Základy obrábění Teorie obrábění, základní druhy třískového obrábění Z historie obrábění Před desítkami tisíc let (50 000let) – ruční obrábění nástroji z pazourku, např. obrábění dřeva, kostí, rohoviny. 5000 př.n.l. obrábění nežel. kovů (měď a její slitiny). 2000 př.n.l. nástroje ze slitin Fe. Strojní obrábění: Okolo 1500 n.l. soustruh sestrojený Leonardem da Vincim. 18 stol. - průmyslová revoluce, soustruh s mech. pohonem. 19 stol. – rozvoj obráběcích strojů. 20. A 21. stol – NC stroje, vývoj nových nástrojových materiálů a pokročilých konstrukcí nástrojů (TiC a WC – slinuté karbidy, povlaky a vrstvy zlepšující životnost TiAlN, nanokompozity). Základní pojmy z obrábění Obrábění – obráběním získáváme z polotovaru součást splňující konstrukční požadavky (kvalita, rozměry, přesnost). Řezání – je odebírání částic materiálu ve tvaru třísky břitem řezného nástroje. Obrobek – je obráběný nebo obrobený předmět (součást). Řezný pohyb – vykonává nástroj nebo obrobek, za účelem dosažení řezného pohybu (tj. oddělování materiálu z obrobku): - Hlavní pohyb - základní pohyb obráběcího stroje, může být přímočarý, otáčivý, složený. - Pohyb vedlejší (posuv) – pohyb nástroje nebo obrobku, který spolu s hlavním pohybem umožňuje obrábění. Základní druhy strojního obrábění Obrábění: - Výrobní (základní) – hrubování, obrábění na čisto s běžnou přesností. - Dokončovací (dosažení vyšší kvality a přesnosti). Dělení podle principu úběru materiálu: - Třískové (mechanické). - Nekonvenční (fyzikální a chemické) metody. Třískové obrábění K úběru materiálu dochází odřezáváním třísek materiálu nástroji s definovanou geometrií nebo zrny brusiva. Moderní stroje umožňují provádět i dokončovací operace na jedno upnutí. Soustružení Nejpoužívanější metoda pro výrobu rotačních ploch. Lze obrábět vnější i vnitřní válcové i kuželové plochy, tvarové rotační plochy. Soustružení: Hlavní pohyb – je rotační a koná ho obrobek. Vedlejší pohyby – jsou posuvné a vykonává je nástroj. Nástroj – soustružnický nůž. Moderní soustružnické nože s břitovými destičkami ze slinutých karbidů nebo keramickými řeznými destičkami. Soustružení Řezná rychlost (m.min^-1 ) D – průměr obrobku (mm) n – otáčky (ot.min^-1) Soustružení pojmy Rychlost posuvu – rychlost břitu nástroje proti obrobku ve směru posuvu (mm.min, mm.ot). Přísuv – pohyb, kterým se nástroj nastavuje do pracovní polohy. Hloubka řezu – vzdálenost mezi obrobenou a obráběnou plochou (mm). Charakteristiky obrábění – řezné síly a řezný výkon. Hloubka řezu, posuv, řezná rychlost se předepisují v technologických postupech obrábění! Řezný nástroj Řezný nástroj se skládá z těla a břitu. Břit – pracovní část nástroje, Ostří – průsečnice čela a hřbetu. Nástrojové úhly α – úhel hřbetu, β – úhel břitu, γ – úhel čela Pracovní úhly Pracovní úhly – jejich velikost závisí na postavení břitu proti obrobku. Tvorba třísky Materiál odřezávaný z povrchu břitem nástroje tvoří třísku. Tvorbu třísky předchází intenzivní plastická deformace. Tříska může být: - Plynulá (plastické materiály – oceli) - Vrstvená - Drobená nebo vytrhávaná (křehké materiály – litiny) Nárůstek – vytvoření vrstvy materiálu na břitu nástroje: - zhoršuje kvalitu, - způsobuje kolísání řez. síly, - způsobuje nebezpečí vylomení břitu. Tvorba třísky Teor. průřez třísky: St= a.b = s.h (mm^2) Řezná síla a řezný odpor Proces tvorby třísky je komplexní proces zahrnující pružnou a plastickou deformaci, tření ap. Celková práce řezání (A): A= Ael + Apl + Atř + Apovrch Řezná síla (F) – síla, kterou působí nástroj na plochu řezu. Řezný odpor (R) – odpor, který klade materiál proti oddělení třísky. Řezná síla a řezný odpor Řezná síla a řezný odpor Celková řezná síla (F): (N) Fx, Fy, Fz – axiální, radiální síly a síla ve směru řezného pohybu (složky celkové řezné síly F) Měrný řezný odpor (p): (N) Průřez třísky při soustružení: St= a.b = s.h (mm^2) Teplo a chlazení při obrábění Práce vynaložená na řezání se přeměňuje z největší části na teplo (až z 90%). Vznikající teplo ovlivňuje proces řezání: - Obrobek (jakost povrchu, přesnost tvaru). - Nástroje (tvrdost nástroje, trvanlivost břitu). Chlazení při obrábění – největší část tepla odchází třískou, snaha o