Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Volba řezných podmínek v závislosti na drsnosti povrchu a přilnavosti nátěrových systémů Diplomová práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

Ing. Jiří Votava, Ph.D.

Bc. Karel Špiřík Brno 2011

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma

Volba řezných podmínek v závislosti na drsnosti povrchu a přilnavosti nátěrových systémů

vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MENDELU v Brně.

dne …………………………………………………….. podpis autora ..............………………………...............

PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za odborné vedení, ochotu spolupracovat, zhotovení fotografické dokumentace a věcné připomínky při zpracování diplomové práce.

ABSTRAKT Cílem diplomové práce je hodnocení drsnosti povrchu při různých řezných podmínkách na stolní konzolové frézce a následně provedení odtrhové zkoušky u tohoto materiálu. V první fázi experimentu byly vyměnitelnými břitovými destičkami ze slinutých karbidů dvou rozdílných rádiusů špičky nástroje a rychlořezné frézy, odfrézován materiál 11 323 při zvolených řezných rychlostech. Na obrobeném materiálu byla změřena drsnost povrchu, taktéţ byly vyhodnoceny tvary třísek a opotřebení nástroje. Po nanesení dvouvrstvého syntetického nátěru S 2000, S 2013 byla po zaschnutí provedena odtrhová zkouška. Opotřebení nástrojů a tvary třísek byly hodnoceny mikroskopickým pozorováním. Drsnot povrchu byla srovnávána mezi volbami jednotlivými řeznými rychlostmi drsnoměrem. Odtrhová zkouška byla prováděna dle normy ČSN EN ISO 4624. Vyhodnocené výsledky prokázaly odlišnost opotřebení nástrojů a různorodost tvaru elementu třísek. Neprokázal se však vliv parametrů drsnosti povrchu na přilnavost aplikovaných nátěrů.

Klíčová slova: řezné podmínky, frézovací nástroje, drsnost povrchu, nátěrové hmoty, přilnavost

ABSTRACT

The aim of the thesis is to evaluace the surface roughness at different cutting conditions on the router console table and then performance of adhesion test of this material. In the first phase of the experiment material 11 323 was milled using sintered- carbide cutting plate sof two different tip radius and high- speed milling cutter under selected cutting speeds. The processed material was then evaluated for surface roughness and chip kapes and tool wear either. After applying a two- layer synthetic rating with S 2000, S 2013 and after drying, a adhesion test was performed. Tool wear and chip kapes were evaluated by microscopic observation. Surface roughness was compared between the different cutting speeds using surface roughness

measuring device. Adhesion test was performed according to standard ČSN EN ISO 4624. Evaluation of the results showed differences of tool wear and diversity of chip elements shape. There was no provable effect of surface roughness parameters on the adhesion of applied coatings.

Key words: cutting conditions, milling tools, surface roughness, coatings, adhesion

OBSAH 1

ÚVOD ....................................................................................................................... 7

2

CÍL PRÁCE .............................................................................................................. 8

3

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ................................................. 7 3.1

3.1.1

Definice obrábění a základní pohyby ......................................................... 7

3.1.2

Geometrie nástroje ...................................................................................... 8

3.1.3

Tříska- tvorba, deformace, druhy třísek.................................................... 11

3.1.4

Opotřebení břitu a trvanlivost nástroje ..................................................... 13

3.1.5

Produktivita obrábění ................................................................................ 15

3.2

Frézování .......................................................................................................... 17

3.2.1

Pracovní pohyby nástroje a obrobku ........................................................ 17

3.2.2

Frézy ......................................................................................................... 19

3.2.3

Frézky ....................................................................................................... 20

3.2.4

Geometrie frézky ...................................................................................... 22

3.2.5

Řezné podmínky ....................................................................................... 23

3.3

Drsnost povrchu ............................................................................................... 23

3.3.1

Metody hodnocení drsnosti ....................................................................... 24

3.3.2

Neţádoucí jevy ......................................................................................... 26

3.4

4

Terminologie obrábění ....................................................................................... 7

Materiály pro řezné nástroje............................................................................. 27

3.4.1

Rychlořezné oceli ..................................................................................... 29

3.4.2

Slinuté karbidy .......................................................................................... 29

3.4.3

Řezná keramika......................................................................................... 30

3.4.4

Cermety ..................................................................................................... 30

3.4.5

Supertvrdé řezné materiály ....................................................................... 31

MATERIÁL A METODIKA ZPRACOVÁNÍ ....................................................... 32 4.1

Materiál zkoušek .............................................................................................. 32

4.1.1

Příprava a popis zkušebních vzorků ......................................................... 32

4.1.2

Pouţité nástroje na frézování .................................................................... 33

4.1.3

Charakteristika nátěrových hmot .............................................................. 35

4.2

Metodika zkoušek ............................................................................................ 37

4.2.1

Frézování zkušebních vzorků ................................................................... 38

5

4.2.2

Měření úbytku hmotnosti na břitových destičkách ................................... 39

4.2.3

Měření drsnosti povrchu ........................................................................... 39

4.2.4

Vizuální kontrola opotřebení nástroje a tvaru třísky ................................ 40

4.2.5

Měření tloušťky nátěru ............................................................................. 41

4.2.6

Měření přilnavosti odtrhovou zkouškou ................................................... 41

HODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A DISKUZE ............................................................ 43 5.1

Výsledky zkoušek ............................................................................................ 43

5.1.1

Experimentální obrábění ........................................................................... 43

5.1.2

Odtrhová zkouška ..................................................................................... 60

5.2

Optimalizace řezných podmínek ...................................................................... 67

5.3

Ochrana proti korozi ........................................................................................ 69

5.4

Shrnutí výsledků a diskuze............................................................................... 69

6

ZÁVĚR ................................................................................................................... 71

7

SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY .................................................................... 72

8

SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 74

9

SEZNAM TABULEK ........................................................................................... 76

1 ÚVOD V souboru všech metod strojírenské technologie patří na přední místo obrábění, jelikoţ zajišťuje v převáţné míře kvalitativní stránku strojírenských výrobků. Patří sem také svým podílem na celkové pracnosti výroby součástí strojírenských výrobků, který je dnes v průměru více neţ 30 % a který se i v budoucnosti nebude podstatně měnit. Řezné nástroje pro strojní obrábění jsou vyráběny v širokém sortimentu z rozmanitých materiálů, od rychlořezných ocelí aţ po supertvrdé materiály. Uvedené sofistikované materiály jsou důsledky dlouhodobého a intenzivního výzkumu. Dnes se strojírenský trh zaměřuje především na sníţení nákladů, který se úzce spojuje s efektivním obráběním. Průmyslové podniky stále zvyšují poptávku po nových nástrojových materiálech, které zaznamenávají posunutí řezných rychlostí a ţivotnosti k vyšším hodnotám. Veškeré poznatky ke sníţení nákladů představuje teoretické základy pro dílčí studie při procesu obrábění: opotřebení nástroje, třískové obrábění, řezné podmínky atd. Nejenom zmíněné kovy a jejich slitiny, ale i další pouţívané anorganické materiály (sklo, beton) i materiály organické (pryţ, plast) podléhají významné degradaci vlivem faktorů přírodních nebo technologických ve svém ţivotním cyklu, proto je dnes pojem koroze celosvětovou problematikou. Abychom tyto neţádoucí jevy eliminovaly, je protikorozní ochrana nezbytností. Způsoby eliminace těchto neţádoucích jevů je rozdělena do více hledisek. Jedna z nejjednodušších a v mé diplomové práci aplikována je ochrana nátěrovými hmotami. V současné době najdeme širokou nabídku kvalitních nátěrových hmot. Ţivotnost a kvalitní ochrana materiálu proti korozi jsou nejdůleţitějšími faktory, které ovlivňuje především správná předúprava povrchu, ale i v dobře zvoleném postupu nanášení nátěru včetně kompletní zajištění kontroly kvality.

-7-

2

CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je vyhodnocení drsnosti povrchu materiálu, za různých řez-

ných podmínek pomocí stolní frézky a následně u tohoto materiálu provést přilnavost nátěru odtrhovou zkouškou. Zkušební vzorky jsou frézovány vyměnitelnými břitovými destičkami ze slinutých karbidů a válcovou frézou HSS. Na obrobených vzorcích jsou měřeny drsnosti povrchu drsnoměrem Mitutoyo- SURFTEST SJ-201. Po fázi obrábění je zdokumentováno a analyzováno opotřebení nástroje a jednotlivé tvary třísek. Na obrobené vzorky jsou aplikovány syntetické nátěrové hmoty a po zaschnutí provede odtrhová zkouška. Před hodnocením výsledků jsou stanoveny následující předpoklady: vzorky s vyšší drsností vytvoří větší přilnavost nátěru vyšší řezná rychlost zhorší drsnost povrchu tvar třísky se bude prodluţovat se zvyšující se mi řeznými podmínkami stejnoměrná doba obrábění u všech frézovacích nástrojů zvýši opotřebení břitu HSS frézy více neţ u vyměnitelných destiček ze slinutých karbidů

-8-

3

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY

3.1 Terminologie obrábění 3.1.1

Definice obrábění a základní pohyby

Jedním ze základních termínů tohoto odvětví je obrábění, při kterém ubíráme z výchozího materiálu (polotovaru) částice materiálu ve formě třísky, abychom na něm vytvořili plochu ţádaného tvaru, rozměru a jakosti. Při obrábění se materiál odděluje ve formě třísky vzájemným pohybem břitu nástroje a obrobku, a to v určité hloubce obráběné plochy.

(Němec K. 1972)

Vědeckou základnou nauky o obrábění je řezání, lze jej popsat jako obrábění mechanickými pochody, tj. odebírání částic nebo oddělování částic materiálu ve tvaru třísky břitem řezného nástroje. Tuto teorii řezání můţeme rozdělit na geometrii břitu nástroje, vlivy řezných úhlů, teorie tvoření třísky, síly působící na břit a řezné podmínky. Jednotlivé dílčí skupiny jsou popsány v následujících podkapitolách. U obráběcího procesu se nástroj a obráběný předmět (obrobek) dostávají do vzájemného pohybu proti sobě. Tento pohyb můţe být kruhový, přímočarý nebo probíhá po křivce. Výsledným pohybem se označuje pohyb řezný, který se skládá z hlavního a vedlejšího pohybu. řezný pohyb (pohyb do řezu)- je relativní pohyb mezi obrobkem a nástrojem, za pomocí tohoto pohybu se uskutečňuje obrábění (řezání), pohyb řezný můţe vykonávat materiál (soustruţení a hoblování) nebo nástroj (frézování, vrtání, vyvrtávání, protahování) anebo současně nástroj i materiál posuv- je pohyb nástroje nebo obráběného předmětu, zpravidla se koná ve směru kolmém na směr hlavního pohybu (plynule, přerušovaně). Posuv umoţňuje, aby se z předmětu mohly oddělovat třísky. přísuv- je pohyb nástroje nebo obrobku, kterým se nastavuje nástroj do pracovní polohy a udává tzv. hloubku řezu.

(Ščerbejová M. 1993)

hloubka řezu- je vzdálenost mezi plochou obráběnou a obrobenou, měřená kol(Přikryl Z. 1967)

mo na obrobenou plochu obrobek- je obráběný nebo jiţ obrobený předmět

obráběná plocha- je část povrchu obrobku odstraňovaná obráběním

-7-

obrobená plocha- je plocha obrobku vzniklá obráběním

Obr. 1 Terminologie obrábění (Přikryl Z.1967)

a- soustružení, b- hoblování 3.1.2

Geometrie nástroje

Řezný nástroj je aktivním činitel při procesu řezání. Řezání se uskutečňuje pracovní částí (břitem), který vniká do materiálu obrobku a odděluje z něj postupně částice ve tvaru třísky. Kaţdý řezný nástroj se skládá z těla (tělesa) a břitu. Břit má tvar klínu, přičemţ jeho plochy se nazývají čelo, hřbet a vedlejší hřbet. Ostří je průsečnice plochy hřbetu a plochy čela.

