SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRETECHNICKÁ FAKULTA

2 123385

Vplyv druhu rezných kvapalín na proces sústruženia

Nitra 2011 Dalibor Hamada, Bc.

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

Vplyv druhu rezných kvapalín na proces sústruženiaDiplomová práca

Katedra kvality a strojárskych technológií

Študijný odbor : Kvalita produkcie

Študijný program : 2386800- Kvalita produkcie

Vedúci práce : Ing. Ján Žitňanský, PhD.

Nitra, apríl 2011 Dalibor Hamada, Bc.

zadávací protokol

Abstrakt

HAMADA,DALIBOR: „Vplyv druhu rezných kvapalín na proces sústruženia“

[Diplomová práca] Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre. Technická fakulta,

Katedra kvality a strojárskych technológií (KKST). Vedúci diplomovej práce : Ing. Ján

Žitňanský, PhD.

V mojej diplomovej práci sa zaoberáme vplyvom druhu reznej kvapaliny na

proces sústruženia. Hlavná pozornosť je venovaná teórii sústruženia, s použitím dvoch

rôznych chladiacich kvapalín a ich vhodnosti pre jednotlivé operácie. Cieľom práce

bolo popísať použiteľnosť rezných kvapalín z hľadiska prevádzkovo ekonomickej

hospodárnosti v náväznosti na dobu prevádzkovej spoľahlivosti, z čoho sa odvíja

úžitkovosť, rentabilita, kvalita a bezpečnosť prevádzky, obrábanej súčasti vo výrobe,

ako aj bezpečnosť práce vyplývajúcej z kvalitného opracovania obrobeného materiálu.

Dôraz bol kladený na dodržiavania zásad o životnom prostredí s prihliadnutím

na obrábaný materiál a k nemu volenej vhodnej technológie opracovania

Práca je kompilačného charakteru s popisom druhu reznej kvapaliny, jej

vlastností a vplyv na obrobený povrch pri sústružení pri použití adekvátnej technológie

spracovania, čím je možné dosiahnuť spoľahlivé výsledky obrábania pri jednotlivých

druhoch materiálov.

Kľúčové slová: sústruženie, chladiaca kvapalina, ekonomika, hospodárnosť,

bezpečnosť, kvalita.

7

Abstract

HAMADA, DALIBOR: "The impact of the type of cutting fluids in the process

of turning" [thesis] Slovak Agricultural University in Nitra. Faculty of Engineering,

Department of Quality and Strategic Technologies (KKST). Tutor: Ing. Ján Žitňanský,

PhD.

In my thesis deals with the influence of type of cutting fluid on the process of

turning. Main attention is devoted to turning theory, using two different coolants and

their suitability for operations. The goal was to describe the usefulness of cutting fluids

in terms of operational and economic performance, subsequent to the period of

operational reliability, which is derived from the performance, profitability, quality and

safety of operation utilized in the manufacture of components, as well as job security

arising from the working quality of machined material.

Emphasis was placed on the observance of the principles on the environment

with regard to the workpiece when it elected appropriate technology working

Work is the assembler character description of the type of cutting fluid, its

characteristics and influence on the machined surface in turning using adequate

processing technology, thus it is possible to achieve reliable results aside for the

different kinds of materials.

Keywords: turning, coolant, economy, economic efficiency, safety, quality.

8

Čestné prehlásenie

Podpísaný Bc. Dalibor Hamada týmto prehlasujem, že som diplomovú prácu na

tému :

„Vplyv druhu rezných kvapalín na proces sústruženia“

vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry a som si vedomý zákonných

dôsledkov v prípade, ak hore uvedené údaje nie sú pravdivé.

Nitra ........................................... .................................................

Bc. Dalibor Hamada

9

Poďakovanie

Touto cestou ďakujem vedúcemu diplomovej práce Ing. Jánovi Žitňanskému

PhD., za odborné rady a usmernenia pri vypracovávaní diplomovej práce za poskytnutú

všestrannú pomoc, odborné vedenie a cenné informácie.

