INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ
František Holešovský Abrazivní metody dokončování povrchů Metodická příručka
Prof. Dr. Ing. František Holešovský Abrazivní metody dokončování povrchů Metodická příručka Vydalo Centrum pro studium vysokého školství, v.v.i. , Praha, 2015 Návrh obálky Radka Šebková Číslo projektu CZ.1.07/2.3.00/45.00 29 Publikace vznikla jako výsledek projektu Věda pro život, život pro vědu (VĚŽ). Projekt byl řešen v rámci programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost, prioritní osa Terciární vzdělávání, výzkum a vývoj, v období březen 2014 až červen 2015.
ISBN 978-80-86302-68-3
Dokončovací metody obrábění Broušení První zmínka o broušení je zaznamenána v období kolem 200 let př.Kristem, kdy v Řecku a Římské říši začali lidé běžně používat železné pilníky pro uhlazování železa. V období 600 let př.Kristem jsou zaznamenány pokusy o broušení drahokamů, kdy tato technologie byla kolem roku 532 zdokonalena matematikem, vynálezcem a technikem Theodorosem. Železné nástroje se vyráběly kováním, posléze byly broušeny brusnými kameny a v závěru pilovány. Brusné kameny tvořily přírodní materiály z Kréty a Lakedonie. Technologie broušení patří k nejstarším způsobům obrábění. Z archeo-logických nálezů bylo prokázáno, že broušení se používalo již před 40 tis. lety pro ostření nástrojů, zbraní a podobně. Brousicí nástroje byly vyrobeny z přírodních materiálů - pískovce, křemene, smirku a dalších. Není prokázána doba počátku použití brousicího rotujícího kamene - kotouče, ale byly nalezeny návrhy stroje na vybrušování válců od Leonarda da Vinci přibližně z roku 1500. Umělý brousicí kotouč je datován do poloviny 19.stol., kdy o něco později byla sestrojena také první universální bruska (1860). V roce 1891 se podařilo provést syntézu uhlíku a křemíku za vzniku karbidu křemíku SiC. V roce 1893 byl tento produkt vyroben v Benátkách nad Jizerou. Velký rozvoj v oblasti materiálů pro obrábění a tedy i broušení nastal po 2.sv.válce. V této době se začaly využívat nové druhy velmi tvrdých keramických materiálů odolných proti opotřebení zejména pro broušení oxid hliníku ( Al2O3 ) - dnes umělý korund. Roku 1955 byly ve Spojených státech poprvé synteticky vyrobeny průmyslové diamanty velikosti 0.01 až 1.2 mm k průmyslovému využití. Vývoj broušení se nezastavuje ani v posledních desítkách let, objevují se nové materiály, roste pracovní rychlost nástroje, roste přesnost broušených povrchů.
CO JE A K ČEMU SLOUŽÍ BROUŠENÍ ? Broušení je obrábění mnohobřitým nástrojem s odlišnou geometrií jednotlivých břitů. Břity jsou vytvořeny hranami zrn brusného material. Jednotlivá zrna nástroje jsou zafixována v pojícím materiálu. Broušení je pro některé materiály jedinou technologií, protože je jiným způsobem lze špatně nebo vůbec obrábět (kalené oceli, nástrojové řezné materiály, sklo atd.). Vzhledem k nepravidelné geometrii zrn, vysoké řezné rychlosti a malému průřezu třísek je dosahováno vysoké přesnosti geometrického tvaru, rozměrů a vysoké jakosti povrchové vrstvy. Při pohybu nástroje vůči broušené ploše (rotační hlavní pohyb, přísuv případně posuv jako vedlejší pohyby) dochází k pěti typům působení nástroje na broušený povrch:
2
-
Elastická deformace obráběné plochy.
-
Plastická deformace povrchu (hrnutí materiálu) bez odběru třísky.
-
Plastická deformace obráběné plochy s následným odříznutím třísky (řezání). Rytí povrchu (odběr třísky při její tloušťce velikosti µm).
