DTB Technologie obrábění

Téma 8

DOKONČOVACÍ METODY OBRÁBĚNÍ A VYBRANÉ NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

A BroušeníB Honování, lapování a superfinišování

C Vybrané nekonvenční metody obrábění

DTB Technologie obrábění

Téma 8A

BROUŠENÍ

1 Technologická charakteristika ► Brousicí proces je blízký frézovacímu procesu - kvantitativní i kvalitativní odlišnosti - vlastnosti brousicího kotouče – řezné podmínky - různorodost geometrického tvaru brousicí zrn a jejich nepravidelné rozmístění po ploše brousicího nástroje

► Vysoké řezné rychlosti – (30 až 100) m.s-1 - malé průřezy třísky (10-3 až 10-5 ) mm2

► Samoostření ► Vyjiskřování

1.1 Brousicí způsobyPodle tvaru obrobeného povrchu a způsobu jeho vytváření• rovinné broušení • broušení do kulata • broušení na otáčivém stole • tvarovací broušení • kopírovací broušení • broušení tvarovými brousicími kotouči Podle aktivní části brousicího kotouče• obvodové broušení • čelní broušení

Podle vzájemné polohy brousicího kotouče a obrobku• vnější broušení • vnitřní broušení Podle hlavního pohybu posuvu stolu vzhledem

k brousicímu kotouči • axiální broušení • tangenciální broušení • radiální broušení • obvodové zápichové broušení • čelní zápichové broušení

1.2 Tvorba třísky při broušeníSpecifické podmínky tvorby třísky a vzniku obrobeného povrchu• velké plastické deformace a vysoký ohřev třísky• brousicí zrna mají nepravidelný tvar• negativní úhel čela a velký úhel hřbetu brousicího zrna

1.3 Kinematika broušení

Obvodové broušení do kulata vnější axiální

Řezná rychlost

Obvodová rychlost obrobku

Poměr rychlostí

][m.s1000.60

n.d.πv 1ssc

][m.min1000

n.d.πv 1www

][v

v.60q

w

c

Ekvivalent poloměru brousicího kotouče

Geometrická délka styku

Kinematická délka styku

sw

sweq rr

r.rr

eqrg r.2fl

q1

1ll gk

Obvodové broušení do kulata vnější radiální

Obvodové broušení rovinné tangenciální

Poměr rychlostí ][v

v.60q

ft

c

1.4 Ekvivalentní tloušťka broušení• Ekvivalentní tloušťka broušení = tlouštka třísky ve tvaru

plynulé pásky odcházející podél brousicího kotouče při řezné rychlosti vc o objemu rovnému objemu odebíraného materiálu Vm za stejný čas [ČSN ISO 3002-5, čl.10]

• Ekvivalentní tloušťka broušení je vztažena na jednotku aktivní šířky brousicího kotouče a vyjádří se pro příslušnou kinematiku broušení

Obvodové broušení do kulata vnější radiální heq . 60 . vc = fr . Vw

axiální heq . 60 . vc . fa = fr . fa . vw

rf.v.60v

hc

weq

w

frr n

vf

rc

weq f.

v.60v

h

Obvodové broušení rovinné tangenciálníheq . 60 . vc = vft . ae

ec

fteq a.

v.60v

h

1.5 Řezné síly

Fp Fc Ff Fp/Fc = 1,2 3 .

Fc = 25.( vw . fa )0,6 . ae0,5 [ N ]

Fc = kc . A [ N ]

Průřez odebírané vrstvy a) Broušení obvodové do kulata vnější

radiální A = heq . bw [ mm2]

axiální A = heq . fa [ mm2]

b) Broušení obvodové rovinné tangenciální

A = heq . bD [ mm2 ]

1.6 Koeficient broušení

Vw – objem odebraného materiálu

Vs – objemové opotřebení brousicího kotouče

s

w

VV

G

2 Brousicí kotouče2.1 Označování brousicích kotoučůStandardní brousicí kotoučeČSN ISO 0525 (22 4503) - tvar, rozměry, specifikace složení, maximální obvodová rychlost Typ kotouče 1 – 300 x 50 x 76 – A 36 L 5 V – 35 m.s-1

