Datum zahájení projektu: Datum ukončení projektu: Obor: MS, SM Ročník: 4., 3. Zpracoval: Ing. Helena Jagošová VÁLEČKOVÁNÍ

Název projektu: Sbližování teorie s praxí Datum zahájení projektu: 01.11.2010 Datum ukončení projektu: 30.06.2012 Obor: MS, SM Ročník: 4., 3. Zpracoval: Ing. Helena Jagošová

Modul:

VÁLEČKOVÁNÍ

Střední odborná škola technická Uherské Hradiště, Revoluční 747, 686 06 Uherské Hradiště

OBSAH 1

TEORETICKÁ PŘÍPRAVA MODULU........................................................................... 3

2

REALIZACE MODULU ................................................................................................ 4

3

TEORETICKÁ ČÁST MODULU VÁLEČKOVÁNÍ ......................................................... 5 3.1

DOKONČOVACÍ OPERACE VE VZTAHU S TECHNOLOGIÍ VÁLEČKOVÁNÍ ..... 5

3.2

PODSTATA VÁLEČKOVÁNÍ ................................................................................. 6

3.3

NÁSTROJE PRO VÁLEČKOVÁNÍ ........................................................................ 8

3.4

ZÁSADY VOLBY VÁLEČKOVACÍHO NÁSTROJE.............................................. 13

3.5

STROJE PRO VÁLEČKOVÁNÍ ........................................................................... 13

3.6

PRACOVNÍ A PROVOZNÍ PODMÍNKY VÁLEČKOVÁNÍ .................................... 16

3.7

DALŠÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ VÝSLEDEK VÁLEČKOVÁNÍ ........................... 17

3.8

DOSAHOVANÉ PARAMETRY VÁLEČKOVÁNÍ, EKONOMICKÉ HONOCENÍ, SROVNÁNÍ S OSTATNÍMI DOKONČOVACÍMI TECHNOLOGIEMI ................... 18

3.9

SROVNÁNÍ VÝROBNÍCH NÁKLADŮ DOKONČOVACÍCH METOD S TECHNOLOGIÍ VÁLEČKOVÁNÍ ..................................................................... 19

4

PŘÍKLAD VÁLEČKOVÁNÍ – TECHNOLOGICKÝ POSTUP ....................................... 21

5

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ............................................................................... 24

2 OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Název projektu: Sbližování teorie s praxí


1 TEORETICKÁ PŘÍPRAVA MODULU Název bloku: Autoři: Realizace:

Smysl modulu v návaznosti na ŠVP: Výstup:

Předpokládané cíle:

Nekonvenční technologie obrábění – VÁLEČKOVÁNÍ Ing. Helena Jagošová (vyučující odborného předmětu) Obor: 4. ročník Mechanik seřizovač pro CNC obráběcí stroje, 3. ročník Zámečník ( Strojní mechanik) Předmět: Technologie školní rok: v předmětu Technologie rozšířit kompetence žáků strojních oborů o nekonvenční technologii obrábění – válečkování

Žák:  popisuje princip dokončování povrchů při výrobě strojních součástí  srovnává válečkování s ostatními dokončovacími technologiemi Kognitivní (poznávací), žák:  popíše podstatu válečkování Afektivní (postojové), žák:  seznamuje se s nekonvenčními, moderními technologiemi strojního výroby a to hlavně v oblasti dokončovacích operací

Psychomotorické (výcvikové), žák: 

Předpokládané činnosti: Organizace: Předpokládané výukové metody:

Předpokládané pomůcky: Způsob prezentace výstupů: Způsob hodnocení:

dokáže srovnat technické a technologické znaky válečkování s ostatními dokončovacími technologiemi při výrobě strojních