-
-
V důsledku některého z těchto jevů ke tření zrna o materiál za vzniku tepla.
Jak se liší od běžného obrábění ? a) Geometrie břitů, přestože je nepravidelná, můžeme určit rozsahy některých .úhlů (obr.1). Uhel řezu δ 0 je vždy větší 90°, úhel hřbetu α 0 = 5 až 20°, úhel čela
γ 0 = -30 až -60°, je záporný.
Obr.1 Záběr brousicího zrna b) Řezná rychlost - vzhledem k malému průřezu třísek a ke kvalitě řezného materiálu se pohybuje od 15 do 50 m.s-1, výjimečně i více. c) Vysoká řezná rychlost je příčinou vysokého vzniku tepla v místě řezu. Většina tepla přechází do obrobku, část do chladícího prostředí (10 – 20%), zbytek do třísky a do nástroje. Tab.I Odlišnosti technologií s definovanou a obtížně definovatelnou geometrií ostří Parametr technologie
Technologie s definovanou geometrií břitu
Broušení
Počet pracovních břitů
jednotky
desítky
Velikost třísky
mm2
µm2
Řezná rychlost
m.min -1
m.s-1
Geometrie ostří
definovaná
nedefinovaná
Povrch obrobku
pravidelné stopy nástroje
nepravidelné stopy
3
Opotřebení břitu
otěr, plastická deformace, křehký lom
lom, vylomení zrn, otěr
Rychlost deformace
10-2 s-1
106 - 109 s-1
Broušení je, vzhledem ke svojí složitosti a významu, charakterizováno řadou dalších faktorů, které se postupně vyvíjely a byly určeny různými autory. Patří sem např. koeficient broušení, objemový úběr, měrná energie broušení. Mezi důležité charakteristiky patří délka styku nástroje a obráběného povrchu. V případě broušení dochází k odlišnému rozložení celkové řezné síly vzhledem k velikosti jednotlivých složek. Ve směru řezné rychlosti působí tečná složka řezné síly Fc, kolmo k broušené ploše působí největší složka pasivní síla Fp, ve směru podélného posuvu potom působí nejmenší posuvová síla Ff. Vzhledem k velkému množství faktorů, které působí při broušení (způsob broušení, průřez třísky, zrnitost a druh brusiva, druh a vlastnosti pojiva, otupování zrna atd.), lze velikost řezné síly stanovit velmi obtížně. Je možné vycházet z experimentálních vztahů, např.pro axiální broušení vnějších rotačních ploch: 25.
,
.
.
,
(2.2)
Častěji a snadněji lze velikost řezné síly stanovit pomocí měrné řezné síly: .
(2.3)
D
V případě broušení rotačních ploch potom:
.
.
.
.
.
.
(2.4)
A v případě broušení rovinných ploch:
.
.
(2.5)
fa – axiální posuv (mm.ot-1), ae – radiální záběr (mm), kc – měrná řezná síla, AD – jmenovitá plocha řezu (mm2), vw - obvodová rychlost obrobku u rotačního broušení nebo posuvová rychlost obrobku u broušení rovinných ploch (m.min-1) K čemu broušení používáme ? Způsoby broušení, kinematika nástroje a obráběného materiálu jsou dány tvarem a požadovanou kvalitou broušené plochy. Důležitá je možnost upnutí obrobku pro zajištění požadované přesnosti. Broušení vnějších rotačních ploch - broušení se provádí obvodem brousicího kotouče, vedlejší podélný pohyb vykonává stůl nebo vřeteník, příčný pohyb potom brousicí vřeteník. Velmi efektivním způsobem je zapichovací broušení. Obvod kotouče má tvar broušené plochy a při jeho přísuvu k obrobku dochází k odebrání materiálu a broušení povrchu. Odpadá podélný pohyb obrobku. Obrobek je upnut mezi hroty nebo ve sklíčidle, případně kombinací a rotuje.