Brousicí kotouče ze supertvrdých materiálů - syntetický diamant, kubický nitrid bóru Označování různé dle výrobců - tvar, základní rozměry, pojivo,

brusivo, zrnitost, koncentrace brusiva, maximální otáčky

2.2 Upínání brousicích kotoučů Mechanicky, lepením

2.3 Vyvažování brousicích kotoučů• Statické vyvažování • Dynamické vyvažování • Automatické dynamické vyvažování během pracovního cyklu

(CNC brusky)

3 Brousicí stroje3.1 Hrotové bruskyHrotové brusky - broušení rotačních ploch na obrobcích upnutých mezi hrotyUniverzální hrotové brusky – možnost broušení děr

3.2 Bezhroté brusky• Broušení vnějších rotačních ploch• Zápichové a průběžné broušení• Aplikace v sériové výrobě, možnost práce v automatickém

pracovním cyklu

3.3 Brusky na díryProvedení : - skíčidlové

- planetové- bezhroté

3.4 Vodorovné rovinné brusky• Vodorovná osa brousicího vřetena• Přímočarý vratný pohyb stolu na příčných saních

3.5 Svislé rovinné brusky• Svislá osa brousicího vřetena• Přímočarý vratný nebo kruhový pohyb stolu

3.6 Speciální bruskySpeciální technologické zaměření • brusky na ostření nástrojů• brusky na broušení ozubených kol• brusky na broušení klikových hřídelů• brusky na broušení vačkových hřídelů

DTB Technologie obrábění

Téma 8B

HONOVÁNÍ, LAPOVÁNÍ A SUPERFINIŠOVÁNÍ

1 Honování1.1 Technologická charakteristika• Honování je v podstatě broušení malou rychlostí jemným

brusivem, vázaným v honovacích kamenech upevněných v honovací hlavě, při intenzivním použití řezných kapalin.

• Při vnitřním honování vykonávají honovací kameny v díře složený šroubovitý pohyb, který je tvořen kombinací rotačního pohybu honovací hlavy s rychlostí vc a posuvného vratného pohybu ve směru osy honování s rychlostí vf

• Dráhy zrn brusiva se přitom překrývají a na honovaném povrchu se objevují charakteristické křížové stopy, které svírají úhel 2

• Honování – vnitřní a vnější, jednostupňové a dvoustupňové, • Předností honování je dosažení vysoké přesnosti

geometrického tvaru. Lze jím v rozsahu přídavku odstranit kuželovitost, ovalitu, soudkovitost, nelze však změnit polohu osy díry

• Elektrolytické honování se provádí ve vhodném elektrolytu, kdy až 90 % úběru materiálu se realizuje jako elektrolytický proces.

• Vibrační honování probíhá za podmínek, kdy se na posuvový nebo rotační pohyb nástroje superporuje kmitavý pohyb o amplitudě 1 až 10 mm a frekvenci až 1500 Hz.

Kinematika honovacího procesu [KP-195]

Honování děr bloku motoru [H]

1.2 Honovací nástroje• Honovací hlavy• Radiálně stavitelné kameny• Stavění polohy honovacích kamenů – mechanické, hydraulické• Mechanizmus honovací hlavy umožňuje malý radiální posuv

kamenů a regulaci tlaku pk mezi kameny a honovaným povrchem.

• Honovací kameny pro honování litiny jsou z SiC, pro honování oceli z Al2O3 . Pojivo honovacích kamenů je keramické, pro velmi jemné honování bakelitové.

• Pro vysoké požadavky na jakost honovaných děr se používají kameny ze syntetického diamantu a kubického nitridu bóru.