Obr. 2 Části noţe

1- upínací plocha, 2- ložná plocha, 3- čelo, 4- hřbet, 5- vedlejší hřbet, 6- ostří, 7- vedlejší ostří Prvky pracovní části nástroje (břitu) se vztahují buď k břitu jako geometrickému tělesu (bez indexu), nebo se vztahují k funkci nástroje pracovním procesu (s indexem). Souhrn těchto prvků jmenujeme geometrií břitu.

-8-

(Přikryl Z. 1967)

Prvky geometrií břitu (geometrický tvar- nástrojové řezné úhly) lze definovat: nástrojová rovina základní Z (orientována kolmo na směr hlavního pohybu) nástrojová rovina řezu N (proloţená řeznou hranou, tečnou k řezné ploše a kolmo na Z) nástrojová rovina měření M (prochází bodem ostří, v němţ geometrii břitu je měřena, je kolmá k rovině Z a N) nástrojová rovina dráhy ostří O (prochází bodem ostří, jehoţ geometrii je měřena, je rovnoběţná se směrem posuvu a kolmá na rovinu Z)

Obr. 3 Soustava rovin- nástrojové řezné úhly

úhel hřbetu α- je úhel průsečnic nástrojové roviny měření M se hřbetem a nástrojovou rovinou řezu N úhel břitu β- je úhel průsečnic nástrojové roviny měření M s hřbetem a čelem nástroje úhel čela γ- je úhel průsečnic nástrojové roviny měření M s čelem břitu a rovinou rovnoběţnou s nástrojovou rovinou základní Z procházející ostřím, popř. bodem ostří, němţ tento úhel měříme úhel řezu δ- je úhel průsečnic nástrojové roviny měření M s čelem břitu a nástrojovou rovinou řezu N

-9-

úhel nastavení ostří χ- je úhel průsečnic nástrojové roviny základní Z s nástrojovou rovinou řezu N a nástrojovou rovinou dráhy ostří P. úhel hlavního ostří ψ- úhel mezi rovinou ostří P a směrem kolmým na směr posuvu v rovině Pr úhel nastavení vedlejšího ostří χ´- je úhel průsečnic nástrojové roviny základní Z s nástrojovou vedlejší rovinou řezu N´ a nástrojovou základní rovinou Z a nástrojovou rovinou ostří. úhel sklonu ostří λ- je úhel průsečnic nástrojové roviny řezu N s nástrojovou základní rovinou Z a nástrojovou rovinou ostří O. úhel špičky ε- je úhel průsečnic nástrojové roviny základní Z s hlavní a vedlejší nástrojovou rovinou řezu N. poměr zaoblení špičky břitu r- je poloměr zakřivení přechodové křivky mezi hlavním a vedlejším ostřím. (Přikryl Z. 1967)

Obr. 4 Geometrie řezného nástroje v ortogonálním souřadnicovém systému (Ščerbejová M. 1993)

- 10 -

3.1.3

Tříska- tvorba, deformace, druhy třísek

Mezi hlavní aspekty, které určují charakter řezného procesu patří především mechanismus tvorby třísky. Tříska vzniká při vnikání břitu nástroje do materiálu, přičemţ dochází k deformaci odřezávaného materiálu. Charakteristika tvaru třísky je dána tvarem a průřezem. Velikost deformace a charakter namáhání odřezávané vrstvy závisí na vlastnostech a druhu obráběného materiálu. Důvodem ke sledování parametrů třísek je skutečnost, ţe při obrábění jsou vyţadovány jen určité druhy třísek, které jsou z hlediska plynulosti procesu nejvhodnější. Tvar třísky je ovlivňován: fyzikálně mechanickými vlastnostmi obráběného materiálu řeznými podmínkami Přeměna odřezávané vrstvy obrobku je doprovázena pruţnou, ale hlavně plastickou deformací. Tato plastická deformace zasahuje do určité vzdálenosti od břitu nástroje, a to tím dále, čím je plasticita obráběného materiálu větší. Se zvětšující se řeznou rychlosti se oblast plasticity deformovaného materiálu zmenšuje. Plastická deformace materiálu odřezávané vrstvy je následek napjatosti materiálu vyvolané tlakem nástroje, který vniká určitou rychlostí (řezná rychlost) do materiálu obrobku.

(Přikryl Z. 1967)

Rozdělení plastické deformace ve třech oblastech: primární plastická deformace (1. oblast)- leţí v odřezávané vrstvě sekundární plastická deformace (2. oblast)- je v nepatrné vrstvě stykové plochy třísky s čelem nástroje deformace v povrchových vrstvách (3. oblast)- leţí v povrchové vrstvě řezné plochy, popř. obrobené plochy

- 11 -

Obr. 5 Oblast plastických deformací (www.strojar.com)

Oblast primární plastické deformace má největší podíl na deformaci třísky. Velikost a tvar uvedené oblasti jsou závislé především na vlastnostech obráběného materiálu, řezných podmínkách, geometrii břitu a na řezném prostředí. Jestliţe dojde k ustáleným řezným podmínkám je tato oblast neměnná a zachovává si vůči čelu nástroje stálou polohu. Při odřezávání třísky probíhá v odřezávaném materiálu plastická deformace, která je příčinou tvoření tzv. nárůstků. Po čele nástroje odchází odříznutá tříska, která překonává třecí síly a je vystavena vysokým tlakům a teplotám. Zoxidovaná vrstva se setře třením třísky na čele nástroje a v místě styku s čelem nástroje dochází k vytváření adhezních sil. Po přesáhnutí určité velikosti součinitele tření mezi odcházející třískou a břitem se pohyb materiálu zpomalí i zastaví. Vytvoří se tzv. váznoucí vrstva materiálu třísky, mezi níţ a ostatním materiálem odcházející třísky dochází k vnitřnímu tření. Váznoucí vrstva neodchází a s třískou tvoří na břitu nárůstek. Charakteristické rysy při tvorbě nárůstků: vysoká pevnost, drsnost funkci břitu nástroje můţe převzít nárůstek jednotlivé vrstvy nárůstku přibývají, nárůstek pak postupně mění úhel řezu δ horší kvalita oddělené plochy po oddělení nárůstku se celý děj opakuje nad 600ºC se nárůstek netvoří mazivo sniţuje tření a čistotu plochy styku kovů => omezení tvorby nárůstku

- 12 -

Druhy třísek: tvářená plynulá- hladká na straně čela, drsná na vnější straně. Tříska odchází po čele nástroje ve tvaru více nebo méně svinuté spirály (ocel, slitiny, Al, Cu). tvářená článkovitá- hladká na straně čela, drsná a členitá na vnější straně, snadno se láme na menší části (tvrdé tvárné materiály) tvářená elementární- křehký materiál (litina, bronz) vytrhávaná elementární- drsná na straně čela, na vnější straně beze změny, bez předchozího tváření (dřevo, sklo, plasty) (www.sps-ko.cz)

Obr. 6 Druhy třísek (www.sps-ko.cz)

3.1.4

Opotřebení břitu a trvanlivost nástroje

Opotřebení břitu, které limituje jeho trvanlivost a za určitých řezných podmínek určuje výkonnost nástroje, je přímo závislé na průběhu řezného procesu. Během procesu řezání se břit nástroje postupně otupuje tzn. ztrácí svůj původní geometrický tvar. Při obrábění kovů vzniká teplo, takţe břit se ohřívá na velmi vysokou teplotu. Při dnešních velmi výkonných řezných podmínkách dosahuje teplota na povrchu břitu některých řezných nástrojů aţ 1000 ˚C. Tím se zmenší tvrdost nástroje, rychlost opotřebení jeho břitu přitom vzrůstá a jeho trvanlivost se zmenšuje. (Němec K. 1972)

- 13 -

Mezi děje, které vedou bezprostředně k opotřebení břitu, patří mechanický typy opotřebení (abraze a adheze) a chemické typy opotřebení (difuze a oxidace). Při nízkých a středních řezných rychlostech jsou obvykle za určitých podmínek převládající mechanické typy opotřebení. Při vyšších a vysokých řezných rychlostech převládají chemické typy opotřebení. Neţádoucí změny břitu a jeho řezné vlastnosti jsou způsobovány otěrem, křehkým lomem či plastickou deformací. Tvar opotřebení břitu je zejména závislý na mechanických vlastnostech materiálu obrobku a na řezných podmínkách. Na tvar otěru má přitom největší vliv řezná rychlost, dále pak tloušťka třísky a úhel řezu δ. Při obrábění materiálu je opotřebováváno čelo a hřbet nástroje. Čelo se opotřebovává třením třísek, kdeţto hřbet třením řezné plochy o nástroj. Na hřbetě břitu je otěr ve tvaru nepravidelné plošky, která vzniká těsně u ostří a rozšiřuje se postupně směrem od ostří. Na čele můţe mít opotřebení břitu buď tvar ţlábku, nebo ve tvaru plošky. Opotřebení břitu probíhá převáţně na hřbetě i čele současně, ne však stejnou intenzitou. Doba, po kterou nástroj pracuje od naostření aţ po otupení, nazýváme trvanlivost. Tato doba se však započítá jen tehdy, kdy byl břit skutečně v záběru. Trvanlivost břitu závisí na mnoho činitelích: geometrii, řezných podmínek (nejvíce řezná rychlost), způsob obrábění.

(Přikryl Z. 1967)

Obr. 7 Graf- časový průběh opotřebení

I- rychlý otěr (vyrovnání nerovností po ostření) II- konstantní opotřebení III- růst opotřebení v důsledku růstu odporů po otupení ah- šířka otupení plošky na hřbetě břitu t- trvanlivost

- 14 -

3.1.5

Produktivita obrábění Nejlépe vyhovujícím kritériem pro hodnocení produktivity je délka výrobního

času. Nástrojem k dosaţení cíle lepšího vyuţití výrobního času a zvýšení efektivnosti je optimalizace výroby s ohledem na volbu nástroje, pracovní podmínky a řezné prostředí. Vţdy se jedná o proces, který vychází z teoretických znalostí ústících do praktických zkoušek a experimentů. Z hlediska volby pracovních podmínek je nejlépe hodnotit produktivitu velikostí úběru materiálu za jednotku času. Cílem je obrobení dílu s minimálními náklady při dodrţování poţadované kvality. Klíčovým problémem je volba optimálního nástroje, materiálu, geometrie a základních řezných podmínek.

(Houdek J. & KOUŘIL K. 2004.)

Produktivitu volby pracovních podmínek můţeme nejlépe hodnotit velikostí úběru materiálu za jednotku času. Z hlediska obrábění existují optimální řezné podmínky, u kterých lze dosáhnout úběrů materiálu při minimálních nákladech. Tento úběr materiálu, můţeme ovlivnit několika činiteli: řeznou rychlostí, posuvem a hloubkou řezu. Z řezných podmínek, které ovlivňují uvedené činitele je hloubka řezu dána zpravidla přídavkem na obrábění a tvarem obrobku, velikost posuvu poţadovanou kvalitou obrobku, zbývá nám tedy volba řezné rychlosti. Na Obr. 8 a) vidíme výrobní náklady v závislosti na řezné rychlosti. Při zvyšující se řezné rychlosti opotřebení nástroje roste, tudíţ se racionálně zvyšují náklady na nástroj, naopak jestliţe sníţíme řeznou rychlost, náklady na strojní práci budou klesat. Náklady na vedlejší práci jsou konstantní a součtová křivka vyjadřuje celkové výrobní náklady v závislosti na řezné rychlosti. Čárkovaná přímka znázorňuje optimální řeznou rychlost, kdy je výroba nejlevnější.