4
Hloubkové broušení je metoda při níž je brousicí kotouč nastaven na rozměr obrobku a k odbroušení celého přídavku materiálu dojde při jednom podélném zdvihu stolu. Metoda se používá pro malé přídavky na broušení. Z metody vznikla progresivní metoda úběru velkého množství materiálu při jednom záběru kotouče. Tato metoda vyžaduje speciální tuhé stroje s vysokým příkonem elektromotoru. Bezhroté broušení je technologií, kdy je součást podepřena pravítkem, stroj má dva kotouče – brousicí a podávací. Podávací kotouč přitlačuje součást k brousicímu kotouči a v případě průběžného broušení uděluje součásti šroubový pohyb. Ten umožňuje vyklonění podávacího kotouče o úhel 2 – 10o. Broušení vnitřních rotačních ploch - při broušení vnitřních rotačních ploch dochází k rotaci brousicího kotouče a v opačném smyslu se otáčí obrobek. Brousicí kotouč současně vykonává podélný pohyb a kolmý přísuvový pohyb pro úběr materiálu o velikosti ae. Průměr brousicího kotouče je 0,7 – 0,9 násobek velikosti díry. Vzhledem k nepříznivým podmínkám broušení s dlouhým stykovým obloukem musí být kotouč často orovnáván, zrno CBN se rychle opotřebovává. Vzhledem k malému průměru nástroje je požadavek na vysoké otáčky vřetene pro dosažení požadované rychlosti broušení. Rychlostní poměr q by měl mít hodnotu 60-100. Při podélném broušení díry by měl být přeběh na obě strany 0,3-0,5 záběrové délky brousicího kotouče, v jiném případě dochází k podélné deformaci válcového profilu díry. Pro bezhroté broušení jsou používány speciální stroje, které mají podávací kotouč a dva opěrné kotouče, které přitlačují součást k opěrnému kotouči. Metodu lze použít pouze u součástí s vnějším válcovým povrchem souosým s vnitřní dírou. Brousicí kotouč při bezhrotém broušení vykonává rotační a pohyb a přísuv k odebírání třísky. Při podélném broušení zajišťuje podélný pohyb podávací kotouč. Planetové broušení - broušení děr v součástech, které nelze upnout na běžné brusky, se provádí planetovým broušením na planetových bruskách. Vřeteno brusky s brousicím kotoučem se otáčí kolem své osy obvodovou rychlostí a současně obíhá kolem osy broušené díry. Při podélném broušení vykonává axiální pohyb ve směru díry. Broušení rovinných ploch - broušení rovinných ploch se provádí obvodem nebo čelem kotouče. Přímočarý pohyb vykonává nástroj. Obrobek může být upnutý na kruhovém stole a potom vykonává rotační pohyb. Broušení obvodem kotouče - brousicí kotouč se otáčí obvodovou rychlostí a vykonává přísuv do řezu, obrobek zajišťuje podélný vratný pohyb nebo rotační pohyb při upnutí na kruhovém stole. Kotouč se přisouvá do záběru v jedné nebo obou krajních polohách. Broušení čelem kotouče - broušení čelem kotouče je výkonnější v porovnání s broušení jeho obvodem. K broušení čelem kotouče se používají kotouče prstencové, hrncovité, talířové a především segmentové. Segmentové kotouče mají menší stykovou plochu, dochází k nižšímu vývinu tepla, do místa styku se lépe dostává procesní kapalina a tak dochází i k lepšímu odstraňování třísek. Hrncovité, talířové, prstencové kotouče se často vyklánějí o úhel 2-4o, aby se otevřela styková plocha, lépe docházelo k vyplachování místa vzniku třísky, eliminuje se hrozba vzniku opalů. Dochází však ke zhoršení dosažené rovinnosti plochy.