Sociální (komunikační), žák:  vyměňuje si názory na výběr technologie pro výrobu nebo dokončení tvaru strojní součásti se spolužáky  komunikuje (konzultuje) s vyučujícím  pozorování a získávání informací  třídění a porovnávání informací  hodnocení různých druhů technologií Výklad ve škole s použitím audiovizuální techniky(dataprojektor,DVD), exkurze a instruktáž mimo školu ve firmě  rozšiřování základních kompetencí v oblasti dokončovacích metod při výrobě strojních součástí  poznávání a osvojování nového učiva teoreticky ve škole i prakticky formou exkurze a instruktáže ve firmě  upevňování učiva frontálním nebo individuálním zkoušením, nebo formou výstupního testu  aktivní práce žáků ve vyučovací jednotce  diagnostika a klasifikace  metody slovní – rozhovor, přednáška, exkurze, práce s textem (poznámky v sešitu, učebnice, firemní katalog), diskuse poznámkový sešit, Strojnické tabulky, firemní katalogy, dataprojektor, DVD Diskuze s obhajobou navržení válečkování jako dokončovací metody oproti jiným možným technologiím podložená technickými fakty V rámci skupiny – hodnocení vhodnosti navržení válečkování pro dokončení povrchu dané konkrétní součásti ve srovnání s jinými technologiemi Učitel – hodnocení osvojení nového specifického učiva , výstupní test 3

OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost



2 REALIZACE MODULU Název projektu:

Nekonvenční technologie obrábění – VÁLEČKOVÁNÍ

Zadání modulu:

Vysvětlit formou výkladu, exkurze a instruktáže technologii válečkování

Výstup :

Rozšíření kompetence žáků strojních oborů

Rozbor úkolu:

1) provádí učitel(teoretická část) – ujasnění problému, vymezení požadovaných kompetencí, zpracování časového rozvržení modulu, doporučení informačních zdrojů, způsob a podmínky hodnocení 2) provádí oponent z partnerské firmy – posouzení teoretického rozpracování modulu učitelem ve vztahu k praxi Klíčové kompetence žáků:  nekonvenční metody obrábění - válečkování Časové rozvržení modulu: ad1) rozsahu 17 až 20 vyučovacích hodin  úvod - přehled možných dokončovací technologií obrábění při výrobě strojních součástí (1. až 2. hod – ve škole)  podstata válečkování – jevy při tváření za studena jejich důsledky na vlastnosti materiálu, postup válečkování, charakteristické znaky (1.hod – ve škole)  nástroje a stroje pro válečkování (2.hod. – ve škole)  pracovní a provozní podmínky válečkování (1),  dosahované parametry, ekonomické ukazatele ve srovnání s jinými technologiemi, příklady použití a výrobky (2)  příklad technologického postupu s použitím válečkování, TP válečkování (2)  praktické ukázky – DVD firmy Baublies, video ukázky různých firem na internetu např, Octopus Tools, prohlídka firemních katalogů s nástroji pro válečkování (2. až 3. hod.)  prezentace firmy Baublies (2. hod.)  exkurze žáků do firmy Kovokon Kunovice (3. až 5. hod) Informační zdroje:  Učební texty  Firemní katalogy  DVD disky s ukázkami různých způsobů válečkování  Exkurze ve firmě ad2) oponentura teoretické části modulu před její realizací ve výuce ve škole Podmínky a způsob hodnocení modulu: Ve škole:  Pochopení technologie válečkování tak, že ji žák srovnává s ostatními dokončovacími technologiemi - učitel a spolužáci Ve firmě sociálního partnera:  formou oponentského hodnocení modulu, vyjádření užitečnosti realizace modulu ve školní výuce ve spojitosti s reálnou praxí ve firmě




3 TEORETICKÁ ČÁST MODULU VÁLEČKOVÁNÍ 

úvod - přehled možných dokončovací technologií obrábění při výrobě strojních součástí (1. hod – ve škole)

3.1 DOKONČOVACÍ OPERACE VE VZTAHU S TECHNOLOGIÍ VÁLEČKOVÁNÍ Způsob, jakým bude vyroben konečný tvar a povrch součásti je nutné volit s ohledem na požadavky dané výrobním výkresem.s ohledem na optimální výrobní náklady. V tabulce jsou pro nejčastější způsoby běžného obrábění uvedeny dosahované drsnosti (Ra) a stupně přesnosti (IT):