- 15 -

Obr. 8 Graf- a) závislost výrobních nákladů na řezné rychlosti b) ekonomické kritérium trvanlivosti (Přikryl Z. 1967)

Nc- celkové výrobní náklady Nn- náklady na nástroje Ns- náklady na strojní práci Nv- náklady na vedlejší práci Náklady a řezná rychlost souvisí s trvanlivostí a proto lze určit závislost výrobních nákladů na trvanlivosti dle Obr. 8 b). Náklady na strojní práci se s rostoucí trvanlivostí zvýší, a to proto, ţe chceme-li dosáhnout větší trvanlivosti, musíme řeznou rychlost zmenšit. Náklady na vedlejší práci s trvanlivostí jsou neměnné. Jestliţe se zvyšuje trvanlivost, náklady na nástroje klesají. Z průběhové součtové křivky budou náklady nejniţší při výrobě určitého počtu kusů v optimální trvanlivosti. Hospodárné obrábění nám určuje základní činitel optimální trvanlivosti. Řeznou rychlost při daném posuvu a hloubce řezu musíme vţdy volit tak, aby bylo dosaţeno optimální trvanlivosti.

- 16 -

3.2 Frézování Frézování patří mezi tradiční způsoby obrábění. Tato technologii obrábění pro experimentální měření drsnosti je zvolena vzhledem ke své dostupnosti a jednoduchosti. Frézování je mladší způsob obrábění neţ soustruţení a tyto stroje (frézky) jsou po soustruzích v průmyslu nejpouţívanější. Frézování je obrábění rovinných nebo tvarových ploch, vnitřních nebo vnějších, vícebřitým nástrojem. 3.2.1

Pracovní pohyby nástroje a obrobku

Z hlediska chvění je výhodné, je-li v záběru s obrobkem více břitů současně. Při frézování koná nástroj hlavní řezný pohyb (otáčivý) a obrobek koná pohyb posuvný obvykle přímočarý, někdy otáčivý, nebo obecný pohyb po prostorové křivce. Řezný proces je přerušovaný, jednotlivé zuby nástroje postupně vcházejí a vycházejí z materiálu a odebírají třísku proměnného průřezu. Podle způsobu záběru frézy do materiálu obrobku rozeznáváme: frézování obvodem válcové frézy a čelem čelní frézy. Při frézování válcovou frézou řeţe fréza zuby na obvodě, při čelním frézování řeţe současně zuby na obvodě a na čele. (Řasa J. 2005)

Obr. 9 a.) obvodové válcové frézování b.) čelní rovinné frézování (Řasa J. 2005) 1- fréza, 2- obrobek, B- šířka obrobku, h- hloubka řezu, s- posuv, sz- posuv na zub

Řezný pohyb je výslednicí rotačního pohybu frézy a podélného pohybu, který vykonává obrobek. Výsledná dráha obou těchto pohybů, tj. dráha relativního pohybu břitu jednoho zubu frézy vzhledem k obrobku, je cykloida.

- 17 -

Tloušťka materiálu odřezávaného jedním zubem frézy měřená ve směru podélného posuvu, je ve všech místech odřezávané vrstvy materiálu stejná a rovná se dráze, kterou vykoná materiál za dobu úhlového pootočení frézy. Délka dráhy, kterou urazí obrobek během pootočení frézy o jednu zubovou rozteč se nazývá posuvem za zub sz. Vzdálenost mezi dráhami po sobě následujících břitů, měřena v radiálním směru, je tloušťka třísky a1. Nejvyšší moţná hodnota (amax) je rovna posuvu na zub. Okamţitý průřez třísky odebírané jedním zubem je funkcí úhlu φ (viz. obr.č.10).

Obr. 10 a) průřez třísky odebíraný při válcovém frézování b) průřez třísky odebírané při čelním frézování (Řasa J.2005) B- šířka obrobku, h- hloubka řezu, sz- posuv na zub, a1- tloušťka třísky pro úhel φ1, amax- maximální tloušťka třísky

Podle smyslu otáčení frézy vůči směru posuvu dělíme frézování na nesousledné (protisměrné) a sousledné. Nesousledné frézování Fréza se otáčí proti smyslu posuvu. Průřez třísky se postupně zvětšuje od nuly do maximální tloušťky. Nevýhodou je, ţe břit zubu na začátku řezu klouţe po obrobené ploše a teprve zabírá => zhoršuje povrch. Řezná síla F směřuje nahoru, a tím nepříznivě ovlivňuje způsob upnutí obrobku. Sousledné frézování Fréza se otáčí ve smyslu posuvu. Tříska od max. tloušťky do minimální. Silné rázy při vnikání zubu do materiálu lze odstranit pouţitím fréz se šikmými zuby. Obrábí se především houţevnaté a měkké materiály.

(www.strojnilyceum.wz.cz)

- 18 -

Obr. 11 a) sousledné frézování b) nesousledné frézování (www.strojnilyceum.wz.cz)

3.2.2

Frézy

Frézy jsou několikabřitové nástroje, jejichţ břity jsou uspořádány na válcové, kuţelové nebo jiné tvarové ploše tělesa frézy, u čelních fréz také na čelní ploše. Dle umístění břitu dělíme frézy na: válcové- s břity na válcové ploše čelní- s břity na válcové a čelní ploše kotoučové- s břity na válcové a obou čelních plochách kuţelové- s břity na jedné nebo dvou kuţelových plochách tvarové- s břity na tvarových plochách

Obr. 12 Nejpouţívanější druhy fréz (www.tumlikovo.cz) a) válcová, b) čelní, c) kotoučová, d) kuželová (úhlová), e) tvarová

- 19 -

Dle tvaru zubů: s frézovanými zuby- zubové mezery se frézují kuţelovými frézami s podsoustruţenými zuby- hřbety zubů těchto fréz se obrábějí na tzv. podtáčecích soustruzích a mají tvar Archimédovy spirály, pouţívají se u tvarových fréz Dle průběhu ostří zubů frézy: s přímými zuby- mají zuby rovnoběţné s osou (obr. 9 a) se zuby do šroubovice- pravotočivé, levotočivé (obr. 9 b) stopkové- s kuţelovou stopkou nebo s válcovou stopkou nástrčné Dle konstrukce rozeznáváme frézy: celistvé (monolitní) s vyměnitelnými břitovými destičkami- se zuby z rychlořezných ocelí, slinutých karbidů, příp. i z řezné keramiky nebo polykrystalického kubického nitridu boru skládané s více samostatných fréz- slouţí pro frézování sloţitých tvarů (Řasa J. 2005) 3.2.3

Frézky

Frézky rozdělujeme do tří základních skupin: frézky konzolové, frézky rovinné a frézky speciální. Konzolové frézky Jsou nejrozšířenější, pro frézování rovinných a tvarových ploch. Pro kusovou a malosériovou výrobu. Mají konzolu posuvnou po stojanu stroje, na které je umístěn pracovní stůl pro upínání obrobku. Konzola umoţňuje svislý pohyb stolu, stůl má příčný a podélný posuv. Všechny pohyby se vykonávají pomocí šroubů a matic a umoţňují posuv obrobku ve třech osách. Pohon posuvu, zajišťovaný především samostatným motorem s převodovkou, je nezávislý na otáčkách vřetene.

- 20 -

Dle polohy vřetene rozeznáváme: svislé vodorovné univerzální (natáčecí podélný stůl)

Obr. 13 Svislá konzolová frézka na pracovišti MENDELU v Brně 1- vřeteník, 2- vřeteno, 3- stojan, 4- pracovní stůl, 5- ložňí sáně, 6- konzola, 7- základní deska, 8- ovládací páka (směr X), 9- ovládací páka posuvu, 10- ovládací páka ložních sáňí (směr Z), ovládací páka otáček vřetene

Rovinné frézky Pro střední a velké obrobky. Patří mezi nejvýkonnější a největší. Pouţití pro kusovou a malosériovou výrobu. Pracovní stůl se pohybuje pouze v podélném směru po - 21 -

pevném loţi. Příčně se pohybuje nástroj vysouváním pinoly z vřeteníku. Rovinné frézky se vyrábějí s jedním vřeteníkem nebo mohou mít druhý stojan s vřeteníkem na opačné straně stolu. Vřeteníky jsou na sobě nezávislé a mají samostatnou převodovku i motor. Speciální frézky Tvoří rozsáhlou řadu typů, určených pro různé speciální frézovací operace. Patří sem např. frézky na ozubení, na závity, na dráţky, na vačky apod.

3.2.4

(Řasa J. 2005)

Geometrie frézky

Obr. 14 Geometrie čelní frézy z plného materiálu (www.tumlikovo.cz)

P1- radiální vztaţná rovina proloţena bodem na ostří, kolmo na osu frézy P2- axiální vztaţná rovina proloţena bodem na ostří, rovnoběţná na osu frézy P0- rovina měření proloţená bodem X na ostří kolmo na průmět ostří do základny γ 0- úhel čela v rovině P0 γ1- úhel čela v radiální rovině P1 γ2- úhel čela v radiální rovině P2 α0- úhel hřbetu v rovině P0 α1- úhel hřbetu v radiální rovině P1 α2- úhel hřbetu vedlejšího ostří χv- úhel nastavení vedlejšího ostří χ- úhel nastavení hlavního ostří

(www.tumlikovo.cz)

- 22 -

3.2.5

Řezné podmínky

Volba řezných podmínek je závislá na vlastnostech nástroje, stroje, obrobku, prostředí a na poţadovaných parametrech frézovacích ploch obrobku. V závislosti na všech uvedených činitelech je vhodné se řídit doporučením výrobce nástrojů, katalozích nebo příručkách. Při hrubování se můţe hloubka řezu pohybovat od 10 do 20 mm i více, při obrábění na čisto 0,5 aţ 2 mm. Posuv na zub by neměl klesnout pod 0,05 mm. (Řasa J. 2005)

Řezná rychlost:

vc

D n m min 1000

1

D…. průměr frézy (mm) n….. otáčky vřetene (min-1)

Posuv na zub:

sz

vf z n

mm

vf…. rychlost posuvu stolu frézky z…. počet zubů frézky

Posuv na otáčku:

so

s z z mm

Průřez třísky:

S

a b mm 2

a…. tloušťka třísky (mm) b…. šířka třísky (mm) (Řasa J. 2005)

3.3 Drsnost povrchu Drsnost je souhrn nerovností povrchu s relativně malou vzdáleností, které nevyhnutelně vznikají při výrobě nebo její vlivem. Do drsnosti se nepočítají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelné nerovnoměrnosti, které se vyskytují jen ojediněle (rysky, trhliny, důlky apod.) a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj.

- 23 -

Podle převládajícího směru nerovností se drsnost posuzuje v příčném nebo podélném směru. Parametry drsností se vyhodnocují na skutečných profilech, které se získávají jako průsečnice kolmé popř. šikmé roviny se skutečným povrchem. (ČSN 01 4450- ISO 4287) Drsnost obrobené plochy je určena stopami, které za ní zanechá břit nástroje. Drsnost by měla být tedy teoreticky určena tvarem ostří, poloměr zaoblení špičky, velikostí posuvu, úhlem nastavení vedlejšího ostří nebo tvarem dráhy břitu nástroje v odřezávané vrstvě materiálu a velikostí posuvu na zub.

3.3.1

(Přikryl Z. 1967)

Metody hodnocení drsnosti

Drsnost hodnotíme dle ČSN 01 4450- ISO 4287 a to třemi kritérii: a) Střední aritmetická úchylka profilu Ra

Obr. 15 Grafický záznam povrchu profilu Ra (Kotlánová A. 2006)

Střední aritmetická úchylka Ra je určena rovnicí: l

Ra

1 y x dx l0 n

nebo

Ra

y1

y2

y3

y4 n

- 24 -

..... y n

y 1

n

Střední čára profilu m má tvar geometrického povrchu je paralelní s hlavním směrem profilu a rozděluje zjištěný povrch tak, ţe v rozsahu základní délky je součet čtverců úchylek tohoto profilu od střední čáry minimální. (ČSN 01 4450- ISO 4287) Y1, Y2 ….. Yn jsou vzdálenosti profilu nerovnosti od střední čáry profilu. Na Obr. 15 se střední čára prokládá tak, aby součty ploch po obou jejich stranách byly v rozsahu stejné. b) Výška nerovnosti Rz Je to střední hodnota vzdálenosti pěti nejvyšších a pěti nejniţších výstupků na měřené délce povrchu od čáry rovnoběţné se střední čárou profilu.

