technologie
Speciální technologie ●
Ing. Oskar Zemčík, Ph.D.
●
obrábění a technologie obrábění výrobní proces technologické dokumenty speciální technologie obrábění
● ● ●
VUT Brno
(z řeckého základu techné – dovednost, logus - nauka)
Technologie má více než jednu definici. Jedna z nich říká, že technologie je vývoj a použití nástrojů, strojů, materiálů a procesů k řešení problémů při lidské činnosti. Technologie je nauka o výrobě materiálů a výrobků z daných surovin. Z hlediska technologie nemusí nezbytně používat vědecké objevy či inženýrské konstrukce, může být podložena čiste empiricky. (empirie - odvozené ze zkušeností)
Příklad: kolo ●
objev kola odhadem 5000 let p.n.l.
Příklad: dioda ●
●
● ●
●
planární technologie. Tranzistor při ní vzniká v tenké destičce vyříznuté z monokrystalu křemíku s vodivostí např. typu N. V destičce se postupnými operacemi (oxidace povrchu na , leptání a difúze příměsí, při níž se mění typ vodivosti) vytváří struktura tranzistoru)
přitom hodnota ¶ byla na 4 desetiná místa určena až Archimedem ze Syrakus který žil v období 287 - 212 př. n. l.
obrábění ●
●
Technologický proces, kterým se vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu (obrobku), v daných rozměrech a v daném stupni přesnosti. U třískového obrábění toho docilujeme pomocí břitu, který vniká do obrobku a odděluje od něj část materiálu, tzv. třísku.
Inženýrství používá technologie k převedení vědeckého objevu do praxe. objev vlastností přechodu mezi dvěma typy polovodičů dioda, tranzistor způsob jejich výroby (Nejrozšířenější výrobní technologií je
břit, řezný klín ●
princip řezného klínu je člověku znám již od pravěku. (první nástroje ve tvaru pěstního klínu z kamene jsou staré více než 1milion let)
řezný klín ●
Je obsažen prakticky v každém řezném nástroji, jedná se o základní prvek řezného nástroje vykonávající vlastní oddělování třísky z obrobku, tvoří břit, určený úhly čela, břitu a hřbetu a má charakteristický tvar.
Třískové obrábění ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
Soustružení Frézování Vrtání Vystružování Řezání Hoblování Obrážení Pilování Zaškrabávání Broušení Superfinišování Lapování Honování
Výrobní proces ●
●
●
Můžeme popsat jako soubor na sobě nezávislých činností, při kterých se přetváří výchozí materiál v hotový výrobek. Realizujeme ho pomocí technologického postupu. Technologický postup pak určuje: - výrobní prostředky - sled operací a jejich popis - technologické podmínky - operační rozměry - členění času a odměny za vykonanou práci - počet vyráběných kusů
Technologické dokumenty ●
Slouží k vlastnímu popisu výrobního postupů –
základní ● ●
–
všeobecné (např. tech. postup) speciální (např. návodka pro ob. na revolverovém soustruhu)
pomocné (např. pro přípravu a realizaci tp.)
( Technologický postup, list náčrtků, technologický předpis, montážní rozpiska, soupiska průběhu výroby, seznam technologického nářadí, materiálový list, soupiska technologických dokumentů, technickonormovací list, návodka, typová návodka, operační návodka, typová operační návodka, list technologického postupu kontroly výrobků atd.) ● ●
v tištěné podobě v elektronické podobě
Příklady technologických dokumentů
Příklady technologických dokumentů
(technologický postup pro sériovou výrobu)
(technicko-normovací list pro operaci)
Členění technologického postupu Operace (obvykle na jednom stroji na jedno seřízení stejným pracovníkem, např „soustružit vnější tvar“) – úsek (obvykle za stejných podmínek, např soustružit ф40 v délce 100mm na ф40 40.3-0.1)
●
●
úkon (jedna organizačně nedělitelná činnost např. „upnout součást“ či „spustit stroj“) – pohyb (nejmenší měřitelný prvek operace např. „natáhnout ruku pro součást“) TP OPERACE
úsek úkon pohyb
úsek
úkon pohyb
úkon
pohyb
pohyb
Požadavky na technologický postup ●
splnění funkčních požadavků výrobku – – –
●
minimální pracnost, respektive náklady na výrobu
OPERACE OPERACE . . . . . . . . . . . ...........................
OPERACE úsek
........................... ...........................