V některých případech výsledky těchto obvyklých postupů nesplňují požadavky kladené přesnost a na jakost obrobených ploch a pak je nutné zvolit další výrobní způsoby, které se nazývají speciální dokončovací operace. Některé svou povahou patří k třískovému obrábění, jiné k tváření. Jsou to: -

honování

-

superfiniš

-

lapování

-

leštění

-

omílání

-

otryskávání

-

válečkování

-

kalibrování




a jejich parametry jsou:

Z uvedené tabulky vyplívá, že metodou válečkování lze plnohodnotně nahradit určité dokončovací operace, protože touto technologií lze dosáhnout hodnoty drsnosti Ra = 0,8 (v některých případech i nižší). 3.2 PODSTATA VÁLEČKOVÁNÍ Působením tvrdého tvářecího tělíska (kulička, váleček, trn apod.) se vyvine v místě styku tělíska a materiálu takový tlak, který způsobí plastickou deformaci. Tlak lze regulovat. Během tohoto postupného

přetváření povrchu materiálu dochází k k objemovým a

geometrickým změnám – postupné snižování vrcholků mikronerovností vzniklých po předchozím opracování povrchu (většinou po třískovém obrábění) a jejich přemisťování do prohlubní nerovností (obr.1).




Poznámka na doplnění učiva: PODSTATA TVÁŘENÍ, POPIS JEVŮ VZNIKAJÍCÍCH PŘI TVÁŘENÍ Tváření je technologie , při které se působením vnějších sil mění tvar zpracovávané součásti. Tyto změny mohou probíhat za studena i za tepla. Pokud působí vnější síla za studena dochází k mechanickým změnám ve struktuře materiálu součásti. – krystaly materiálu se protahují ve směru působící vnější síly, vzniká uspořádaná struktura , která se nazývá textura.

Tento děj je žádoucí a užitečný pokud se nepřekročí mez pevnosti materiálu, protože po jejím překročení by se vyčerpala plasticita materiálu , docházelo by k jeho praskání a celkovému porušení celistvosti.




Pokud se ovšem mez pevnosti nepřekročí, vede změna struktury materiálu k pozitivním jevům, jako je zvýšení pevnosti a tvrdosti povrchové vrstvy materiálu, rovněž ke zvýšení její otěruvzdornosti a korozivzdornosti, oproti tomu se částečně sníží její houževnatost a zvýší křehkost. Charakteristické znaky a získané vlastnosti povrchové vrstvy materiálu po válečkování: 1) vyhlazení povrchu strojní součásti – nerovnosti povrchu se vyhladí a tím získáme jeho nižší Ra 2) zpevnění povrchové vrstvy materiálu strojní součásti – to vede k výrazným změnám mechanických vlastností válečkovaného povrchu do hloubky 0,01 až 0, 3 mm

pod

povrchem,

jak

již

bylo

výše

zmiňováno.

Toto

je

z hlediska

provozuschopnosti součásti velkým přínosem pro snížení možnosti vzniku únavového lomu a to hlavně v místech největšího namáhání na součásti ( osazení, zápich, mazací otvor apod.) 3) kalibraci rozměru strojní součásti – tímto se rozumí dosažení požadovaných úchylek tvaru a polohy a předepsané tolerance rozměrů při válečkování se předepsané tolerance rozměrů získávají jen v omezené míře kvůli složitosti a náročnosti na seřízení stroje, nejčastěji se podaří dobře upravit přímost povrchu a to hlavně u měkčích materiálů 3.3 NÁSTROJE PRO VÁLEČKOVÁNÍ Volba nástroje je závislá na: 1) druhu obráběné plochy – vnější, vnitřní, průchozí, slepé 2) tvaru obráběné plochy – rovinná, válcové, kuželové, kulové, osazení, stupňovité apod. 3) tom , zda chceme dosáhnout vyhlazení plochy nebo její zpevnění nebo zkalibrování 8 OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost



Pozn. Zpevnění materiálu se děje při tváření za studena, tvářecí síla mění nejen tvar materiálu, ale i jeho krystalickou strukturu, tím dochází ke zvýšení tvrdosti, otěruvzdornosti a korozivzdornosti povrchu součásti Zkalibrování je to, že pomocí kalibrovacích nástrojů (kulička, váleček, kroužek), které tvářecí silou působí na hotový výrobek, upravíme rozměr na požadovanou vysokou rozměrovou přesnost (řádově tisíciny mm) a částečně, v menší míře než i jakostpovrchu, tedy zpevňování vede ke změnám mechanických vlastností povrchových vrstev kovových materiálů a kalibrování vede k změnám rozměrovým

Dále je třeba vysvětlit, že existují dva druhy válečkování z hlediska druhů nástrojů pro válečkování. Druhy válečkování podle konstrukce nástroje: 1) statické válečkování - válečkovaní nástroj je

ve

stálém

kontaktu

s dokončovanou

plochou, malý průměr válečku více povrch zpevní, používá

větším se

se

dosáhne

převážně

lepšího

v kusové

Ra,

výrobě,

nástrojem je váleček, zaoblený kotouč nebo kulička, není vhodné pro kalibrování, tlak válečku

je

vyvozený

pružinou

nebo

hydraulicky 2) dynamické válečkování – nástroj není v neustálém kontaktu s povrchem součásti, ale v dotekových impulzech, tím se dosáhne velkého zpevnění a horší Ra, je také vhodné 9 OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost



pro kalibrování, impulzy jsou vyvozovány mechanicky odstředivou silou,magneticky, pneumaticky nebo kombinovaně Jak jsme již poznali, každý válečkovaní nástroj se skládá z jednoho nebo více tvářecích tělísek, tyto lze rozdělit do dvou základních skupin: 1) nesené na středovém čepu – válečky, kotouče, kladky, kuličky

2) odvalující se po vodící dráze - válečky, soudečky, kuželíky, kuličky

Stručné rozdělení válečkovacích nástrojů: 1) Válečkování vnitřních a vnějších ploch - jsou základní nejpoužívanější, jsou pro jeden rozměr, pro délky 50 až 100mm,(dle přání zákazníka lze vyrobit i délky jiné)




2) Válečkování čelních ploch – pro válečkování kruhových čelních ploch malých průměrů, pro velké průměry se válečkování nehodí

3) Jednokotoučové – spadá do statického válečkování vnějších i vnitřních válcových

ploch, má jedno válečkovaní tělísko, především vhodné pro radiální plochy, pro velké průměry, vyznačují se robustností 4) modulární - je víceúčelový, lze měnit druh držáku, lze s ním po úpravě válečkovat vnitřní i vnější plochy, zajímavostí je, že v záběru má jen jeden váleček,ostatní jsou záložní a po opotřebení se povolením jednoho šroubu otočí hlava a nástroj je připravený pro další práci




5) diamantové – používají se pro tvrdší materiály až do 60HRC, používají se pro rozmanité tvarové plochy, mají vysokou životnost, po opotřebení se vymění diamantová špička vymění a držák se používá dál, špička musí být odpružená

6) speciální – jsou to úzce specializované nástroje pro jednu operaci např. zaválcování kovových kroužků do součástí nebo jako stupňovité nástroje pro postupové válečkování několika ploch najednou pro zvýšení produktivity práce

Způsoby uložení válečkovacích tělísek: 1) pevné – dochází ke tření mezi nástrojem a obrobkem, např. u diamantových nástrojů 2) Na ose – čep v ose tělíska 3) Kluzné – v kleci, podepřené jiným valivým elementem




3.4 ZÁSADY VOLBY VÁLEČKOVACÍHO NÁSTROJE Základní vlastnosti a příklady použití byly uvedeny u jednotlivých druhů nástrojů v předešlém textu, všeobecně pro volbu válečkovacího nástroje platí následující kriteria: 1) volba podle materiálu tvářecího tělíska: a) pro tvrdé materiály – SK a diamant b) pro měkké materiály – SK a kalená ocel 2) volba podle tvaru a rozměru nástroje: a) pro měkké a větší snadno dostupné plochy se doporučuje větší průměr nástroje,případně válcový tvar b) pro tvrdé, případně složitější tvarové plochy se doporučuje menší průměr nástroje nebo větří kuličku s hydraulickým přítlakem Významné firmy, které se zabývají výrobou nástrojů pro válečkování: -