Obr. 16 Graf měření drsnosti povrchu vybraných maximech a minimech nerovností (Přikryl Z.1967)

Určena rovnicí: Rz

R1

R3

R5

R7

R9

R2

R4

R6

R8

R10

5

(Přikryl Z. 1967)

- 25 -

c)

Největší výška nerovnosti Rm

Obr. 17 Největší výška nerovnosti Rm (Kotlánová A. 2006)

Maximální výška nerovnosti slouţí jako pomocné kritérium. Je to vzdálenost mezi dvěma čárami rovnoběţnými s čárou středního profilu, z nichţ jedna prochází vrcholem nejvyššího výstupku a druhá nejniţším bodem prohlubně profilu na délce měřeného úseku. 3.3.2

Neţádoucí jevy

U finálních operací, kde je kladen poţadavek na drsnost povrchu, která je samozřejmě ovlivněna mnoha faktory, mezi nimiţ lze jmenovat: materiál obrobku, řezné prostředí, provedení a stav břitu nástroje, řezné podmínky (posuv a řezná rychlost) a stabilita soustavy stroj- nástroj- obrobek. Na níţe uvedených obrázcích jsou zachyceny a popsány neţádoucí jevy při špatně zvolených parametrech při frézování.

Obr. 18 Neţádoucí jevy (Katalogový list- Pramet) a) vysoká drsnost, b) pochvělý povrch, c) tvorba otřepu, d) rozměrová a tvarová nepřesnost obrobku

- 26 -

a) vysoká drsnost Nejčastěji se vyskytující jev. Příčina je na více místech: špatná volba nástroje, špatná tloušťka třísky, špatně zvolená řezná rychlost, obrábění materiálu vyţaduje pouţití řezné kapaliny, vysoký posuv. b) pochvělý povrch Mezi hlavní příčiny patří nevyváţenost obrobku resp. nástroje, nestabilní upnutí obráběné součásti a vysoká hodnota řezných sil. Dalšími příčiny: nízká tuhost strojnástroj-obrobek, příliš vysoká hloubka třísky, házení- špatná vyváţenost obrobku. c) tvorba otřepu Tento jev je velmi častý nelze mu vţdy zabránit. Otřep vzniká zejména při obrábění měkkých ocelí a plastických materiálu. d) rozměrová a tvarová nepřesnost obrobku Je ovlivněna velkým mnoţství faktorů resp. vlastnostmi soustavy stroj-nástrojobrobek. (Katalogový list- Pramet)

3.4 Materiály pro řezné nástroje Soudobé řezné nástroje pro strojní obrábění jsou vyráběny z rozmanitých materiálů od nástrojových ocelí (zejména rychlořezných) přes slinuté karbidy (bez povlaků i s tvrdými, otěruvzdornými povlaky), cermety (včetně povlakových), řeznou keramikou (včetně povlakovaného) aţ po super tvrdé materiály (syntetický diamant a kubický nitrid boru). Aplikační oblasti materiálů pro řezné nástroje jsou vymezeny jejich fyzikálními (měrná hmotnost, velikosti zrn, součinitelem tření), chemickými (inertnost, stálost), tepelnými (teplota tání, pracovní teplota, tepelná vodivost, délková roztaţnost) a mechanickými vlastnostmi (tvrdost, modul pruţnosti, pevnost v tlaku a ohybu, lomová houţevnatost).

- 27 -

Obr. 19 Vlastnosti nástrojových materiálů (Humár A. 2008)

Nástrojové materiály s vysokou tvrdostí lze pouţít při vyšších řezných rychlostech a malých průřezech třísky (dokončovací obrábění), kde převládá spíše tepelné zatíţení nad mechanickým, materiály s vysokou houţevnatostí lze pouţít při vyšších posuvových rychlostech (hrubovací obrábění), kde v důsledku většího průřezu třísky převládá mechanické zatíţení nad tepelným.

Obr. 20 Vliv mechanických vlastností nástrojových materiálu na pracovní podmínky (Humár A. 2008)

- 28 -

3.4.1

Rychlořezné oceli

Specifická skupina legovaných nástrojových ocelí, která patří mezi nejpouţívanější materiály pro výrobu řezných nástrojů. Jedná se o slitinové oceli s vysokým obsahem legujících karbidotvorných prvků W, Mo, Cr, V a nekarbidotvorné Co. Obsah uhlíku je zpravidla do 1 %. Po zakalení RO dosahují tvrdosti 62 aţ 68 HRC. Tuto tvrdost si zachovávají aţ do teplot kolem 600oC a mohou být vyuţity pro obrábění řeznou rychlostí do 50 m·min-1. Pouţívají se ve stavu litém, tvářeném nebo lisovaném z prášku za tepla technologií práškové metalurgie. Přičemţ RO lisované z prášku mají oproti běţným ocelím jemnější strukturu a rovnoměrnější rozloţení karbidů. Zlepšuje se houţevnatost, řezivost a rozměrová stálost během tepelného zpracování. Umoţňuje výrobu oceli s vyšším obsahem legujících prvků neţ běţným způsobem výroby tavení. Pro RO je charakteristická vysoká lomová pevnost při střední odolnosti proti opotřebení. Nečastěji se z nich vyrábí vrtáky, stopkové frézy, závitníky, výstruţníky, tvarové nástroje a podobně. (Pavelka R. 2010) 3.4.2

Slinuté karbidy

Nepovlakové SK mají nejvyšší modul pruţnosti, ohybovou pevnost a lomovou houţevnatost, a proto mohou být pouţity pro obrábění vysokými posuvovými rychlostmi a pro těţké přerušované řezy. Jejich nízká termochemická stabilita neumoţňuje aplikace při vyšších řezných rychlostech. Povlakované slinuté karbidy lze povaţovat za jednoduché ,,kompozitní“ materiály, protoţe jsou sloţeny z pevného a relativně houţevnatého karbidového podkladu a termochemicky stabilního, tvrdého povlaku (karbidy, nitridy, oxidy a jejich kombinace). Výsledkem jsou řezné materiály pro nejširší aplikace při vysokých řezných i posuvových rychlostech, které umoţňují velké úběry materiálu a jsou vhodné i pro přerušované řezy. Základním karbidem pro výrobu všech druhů slinutých karbidů pro obrábění (nepovlakovaných i povlakovaných) je karbid wolframu (WC), pojícím kovem je kobalt (Co), jako další sloţky jsou pouţívány karbidy titanu (TiC), tantalu (TaC), niobu (NbC) a chromu (Cr3C2). (Humár A. 2008)

- 29 -

3.4.3

Řezná keramika

Je obecně definována jako převáţně krystalický materiál, jehoţ hlavní sloţky jsou anorganické sloučeniny nekovového charakteru. Tato definice zahrnuje nejen tradiční keramiku (porcelán, cement, cihly), ale i brousicí materiály a řadu tzv. ,,nových“ keramických látek, jako je oxidová keramika (AL2O3, ZrO2, MgO), ferity, feroelektrika, nitridy (na bázi Si, B, Al), karbidy (na bázi Si, B) boridy (na bázi Ti) a další. Řezná keramika na bázi AL2O3 je uţívána pro obrábění vysokými řeznými rychlostmi a nízkými posuvovými rychlostmi, protoţe má vysokou tvrdost za tepla a vysokou termochemickou stabilitu, ale nízkou houţevnatost. ŘK na bázi Si3N4 má vyšší houţevnatost, a proto umoţňuje pouţití vyšších posuvových rychlostí neţ keramika Al2O3. Řezná keramika je vynikajícím nástrojovým materiálem pro obrábění šedých litin, ale není příliš vhodná pro obrábění ocelí a tvárných litin, kde vykazuje rychlé opotřebení. Jejími výhody pro výrobu řezných nástrojů jsou především: vysoká tvrdost a odolnost proti plastické deformaci odolnost proti mechanickému namáhání (tlak) odolnost proti působení vysokých teplot vysoká chemická stabilita nízká měrná hmotnost poměrně nízká cena (Humár A. 2008) 3.4.4

Cermety

Název CERMET vznikl sloţením prvních tří hlásek slov ,,CERamics“ (keramika) a ,,METal“ (kov). Prakticky všechny výchozí materiály pro výrobu slinutých karbidů jsou pouţívány i pro výrobu cermetů: wolfram, titan, tantal a niob, chrom a vanad, kobalt. Cermety mohou být pouţity pro vyšší posuvové rychlosti neţ řezná keramika a pro řezné rychlosti na úrovni povlakovaných slinutých karbidů. Vzhledem k niţší houţevnatosti jsou však jejich aplikace většinou omezeny na lehké a střední řezy (při vyšších posuvech se začíná projevovat jejich niţší tepelná vodivost, dochází k vyšší koncentraci - 30 -

tepla v oblasti špičky a tím i k rychlému plastickému porušení břitu nástroje), dobře se uplatňuje i při obrábění korozivzdorné ocelí. (Humár A. 2008) 3.4.5

Supertvrdé řezné materiály

Pod všeobecný název supertvrdé materiály lze zahrnout dva synteticky vyrobené materiály, a to diamant (PKD- polykrystalický diamant, tj. forma, ve které se jako řezný nástroj pouţívají jednotlivé krystaly spojené do kompaktního tělesa pomocí různých pojiv) a kubický nitrid boru (KNM nebo PKNB- polykrystalický). Syntetický diamant a kubický nitrid boru mají obzvláště vysokou tvrdost a vynikající odolnost proti opotřebení, ale vzhledem k ceně nástroje, malým moţnostem změny jeho tvaru a někdy i ochotné reakci s některými obráběnými materiály jsou jejich aplikace omezeny pouze na speciální případy obrábění. Hlavní aplikací diamantu je obrábění neţelezných slitin, keramiky a nekovových materiálů. KNB je velmi dobrým nástrojovým materiálem pro obrábění superslitin, kalených ocelí a litin, lze jím obrábět i slinuté karbidy s vyšším obsahem kobaltu. (Humár A. 2008)

- 31 -

4 MATERIÁL A METODIKA ZPRACOVÁNÍ 4.1 Materiál zkoušek

4.1.1

Příprava a popis zkušebních vzorků

Pro přípravu vzorků na experimentální měření bylo z pásové oceli odřezáno pásovou pilou značky Opti S 130 GH celkem 54 ks zkušebních vzorků. Vzorky o velikosti 50×40×8 (mm) byly následně mechanicky očištěny před začátkem frézování. Základní materiál 11 323- nízkouhlíková konstrukční ocel, s 0,11% C, mez pevnosti 320 MPa, ocel vhodná k taţení, objemovému tváření. Svařitelnost zaručená.

Mikrostruktura oceli Jedná se o feriticko- perlitickou ocel. Struktura je tvořená feritem a perlitem. Perlit se jeví pod mikroskopem jako tmavý, protoţe je to eutektoidní směs feritu a cementitu. Tvářená ocel má perlit a ferit rozloţený v tvaru pravidelných polyedrických zrn. Při nízkém obsahu uhlíku (do 0,1%) je struktura oceli tvořena převáţně feritem a perlitem, který tvoří tmavší místa.