10

OBSAH

ÚVOD..............................................................................................................13

1 SÚČASNÝ STAV PROBLEMATIKY........................................................14

1.2 Obrábanie - Obrobiteľnosť materiálov..............................................17

1.3 Sústruženie.............................................................................................19

1.3.1 Základné druhy sústruženia.....................................................19

1.3.2 Pohyby pri sústružení...............................................................20

1.3.3 Podstata sústruženia................................................................20

1.3.4 Vlastnosti materiálov obrobkov................................................20

1.3.5 Tvrdosť ostria sústružníckeho noža..........................................21

1.3.6 Rezné materiály.........................................................................21

1.3.7 Opotrebovanie rezných nástrojov..............................................21

1.4 Teória vzniku triesky............................................................................22

1.4.1 Fyzikálne modely rezania.........................................................22

1.4.2 Koreň triesky a jej charakteristiky............................................23

1.4.3 Nárastok...................................................................................24

1.4.4 Spolupôsobenie povrchov pri rezaní........................................25

1.5 Vznik a odvod tepla..............................................................................26

1.5.1 Teplotné pole rezného klina......................................................26

1.5.2 Tepelná bilancia.......................................................................27

1 .5.3 Vplyv teploty na vlastnosti obrábaného a rezného materiálu...28

1.6 Chladiaca kvapalina............................................................................29

1.6.1 Chladiaca kvapalina a životné prostredie.................................29

1.6.2 Druhy chladiacich kvapalín......................................................30

1.6.3 Olejové emulzie.........................................................................31

1.6.4 Syntetické a polosyntetické chladiace kvapaliny......................32

1.6.5 Voľba chladiacej kvapaliny......................................................34

1.6.6 Recyklácia chladiacej kvapaliny...............................................35

1.6.7 Skladovanie, ošetrovanie a likvidácia chladiacich kvapalín.....37

1.6.8 Moderné kvapaliny pre obrábanie............................................38

1.7 Vytváranie povrchu ............................................................................40

11

1.7.1 Fyzikálna podstata vzniku nového povrchu.............................41

2 CIEĽ PRÁCE.............................................................................................45

3 METODIKA PRÁCE.................................................................................46

4 VLASTNÁ PRÁCA...................................................................................56

4.2 Nastavenie parametrov procesu sústruženia..................................58

4.3 Meranie drsnosti obrobeného povrchu...........................................58

4.4 Hodnotenie výsledkov- Diskusia........................................................63

4.5 Využitie výsledkov pre prax- Ekonomický prínos..........................65

ZÁVER..........................................................................................................66

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY.....................................................67

12

ÚVOD

Obrábanie je spojené s  históriou, ktorá z dnešného pohľadu nie je ešte vôbec tak

stará. Podstatná časť tohto vývoja sa odohráva v rovnakom období ako priemyselná

revolúcia, prebiehajúca v 18. a 19. storočí, aby potom v 20. storočí došlo k jeho

podstatnému zrýchleniu.

V strojárenskej výrobe sa často stretávame s problémami malej trvanlivosti

nástroja a nedostatočnou kvalitou obrobeného povrchu. Pod pojmom kvalita

obrobeného povrchu je treba hlavne rozumieť rozmerovú presnosť, geometrickú

presnosť, drsnosť a stav povrchovej vrstvy obrobenej súčiastky. Pod pojmom „kvalita“

z hľadiska technológie výroby je treba chápať presnosť rozmerov, presnosť geometrie

tvaru, polohy a drsnosti povrchu. K týmto hodnotám pristupuje ešte sledovanie

chemických a fyzikálnych zmien vlastností materiálu v povrchovej vrstve obrobenej

súčiastky, vzniknutých v dôsledku vlastného procesu rezania. Kvalita povrchu, t.j.

drsnosť, resp. mikrogeometria povrchu a vlastnosti povrchovej vrstvy, ovplyvňujú

veľmi výrazne životnosť a spoľahlivosť prevádzky.

Na drsnosti povrchu závisí presnosť chodu strojových súčastí, ich hlučnosť,

doba zábehu, straty trením, elektrická vodivosť, prestup tepla, únavová pevnosť,

odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózií a pod. Súčasné hodnotenie drsnosti

povrchu necharakterizuje funkčný povrch v celom komplexe, neurčuje jeho

usporiadanie. Funkčný povrch sa uvažuje väčšinou ako ideálne hladký, čo zároveň

odporuje skutočnosti v reálnej praxi. Na to reaguje trh, kde sa objavujú nové meracie

prístroje, ktoré umožňujú merať a vyhodnocovať radu parametrov, ktoré sa najskôr

nemerali, alebo neboli pokladané za rozhodujúce. Tým sa situácia vo výrobe

komplikuje. Rýchly pokrok a schopnosť technológie výroby a merania kvality plôch

vedú k tomu, že je nutné poznať a definovať prevádzkové požiadavky na tieto plochy.

Presná a jasná špecifikácia textúry povrchu má dnes význam predovšetkým

z hľadiska náročných požiadaviek spoľahlivosti. Jedným z kľúčových faktorov na

dosiahnutie spomínaných náročných požiadaviek je použitie chladiacej kvapaliny.