Schéma honovací hlavy [H-obr]

Konstrukční provedení honovacích hlav [H-obr]

Honovací hlava v interakci s honovanou dírou [H-obr]

1.3 Honovací stroje• Podle polohy vřeten

- stroje svislé a vodorovné • Podle počtu vřeten

-stroje jednovřetenové a vícevřetenové • Ustavení obrobku při honování – vzájemná vazba honovací

hlavy a obrobku• Varianty ustavení obrobku a honovací hlavy

a – pevně upnutá hlava, obrobek má dva stupně volnosti v rovině kolmé na osu díry;b – honovací hlava vedená dírou a unášená kloubovým hřídelem, obrobek pevný;c – honovací hlava vedená dírou a unášená dvěma klouby

Svislý honovací stroj [H-obr]

2 Lapování2.1 Technologická charakteristika• Lapování - zvláštní druh broušení, při němž k úběru materiálu

dochází volným brusivem, které se přivádí mezi vzájemně se pohybující lapovací nástroj a obrobek

• U měkkých lapovacích nástrojů mohou být zrna brusiva zamačkána nebo jinak upevněna v lapovacím nástroji).

• Nejvyšší rozměrové přesnosti a nejmenší drsnost povrchu • Hrubovací, jemné a velmi jemné lapování • Nevýhodou lapování je vysoká pracnost, malá produktivita a

vysoké náklady na jednotku plochy v porovnání s ostatními dokončovacími metodami obrábění.

• Proto se lapování nahrazuje (kde to je možné z hlediska požadované přesnosti a drsnosti povrchu) honováním nebo superfinišováním.

Princip lapovacího procesu [H-obr]

Kinematika strojního lapovacího procesu rovinných ploch [H-obr]

2.2 Lapovací nástroje• Negativní tvar lapovaných ploch• Vyrábějí se z jemnozrnné perlitické nebo feritické litiny,

z mědi, měkké oceli, olova, plastických hmot apod. • Pro velmi jemné lapování se používají také nástroje z kalené

oceli nebo tvrdě chromované nástroje.• Při ručním lapování se používají lapovací desky pro lapování

rovinných ploch, lapovací trny pro lapování děr a lapovací prstence pro lapování vnějších válcových ploch

• Pro strojní lapování se pro rovinné plochy používají lapovací kotouče litinové. Pro vnější rotační plochy se používá bezhrotý zapichovací nebo průběžný způsob.

Lapovací nástroje pro ruční lapovánía – lapovací deska, b - lapovací prstenec, c – lapovací trn

Lapovací kotouč pro strojní lapování rovinných ploch [H-obr]

2.3 Lapovací stroje• Univerzální pro lapování rovinných i válcových ploch• Speciální pro lapování určitého druhu ploch – boky zubů kol,

čepy klikových hřídelů, valivá tělíska valivých ložisek a p.• Pro lapování vnějších válcových a rovinných ploch se

používají dvoukotoučové lapovací stroje se svislými osami lapovacích kotoučů

3 Superfinišování3.1 Technologická charakteristika

► Vysoce produktivní metoda dokončovacího obrábění

► Zvláštní druh broušení ► Valivá ložiska, automobilový průmysl, kalené i nekalené oceli,

slitiny těžkých kovů

Kinematika superfinišovacího procesu [H-obr]

Průběh superfinišovacího procesu – zvětšování nosného podílu [KP-201]

Superfinišovaná plocha při vhodné a nevhodných technologických podmínkách [H-obr]

 

3.2 Superfinišovací nástroje• Superfinišovací kameny - Al2O3, SiC, PKNB, PD

3.3 Superfinišovací strojeJednovřetenové a vícevřetenové

DTB Technologie obrábění

Téma 8C

VYBRANÉ NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

Technologická charakteristika• výkonnost obrábění nezávisí na mechanických vlastnostech

obráběného materiálu• materiál nástroje nemusí být tvrdší než obráběný materiál• provádění složitých technologických operací• zavádění plné mechanizace a automatizace • zvýšení technologičnosti konstrukce a sériovosti výroby • změna vlastností povrchové vrstvy