5
Progresivní metody broušení Vysokorychlostní broušení (broušení vysokou obvodovou rychlostí nástroje) probíhá při rychlosti 100 m.s-1 a vyšší. V současné době jsou výjimečně na trhu nabízeny stroje s rychlostí do uvedené hranice. Limitujícím faktorem je uložení konstrukce vřetene brousicího nástroje. Přestože bylo experimentálně prokázáno, že vysoké rychlosti jsou přínosem pro aplikaci broušení, nelze je v současné době více využít. Určitou roli hraje i bezpečnostní riziko a použití nástrojů s kovovým tělesem, vzhledem k velkým odstředivým silám, které na nástroj působí. Přínos vysoké rychlosti broušení můžeme vidět na výše uvedených grafech. Při použití vysokých řezných rychlostí dosahujeme vyšší kvality povrchu. Problémem je použití procesních kapalin, kdy vzhledem k dynamice procesu se jeví použití oleje lepší cestou oproti emulzím.
40 35 30 r ( m)
25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
v s (m.s -1)
a)
b)
Obr. 2 Závislost a) drsnosti povrchu na řezné rychlosti a velikosti úběru, b) opotřebení nástroje na řezné rychlosti Vysokoúběrové broušení, hloubkové broušení Hloubkové broušení je charakteristické úběrem velkého množství materiálu při jednom záběru brousicího kotouče. Proces charakterizuje vysoká řezná rychlost a vysoký posuv, procesní kapalina musí zajišťovat svoji funkci při vysokém tlaku a teplotě. Do rychlosti kotouče 125 m.s-1 se používá keramické a pryskyřičné pojivo, pro vyšší rychlosti pojivo kovové včetně slinutého kovu a povlakovaného zrna. Vzniklá kvalita plochy odpovídá broušenému povrchu. Problém tvoří stroje, kterých nalezneme ve světě jen několik, musí mít vysokou tuhost a velký příkon elektromotoru 30 kW a více. Charakteristiku metody, která byla popsána už před rokem 1980 můžeme shrnout do následujících bodů: Celkový přídavek na broušení je odebrán při jednom pracovním záběru
6
Při klasickém broušení je přídavek rozdělen a hloubka řezu je v hodnotách 10-2 mm, při hloubkovém broušení tvoří několik mm Drsnost povrchu je stejná nebo lepší v porovnání s běžným broušením Zatížení 1 zrna je nižší a tím vzrůstá i trvanlivost nástroje Zvyšuje výrazně produktivitu obrábění Limitujícím faktorem jsou brusky – vysoký příkon elektromotoru a vysoká tuhost Výsledkem metody je tedy vyšší kvalita povrchu, zkrácení výrobních časů, nižší opotřebení nástroje a snížení řezných sil.
Obr. 3 Tvary dosahované hloubkovým broušením při jednom záběru nástroje Poznáváme brousicí nástroj – kotouč Brousicí nástroje tvoří tělesa (kotouče,kameny, segmenty) obsahující zrna brusiva vázaná pojivem v pevný celek. Zrna mohou být také nanesena na plátna nebo papírovou podložku a vázána pojivem v případě broušení pásem nebo kmitající páskou. Některé metody obrábění pracují také s volným brusivem. Největší objem tvoří brousicí kotouče, jejichž stavbu určuje technická charakteristika kotouče. Tato charakteristika je dána tvarem kotouče, druhem brousicího materiálu, velikostí zrn, tvrdostí nástroje, strukturou, druhem pojiva, rozměry kotouče a maximální použitelnou rychlostí. Brousicí kotouče jsou vyráběny lisováním nebo litím směsi brousicích zrn a pojiva. Do směsi jsou přidávány pórotvorné látky např.vosk a chemická nadouvadla. Brousicí kotouče volíme podle tvaru broušené plochy a podle metody broušení. Pro broušení rotačních ploch na hrotových bruskách a rovinných ploch na horizontálních bruskách používáme výhradně brousicí kotouč plochý. Materiál brousicích zrn Při výzkumu nových technologií vznikají nové materiály, které výrazně zvyšují technické a ekonomické parametry brousicích kotoučů, a tak i samotné brousicí operace. Od poznání a využívání mechanického, tepelného a chemického zpracování brusiva, při vývoji nových materiálů s vhodnými technologickými a užitnými vlastnostmi, přechází výzkum k vývoji