Voľba chladiacej kvapaliny je určovaná operáciou obrábania, materiálom obrobku,

reznými podmienkami a rezným materiálom.

13

1 SÚČASNÝ STAV PROBLEMATIKY

Napriek vysokým požiadavkám trhu na úroveň manažmentu kvality a

environmentu, napr. podľa noriem radu ISO 9000,ISO 14001,možno v praxi pozorovať

nižší záujem odberateľov výrobkov o preverovanie úrovne medzioperačnej kontroly

rezných kvapalín u svojich dodávateľov. Tí jednoducho predpokladajú, že kontrole a

údržbe sa venuje primeraná pozornosť, najmä ak sú dodržané rozmerové a funkčné

vlastnosti odoberaných výrobkov. Hoci operácie obrábania patria medzi

najfrekventovanejšie strojárske procesy, vrcholové manažmenty, ale aj technickí

pracovníci často podceňujú túto problematiku, ktorá je dôležitou súčasťou operatívneho

riadenia procesov.

V praxi je menej známa skutočnosť, že zavedenie novej generácie chladiacich

emulzií v deväťdesiatych rokoch prinieslo so sebou aj zvýšené požiadavky na rozsah a

úroveň medzioperačnej kontroly, respektíve monitorovanie ich technologických

vlastností. Klasické chladiace emulzie, s výnimkou centrálnych systémov, sa vzhľadom

na krátku prevádzkovú životnosť kontrolovali predtým len zriedka. Väčšinou sa

kontrolovali vizuálne a po niekoľkých týždňoch (liatina)až mesiacoch (oceľ) sa emulzia

vymenila za novú. So zavedením rezných kvapalín novej generácie sa však životnosť

strojných náplní predĺžila až na cca 1-2 roky, t.j. po určitom čase sa už nedalo

odhadnúť, čo je v stroji, najmä v starších zariadeniach, do ktorých postupne vtiekli do

nasadenej emulzie aj tzv. cudzie oleje z hydraulického a mazacieho okruhu. V praxi

teda vznikla potreba riešiť systém pravidelnej operatívnej kontroly, údržby a

monitorovania stavu reznej kvapaliny, aby sa posúdilo, či je spôsobilá splniť stanovené

požiadavky na proces obrábania.

Moderné metódy obrábania si vyžadujú, aby chladiaca emulzia mala

multifunkčný účinok: rezný, chladiaci, mazací, čistiaci a emulgačný, vrátane

antikoróznych vlastností, odolnosť voči baktériám, plesniam, hubám, primeranú

stabilitu a prevádzkovú životnosť, účinnosť v tvrdej vode, nízku agresívnosť voči

náterom strojov, likvidovateľnosť odpadových vôd v bežných zariadeniach, nízku

„lepivosť” a penivosť, vhodnosť na mikrofiltráciu /ultrafiltráciu, recykling/regeneráciu,

znášanlivosť s pokožkou/nízku dráždivosť, prijateľnú biologickú odbúrateľnosť,

respektíve neškodnosť voči vodám (WGK). Pretože žiadna chemická látka sama o sebe

nedokáže komplexne zabezpečiť všetky tieto požiadavky, pripravujú sa chladiace

emulzné koncentráty zmiešavaním viacerých látok. Výsledný emulzný koncentrát je

14

predmetom dlhodobého výskumu a vývoja a formulácia emulzných koncentrátov je

prísne utajovaná. Kontrolu a skúšanie chladiacich emulzií preto treba riešiť ako analýzu

viaczložkového systému. Aplikujú sa ne priame metódy, vychádza sa z modelových

kalibračných kriviek a predpokladá sa, že zmeny zloženia prebiehajú rovnomerne,

proporcionálne. Skúšanie komplikuje napríklad vtečenie väčšieho množstva strojných

olejov do pôvodnej chladiacej emulzie (neproporcionálna zmena).Pri výbere

skúšobných metód a spôsobu servisu sa musia vziať do úvahy aj ďalšie faktory,

napríklad:

na objektívne porovnávanie rezných kvapalín treba zaviesť systém

porovnávacích skúšok, pretože počet ponúkaných chladiacich emulzií na trhu je

vysoký (podľa ich dodávateľov je každá „naj-naj ”,pričom emulzie sa ponúkajú

na rôznej kvalitatívnej úrovni a s rôznou cenou)

čerstvo nasadená emulzia má iné vlastnosti ako strojná náplň po viacmesačnom

prevádzkovaní

iný prístup je k skúšaniu strojných náplní jednotlivých strojov a iný pre náplne

centrálnych systémov s rozvodmi na jednotlivé stroje.