Obr. 21 Feriticko- perlitická ocel (zvětšeno 400x)

- 32 -

4.1.2

Pouţité nástroje na frézování

Pro frézování vzorků byly pouţity od firmy Pramet VBD (vyměnitelné břitové destičky): ADMX160608SR-M ADMX160632SR-M Dále byla pouţita válcová fréza od firmy Pramet a fréza válcová čelní nástrčná jemnozubá pravá s označením:

63A06R- S90AD16E-C NAREX 63x40 HSS 90 dle ČSN 22 2158 Tab. 1 Technické parametry- ADMX 160608SR-M (Katalogový list- Pramet)

Označení

Materiál

ADMX160608SR-M

8230

l 16,00

Rozměry (mm) d s d1 9,95 6,25 4,50

rε 0,80

Obr. 22 technické parametry- ADMX 160608SR-M (Katalogový list- Pramet) Tab. 2 Technické parametry- ADMX 160632SR-M (Katalogový list- Pramet)

Označení ADMX160632SR-M

Rozměry (mm)

Materiál 8230

l

d

s

d1

rε

16,00

9,95

6,25

4,50

3,2

Obr. 23 technické parametry- ADMX 160632SR-M (Katalogový list- Pramet)

- 33 -

Tab. 3 Technické parametry 63A06R- S90AD16E-C (Katalogový list- Pramet)

Rozměry (mm)

Označení 63A06R-S90AD16E-C

D

dH7

d1

L

b

t

Z (-)

63

22

18

40

10,4

6,3

6

Obr. 24 technické parametry- 63A06R- S90AD16E-C (Katalogový list- Pramet)

Tab. 4 Technické parametry- NAREX 63×40 HSS 90 (Katalogový list- ZPS- FN)

Označení

Materiál

NAREX 63×40 HSS 90

19 830

D 60

Rozměry (mm) d L 27 40

z 12

Obr. 25 Technické parametry- NAREX 63x 40 HSS 90 (Katalogový list- ZPS- FN)

- 34 -

4.1.3

Charakteristika nátěrových hmot Dvouvrstvý nátěrový systém (S 2000+ S 2013)

V níţe uvedených tabulkách jsou základní charakteristiky pouţitých nátěrových hmot, tj. sloţení, pouţití, příprava podkladu, příklad nátěrového postupu, aplikace, skladovatelnost, parametry nátěrové hmoty. Tab. 5 Charakteristika S 2000 (Katalogový a bezpečnostní list)

PRAGROPRIMER S 2000

Barva syntetická základní rychleschnoucí Disperze pigmentů, plniv a antikorozních pigmentů

Sloţení

v syntetickém pojivu. Univerzální základová barva s vynikajícími antikorozními vlastnostmi.

Pouţití Příprava podkladu

Ocel, litina, dřevo, dřevotříska. Natírat na suchý, předem připravený podklad: očistit, odmastit, odrezit 1-2x nátěr (nástřik) barvou PRAGOPRIMER S2000, tak

Příklad nátěrového postupu

aby výsledná tloušťka suchého nátěrového filmu byla nejméně 25- 30 µm. Případná aplikace další vrstvy nátěru nejdříve po 24 h. Zasychání na kovových předmětech se můţe urychlit přisoušením do teploty 80oC.

Aplikace

Stříkání (S 6001), štětcem, válečkem (S 6006).

Skladovatelnost

V suchém prostředí při teplotě 5-25 oC.

Parametry nátěrové

Přilnavost

Lesk

Kryvost

Zasychání

hmoty

0

4-5

1-2

24 h

- 35 -

Tab. 6 Charakteristika S 2013 (Katalogový a bezpečnostní list)

INDUSTROL S 2013 Sloţení

Email syntetický lesklý Disperze anorganických a organických pigmentů v roztoku alkydových pryskyřic v organických rozpouštědlech.

Pouţití Příprava podkladu

Dřevo, dřevotříska, ţelezo, litina, lehké kovy, beton, zdivo. Natírat na suchý, předem připravený podklad: očistit, odmastit, odrezit 1. 1x barva S 2000 PRAGOPRIMOL nebo S 2003

Příklad nátěrového postupu

FORMEX, S 2035 PRAGOPRIMER EXTRA 2. 1 – 2x email S 2013 INDUSTROL

Aplikace

Stříkání (S 6001), štětec, váleček (S 6005, S 6006)

Skladovatelnost

Skladujte v suchém prostředí při teplotě 5-25 oC

Parametry nátěrové hmoty

Přilnavost

Lesk

Kryvost

Zasychání

0

1-2

2-3

24 h

- 36 -

4.2 Metodika zkoušek Praktickou část lze rozdělit do dvou fází experimentu: experimentální obrábění odtrhová zkouška Průběh obráběcí zkoušky lze shrnout v následujících bodech: příprava zkušebních vzorků- rozměr (řezání), broušení (sráţení hran) rozdělení vzorků do jednotlivých skupin dle vybraných řezných podmínek frézování vzorků (v průběhu frézování měření hmotnosti VBD) rozdělení třísek dle tvaru vytvoření fotografické dokumentace měření drsnosti povrchu Průběh odtrhové zkoušky lze shrnout v následujících bodech: nanesení nátěrových hmot měření tloušťky nátěru měření přilnavosti odtrhovou zkouškou vytvoření fotografické dokumentace Hodnocení zkušebních vzorků: po obrábění -

měření drsnosti povrchu

po nanesení nátěrové hmoty -

měření tloušťky nátěru

-

měření přilnavosti odtrhovou zkouškou

Hodnocení VBD a HSS frézy: v průběhu obrábění -

měření hmotnosti VBD

po obrábění -

opotřebení VBD a HSS (rychlořezná ocel) frézy

- 37 -

Hodnocení tvaru třísek: po obrábění 4.2.1

vyhodnocení tvaru třísek

Frézování zkušebních vzorků

Frézování zkušebních vzorků bylo prováděno v dílnách na ústavu techniky a automobilové dopravy na stolní frézce. Volba řezných podmínek byla volena tak, aby předpokládaná drsnost povrchu byla v rámci moţností v co největších mezích. Řezné podmínky byly určeny pro VBD ADMX160608SR-M, ADMX160632SR-M a HSS frézu. Volba jednotlivých řezných parametrů udává tab. 7. Tab. 7 Volba řezných podmínek

Označení

ADMX160608SR-M

ADMX160632SR-M

HSS

posuv

Otáčky

Hloubka

Řezná

na zub

na otáčku

řezu

rychlost

(mm·zub)

(mm)

(mm)

(m·min-1)

1400

0,015

0,087

1

277,08

710

0,029

0,172

1

140,52

355

0,057

0,345

1

70,26

1400

0,003

0,020

1

277,08

710

0,007

0,040

1

140,52

355

0,013

0,080

1

70,26

1400

0,015

0,087

1

277,08

710

0,029

0,172

1

140,52

355

0,057

0,345

1

70,26

1400

0,003

0,020

1

277,08

710

0,007

0,040

1

140,52

355

0,013

0,080

1

70,26

355

0,009

0,113

1

66,91

250

0,013

0,160

1

47,12

180

0,019

0,222

1

33,93

355

0,007

0,080

1

66,91

250

0,010

0,114

1

47,12

180

0,013

0,159

1

33,93

(min-1)

- 38 -

4.2.2

Měření úbytku hmotnosti na břitových destičkách

Před začátkem frézování, byly jednotlivé vyměnitelné břitové destičky označeny pořadím (1-6) a byly změřeny jejich původní hmotnosti. Břitové destičky byly před začátkem váţení očištěny, abychom vyloučili výskyt nečistot. Po frézování VBD ADMX 160608SR-M s nastavením posuvem 112 a volbou otáček 1400, 710, 355 min-1 bylo obrobeno 9 zkušebních vzorků a následně změřena hmotnost jednotlivých destiček. Mezi přechodem v nastavování posuvu na 20 a stejnou posloupnosti volbou otáček byly po obrobení dalších 9 zkušebních vzorků tyto destičky opětovně změřeny. Stejná metodika měření hmotnosti byla pouţita i u VBD ADMX 160632SR-M.

Obr. 26 Označení VBD, laboratorní váha

4.2.3

Měření drsnosti povrchu

Měření drsnosti povrchu bylo provedeno pomocí měřicího přístroje SURFTEST SJ201, tato zkouška odpovídá normě ČSN EN ISO 4288. Na kaţdém obrobeném vzorku byla kvůli statistické průkaznosti naměřena drsnot celkově 6× (3× podélně, 3× vodorovně). Z naměřených dat byl vypočten aritmetický průměr podélné a příčné drsnosti, směrodatná odchylka a variační koeficient.

- 39 -

Obr. 27 Drsnoměr Mitutoyo a) Mitutoyo- SURFTEST SJ-201 b) ln- vyhodnocovaná délka- 12,5 mm

4.2.4

Vizuální kontrola opotřebení nástroje a tvaru třísky

Kontrola opotřebení břitových destiček a HSS frézy byla prováděna binokulárním mikroskopem po experimentálním frézování vzorků. Během procesu obrábění byly při jednotlivých řezných podmínkách odebrány třísky a následně byl sledován jejich tvar.

Obr. 28 Binokulární mikroskop, Olympus Dp 10

- 40 -

4.2.5

Měření tloušťky nátěru

Zkouška je provedena dle normy ČSN EN ISO 2808. Nátěrová hmota byla aplikována za pomocí stříkací pistole, rovnoměrně po celém povrchu na všech 54. zkušebních vzorků. U kaţdého zkušebního vzorku byla prováděna tloušťka nátěru na 6 různých místech. Z naměřených dat byl vypočten aritmetický průměr, směrodatná odchylka a variační koeficient. Měření tloušťky nátěru bylo provedeno pomocí měřicího přístroje PERMASCOPE.

Obr. 29 Měřící přístroj PERMASCOPE

4.2.6

Měření přilnavosti odtrhovou zkouškou

Zkouška probíhá dle normy ČSN EN 24624. Po zaschnutí nátěrové hmoty jsou zkušební tělíska přilepena pomocí lepidla přímo na povrch nátěru. Lepidlo nesmí vyvolávat změny ve hmotě nátěru a musí mít vyšší pevnost neţli povlak-podklad. Po vytvrzení lepidla je sestava přilepených tělísek uchycena do vhodného trhacího zařízení. Přilepená sestava je podrobena kontrolované taţné síle (odtrhová zkouška). Je měřena síla potřebná k roztrţení nátěru/ podkladu. Ze stupnice na měřícím zařízení se odečte výsledné odrthové napětí. Ze vzhledu odtrhové plochy na vzorku a na zkušebním tělísku se určí mezivrstva, ve které došlo k odtrhu. Výsledkem zkoušky je napětí v tahu nutné k poškození nejslabšího rozhraní (adhezní porušení) nebo nejslabší sloţky (kohezní porušení) zkušební sestavy. Mohou nastat také oba druhy porušení, adhezní/ kohezní.

- 41 -

(ČSN EN 24624)

K vyhodnocení přilnavosti nátěru byl pouţit přístroj ELCOMETER ADHESION TESTER SN CL 2020. Součástí soupravy pro odtrhovou zkoušku bylo dvousloţkové lepidlo ARALDINE, které bylo pouţito pro lepení zkušebních tělísek.

Obr. 30 Souprava pro odtrhovou zkoušku včetně zkušebního vzorku a válečku

- 42 -

5 HODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A DISKUZE 5.1 Výsledky zkoušek Výsledky zkoušek byly rozděleny na experimentální obrábění a přilnavostní zkoušku. Experimentální obrábění zahrnuje doplňkové hodnocení tvaru třísky, opotřebení nástroje a úbytek hmotnosti VBD.

5.1.1

Experimentální obrábění

Zkušební vzorky materiálu 11 323 s celkovým počtem 54 ks byly frézovány na stolní frézce, dle předem stanovených řezných podmínek, dle výše uvedené tab. 7. Následně všechny vzorky byly označeny pro lepší orientaci.

