit vydrolováním nebo výlomem.

Difuzní opotřebení Vzniká působením chemických vlivů při procesu obrábění. Chemické vlastnosti řezného materiálu a jeho afinita vůči materiálu obrobku mají rozhodující vliv na průběh difusního opotřebení. Některé řezné materiály nereagují s materiálem obráběným vůbec, naopak jiné mají vztah k materiálu obrobku velmi silný. O podílu difusního opotřebení na celkovém opotřebení rozhoduje víceméně chemické složení jak materiálu nástroje, tak materiálu obrobku.

Oxidační opotřebení Vysoké teploty a okolní vzduch mají za následek oxidaci většiny kovů. Každý z materiálů je proto k oxidačnímu opotřebení náchylný s jinou intenzitou. Speciálně v místě kontaktu břitu, kde končí šířka třísky (dle hloubky řezu), má vzduch přístup do řezného procesu. V tomto případě vznikají působením oxidace typické žlábky, které jsou v současné době relativně vzácným fenoménem. Jedná se v podstatě o vznik chemických sloučenin na povrchu nástroje.

Plastická deformace Je to důsledek vysokého tepelného a mechanického zatížení, které se může projevit v nejhorším případě jako tzv. lavinovité opotřebení.

Křehký lom Má velmi často termomechanické příčiny. Kolísání teplot a zatížení řeznými silami mohou vést k vydrolování a lomu řezného nástroje. Řezné nástrojové materiály reagují na tato zatížení různě. Mechanická únava může být vyvolána s ohledem na mechanickou pevnost břitu příliš vysokými řeznými silami. Nejčastěji bývá způsoben přerušovaným řezem, nehomogenitou nástroje nebo vměstky v obrobku.

Kriteria opotřebení Kriteria, kterými je opotřebení kvantifikováno jsou na obrázku. Nejčastěji užívaná kriteria opotřebení jsou: VB – šířka opotřebení na hřbetě !!! KT – hloubka výmolu na čele KVg – radiální opotřebení špičky

Časová závislost opotřebení Typický časový průběh opotřebení je na obrázku. Skládá se ze tří úseků: I – poměrně rychlý nárůst v důsledku vysokých tlaků II – rovnoměrný nárůst v důsledku působení základních mechanismů opotřebení III – výrazné zvýšení intenzity opotřebení v důsledku nakumulovaného zatížení

Trvanlivost a životnost nástroje Trvanlivost součet to všech čistých je – časů řezání začátku od obrábění a do opotřebení břitu na předem stanovenou hodnotu vybraného kritéria opotřebení. Životnost – je definována jako součet všech trvanlivostí nebo celková doba funkce nástroje od uvedení činnosti do vyřazení (nástroje které lze ostřit do doby než je odbroušena celá funkční plocha, u VBD do doby než jsou použity všechny břity. Výpočet životnosti: pro přebrušované nástroje: , kde x – počet přebroušení, Ti – jednotlivé trvanlivosti pro nástroje s VBD: , kde q – počet použitelných ostří Ti – jednotlivé trvanlivosti

Taylorův vztah Trvanlivost nástroje, podobně jako opotřebení závisí zejména na: - metodě obrábění (soustružení, frézování, apod. ) - vlastnostech obráběného materiálu - vlastnostech nástrojového materiálu - řezných podmínkách. Počátkem 20. století zjistil F. W. Taylor, že nejvíce z řezných parametrů závisí trvanlivost na řezné rychlosti. Odvodil vztah na němž jsou do dneška odvozeny normy ISO. Tento vztah je znám jako Taylorův vztah nebo také jako T-vc závislost a užívá se ve vztahu (zjednodušený vztah): , kde CT – konstanta [-] vc – řezná rychlost [m. min-1] m – exponent [-] nebo vzhledem k velmi nepraktické hodnotě konstanty CT (109 – 1013) , kde CV – kontanta = CT 1/m (řádově 102 – 103)

Konstrukce T-vc závislosti Při konstrukci tohoto diagramu vycházíme vždy pro konkrétní kombinaci řezných parametrů. Všechny parametry jsou konstantní, mimo vc, které měříme minimálně ve 4 místech, přičemž se sleduje opotřebení (předem dána hodnota). Aby bylo zaručeno rovnoměrné rozložení vc vychází se řady R 20 (R 10, R 40). Hodnoty vyneseme do logaritmických souřadnic. Trvanlivost by neměla klesnout pod 5 minut. Na osách lze odečíst hodnoty konstant CV (pro rychlost 1 m. min-1) a CT (pro čas 1 min). Dále pak směrnici přímky m = tg a. Nevýhodou základního vztahu jsou různá omezení. V praxi se proto používají rozšířené vztahy (více v obrábění).