Sugino Machine Limited

-

Baublies AG

-

Ecoroll AG

-

Yamaha

-

Wenaroll tools and syetems

3.5 STROJE PRO VÁLEČKOVÁNÍ Válečkování lze aplikovat na běžných obráběcích strojích ( vrtačka, soustruh, vyvrtávačka, hoblovka atd.), ovšem někdy tyto stroje nevyhovují rozsahem pracovních parametrů- výkon, přesnost a hlavně tuhost stroje, proto se vyrábějí i speciální válečkovaní stroje. Vybrala jsem dva vzorové stroje, jeden pro válečkování malých součástí ( RM 2/35 od firmy Baublies), vnější průměry a druhý pro válečkování větších vnějších ploch (ROLLER 2800 CNC od firmy KOVOSVIT MAS)




Válečkovací stroj RM 2/35 od firmy Baublies Je vhodný pro sériovou výrobu, umožňuje opracovávat vnější průměry válcových ploch v rozsahu průměrů od 2 až 35 mm, lze dosáhnou jakosti povrchu Rz pod1 μm, má vlastní posuv se třemi rychlostmi, má možnost sklopení po 30°, předností stroje možnost přesného jemného nastavení obráběného průměru

Na obrázcích 1. až 4.

je ukázaný postupný průchod

válečkované součásti válečkovací hlavou stroje, na obr. 5. je výrobek již hotový.




Válečkovací stroj Roller 2800CNC od firmy KOVOSVIT MAS

Konstrukce

je

odvozena

ze

standardního soustruhu MT 70/3000 CNC, zařízení pro válečkování je umístěno na podálném suportu 2 pohybujícího se pomocí CNC řízené osy z po loži v podélném směru, pohyb v ose x

je realizován hydraulicky dvěma proti sobě umístěnými pinolami

válečkovacích hlav 3, do kterých se upínají válečkovaní nástroje 1, přítlačná síla válečkování se nastavuje hydraulicky, aretace natočení válečkovacích nástrojů v dané poloze

je

zabezpečena

pohonem

se

samosvornými

šnekovými

převodovkami,

max.oběžný průměr 300mm, max.zdvih pinole válcovací hlavy 112mm, rozsah válečkovací síly 50 kN, řídící systém SIEMENS SINUMERIK 840D 4.




3.6 PRACOVNÍ A PROVOZNÍ PODMÍNKY VÁLEČKOVÁNÍ Nesprávná volba pracovních podmínek může být příčinou snížení kvality požadovaných parametrů i nízkou produktivitu práce, proto je nutné správné určení následujících veličin válečkování: 1) přítlačná síla – má vliv na velikost zpevnění povrchové vrstvy, musí být tak velká, aby nedocházelo k praskání povrchu, orientační velikosti přítlačné síly jsou pro malé nástroje 100 až 2500N, pro velké až 20 000N 2) rychlost válečkování – je to rychlost, kterou se válečkovaní tělísko přemisťuje po válečkované ploše, má vliv na velikost Ra, jak je patrné z grafu, s růstem rychlosti stoupá i teplota válečkované plochy kolem nástroje

3) posuv nástroje – ovlivňuje velikost Ra, ale jeho neúměrné zvyšování se projevuje vlnitostí povrchu a možným popraskáním povrchu, pro měkké materiály se volí posuv 0,05 až 0,5 mm/ot., pro tvrdé 0,02 až 0,1 mm, každý výrobce však dodává ke každému nástroji doporučené hodnoty posuvů, viz graf