- 43 -

Výsledky měření drsnosti povrchu Tab. 8 Hodnoty drsnosti ADMX 160608SR-M

ADMX 160608SR-M Posuv Vzorek Otáčky (nastavení

(-)

Průměrná Průměrná Směrodatná drsnot

drsnost

frézky)

(podélná)

(příčná)

(min-1)

(-)

(µm)

1400

112

710

Variační

odchylka

koeficient

(µm)

(µm)

(%)

1,26

1,20

0,13

10,25

112

2,52

2,40

0,16

6,58

355

112

3,02

2,89

0,18

6,18

1400

20

0,85

0,89

0,11

13,08

710

20

1,50

1,46

0,09

6,09

355

20

2,06

1,97

0,09

4,59

1.A 1.B 1.C 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 3.C 1.X 1.Z 1.Y 2.X 2.Y 2.Z 3.X 3.Y 3.Z

- 44 -

Obr. 31 Graf drsnosti povrchu ADMX 160608 SR-M s posuvem 112

Obr. 32 Graf drsnosti povrchu ADMX 160608 SR-M s posuvem 20

- 45 -

Tab. 9 Hodnoty drsnosti ADMX 160632SR-M


(-)


drsnost

frézky)

(podélná)

(příčná)

(min-1)

(-)

(µm)

1400

112

710

Variační

odchylka

koeficient

(µm)

(µm)

(%)

0,84

0,86

0,10

11,67

112

1,57

1,62

0,14

8,88

355

112

2,71

2,66

0,23

8,49

1400

20

0,54

0,57

0,06

11,56

710

20

0,74

0,70

0,09

11,95

355

20

2,38

2,39

0,18

7,40


- 46 -

Obr. 33 Graf drsnosti povrchu ADMX 160632 SR-M posuvem 112

Obr. 34 Graf drsnosti povrchu ADMX 160632 SR-M posuvem 20

- 47 -

Z naměřených a následně vypočtených hodnot je patrné, ţe se sniţující řeznou rychlostí (otáčky), s konstantním posuvem drsnost materiálu roste. Při sníţení posuvu se stejným postupem nastavování otáček je drsnost materiálu niţší. Nejniţší drsnost povrchu byla naměřena při nejvyšších otáčkách a nejniţším posuvu. Obecně lze potvrdit, ţe jestliţe je poloměr zaoblení špičky nástroje větší, je drsnost materiálu menší. Tab. 10 Hodnoty drsnosti HSS 90 NAREX 63×40

HSS 90 NAREX 63×40 Posuv Vzorek Otáčky (nastavení

(-)


drsnost

frézky)

(podélná)

(příčná)

(min-1)

(-)

(µm)

355

40

250

Variační

odchylka

koeficient

(µm)

(µm)

(%)

4,93

4,97

0,19

3,79

40

5,35

5,24

0,50

9,43

180

40

6,50

6,40

0,28

4,34

355

20

4,83

4,75

0,33

6,88

250

20

5,10

5,01

0,23

4,60

180

20

6,42

6,42

0,16

2,50


- 48 -

Obr. 35 Graf drsnosti povrchu HSS s posuvem 40

Obr. 36 Graf drsnosti povrchu HSS s posuvem 20

Jelikoţ při frézování HSS frézy se z bezpečnostních a výrobních důvodů nemohlo zachovat stejné řezné podmínky jako u VBD, nelze srovnávat výsledky. Z uvedených hodnot lze usoudit, ţe při frézování HSS frézy je obdobný trend jako u Pramet destiček. Se sniţující se řeznou rychlostí je drsnost materiálu vyšší. Vyšší

- 49 -

hodnoty drsnosti lze odůvodnit především materiálem, čímţ je rychlořezná ocel, která při zahřátí v místě řezu změní strukturu kovu a ocel se začne drolit, to především obecně zapříčiní daleko menší ţivotnost nástroje. Výsledky měření hmotnosti úbytku na VBD Na následujících grafech na ose x je zobrazeno 6 vyměnitelných břitových destiček, které dle legendy byly měřeny mezi jednotlivými fázemi frézování. Jelikoţ frézování probíhalo cca. 6 hodin není strojní čas natolik velký, aby mezi jednotlivými destičkami byl naměřen vysoký hmotnostní úbytek.

Obr. 37 Graf úbytku hmotnosti na VBD v průběhu frézování u ADMX 160608SR-M

Obr. 38 Graf úbytku hmotnosti na VBD v průběhu frézování u ADMX 160632SR-M

- 50 -

Výsledky opotřebení nástroje Z níţe uvedeného obr. 39 vidíme nepatrné opotřebení VBD ADMX 160608SR-M. Jelikoţ strojní čas frézování probíhal cca. 6 hodin, není opotřebení zcela evidentní. Dle metalografického pozorování je patrné mírné opotřebení na břitu destičky. Z důvodu menšího rádiusu břitu je vnější vrstva povlaku opotřebena převáţně do větší ,,hloubky“ neţli obsahově rozsáhlejší opotřebení po obvodě destičky. Pouţité VBD od firmy Pramet mají vícevrstvý povlak, kde řazení vrstev odpovídá jejich vlastnostem. Na detailním obrázku je velikost opotřebení v desítkách µm. Ochrana proti opotřebení zajišťuje především povlak TiN (nitrid titanu), který je měkčí, a proto méně otěruvzdorný, ale termodynamicky je stabilní a odolný proti tvorbě výmolu na čele. TiAIN (aluminiumnitrid titan) povlak má opačné vlastnosti, patří mezi tvrdší materiály, a tudíţ optimální kombinace obou vrstev povlaků zlepšuje vlastnosti destičky.

Obr. 39 Opotřebení VBD ADMX160608 (zvětšeno 100×)

- 51 -

U obr. 40 je opotřebení plošnější, z důvodu většího poloměru zaoblení špičky R 3,2, ale vzhledem k větší stykové ploše s obráběným materiálem, je opotřebení rozvrstveno na více elementárních míst. Vidíme jiţ mírné hřebenovité trhliny, které způsobují nadměrné tepelné změny při frézování. Celková ,,hloubka“ opotřebení je tedy menší neţli u VBD s poloměrem R 0,8.

Obr. 40 Opotřebení VBD ADMX160632SR-M (zvětšeno 100×)

- 52 -

U HSS frézy je opotřebení nástroje daleko významnější. Příčinou je především materiál nástroje, kterým je rychlořezná ocel. Má daleko menší ţivotnost neţli slinuté karbidy. Na obr. 41 je vidět konstantní opotřebení od ostří, která se rozšiřuje po čele a hřbetě nástroje.

Obr. 41 Opotřebení HSS frézy (zvětšeno 16×)

Hodnocení tvaru třísek Během procesu obrábění byly mezi jednotlivými řeznými rychlostmi odebrány a následně vyfotografovány pod mikroskopem tvary třísek. Dílčí část byla prováděna pro komplexnější pozorování vlivů parametrů řezných podmínek na tvar třísky.

- 53 -

Tab. 11 Tvary třísek ADMX 160608SR-M

ADMX 160608SR-M Posuv (dle výrobce)

20

Posuv na zub (mm)

0,013

Otáčky (min-1) Řezná rychlost (m·min-1)

355 70,26

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Článkovitá aţ elementární tříska malé tloušťky.

Posuv (dle výrobce)

20

Posuv na zub (mm)

0,007


710 140,52

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Článkovitá tříska malé tloušťky.


20

Posuv na zub (mm)

0,003

Otáčky (min-1)

1400

Řezná rychlost (m·min-1)

277,08

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Článkovitá tříska. Modro- fialově zbarvená vlivem tepelného namáhání břitu.

- 54 -


112

Posuv na zub (mm)

0,057


355 70,26

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Plynulá tříska ve stuhovém tvaru. Na vnitřní straně drsnější, na straně čela hladká. Posuv (dle výrobce)

112

Posuv na zub (mm)

0,029


710 140,52

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Plynulá tříska ve tvaru krátké šroubovice mírně do modra zbarvená vlivem tepelného namáhání břitu. Posuv (dle výrobce)

112

Posuv na zub (mm)

0,015

Otáčky (min-1)

1400


277,08

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Plynulá tříska ve tvaru dlouhé šroubovice. Modro-fialově zbarvená, vlivem vysokého tepelného namáhání břitu.

- 55 -

Tab. 12 Tvary třísek ADMX 160632SR-M

ADMX 160632SR-M Posuv (dle výrobce)

20

Posuv na zub (mm)

0,013


355 70,26

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Tříska převáţně článkovitá aţ drobivá.


20

Posuv na zub (mm)

0,007


710 140,52

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Tříska elementární aţ článkovitá.


20

Posuv na zub (mm)

0,003

Otáčky (min-1)

1400

Řezná rychlost (m·min-1) Hloubka řezu (mm)

277,08 1

Popis: Krátký vějířovitý tvar.

- 56 -


112

Posuv na zub (mm)

0,057


355 70,26

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Krátká plynulá tříska stuhového tvaru.


112

Posuv na zub (mm)

0,029


710 140,52

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Plynulá tříska, která je na straně čela převáţně hladká, na vnější straně drsnější.


112

Posuv na zub (mm)

0,015

Otáčky (min-1)

1400


277,08

Hloubka řezu (mm)

1

Popis: Plynulá tříska ve tvaru dlouhé šroubovice. Hladká na čele a na vnější straně drsnější.

- 57 -

Mnohé funkční diagramy utváření třísek v závislosti na hloubce řezu a velikosti posuvu jsou známy jiţ několik desetiletí. Experimentální studií bylo pozorování vlivů tvaru třísek na posuvu a otáčkách. Ve volbě nízkého posuvu je rozdílnost především v tloušťce třísky a celkovém tvaru. VBD s poloměrem R3,2 utváří třísku krátkou a ve vějířovitém tvaru v celém rozmezí nastavování otáček, u destičky s poloměrem R0,8 je tvar delší a elementárnější s velmi malou tloušťkou třísky. Ve volbě rychlejšího posuvu není rozdíl mezi VBD tak velký. Při nastavení nízkých otáček vřetene je tříska v obou případech ve stuhovém tvaru. Rozdíl se mírně projevuje za vyšších otáček, tříska začíná být delší a plynulejší, postupně do šroubovitého tvaru. Rozdíl se projevuje především v tloušťce třísky jako při volbě nízkého posuvu. Zajímavostí je určitě barva třísky za vysoké řezné rychlosti, která je modro- fialová z důvodu vysokého tepelného namáhání a špatného odvodu tepla při frézování. Objem třísky V níţe uvedené tabulce je vypočten celkový, teoretický, odebraný objem třísky u jednoho zkušebního vzorku.

Obr. 42 Objem třísky

- 58 -

Průřez třísky Výpočet teoretického průřezu třísky odebírané jedním zubem frézy:

S

a b

a……. tloušťka třísky (mm)

s z t mm 2

b……. šířka třísky (mm) sz…… posuv na zub (mm) t……. hloubka řezu (mm) Tab. 13 Průřez třísky

Posuv (nastavení

Průřez

frézky)

třísky

(-)

(mm2)

112

0,015

112

0,029

112

0,057

20

0,003

20

0,007

20

0,013

112

0,015

112

0,029

112

0,057

20

0,003

20

0,007

20

0,013

40

0,009

40

0,013

HSS 90 NAREX

40

0,019

63×40

20

0,007

20

0,010

20

0,013

ADMX 160608SR-M

ADMX 160632SR-M

- 59 -

5.1.2

Odtrhová zkouška

Po obráběcí části následovala odtrhová zkouška. Na obrobené a označené vzorky bylo rovnoměrně za pomocí stříkací pistole nanesen dvouvrstvý nátěr (S 2000+ S 2013).