Řezivost nástroje Lze ji charakterizovat jako vlastnost, která umožňuje nástroji efektivním způsobem odebírat třísku z obráběného materiálu. Úzce to souvisí s fyzikálními a mechanickými vlastnostmi nástroje, ale i s dalšími jako je metoda obrábění, geometrie, řezné parametry, apod. Není to vlastnost absolutní, ale závisí i na obráběném materiálu. Např. za stejných podmínek nástroj ze slinutého karbidu P 20 vykazuje dobrou řezivost pro soustružení běžné oceli, ovšem při soustružení oceli kalené bude mít velmi nízkou, nebo dokonce nulovou. Jednoduchým kriteriem je T-vc závislost. Obecně má lepší řezivost ten nástrojový materiál, který dosahuje vyšší hodnoty konstanty CV a nižší hodnotu exponentu m. Na obrázku je vidět, že nástroj označený jako 2, má v celém rozsahu vc vyšší řezivost než materiál 1.

Obrobitelnost materiálu Je to jedna z nejdůležitějších vlastností materiálu a lze ji definovat jako schopnost konkrétního materiálu být zpracováván některou z metod obrábění. Je to hlavní činitel ovlivňující volbu řezných podmínek pro správnou funkci nástroje. Obrobitelnost je závisí na mnoha faktorech, zejména pak: - způsob výroby a tepelného zpracování obráběného materiálu - mikrostruktura obráběného materiálu - chemické složení obráběného materiálu - fyzikální a mechanické vlastnosti obráběného materiálu - metoda obrábění - řezné podmínky - řezné prostředí - geometrie nástroje - druh a vlastnosti nástrojového materiálu Obrobitelnost je vlastnost relativní a určuje se porovnáním s jiným materiálem, obráběným za stejných podmínek.

Obrobitelnost materiálu Pro potřeby vyhodnocování jsou materiály obrobku rozdělené do 9 základních skupin: a – litiny b – oceli c – těžké neželezné kovy d – lehké neželezné kovy e – plastické hmoty f – přírodní nerostné hmoty g – vytvrzené hmoty h – pryže v – tvrzené litiny pro výrobu válců V jednotlivých skupinách je vždy vybrán tzv. REFERENČNÍ (dříve etalonový) materiál a k tomu je pak stanovována ona relativní obrobitelnost. Např. pro oceli je to materiál 12050. 1.

Obrobitelnost materiálu Třída obrobitelnosti je potom dána na základě indexu obrobitelnosti: Třídy jsou označovány číslem umístěným před písmenem (např. 10 a, 13 b). Odstupňování střední hodnoty indexu obrobitelnosti je dáno kvocientem: s tím, že referenční materiál má hodnotu q=1 (1, 260). Potom platí, že materiály s nižším číslem (než je referenční materiál) mají horší obrobitelnost a s vyšším číslem obrobitelnost lepší.

Obrobitelnost materiálu Třídy obrobitelnosti (výběr) kvocient střed rozsah litiny oceli těžké lehké 1, 26 -5 0, 32 0, 29 -0, 35 6 a 9 b 6 c 5 d 1, 26 -4 0, 40 0, 36 -0, 44 7 a 10 b 7 c 6 d 1, 26 -3 0, 50 0, 45 -0, 56 8 a 11 b 8 c 7 d 1, 26 -2 0, 63 0, 57 -0, 71 9 a 12 b 9 c 8 d 1, 26 -1 0, 80 0, 72 -0, 89 10 a 13 b 10 c 9 d 1, 260 1, 00 0, 90 -1, 12 11 a 14 b 11 c 10 d 1, 261 1, 26 1, 13 -1, 41 12 a 15 b 12 c 11 d 1, 262 1, 59 1, 42 -1, 78 13 a 16 b 13 c 12 d 1, 263 2, 00 1, 79 -2, 24 14 a 17 b 14 c 13 d 1, 264 2, 50 2, 25 -2, 82 není 18 b 15 c 14 d 1, 265 3, 15 2, 83 -3, 55 není 19 b není 15 d

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