4) počet převálečkování – platí, že optimální Ra se dosáhne při druhém převálečkování, vícenásobným převálečkováním se také více zpevní povrch součásti a zvýší její tvrdost, převálečkování však zvyšuje nebezpečí popraskání povrchu čerpáním plasticity, a snižuje produktivitu práce, proto se více jak dva cykly uplatňují jen výjimečně 5) poloměr zaoblení tvářecího tělíska – jeho zvětšením se dosáhne snížení Ra 6) velikost průměru tvářecího tělíska – s jeho zvětšováním se může snížit přítlačná síla

7) chlazení a mazání - snižuje třeni mezi tělískem a materiálem, což podporuje lepší Ra, odvádí teplo z místa válečkování, tím se může zvýšit řezná rychlost, používají se běžné provozní kapaliny a minerální oleje

3.7 DALŠÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ VÝSLEDEK VÁLEČKOVÁNÍ 1) Čistota pracovního prostředí – zbytky nečistot mohou ulpět ne na válečkovaném povrchu a snížit tak kvalitu jeho Ra 2) Geometrické vlastnosti polotovaru – výchozí Ra a úchylky rozměrů a tvaru 3) Druh válečkovaného materiálu, hlavně jeho tvrdost




3.8 DOSAHOVANÉ PARAMETRY VÁLEČKOVÁNÍ, EKONOMICKÉ HONOCENÍ, SROVNÁNÍ S OSTATNÍMI DOKONČOVACÍMI TECHNOLOGIEMI Válečkování je v současné době vynikající alternativou k běžným dokončovacím technologiím s dobrou možností automatizace výrobního procesu s použitím CNC strojů. Výhody technologie válečkování: -

zpevnění povrchu

-

hodnota Ra je 0,1 μm a menší

-

zvýšení korozní odolnosti

-

dosažení zrcadlového lesku povrchu

-

krátké výrobní časy

-

vysoká přesnost a neměnnost rozměrů

-

spolehlivost procesu

-

vysoká hospodárnost

-

nízké investiční náklady

Hlavní ekonomické aspekty válečkování: -

zvýšení produktivity práce

-

snížení strojních časů

-

úspora elektrické energie

-

potřeba menších výrobních ploch

-

úspora nákupu strojů

-

možnosti v určitých případech nahradit tepelné zpracování

-

ekologičnost, protože není produkován odpad




3.9 SROVNÁNÍ VÝROBNÍCH NÁKLADŮ S TECHNOLOGIÍ VÁLEČKOVÁNÍ Jsou nejlépe patrné z předloženého grafu a obrázků.

DOKONČOVACÍCH

METOD

Tabulka srovnání dokončovacích metod obrábění v různých parametrech:




Tabulka srovnání dokončovacích metod obrábění v různých parametrech:




4 PŘÍKLAD VÁLEČKOVÁNÍ – TECHNOLOGICKÝ POSTUP Na následujících stránkách je stručně popsán technologický postup s použitím válečkování pro dokončení kuželové plochy: 1) tvar a rozměry součásti jsou na náčrtu, materiál ocel EN ISO E335 požadovaná tvrdost povrchové vrstvy je 30HRC, celý proces výroby proběhne na hrotovém soustruhu SV 18R

2) válečkovaní nástroj

Rozsah válečkovaných průměrů je 17 až 38 mm

3) fotodokumentace výrobního postupu

Soustružením se dosáhlo Ra

1,6 μm

vnitřní válcové plochy, hodnota byla naměřena

profilometrem

Mahr

Perthometer M2 viz. následující obrázek




Měření

Ra

vysoustružené

vnitřní

válcové plochy

Obrázek

ukazuje

kuželové

plochy

válečkování válečkovacím

nástrojem na soustruhu

Hotová

součást

s detailem

válečkovanou plochu.



na


Porovnání Ra před a po válečkování




5 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ http://www.albaprecision.cz/ke-stazeni.php http://www.octopustools.com/me-valeckovani.php http://www.mmspektrum.com/clanek/obrabeni-valeckovanim.html http://www.kovosvit.cz/cz/roller-2800-cnc/



Datum zahájení projektu: Datum ukončení projektu: Obor: MS, SM Ročník: 4., 3. Zpracoval: Ing. Helena Jagošová VÁLEČKOVÁNÍ

Recommend Documents