Měření tloušťky nátěru Po aplikaci a zaschnutí nátěru (24 hod.) byly naměřeny a následně vypočteny následující hodnoty tloušťky nátěru. Tab. 14 Tloušťka nátěru- ADMX 160608SR-M


(-) 1.A 1.B 1.C 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 3.C 1.X 1.Y 1.Z 2.X 2.Y 2.Z 3.X 3.Y 3.Z

Průměrná tloušťka

Směrodatná odchylka

Variační koeficient

frézky)

nátěru

(min-1)

(-)

(µm)

(µm)

(%)

1400

112

91,00

4,74

5,20

710

112

94,17

4,59

4,92

355

112

95,56

4,57

4,61

1400

20

91,17

2,54

2,74

710

20

89,17

1,83

2,07

355

20

89,83

2,67

2,93

- 60 -

Tab. 15 Tloušťka nátěru- ADMX 160632SR-M






frézky)

nátěru

(min-1)

(-)

(µm)

(µm)

(%)

1400

112

91,06

3,42

3,76

710

112

93,11

3,28

3,52

355

112

94,00

3,92

4,17

1400

20

92,78

2,78

3,00

710

20

91,00

3,16

3,48

355

20

91,22

3,50

3,84

- 61 -

Tab. 16 Tloušťka nátěru- HSS 90 NAREX 63×40

HSS 90 NAREX 63×40 Posuv Vzorek Otáčky (nastavení





frézky)

nátěru

(min-1)

(-)

(µm)

(µm)

(%)

355

40

91,33

2,38

2,61

250

40

95,22

3,68

3.86

180

40

94,72

3,28

3,46

355

20

89,89

2,35

2,62

250

20

89,00

2,85

3,20

180

20

90,67

4,84

5,34

- 62 -

Odtrhová zkouška Po aplikaci nátěru a následném zaschnutí, byla provedena dle normy ČSN EN ISO 4624 odtrhová zkouška. Tato zkouška byla prováděna u všech obrobených vzorků. V níţe uvedených tabulkách jsou uvedeny naměřené hodnoty. Tab. 17 Odtrhová zkouška- ADMX 160608SR-M

ADMX 160608SR-M Posuv Vzorek Otáčky

(dle vý-

Přilnavost

robce) (-) 1.A 1.B 1.C 2.A 2.B 2.C 3.A 3.B 3.C 1.X 1.Y 1.Z 2.X 2.Y 2.Z 3.X 3.Y 3.Z

(min-1)

(-)

1400

112

710

112

355

112

1400

20

710

20

355

20

(MPa) 3 2,5 2,5 2 3,5 2,5 3,5 3 2,5 2 2,5 2 3 3 2,5 2 3 3,5

- 63 -



(µm)

(%)

0,24

8,84

0,62

23,39

0,41

13,61

0,24

10,88

0,24

8,32

0,62

22,01

Tab. 18 Odtrhová zkouška- ADMX 160632SR-M

ADMX 160632SR-M Posuv Vzorek Otáčky

(dle vý-

Přilnavost


(min-1)

(-)

1400

112

710

112

355

112

1400

20

710

20

355

20

(MPa) 2,5 2 2 2,5 3 2 2 2,5 2,5 2 2 2 2 2,5 2 3 2 3

- 64 -



(µm)

(%)

0,24

10,88

0,41

16,33

0,24

10,10

0

0

0,24

10,88

0,47

17,68

Tab. 19 Odtrhová zkouška- HSS 90 NAREX 63×40

HSS 90 NAREX 63×40 Posuv Vzorek Otáčky

(dle vý-

Přilnavost


(min-1)

(-)

355

40

250

40

180

40

355

20

250

20

180

20

(MPa) 2 2,5 2 3 2 2 2 2 2,5 2,5 2 2 2 3,5 2 3 3,5 3



(µm)

(%)

0,24

10,88

0,47

20,20

0,24

10,88

0,24

10,88

0,71

28,28

0,24

7,44

Výsledky přilnavosti se pohybují v rozmezí od 2- 3,5 MPa. Z naměřených výsledků je přilnavost nátěru minimální v závislosti na drsnosti povrchu. Důvodem negativního výsledku můţe být více faktorů: malé rozmezí volby jednotlivých řezných podmínek, malá drsnost povrchu, pouţití nesprávné kombinace nátěrových barev. Zvýšení přilnavosti hraje velkou roli předúprava povrchu, která nebyla v této studii prováděna. Jelikoţ byl zkoumán vliv drsnosti na přilnavost nátěru, předúprava by tento experiment jen zkreslila.

- 65 -

Obr. 43 Přilepené zkušební tělísko na zaschlý nátěrový podklad

Obr. 44 Výsledek odtrhového napětí v mezivrstvě

Vizuální kontrolou všech měřených vzorků je porušení celistvosti v mezivrstvě obou aplikovaných nátěrů. Charakter adhezního porušení (lomu) se vyskytuje mezi první a druhou vrstvou nátěru, která je příčinou nedostatečné přilnavosti povrchu. Kritickým parametrem v tomto případě je kontaktní spára mezi první a druhou vrstvou, která je odpovědná za účinnost spojení jednotlivých vrstev. V poměru procentuálního podílu plochy na zkušebním válečku je 100 % zastoupení barvy, 0 % lepidla, 0% základ.

- 66 -

5.2 Optimalizace řezných podmínek Na opotřebení nástroje: Řezné podmínky v závislosti na opotřebení VBD lze ovlivnit v našem případě třemi parametry: otáčky posuv hloubka řezu V případě optimálních řezných podmínek vycházíme ze vzorce řezné rychlosti (viz. kap. 3.2.5). Přizpůsobením stolní frézky a doporučením řezných podmínek, dle katalogu firmy PRAMET, jsou v níţe uvedené tabulce vypočítány nejideálnější hodnoty řezných podmínek pro nejmenší moţné opotřebení VBD. Tab. 20 Optimalizace řezných podmínek (opotřebení) pro ADMX 160608SR-M

ADMX 160608SR-M otáčky

posuv

Hloubka řezu

Řezná rychlost

(min-1)

(mm·zub)

(mm)

(m•min-1)

1,0- 13,0

175-275

0,10-

Doporučení výrobce

-

Ideální řezné podm.

884

0,1

1

175

Reálné řezné podm.

710

0,057

1

140,52

0,25

Tab. 21 Optimalizace řezných podmínek (opotřebení) pro ADMX 160632SR-M

ADMX 160632SR-M otáčky

posuv

(min-1)

(mm·zub) 0,10-

Hloubka řezu Řezná rychlost (mm)

(m•min-1)

1,0- 13,0

205-315


-


1035

0,1

1

205


1000

0,057

1

198

0,25

- 67 -

Aby se docílilo co nejmenšího opotřebení VBD bez nutnosti chlazení, bylo nutné vypočítat optimální otáčky vřetene dle moţností rozsahu frézky. Tyto otáčky se dle pozorování v závislosti na výstupních parametrech obrobku vyskytují v optimálním středovém rozmezí. Pro nízké namáhání břitu nástroje byla zvolena nejmenší moţnost hloubky řezu. Posuv frézky je dle doporučení výrobce příliš vysoký vzhledem k reálnosti rozmezí posuvu na dílenské stolní frézce. Tento technický nedostatek je přisouzen k tomu, ţe výrobce počítal s vyuţití VBD k modernějším frézkám, NC i CNC strojům.

Na drsnost povrchu: Tab. 22 Optimalizace řezných podmínek (drsnost) pro ADMX 160608SR-M

ADMX 160608SR-M


otáčky

posuv

(min-1)

(mm·zub) 0,10-

-

0,25


(m•min-1)

1,0- 13,0

175-275


1389

0,1

1

275


1400

0,003

1

277

Tab. 23 Optimalizace řezných podmínek (drsnost) pro ADMX 160632SR-M

ADMX 160632SR-M

Doporučení výrob-

otáčky

posuv

(min-1)

(mm·zub)

-

0,10-

ce

0,25


(m•min-1)

1,0- 13,0

205-315


1591

0,1

1

315


1400

0,003

1

315

Z naměřených hodnot drsnosti je nutno zvolit optimální řezné podmínky takové, abychom měli co nejvyšší otáčky. Postup výpočtu je stejný jako u optimalizace řezných podmínek na minimální opotřebení nástroje. Stanovení posuvu frézky je nutno zvolit co nejmenší. Pro VBD je opět hloubka řezu co nejmenší dle doporučení výrobce.

- 68 -

Informace o optimalizaci řezných podmínek jak u minimálního opotřebení, tak i u stanovení nejlepší jakosti je brán v potaz, ţe nástroj nebude chlazen.

5.3 Ochrana proti korozi Ochranou korozi materiálu 11 323 byl zvolen dvouvrstvý syntetický nátěr (S 2000, S 2013), přičemţ základová barva S 2000 obsahuje antikorozní pigmenty v syntetickém pojivu. Specifikem této ochrany je působení zejména proti atmosférické korozi, která se můţe při delším časovým nepouţitím (skladováním) předejít aplikací dalších především ropných prostředků. Doporučenou variantou by byla volba konzervační vazelíny a oleje s inhibičními přísadami, popř. konzervační vosky, které izolují materiál před vnějšími vlivy a inhibitory koroze.

5.4 Shrnutí výsledků a diskuze Během obrábění byla naměřena nejmenší drsnost povrchu při nejvyšších zvolených otáčkách (1400 min-1) a nejniţším posuvu (0,003 mm·zub) u VBD s rádiusem 3,2. Příčinou je rychlý odvod třísky z místa tepelného namáhání břitu nástroje se vzájemným stykem s obráběným místem. Malý posuv nástroje zároveň podporuje plynulý odvod třísky z místa řezu. Z výsledků naměřených hodnot drsnosti, je patrný vliv zaoblení ostří, které ovlivňuje celkovou mikrogeometrii nástroje a jakost povrchu ostří při mikroskopickém pozorování. Výsledkem je obrobený povrch vznikající převáţně tvářením neţli řezáním. Obráběním HSS frézy se prokázalo mnohem vyšší drsnost povrchu. Měřené hodnoty jsou ovlivněny jinými řeznými podmínky. Nejniţší drsnost povrchu při frézování HSS frézy bylo docíleno při otáčkách 355 min-1 a posuvu 0,009 mm· zub. Technické vlastnosti rychlořezné oceli nejsou na takové sofistikované úrovni jako u pouţitých břitových destiček ze slinutých karbidů, coţ je hlavní diferenciál výsledku. Naměřené hodnoty drsnosti prokazovaly jen nepatrné rozdíly v setinách µm při měření podélné a příčné drsnosti. Dílčím hodnocením bylo opotřebení nástroje, které ukázalo nepatrně větší trhlinové opotřebení u VBD s rádiusem 3,2, neţli při pouţití VBD s rádiusem 0,8. Toto opotřebení je typické pro frézování se značně proměnlivým průřezem třísky. Trhliny se tvoří kolmo na ostří, břit je tím oslaben a materiál se mezi nimi můţe vylamovat. Na tomto

- 69 -

zaobleném ostří je zvyšována jeho pevnost, roste řezný odpor a tím i narůstají negativní vlivy působící na břit, zejména síla a teplota. HSS fréza měla zcela jiné opotřebení, a to konstantní úbytek od ostří po čele a hřbetě nástroje. Mezi dalším hodnocením byla kontrola tvaru třísek za různých řezných podmínek. Z pracovního prostoru obrábění je důleţité odstranění třísek od obráběcího stroje, coţ závisí především na tvaru třísky. Nejvhodnější tvar třísky je krátký článkovitý. Mikroskopické pozorování prokázalo, ţe tvar třísky se zjevně plynule prodluţuje se zvyšující se řeznou rychlostí. Ideálního tvaru třísky z pohledu bezpečnosti provozu se dosahovalo při nízkém posuvu a zvolení otáček 355, 710 min-1. Také bylo zdokumentováno modrofialové zabarvení třísky, čímţ bylo dosaţeno malého odvodu tepla z místa řezu mezi obráběným materiálem a nástrojem. Odtrhová zkouška na dvouvrstvém syntetickém nátěru neprojevila ţádný vliv na předešlé frézování povrchu. Odtrhové napětí se pohybovalo ve velmi nízkých hodnotách. Celistvost obou nátěrů se porušila v mezivrstvě, coţ zapříčinil adhezní lom. Tuto negativní zkoušku lze přisoudit moţností špatně zvoleného nátěru nebo i vysokou řeznou rychlostí. Během těchto zkoušek byla nutná důkladná příprava a dobře zvolená metodika.