úkon
Co spadá do speciální technologie obrábění? ●
technologie které nelze označit za obvyklé, pracující často za, z určitého hlediska, neobvyklých podmínek. – – –
●
technologie nové, nově zaváděné technologie s vyjímečným zastoupením extrémně náročné technologie (technicky ekonomicky)
z hlediska – – – – –
– –
délkové rozměry úhlové rozměry
Nepředepsané mezní úchylky ČSN ISO 2768. Soustava tolerancí a uložení ISO 286. toleranční pole A > ZC (pro díru) a < zc (pro hřídel) IT 01 a IT0 – výjimečně přesné stupně
IT (ISO 286)
●
Přesnost rozměrů
tolerance IT01 až IT18
materiálu velikosti přesnosti rychlosti efektivity
IT01 až IT6 IT5 až IT12 IT11 až IT16 IT16 až IT18 IT11 až IT18
přesnost rozměrů přesnost tvaru integrita povrchu
extrémně přesné tolerance IT01 a IT0
pro výrobu kalibrů a měřidel pro uložení v přesném a všeobecném strojírenství pro výrobu polotovarů pro konstrukce pro stanovení mezních úchylek netolerovaných rozměrů
šířka daného tolerančního pole T =k ×i 3
i=0.45× D0.001D
(pro rozměry do 500mm)
přičemž k je počet tolerančních jednotek určený pro každou skupinu IT (např. pro IT5 k=7i, IT6 k=10i atd.) IT01 až IT jsou definovány zvlášť. Přesnost v řádu desetin mikrometrů.
Hospodárné přesnosti jednotlivých metod obrábění
Přesnost a vliv teploty pro IT1 až 4 se pohybujeme v řádu jednotek µm. Pro IT01 a IT0 ve stovkách nanometrů. Obvykle se rozměry měří při teplotě 20˚C.
●
●
D= Do×× T Pro soustružení hřídele Φ30mm z uhlíkové oceli při −1 rozdílu 3ºC, =0.0000120 K : D=30×0.000012×3=0.00108mm Srovnat s teplotami během obrábění....
Tolerance tvaru a polohy ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
Charakteristiky způsobů výroby
tolerance přímosti tolerance rovinnosti tolerance kruhovitosti tolerance válcovitosti tolerance profilu podélného řezu tolerance rovnoběžnosti tolerance kolmosti tolerance sklonu tolerance souososti tolerance souměrnosti tolerance jmenovité polohy prvku tolerance různoběžnosti os tolerance obvodového házení tolerance házení v daném směru tolerance úplného obvodového házení tolerance úplného čelního házení tolerance tvaru daného profilu tolerance tvaru dané plochy
Tuhost stroje
Přesnost vyráběných součástí Má na ní vliv zejména: Z hlediska stroje ● tuhost ● dynamická stabilita ● teplotní stabilita Z hlediska pracovního prostředí ● seřízení nástroje ● řízení stroje ● okolní prostředí ● technologické podmínky
stroj-nástroj-obrobek ●
●
Dochází k předávání energie mezi jednotlivými částmi stroje a mezi nástropjem a obrobkem. Přivedená energie se mění v řeznou práci. A = F . v. t [ J]
●
Na stroj pak působí • • • • • •
Řezné síly Tíhové síly Pasívní odpory Moment hnacího členu Setrvačné síly (rozjezd a brzdění) Rozběhové a doběhové momenty pohonu
příklad přesnost vedení kuličkových šroubů
uváděná přesnost stroje ●
●
●
programovatelná přesnost (často i na desetitisíciny mm) mechanická přesnost stroje (obvykle setiny mm)
●
přesnost stoupání závitu kuličkového šroubu
●
tuhost jednotlivých částí (litina pro rám stroje, ložisková ocel 14109 či 14209 pro kuličkové šrouby atd) tepelná roztažnost jednotlivých částí stroje
změna přesnosti během životnosti stroje ●
Speciální technologie
Příklad mikrofrézování a vrtání
velikost (stroje nástroje či obrobku) ●
●
KERN Pyramid Nano
obrábění extrémně velkých obrobků (tělesa turbín)
●
obrábění extrémně malých obrobků (např. v
●
obrábění extrémně malých prvků obrobku (na
elektronickém průmyslu) obrobku obvyklé velikosti)
Stroj německé firmy Kern a příklad součástí Uváděná přesnost nastavení je 0.3µm a drsnost Ra 0.05µm
Těžko obrobitelné materiály
Příklad soustružení rozměrných součástí SKD 40/47D
● ●
Umožňuje obrábět součásti do hmotnosti 60tun a průměru přes 4m.
kovové materiály (velmi tvrdé či houževnaté) (nerezové oceli, austenitické či feritické/Cr/, austenitické oceli /Cr, Ni/, niklové slitiny, kalené materiály, titan atd.