7
nových modifikací základních druhů brusiva Al2O3 a SiC, výrobě zušlechtěného abrazivního zrna a k vývoji celkem nových typů abraziv. Tab.II Abrazivní materiály používané k broušení Druh
Použití
Označení
Klasické abrazivní materiály Umělý korund
ocel – kalená, legovaná, feritická, austenitická, ocel na odlitky, litina, tvrdý bronz, nízkouhlíková ocel
A 99 - bílý
univerzální zrno pro tvrdé a měkké oceli, legované oceli vyšší pevnosti, šedá litina, ocel na odlitky
A 98 – růžový
ocel kalená, tvrdé povrchy včetně zušlechtěných
A 97P – polokřehký, A97M – mikrokrystalický A97E – zirkonový
nízkolegovaná ocel, ocel na odlitky, temperovaná litina
A 96 - hnědý
bronz, hliník, slinuté karbidy, vytvrzovaná litina, austenitická a feritická ocel, nástrojové oceli
C 49 - zelený
šedá a bílá litina, mosaz, měď
C 48 - černý
Al2O3
Karbid křemíku SiC
A98M - manganový
Supertvrdé materiály Syntetický diamant C Kubický nitrid boru BN
tvrdé materiály-zpevněné karbidy a oxidy (Al2O3, Cr2O3, WC atd.), slinuté karbidy, nástrojové oceli, dokončování velmi tvrdých a křehkých materiálů, sklo, keramika
D
vysocelegované, nástrojové a nelego-vané oceli, tvrdé povrchy > 50 HRC, superslitiny > 35 HRC, šedá a BN bílá litina
Inovované abrazivní materiály Mikrokrystalický korund A 97 M (výroba technologií sol-gel)
tvrdé, kalené povrchy, ložisková ocel, nástrojová ocel SG (nízký úbytek kotouče při vysokých úběrech) nástrojové a ložiskové oceli
TG
8
vysoké úběry tvrdých povrchů, (samoostření brousicího kotouče)
a)
b)
c)
DG
d)
Obr.4 Opotřebení brousicích zrn a) zrno Al2O3 před použitím, b) zrno Al2O3 po opotřebení, c) zrno SG před použitím, d) zrno SG po opotřebení Do této skupiny můžeme zařadit také SG abrazivní materiály, které se vyrábějí unikátním způsobem, který se značně liší od původního výrobního procesu Al2O3. V porovnání s Al2O3 má vyšší tvrdost a lepší pevnost. Výjimečným prvkem těchto abraziv je jeho submikronová velikost částíc. V průběhu řezného procesu vznikají ostré sekundární řezné hrany, které po dobu procesu broušení umožňují samoostření. Abrazivo je dostatečně pevné tak, že se mísí s běžně taveným abrazivem pro zabránění vzniku nadměrných sil při broušení. Typické směsi jsou 5SG (50%), 3SG (30%) a 1SG (10%). Tyto stupně mísení zvyšují životnost kotouče, ale zároveň rostou jejich výrobní náklady.
Obr.5 Norton TG abrazivní zrna Tvar SG zrna může mít průřezový poměr 4:1 až 8:1, důsledkem těchto vysokých průřezových poměrů se jeví jako tyčinky nebo červíky. Další vývoj SG zrna se zaměřuje hlavně na produkci nových forem zrna. Takto byl představen inovovaný abrazivní materiál DG. Při zatížení dochází k lasturovitému lomu zrn a současně ke zvýšení počtu a ostrosti řezných hran, zajištění samoostřící schopnosti a růstu hodnoty řezivosti kotouče, následně je možné zvýšit hodnotu úběru materiálu. Do skupiny inovovaných brousících materiálů je možné začlenit také další produkt technologie sol gel, abrazivní materiál pod názvem Cubitron. Jedná se opět o submikronovou stavbu zrna, chemicky precipitovaný a slinutý materiál, který měl mnohofázovou strukturu. Zrno má mikrostrukturu obsahující submikron s destičkami, které působí jako výztuha. Pro řízení mikrokrystalické pevnosti při výrobě Cubitronu, je kysličník hlinitý současně precipitovaný různými modifikátory jako jsou kysličník hořečnatý, itrium, lanthan a neodyn.