Třídění nekonvenčních metod obrábění • Oddělování materiálu tepelným účinkem

elektroerozivní obrábění (Electro Discharge Machining – EDM)obrábění paprskem plazmy (Plasma Beam Machining – PBM)obrábění paprskem laseru (Laser Beam Machining – LBM)obrábění paprskem elektkronů (Elektron Beam Machining – EBM)

• Oddělování materiálu elektrochemickým nebo chemickým účinkem elektrochemické obrábění (Electro Chemical Machining – ECM)chemické obrábění (Chemical Machining – CM)

• Oddělování materiálu mechanickým účinkemultrazvukové obrábění (Ultrasonic Machining – USM)obrábění paprskem vody (Water Jet Machining – WJM)

1 Elektroerosivní obrábění1.1 Technologická charakteristika• Úběr materiálu je vyvolán periodicky se opakujícími

elektrickými nebo obloukovými výboji. • Celkový proces odebírání materiálu se skládá ze střídajících se

impulzních výbojů, statisticky rozložených po celé ploše. • Charakteristické parametry elektroerose jsou určeny tvarem a

velikostí energie impulsů, pracovní mezerou a dielektrikem

Úběr obloukovým výbojem [H-obr]

1.2 Nástrojové elektrody• Materiál – výroba - opotřebování během daného procesu • Vysoká elektrická vodivost - dobrá obrobitelnost - vysoký bod

tavení – dostatečná pevnost

1.3 Technologické modifikace elektroerosivního obrábění

Elektrojiskrové obrábění• Elektrojiskrové obrábění vnitřních tvarových ploch ,

vychylovače elektrod• Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou - výroba střižných

a lisovacích nástrojů

Elektrojiskrové hloubení [H-obr]

Elektrojiskrové hloubení složitých ploch [H-obr]

Schéma elektrojiskrového řezání [H-obr]

Součásti vyrobené elektrojiskrovým řezáním [H-obr]

Anodomechanické obrábění• Rozhraní elektroerosivního a elektrochemického obrábění • Rozřezávání tvrdých a těžkoobrobitelných materiálů,

tenkostěnných trub, vyřezávání profilů, tvarové broušení nástrojů ze slinutých karbidů.

Princip anodomechanického obrábění [H-0br]

Anodomechanické řezání [H-obr]

2 Obrábění paprskem plazmy• Materiál je postupně odtavován a odpařován paprskem

plazmy, vystupujícím vysokou rychlostí z plazmového hořáku. • Plazma – směs volných elektronů, pozitivně nabitých iontů a

neutrálních atomů – má vysokou teplotu 10 000 až 30 000°C • Rozřezávání těžkoobrobitelných ocelí a slitin neželezných

kovů - uplatňuje se rovněž při obrábění rotačních ploch

Schéma plazmového hořáku [H-obr]

Řezací stroj – plazma [H-obr]

Součásti řezané plazmovým paprskem – příklady [H-obr]

3 Obrábění paprskem laseru• Laserové obrábění – odebírání materiálu účinkem úzkého

paprsku silného monochromatického světla soustředěného na velmi malou plošku

• Rozřezávání těžkoobrobitelných materiálů, výroba přesných otvorů malých průměrů v těžkoobrobitelných materiálech, nekovových a elektricky nevodivých materiálech (boridy, keramické řezné materiály apod.)

• Typické aplikace: výroba průvlaků z diamantu, spékaných karbidů pro tažení tenkých drátů, výroba trysek karburátorů, součásti mikroelektroniky

Principiální schéma řezání laserovým paprskem [H-obr]

Schéma laserové hlavice [H-obr]

Soustružení keramiky s laserovým předehřevem [H-obr]

Výrobky vyřezané paprskem laseru [H-obr]

4 Obrábění paprskem elektronů• Obrábění paprskem elektronů využívá soustředěný svazek

elektronů o vysoké rychlosti, který dopadá na obráběný materiál, ten natavuje a tím se odpařuje.

