DTB Technologie obrábění

Téma 4

SILOVÁ ANALÝZA, TEPLO, ZBYTKOVÁ NAPJATOSTA DALŠÍ PRŮVODNÍ JEVY ŘEZNÉHO PROCESU

1 Geometrické veličiny řezného procesu1.1 Kinematické veličiny Hlavní pohyb

- směr hlavního pohybu, řezná rychlost vc

Posuvový pohyb - směr posuvového pohybu, posuvová rychlost vf

• Řezný pohyb - směr řezného pohybu, rychlost řezného pohybu ve

Podélné soustružení válcové plochy

vf = 10-3 . f . n [ m.min-1 ]

13c m.min

10n.D.π

v

12f

2cc m.minvvv

1.2 Posuv• Posuv

- přemístění nástroje vzhledem k obrobku ve směru posuvového pohybu.

• Soustružení f - posuv na otáčku obrobku [mm]

• Frézování rovinné plochy válcovou frézou fmin - posuv za minutu [mm.min-1]

fz - posuv na zub [mm]

1.3 Průřez třísky a jeho rozměryPrůřez třísky - plocha řezu (= jmenovitá plocha řezu)• Jmenovitý průřez třísky AD

AD = ap . fz . sin [ mm2 ]

• Pro podélné soustružení válcové plochy při r = 0, = 90o

AD = ap . f [ mm2 ]

• Celkový průřez třísky ADtot

2DiDtot mmAA

• Jmenovitá šířka třísky bD

• Jmenovitá tloušťka třísky hD

mmκsin

ab

r

pD

mmbA

hD

DD

1.4 Úběr a výkonnost obrábění¨ Úběr - vrstva materiálu odebraná při jednom průchodu

řezného nástroje Plocha průřezu jednoho úběru AT

Skutečná plocha průřezu úběru promítnutá do kolmé roviny ve směru řezné rychlosti Soustružení válcové plochy o průměru D

AT = .ap (D - ap) [ mm2 ]

Výkonnost obrábění Q Objem materiálu odebraného za jednotku času

Q = AT . vf [ cm3 . min-1 ]

Soustružení válcové plochy Q = . 10-3. ap . f . n ( D - ap ) [ cm3.min-1 ]

2 Řezné síly• Řezný proces

– silový systém mezi nástrojem a obrobkem • Celková řezná síla F

– síla vyvolaná působením řezné části nástroje na obrobek

• Rozklad celkové řezné síly – v závislosti na záměrech analýzy.

Fc – řezná síla, Ff – posuvová síla, Fp – pasivní síla

Rozklad celkové řezné síly F při podélném soustružení vnější válcové plochy do směru řezné rychlosti a do směrů k němu

kolmých [H-I1/107]

Výpočet složek celkové řezné síly – empirické vztahy

Nf.a.CF FcFc yxpFcc

Nf.a.CF FpFp

p

yxpFp

Nf.a.CF FfFf

f

yxpFf

NFFFF 2f

2p

2c

Měrná řezná síla kc

kc = f (hD)

Fc = kc . AD = kc . hD . bD

Řezná síla na jednotku šířky řezu F´c

2D

cc N.mm

AF

k

MPah

ck

kcuD

kcc

1-D

cc N.mm

b

FF

3 Práce a výkon řezání¨ Práce řezání Ec

Fc – řezná síla [N], vc – řezná rychlost [m.min-1]

Soustružení válcové plochy Ec = Fc . vc . tp [ J ]

tp – čas řezného procesu [min]

¨ Práce posuvu Ef

Ff – posuvová síla [N], vf – posuvová rychlost [m.min-1]

Soustružení válcové plochy Ef = Ff . vf . tp [ J ]

tp – čas řezného procesu [min]

J.dt.vFEt

0ccc

Jt.d.vFEt

0fff

Práce řezného procesu Ee

Ee = Ec + Ef [J] Soustružení válcové plochy Ee = ( Fc . vc + Ff . vf ) . tp [ J ]

Měrná práce řezání ec

Práce potřebná na odebrání jednotkového objemu materiálu

3m

cc J.cm

VE

e

¨ Řezný výkon Pc

¨ Výkon potřebný pro posuv Pf

¨ Měrný řezný výkon pc [W.cm -3.s]

Řezný výkon potřebný na odebrání jednotkového množství materiálu za jednotku času

W60.vF

P ccc kW

6.10.vF

P 4cc

c

W60

.vFP fff

.sW.cmVP

p 3

ms

cc

4 Teplo a teplota řezání 4.1 Tepelná bilance řezného procesu

Qe = Qpd + Q + Q [ J ]

Qe = Qt + Qo + QN + Qpr[ J ]

4.2 Teplota řezání Teplota v zóně řezání - Teplotní pole - Složité měřicí systémy

Teplotní pole v zóně řezání [H- I1/32]

¨ Termočlánky - umístění měřicího spoje

Poloumělý termočlánek [H-I1/33] Umělý termočlánek [H-

I1/33]

¨ Metoda přirozeného termočlánku

Princip měření teploty řezání při soustružení metodou přirozeného termočlánku [H-I1/33, KP-50]

Obecné trendy teploty řezání tr [oC]

Empirická závislost teploty řezání na řezné rychlosti vc a posuvu

f Cv.f.a.ct ttt z

cyx

ptr

5 Kmitání obráběcího systému Obráběcí systém - složitý dynamický systém - kmitání

jednotlivých prvků - průvodní jev řezného procesu Podle zdroje budicích sil - vynucené a samobuzené kmitání

5.1 Vynucené kmitání Silové impulsy vznikající v obráběcím systému¨ Periodicky přerušovaný řezný proces Silové impulsy vnesené do obráběcího systému přes základy obráběcího

stroje

Periodická změna jmenovitého průřezu třísky při soustružení[H-I1/34, KP/52]

5.2 Samobuzené kmitáníSamobuzené kmitání bezprostředně souvisí s řezným procesema jeho nestabilitou

- Periodické uvolňování nárůstku- Periodická tvorba elementu třísky- Tvrdší složka ve struktuře materiálu obrobku- Nepravidelný přídavek na obráběných plochách- Periodické opotřebení pracovní plochy brousicího kotouče

6 Zbytková napětí v povrchové vrstvě obrobené plochy

¨ Řezný proces - změny povrchové vrstvy obrobené plochy zbytková napětí

Vliv zaoblení ostří nástroje na povrch obrobené plochy [H-I1/26, KP/35

Technologické vlivy na vznik zbytkového napětí - nerovnoměrné plastické deformace v oblasti tvorby třísky- nerovnoměrný ohřev a ochlazování povrchu obrobku- strukturní změny materiálu v tuhém stavu- chemické procesy v povrchové vrstvě

¨ Tahová a tlaková napětí v povrchové vrstvě obrobené plochy

• Průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě lopatky turbokompresoru z oceli 10Ch17N2 po jednotlivých technologických operací [H-I1/27, KP/36]

DTB Technologie obrábění

Konec přednášky Téma 4

SILOVÁ ANALÝZA, TEPLO, ZBYTKOVÁ NAPJATOST A DALŠÍ PRŮVODNÍ JEVY ŘEZNÉHO PROCESU

Děkuji za pozornost