9
Stejně jako se zrychloval vývoj stávající technologie založené na abrazivech kysličníku hlinitého a také v nové technologii ultra tvrdých materiálů, stejným způsobem pokročily elektofúzní technologie. Výsledkem toho byl produkt Abral (Al-O-N zrno), vyrobený kofúzí kysličníku hlinitého a AlON, s následným pomalým tuhnutím. Tento materiál nabízí nejen vyšší tepelný odpor v porovnání s běžným kysličníkem hlinitým, ale také získává samoostřící vlastnosti blízké keramicky vyrobeným materiálům, při tom s jemnějším účinkem. Ve skupině superabraziv, vznikl postupným vývojem mikrokrystalický produkt, který může být považován za SG zrno v rámci CBN zrn. Je extrémně tuhý a hranatý, a vyvolává mikrolomy. Avšak tak jako u SG zrn, při použití se také generují vyšší řezné sily, a proto je omezený k použití v pevnějším pojivu, určeném pro vyšší síly, speciální použití nalézá při honování. Výzkum nových supertvrdých materiálů pokračuje v následnosti na úspěšný syntetický, člověkem vyrobený diamant a CBN při vysokých teplotách a tlacích. Vývojem nových materiálů se dosáhlo tvrdosti blížící se tvrdosti CBN a diamantu. Mezi tyto materiály patřil Al-Mg-Be s hodnotou tvrdosti srovnatelnou s CBN. Dalším materiálem byl Al-C-N s hodnotou tvrdosti blízké diamantu. Nové supertvrdé materiály najdeme v systémech C3N4, BC2N a B4C. Teoretické výpočty prvních pokusů předvídaly, že určité karbonitridy mají objemový modul pružnosti porovnatelný nebo lepší než diamant. Naměřené tvrdosti potvrdily, že vzorky BC2N a BC4N syntetizované za vysokého tlaku a teploty mají nominální tvrdost 62 a 68 GPa, tvrdosti diamantu a tato je vyšší než u CBN. Nejbližší roky potvrdí, zda některý z těchto nově vyvíjených materiálů bude použitelný pro abrazivní technologie. Pojivo Pojivo používané v brousicích kotoučích má několik funkcí. Udržuje abrazivní zrno v průběhu procesu v nástroji, s ohledem na jeho opotřebení, uvolňuje zrna z vazby kotouče, musí odolávat odstředivým silám (obzvlášť při vysokorychlostním broušení) a vytváří podmínky pro styk zrna s obrobkem k vytváření třísky odebíraného materiálu. Kreativní myšlenkou výroby kotoučů, která je založena na aplikaci principů rapid prototyping a technologie, v nichž RP brousicí kotouče (resin-piled) jsou složeny z nahromaděných vrstev ultrafialově vytvrzené pryskyřice smísené se zrny abraziva. Při tomto způsobu výroby brousicích kotoučů se očekává, že mohou být rovnoměrně rozložené v tekuté pryskyřici nejen zrna abraziva, ale také to, že by mohlo být možné vyrobit složitější tvary brousicích kotoučů. Mimo to by mělo být možné použít pryskyřici na výrobu velmi měkkých a naopak velmi tvrdých kotoučů, tuhých i elastických kotoučů a zejména pórovitých typů kotoučů. Pórovitost brousicího kotouče Póry vytvořené v brousicím kotouči umožňují přístup kapaliny do zóny broušení, zajišťují určitý stupeň chlazení proudícím prostředím a také umožňují utváření třísky. K dosažení vysoké pórovitosti brousicího nástroje jsou známy dvě možnosti, použití metody vypálení, kde je otevřená struktura vytvořená přidáním organického průduchu, nebo použitím „bublinkové“ metody, kde vysokou pórovitost dosáhneme bez vypalování, přidáním
10
materiálu ve tvaru „duté korundové kuličky“. Póry vytvořené pomocí těchto „kuliček“ jsou plné a uzavřené, a proto neumožňují průchodnost kapaliny.