• Vakuum asi 10-5 mm Hg• Použití: Vrtání malých děr – (0,1 až 1) mm, tvarové obrábění.

Princip obrábění paprskem elektronů [H-obr]

5 Elektrochemické obrábění5.1 Technologická charakteristika• Elektrochemické obrábění je řízený proces oddělování

materiálu anodickým rozpouštěním v elektrolytu, kdy obrobek je anoda a nástroj je katoda

• Tyto metody obrábění nachází své uplatnění při výrobě turbín a v kosmickém průmyslu.

• Elektrochemické obrábění se dá použít pro opracování kalených materiálů, úběr materiálu není závislý na tvrdosti obrobku.

• Materiál nástrojů - měď, mosaz, bronz, nerez ocel, titan

Model elektrochemického obrábění [H-obr]

5.2 Technologické modifikace elektrochemického obrábění

• Elektrochemické obrábění v proudícím elektrolytu• Elektrochemické obrábění rotující elektrodou• Elektrochemické leštění• Elektrochemické odstraňování ostřin

Elektrochemické frézování – příklad [H-obr]

Elektrochemické obrábění turbinových lopatek [H-obr]

6 Chemické obrábění• Řízené odleptávání vrstev materiálu o tloušťce od několika

setin milimetru do několika milimetrů z povrchu obrobku, založené na chemické reakci obráběného materiálu s pracovním prostředím, nejčastěji kyselinou nebo hydroxidem.

• Místa, která nemají být leptána, jsou chráněna speciálním povlakem – maskou

• V praxi se uplatňuje chemické prostřihování a chemické rozměrové leptání.

Postup při chemickém frézování [H-obr]

7 Ultrazvukové obráběníVyužívá se ultrazvukových vibrací nástroje při opracování tvrdých,

křehkých, nekovových materiálů.

Ultrazvukový proces úběru materiálu [H-obr]

Schéma ultrazvukového obráběcího systému [H-obr]

Gildemeister Ultrasonik 35 [H-obr]

c

7.1 Ultrazvukové nárazové broušení• Řízené rozrušování obráběného materiálu účinkem nárazů

abrazivních zrn, která se nachází mezi obrobkem a kmitajícím nástrojem ultrazvukovou frekvencí

• Proces úběru materiálu je společným důsledkem mechanického účinku abraziva a kavitačního účinku

• Nástroje pro ultrazvukové nárazové broušení jsou z korozivzdorné oceli, při menších úběrech z mosazi.

• Ultrazvukovým nárazovým broušením se obrábějí tvrdé a křehké materiály – sklo, křemík, keramika, grafit, slinuté karbidy apod.

7.2 Rotační obrábění ultrazvukem • Metoda je podobná standardnímu vrtání diamantovým

vrtákem - rotující vrták je rozechvíván ultrazvukovými vibracemi o frekvenci 20 kHz.

• Uplatní se při opracování nekovových materiálů - sklo, keramika, ferity, křemen, oxid zirkonu, guma, safír, oxid berylia a některé kompozitní materiály

• Nevznikají trhliny na okraji díry - při vrtání křehkých materiálů

• Ultrazvukové obrábění lze aplikovat i při frézování.

8 Obrábění vodním paprskem• Hydrodynamické obrábění• Řezání různých materiálů - řezným nástrojem je paprsek vody

o vysokém tlaku a rychlosti. • Zařízení pro řezání čistým vodním paprskem • Zařízení pro řezání vodním paprskem s abrazivní příměsí  

 Řezací stroj Sugino [H-obr]

AWJ - Řezací hlava Sugino [H-obr]

Řezací stroj Trumpf [H-obr]

DTB Technologie obrábění

Téma 8

DOKONČOVACÍ METODY OBRÁBĚNÍ A VYBRANÉ NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

A BroušeníB Honování, lapování a superfinišováníC Vybrané nekonvenční metody obrábění

Konec přednášky

Děkuji za pozornost