obří karusel firmy ČKD Blansko ●
nekovové materiály
●
kompozity
(keramika, sklo, kámen atd..) (specifické, pro každý druh kompozitu)
broušení diamantovým nástrojem
Příklad obrobitelných nekovových materiálů ●
Nitrid boru, Macor(skleněná keramika), PTFE (Teflon), Pyrophillit (AlSi2O5OH), Shapal-M (obrobitelné forma AlN)& ZSBN (kompozitní materiál s obsahem nitridu boru)
(po vypálení krystalizaci atd.) ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
AlN Al2O3 BeO (Keramika na bázi oxidu berilia) Porcelán Pyrophillite Křemenec Safír Karbid křemíku Nitrid křemíku ULE kubický ZrO2
kompozity ●
●
heterogenní materiály tvořené dvěma či více materiály nestejného chemického složení složení. skládají se z matrice a zpevňující fáze
podle tvaru matrice je dělíme na: Kompozity s částicovými vyztužujícími fázemi •Kompozity s vyztužujícími vlákny •Kompozity vrstvené
dělení kompozitů ●
podle druhu vyztužující složky – – – –
●
podle materiálu matrice – – –
•
●
vyztužené kovovou fází vyztužené skleněnou fází vyztužené keramickou fází ostatní (například přírodními vlákny či vláknovými monokrystaly s kovovou matricí s polymerní matricí s keramickou matricí
podle tvaru výztuže – – –
vlákna textura disperze
vysoké rychlosti při obrábění
ukázka problémů při obrábění kompozitů ●
vysoké řezné posuvy
(velké nároky na tuhost stroje, rázy způsobené velikostí třísky, vliv na životnost stroje) ●
vysoké řezné rychlosti
(velké nároky na výkon stroje, na konstrukci vřetene, výjimkou nejsou stroje s 40000ot/min) Kromě stroje vyžaduje rovněž odpovídající nástroje z moderních materiálů. Teorií se zabývá tzv. HSC obrábění. Vliv opotřebení vrtáku na delaminaci kompozitu
optimalizované veličiny a kriterium optima
optimalizace technologických podmínek ●
●
Za optimální pokládáme takové hodnoty řešení problému, které za daných podmínek vedou k maximální či minimální hodnotě zadaného kritéria. Předpokládáme, že optimalizované veličiny nejsou pevně dány a mohou se pohybovat v určitém rozsahu.
●
●
●
●
Používané výrazy (aglické názvy) ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
obrábění : machining třískové obrábění : cutting operation strojírenství : engineering řezný klín : cutting key břit : cutting edge tříska: chip obrobek : workpiece nástroj : tool soustružení : turning frézování : milling
pro třískové obrábění obvykle hodnota řezné rychlosti vc [m.min-1] a posuvu f [mm.ot-1] . případně vztažené veličiny jako otáčky [n-1], minutový posuv fmin, posuv na zub fz atd... dále je možné měnit hloubku záběru, způsob chlazení atd... Jako kriterium optimalita pak nejčastěji volíme, nejmenší náklady, případně maximální výrobnost.
anglické názvy (pokračování) ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
Vrtání, vyvrtávání : drilling, boring Vystružování : reaming Řezání : cutting Hoblování : planing Obrážení : slotting Pilování : filing Zaškrabávání : sraping Broušení : grinding Superfinišování : superfinishing Lapování : lapping Honování : honing
Zdroje ● ● ● ● ● ● ● ● ●
technologický postup : technologic process operace : operation přesnost rozměrů : dimensional accuracy toleranční pole : tolerance zone drsnost povrchu : surface roughness tuhost (stroje, nástroje atd.) : rigidity tech. podmínky : technological conditions optimalizace : optimalization vysokorychlostní obrábění : high-speed cutting (HSC)
●
●
●
●
● ● ● ● ●
1. KOCMAN, K.: Speciální technologie obrábění. CERM Brno, 2004, s.227, 3.ed., ISBN 80-214-2562-8 2. KOCMAN, K. a kol.: Aktuální příručka pro technický úsek. Edit. S. Hanzlík, Praha,Verlag Dashöfer, 2000, s.3950, 15.ed., ISBN 80-902247-2-5 3. Milton C. Shaw,: Metal Cutting Principles. Oxford University Press, Inc., 2005, s.651, 2.ed., ISBN 0-19-514206-3 4. KOCMAN,K.-PROKOP,J.: Technologie obrábění. CERM Brno, 2003, s.271, ISBN 80-214-1996-2 en.wikipedia.org ceramicsmaterials.info www.precision-ceramics.co.uk www.techblok.cz www.mmspektrum.com