Obr.6 Elektronový mikroskopický snímek struktury nástroje Centuria Při výrobě pórovitých brousicích kotoučů Centuria, bez ohledu zda nástroje obsahují konvenční nebo supertvrdá abrazivní zrna ve sklovitém nebo termosetovém pojivu, je ůležité jednotné rozložení pórů, které jsou vytvořeny dutými korundovými kuličkami. Účinky Centurie se projevují v celém rozsahu tvrdosti nástroje, výsledek se jeví s klesající tvrdostí nástroje stále více pozitivní. Další systém brousicích nástrojů pod označením Columbia, je vyroben ze submikrokrystalického slinutého Al2O3 stmeleného do nástroje moderním pojivem s nastavitelnou pórovitostí. Podstatným rysem je schopnost samoostření a odstraňování částic třísky z pracovní oblasti. Altos je nový koncept brousicího kotouče, v němž je vytvoření otevřené struktury kotouče pro vysoký úběr materiálu založeno na použití extrudovaného zrna s vysokým poměrem délky k příčnému průřezu (8:1). Altos vytváří vysoce pórovitý a propustný brousicí nástroj, což umožňuje vysoký úběr materiálu. Aulos tvoří vysoce výkonný brousicí kotouč s obsahem dlouhého průřezového poměru keramického abraziva uloženého v pryskyřičném pojivu, což umožňuje použití vyšších řezných rychlostí oproti kotoučům se zrnem CBN. Při použití těchto inovovaných keramických abraziv a bez handicapu použití tenké abrazivní vrstvy, jako mají CBN kotouče, lze obrobit jedním brousicím kotoučem průměru 200 mm několik tisíc obrobků.
Pro některá použití potřebujeme jinou konstrukci nástroje Chemické přísady v procesních kapalinách kriticky působí na environmentální znečištění a zvyšují náklady na jejich likvidaci. Problémy vznikají při použití velkého množství procesní kapaliny tam, kde je požadovaná vysoká kvalita povrchu komponentů. To je důvodem vývoje alternativních způsobů ochlazování (odvodu tepla) s méně škodlivými environmentálními účinky. Z výše uvedených důvodů byly k broušení těžkoobrobitelných materiálů vyvinuty segmentované brousicí kotouče s perforovanými zářezy pro přivedení kapaliny do kontaktní zóny kotouče a obrobku. Tento systém by mohl vyvolat snížení specifické energie přibližně o 36%.
11
Obr.7 Přívod procesní kapaliny do zóny broušení při použití: a) klasického kotouče, b) segmentovaného kotouče Pro lepší rozvod kapaliny se používají tlakové komory na zlepšení toku kapaliny přes perforované otvory nástroje. S tímto systémem by mohl kotouč dosahovat zlepšenou kvalitu povrchu broušeného obrobku, dokonce i když množství použité kapaliny dosáhlo jen 30% v porovnání s konvenčním systémem chlazení. Adheze třísek na povrchu kotouče se neprojevovala a povrchová tahová zbytková napětí způsobená tepelnými deformacemi byla eliminována. prístup kvapaliny kruhová drážka
segmenty chladiaca komora
performované
Obr.8 Pohled příčným řezem segmentovým kotoučem s komorami Dalším vývojem přerušovaných nástrojů vznikl také nástroj pod označením „T-nástroj“, který kombinuje účinky frézy a brousicího kotouče. S tímto typem nástroje lze docílit zredukování rychlosti toku kapaliny na úroveň, která je typická při frézování. T-nástroj může být vyroben jako pevné přerušované těleso elektrolyticky povlakované superabrazivem nebo sestavené s vyměnitelnými superabra-zivními segmenty se sklovitým, živičným nebo kovovým pojivem.