odvod tepla chladícím prostředím. Řezné kapaliny (vodní roztoky, řezné emulze, oleje): - Zlepšení chladících a mazacích účinků. - Nesmí vyvolávat korozi a reagovat s nástrojem nebo částmi stroje. - Málo pěnivé a hygienicky nezávadné. Produktivita práce Produktivitu práce při obrábění hodnotíme z hlediska pracnosti, tj. výrobním časem potřebným k obrobení součásti. Celkový výrobní čas: tc = tv + ts tv – vedlejší čas (upnutí obrobku, seřízení stroje, ..) ts – strojní čas (čas, kdy nástroj obrábí součást) Při soustružení ts (čas potřebný k soustružení délky L): L – soustružená délka (mm) s – posuv (mm.min^-1) n – otáčky za min Kvalita - obrábění Kvalita výsledků obrábění je dána: - geometrickým tvarem, - přesností dosažených rozměrů, - kvalitou obrobeného povrchu (zpevnění povrchu, drsností, ..). Drsnost povrchu – nerovnosti na obrobené ploše vytvořené stopami řezného nástroje. Kvalita - obrábění Hlavní části obráběcích strojů Části obráběcích strojů: - Lože, stojany, saně, suporty, - pohony a převodová ústrojí, - upínání obrobků, - přípravky. Soustruhy Soustruhy podle uspořádání: - Hrotové a univerzální, - revolverové, - čelní a svislé (karusely), - poloautomatické, automatické, speciální. Frézování Frézováním se obrábí rovinné plochy, ale i profily a drážky. Hlavní řezný pohyb koná několikabřitý nástroj – fréza. Frézování: - čelní - obvodové Geometrie břitu válc. frézy: Frézování sousledné a nesousledné Podle vzájemného pohybu frézy a obrobku: - frézování nesousledné (a), - frézování sousledné (b). Nesousledné f. – odběr třísky min.-max., bez rázů, řezná síla jde nahoru a nepříznivě působí na upnutý obrobek. Sousledné f. – odběr třísky max.-min., řezná síla přitlačuje upnutý obrobek, nevýhodou rázy při záběru frézy. Frézky Stroj používaný k frézování se nazývá frézka. Podle konstrukce lze frézky dělit: - Frézky konzolové (svislé, vodorovné, univerzální), - Frézky rovinné, - Frézky kopírovací, - Frézky speciální. Vrtání a vyvrtávání Vrtání je jeden z nejstarších způsobů obrábění, zhotovování děr, jejich dokončování a úprava čelních ploch (vrtání, vyhrubování, vystružování, zahlubování). Hlavní řezný pohyb koná nástroj – vrták. Vedlejší pohyb přímočarý posuvný koná také nástroj. Nástroj – nejčastěji šroubovitý vrták. Šroubovitý vrták Vrtačky a vyvrtávačky Vrtání se provádí na vrtačkách. Vrtačky mohou být: - ruční (malé otvory při montáži, běžné elektrické vrtačky) - stolní, - sloupové a stojanové, - několikavřetenové vrtačky, - vodorovné vyvrtávačky apod. Hoblování Hoblování se používá k vytváření delších vodorovných, svislých nebo šikmých ploch. Hlavní řezný pohyb vykonává obrobek upevněný na loži hoblovky, zpětný pohyb lože je naprázdno (břit nože se zvedne a pohybuje se nad obráběnou plochou) a následně dochází k posuvu nože do záběru. Obrážení Podobné použití jako hoblování, vhodné pro výrobu tvarových drážek ap. Hlavní řezný pohyb vykonává nůž. Obrážečky: - vodorovné, - svislé. Protahování Protahování produktivní způsob obrábění, ve velkosériové výrobě nahrazuje frézování, hoblování a obrážení. Lze vyrábět tvarové otvory i plochy. Nástrojem je mnohabřitý protahovací trn. Protahování Stroj – protahovačka: - vodorovná (a), - svislá (b). Protahovačky s hydraulickým pohonem. Broušení Broušení je třískové obrábění mnohabřitým nástrojem. Zrna brusného kotouče tvoří nepravidelně rozložené břity. Jednotlivá brusná zrna stmelena organickým nebo keramickým pojivem. Brusné kotouče Řezné rychlosti broušení se pohybují v rozmezí 10-100 (200) m.s^-1. Vlastnosti brusných kotoučů: - velikost zrn brusiva, - tvrdost (odpor zrn proti vylomení). Optimální tvrdost kotouče – tvrdé (otupování zrn), měkké (vydrolování zrn). Při přesném broušení – chlazení (zabrání se deformacím a prasklinám). Brusky Přídavky na broušení 0,3 - 0,1 mm. Brusky: - ruční (hrubé broušení), - brusky pro přesnou výrobu: hrotové, bezhroté, rovinné, brusky na otvory, zvláštní brusky např. na závity, ozubení. - brusky k ostření nástrojů. Závěr Literatura: [1] Vondráček, F. Materiály a technologie I a II, 1985, 243+244s. [2] Mádl, J. a kol. Technologie obrábění III. ČVUT, 2000, 81 s. [3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s.