- 70 -

6 ZÁVĚR V literární části je definována obecně terminologie obrábění. V další kapitole je popsán tradiční způsob obrábění- frézování, na které navazuje drsnost povrchu a její metody hodnocení. Tyto kapitoly souvisejí s praktickou částí obrábění zkušebního materiálu a následné měření drsnosti povrchu. V poslední literární kapitole jsou stručně charakterizovány nejpouţívanější řezné materiály ve strojírenství. Průběh experimentu včetně vyuţitých metodik zkoušek byl popsán v praktické části. Popsán byl pouţitý materiál, nástroje pro frézování a nátěrové hmoty. Celý experiment je členěn dle pouţité metodiky na jednotlivé dílčí zhodnocení. Výsledky jednotlivých měření byly mezi sebou porovnány a vyhodnoceny. Ze zvolených břitových destiček odlišného poloměru zaoblení ostří byla prokázána u obráběného zkušebního materiálu 11 323 lepší jakost povrchu s větším poloměrem špičky nástroje. Fréza z rychlořezné oceli dosahovala řádově vyšší drsnosti povrchu, coţ je příčinou převáţně horších technických vlastností a niţší volbou řezných podmínek. Pozorování tvaru třísek odpovídá učebnicovým teoriím, které mění charakter jak v pouţití nástroje, tak i ve změně řezných podmínek. Odtrhová zkouška neprokázala ţádny vliv na drsnost povrchu obrobeného materiálu.

- 71 -

7 SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY HUMÁR, Anton. Materiály pro řezné nástroje. Praha : MM publishing, s. r. o., 2008. 235 s. ISBN 978-80-254-2250-2. PAVELKA, Rudolf. Analýza vyměnitelných břitových destiček ze slinutých karbidů. Brno, 2010. 110 s. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, FSI, Ústav strojní technologie PŘIKRYL, Zdeněk, et al. Technologie obrábění. Vyd. 1. Praha : SNTL- nakladatelství technické literatury, 1967. 448 s. NĚMEC, Karel. Kvalifikační příručka obráběče kovů. Vyd. 1. Praha : Práce, 1972. 200 s. ŘASA, Jaroslav ; GABRIEL, Vladimír . Strojírenská technologie 3 : Metody, stroje a nástroje pro obrábění. 2. vydání. Praha : Scientia, spol. s.r.o., 2005. 256 s. ISBN 80-7183-337-1. ŠČERBEJOVÁ, Marta. Strojírenská technologie 1. Vyd. 1. Vysoká škola zemědělská v Brně : [s.n.], 1993. 132 s. ISBN 80-7157-083-4. ANONYM, 2002: Zvyšování produktivity obrábění optimalizací využití nástrojů, online [cit. 2010-11-20]. Dostupné z WWW: http://www.mmspektrum.com/clanek/zvysovaniproduktivity-obrabeni-optimalizaci-vyuziti-nastroju HOUDEK J. & KOUŘIL K. 2004: Opotřebení břitu nástrojů ze slinutých karbidů, online [cit. 2010-11-18]. Dostupné z WWW: http://www.mmspektrum.com/clanek/opotrebeni-britunastroju-ze-slinutych-karbidu KOTLÁNOVÁ A. 2006: Drsnost povrchu, online [cit. 2010-12-22]. Dostupné z WWW: http://zcu.yc.cz/TD/DRSNOST.doc KATALOG PRAMET TOOLS s.r.o, 2009: Frézování 2010. online [cit. 201011-25]. Dostupné z WWW: http://www.pramet.com/index58ff.html?lang=cz&menu=sortiment2 KATALOG ZPS- FN a.s, 2006: Fréza válcová čelní, online [cit. 2011-03-26]. Dostupné z WWW: http://www.zps-fn.cz/doplnkovy-sortiment/frezy-valcovecelni-1/

- 72 -

Geometrie břitu fréz, 2010, online [cit. 2011-01-05]. Dostupné z WWW: http://www.tumlikovo.cz/rubriky/geometrie-nastroju/geometrie-frezy/ Základy obrábění, 2008, online [cit. 2010-11-17]. Dostupné z WWW: http://www.spsko.cz/documents/STT_obeslova/Z%C3%Alklady%20obr%C3% A1b%C4%9Bn%C3%AD.pdf Obrábění I, 2007, online [cit. 2011-01-03]. Dostupné z WWW: http://www.strojnilyceum.wz.cz/maturita/tep/tep14.pdf ČSN EN ISO 4287. Geometrické požadavky na výrobky, 1999. 24 s. ČSN EN ISO 4624. Nátěrové hmoty- Odtrhová zkouška přilnavosti, 2004. 20 s. ČSN EN ISO 2808. Nátěrové hmoty- stanovení tloušťky nátěru, 2007. 40 s.

- 73 -

8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Terminologie obrábění (Přikryl Z.1967) ............................................................... 8 Obr. 2 Části noţe .............................................................................................................. 8 Obr. 3 Soustava rovin- nástrojové řezné úhly................................................................... 9 Obr. 4 Geometrie řezného nástroje v ortogonálním souřadnicovém systému (Ščerbejová M. 1993) .......................................................................................................................... 10 Obr. 5 Oblast plastických deformací (www.strojar.com) ............................................... 12 Obr. 6 Druhy třísek (www.sps-ko.cz) .............................................................................. 13 Obr. 7 Graf- časový průběh opotřebení .......................................................................... 14 Obr. 8 Graf- a) závislost výrobních nákladů na řezné rychlosti ..................................... 16 Obr. 9 a.) obvodové válcové frézování ........................................................................... 17 Obr. 10 a) průřez třísky odebíraný při válcovém frézování ............................................ 18 Obr. 11 a) sousledné frézování ....................................................................................... 19 Obr. 12 Nejpouţívanější druhy fréz (www.tumlikovo.cz) ............................................... 19 Obr. 13 Svislá konzolová frézka na pracovišti MENDELU v Brně ............................... 21 Obr. 14 Geometrie čelní frézy z plného materiálu (www.tumlikovo.cz) ......................... 22 Obr. 15 Grafický záznam povrchu profilu Ra (Kotlánová A. 2006) ............................... 24 Obr. 16 Graf měření drsnosti povrchu vybraných maximech a minimech nerovností (Přikryl Z.1967) .............................................................................................................. 25 Obr. 17 Největší výška nerovnosti Rm (Kotlánová A. 2006) .......................................... 26 Obr. 18 Neţádoucí jevy (Katalogový list- Pramet) ........................................................ 26 Obr. 19 Vlastnosti nástrojových materiálů (Humár A. 2008) ......................................... 28 Obr. 20 Vliv mechanických vlastností nástrojových materiálu na pracovní podmínky (Humár A. 2008) ............................................................................................................. 28 Obr. 21 Feriticko- perlitická ocel (zvětšeno 400x) ......................................................... 32 Obr. 22 technické parametry- ADMX 160608SR-M (Katalogový list- Pramet) ........... 33 Obr. 23 technické parametry- ADMX 160632SR-M (Katalogový list- Pramet) ........... 33 Obr. 24 technické parametry- 63A06R- S90AD16E-C (Katalogový list- Pramet) ........ 34 Obr. 25 Technické parametry- NAREX 63x 40 HSS 90 (Katalogový list- ZPS- FN) ... 34 Obr. 26 Označení VBD, laboratorní váha....................................................................... 39 Obr. 27 Drsnoměr Mitutoyo ........................................................................................... 40 Obr. 28 Binokulární mikroskop, Olympus Dp 10 .......................................................... 40 Obr. 29 Měřící přístroj PERMASCOPE ......................................................................... 41

- 74 -

Obr. 30 Souprava pro odtrhovou zkoušku včetně zkušebního vzorku a válečku ........... 42 Obr. 31 Graf drsnosti povrchu ADMX 160608 SR-M s posuvem 112 .......................... 45 Obr. 32 Graf drsnosti povrchu ADMX 160608 SR-M s posuvem 20 ............................ 45 Obr. 33 Graf drsnosti povrchu ADMX 160632 SR-M posuvem 112 ............................. 47 Obr. 34 Graf drsnosti povrchu ADMX 160632 SR-M posuvem 20 ............................... 47 Obr. 35 Graf drsnosti povrchu HSS s posuvem 40 ......................................................... 49 Obr. 36 Graf drsnosti povrchu HSS s posuvem 20 ......................................................... 49 Obr. 37 Graf úbytku hmotnosti na VBD v průběhu frézování u ADMX 160608SR-M 50 Obr. 38 Graf úbytku hmotnosti na VBD v průběhu frézování u ADMX 160632SR-M 50 Obr. 39 Opotřebení VBD ADMX160608 (zvětšeno 100×) ............................................ 51 Obr. 40 Opotřebení VBD ADMX160632SR-M (zvětšeno 100×) .................................. 52 Obr. 41 Opotřebení HSS frézy (zvětšeno 16×) ............................................................... 53 Obr. 42 Objem třísky ...................................................................................................... 58 Obr. 43 Přilepené zkušební tělísko na zaschlý nátěrový podklad................................... 66 Obr. 44 Výsledek odtrhového napětí v mezivrstvě......................................................... 66

- 75 -

9 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Technické parametry- ADMX 160608SR-M (Katalogový list- Pramet) ............ 33 Tab. 2 Technické parametry- ADMX 160632SR-M (Katalogový list- Pramet) ............ 33 Tab. 3 Technické parametry 63A06R- S90AD16E-C (Katalogový list- Pramet) .......... 34 Tab. 4 Technické parametry- NAREX 63×40 HSS 90 (Katalogový list- ZPS- FN) ...... 34 Tab. 5 Charakteristika S 2000 (Katalogový a bezpečnostní list) .................................... 35 Tab. 6 Charakteristika S 2013 (Katalogový a bezpečnostní list) .................................... 36 Tab. 7 Volba řezných podmínek ..................................................................................... 38 Tab. 8 Hodnoty drsnosti ADMX 160608SR-M.............................................................. 44 Tab. 9 Hodnoty drsnosti ADMX 160632SR-M.............................................................. 46 Tab. 10 Hodnoty drsnosti HSS 90 NAREX 63×40 ........................................................ 48 Tab. 11 Tvary třísek ADMX 160608SR-M .................................................................... 54 Tab. 12 Tvary třísek ADMX 160632SR-M .................................................................... 56 Tab. 13 Průřez třísky ....................................................................................................... 59 Tab. 14 Tloušťka nátěru- ADMX 160608SR-M ............................................................ 60 Tab. 15 Tloušťka nátěru- ADMX 160632SR-M ............................................................ 61 Tab. 16 Tloušťka nátěru- HSS 90 NAREX 63×40 ......................................................... 62 Tab. 17 Odtrhová zkouška- ADMX 160608SR-M ......................................................... 63 Tab. 18 Odtrhová zkouška- ADMX 160632SR-M ......................................................... 64 Tab. 19 Odtrhová zkouška- HSS 90 NAREX 63×40 ..................................................... 65 Tab. 20 Optimalizace řezných podmínek (opotřebení) pro ADMX 160608SR-M ........ 67 Tab. 21 Optimalizace řezných podmínek (opotřebení) pro ADMX 160632SR-M ........ 67 Tab. 22 Optimalizace řezných podmínek (drsnost) pro ADMX 160608SR-M .............. 68 Tab. 23 Optimalizace řezných podmínek (drsnost) pro ADMX 160632SR-M .............. 68

- 76 -

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Recommend Documents