Obr.9 Stavba segmentového T-nástroje
12
K vytvoření vzoru zrna byly použity maskovací technologie pro předběžnou adhezi zrna na ocelovém náboji kotouče. Na doplnění byl aplikován standardní proces elektro povlakování. Do tvaru abrazivní vrstvy kotouče bylo umístěno kolem 35 000 zrn. Použitím maskovací technologie mohl při výrobě představovaný prototyp dosáhnout výrazného zredukování ceny nástroje v porovnání s počátečním vývojem prototypu kotouče, kde každé jednotlivé zrno bylo umístěno manuálně. Avšak cena prototypu nástroje je stále značně vysoká v porovnání s doporučeným nástrojem.
Obr.10 Konvenční kotouč a prototyp
Obr.11Kotouč impregnovaný grafitem
K prokázání způsobilosti prototypu kotouče, byl při operacích mokrého broušení kotouč porovnán se standardně elektrolyticky povlakovaným superabrazivním brousicím kotoučem. Prototyp při mokrém broušení prokázal lepší vlastnosti s nižšími silami broušení a výkonem do 40%, i nižšími teplotami obrobku. Avšak kvalita obrobku při procesu mokrého broušení nebyla dosažena. Aplikace prototypu kotouče při suchém broušení vedla k růstu teploty obrobku a větší změně povrchových vrstev v porovnání s mokrým broušením. Vyšší teploty obrobku zlepšily obrobitelnost materiálu a snížily řezné sily a výkon. Rozsáhlý experimentální výzkum mokrých a suchých operací broušení povrchu za daných podmínek nepoškodil prototyp a prokázal jen menší abrazivní opotřebení brousicího kotouče. Unikátní řešení kotouče s pevným lubrikantem představuje sklovitý Al2O3 kotouč, který je na obvodě opatřen rybinovými drážkami vyplněnými fenolickou pryskyřično-aluminiovografitovou směsí. Experimenty suchého broušení ložiskové oceli prokázaly lepší konečný povrch, nižší potřebný výkon stroje.
Co musíme dodržet při použití broušení Při použití brousicích kotoučů je nutno dodržovat některé zásady: • • • • •
Pro větší úběr materiálu se volí kotouče s větší velikostí zrna Pro broušení tvrdých povrchů volíme měkčí brousicí kotouč Pro broušení materiálů s plastickými vlastnostmi (měď, mosaz, hliník, feritická struktura atd.) se volí měkký brousicí kotouč s větším zrnem nebo vyšší pórovitostí S růstem velikosti stykové plochy brousicího kotouče a obrobku se volí kotouč s větší velikostí zrn a nižší tvrdostí, případně vyšší pórovitostí Materiály citlivé na působení tepla se brousí měkčími kotouči s vyšší pórovitostí
13
• • • • •
Broušení přerušovaných ploch se provádí tvrdšími kotouči Při broušení čelem brousicího kotouče se volí měkčí kotouč oproti broušení obvodem kotouče Broušení ocelí a litin se neprovádí polykrystalickým diamantem, je možné pouze v případech, kdy není překročena teplota 650o C V případě, že není možné použít procesní kapalinu, volíme brousicí kotouč s vysokou pórovitostí Volbu brousicího kotouče zohledňujeme vyčíslením nákladů pro danou alternative
NABRUSME SI SVOJI PLOCHU
1. Nejprve se seznámíme s bruskou: Vřeteník, nástroj, stůl, stojan, ovládání, upínání 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Upneme si svůj vzorek material na elektromagnetickou desku Nastavíme si stroj na nečisto Pustíme otáčky nástroje Nastavíme vzdálenost od povrchu na jiskru Odjedeme stolem Nastavíme přídavek a posuv Nastavíme zarážky Spuistíme broušení a sledujeme do ukončení
A na závěr si změříme drsnost, jak dobře jsme brousili.
14