Pri nákupe a nasadzovaní nových emulzných koncentrátov je dôležité urobiť podľa

možností čo najrozsiahlejšiu kvalifikovanú vstupnú kontrolu. Pod pojmom

kvalifikovaná sa rozumie, že sú stanovené požiadavky a metódy, podľa ktorých sa dajú

porovnávať a hodnotiť vlastnosti chladiacich emulzií v rámci kvalifikácie procesu

obrábania a vyberať dodávateľa, ktorý spĺňa požiadavky. Cieľom kvalifikovanej

kontroly je zdokumentovať stav pri zavádzaní, ktorý potom plní funkciu “etalónu ”a s

ktorým sa porovnáva stav vo výrobnom procese v rámci auditu, pri vzniku

prevádzkových porúch alebo zmene typu chladiacej emulzie. Po schválení a overení

nových nasadených chladiacich emulzií sa zvolia najvhodnejšie skúšky pre bežnú

medzioperačnú kontrolu. V podmienkach výrobných prevádzok postačuje obvykle

vykonávať mesačne 3-5 základných skúšok. /B. Batora 1993/

Porovnávacie skúšky pre kvalifikovanú a výrobnú kontrolu :

Pri riešení bežných alebo nečakaných problémov v praxi obrábania pomáhajú

porovnávacie skúšky z výsledkov ktorých je možné posúdiť, do akej miery sa zmenil

15

stav reznej kvapaliny pri dlhodobom prevádzkovaní v porovnaní s dodaným stavom. Z

výsledkov jasne vidieť chybu refraktometrickej skúšky, ktorá má orientačný charakter a

najpresnejšie výsledky dáva len bezprostredne po nasadení emulzií. Po viacmesačnom

prevádzkovaní, ako vyplýva z tabuľky č.3,sa namerala refraktometrickou metódou

(odporúčaná na operatívnu kontrolu obsluhou stroja)až 2 x vyššia hodnota než bola v

skutočnosti.

Ak sa používa v praxi len refraktometrická skúška, dochádza v praxi náhodne,

avšak zákonite, k výskytu korózie súčiastok, pretože výsledok je vždy vyšší než

koncentrácia v skutočnosti. Z výsledkov tiež vidieť, že metóda s použitím liatinových

pilín (IP 003 -interný predpis)je citlivejšia než stanovenie koróznosti podľa STN 65

6521.Metóda kyslého štiepenia podľa ST 65 6239 je určená pre klasické emulzie, pri

ktorých sa výsledky zhodujú s pripravenou koncentráciou. Emulzie reprezentujúce novú

generáciu Syntilo RHS (Castrol),MB 603 (Cincinati Milacron)majú inú formuláciu,

preto sa musí stanoviť najskôr korekčný faktor z kalibračnej krivky, ktorým sa

množstvo rozrazeného oleja vynásobí (v danom prípade faktor=2).V prípade

dohodnutých preberacích podmienok –požiadavky, aby výsledok eróznej skúšky bol

negatívny pri koncentrácii 3 percentá, by túto požiadavku splnili len Syntilo RHS a MB

603.To má význam najmä pri obrábaní korózne citlivých súčiastok. /M. Kačmár 1997/

Zavádzanie štatistických metód na hodnotenie stability procesu :

Technologické vlastnosti rezných kvapalín používaných vo výrobných

procesoch obrábania ovplyvňujú výslednú kvalitu procesu. V spoločnostiach, ktoré

zaviedli alebo zavádzajú manažment kvality podľa ISO 9001-2,resp.je monitorovanie

fyzikálno-chemických vlastností chladiacich emulzií automaticky aj súčasťou

operatívneho riadenia výrobného procesu. Niekoľkoročné výsledky z monitoringu

rádovo stoviek strojov v ZTS Dubnica nad Váhom,a.s.Plus a novovzniknutých

spoločnostiach s väčšinovým majoritným podielom zahraničného kapitálu ukazujú, že

najjednoduchšie a najekonomickejšie je zisťovanie koncentrácie, pH a korozívnosti

emulzií odoberaných zo strojných náplní v 1-2 mesačných intervaloch, vrátane

občasného zisťovania mikrobiologických hodnôt (počet baktérií, plesní a húb). Na

základe štatistického spracovania výsledkov je možné potom zisťovať početnosť

výskytu nezhodných výsledkov, zostrojovať regulačné diagramy, robiť popisnú

štatistiku a pod. z čoho sa získajú informácie o stabilite procesu, robiť nápravné

16

opatrenia, hodnotiť majstrov, obsluhu, úroveň údržby a pod. Ako príklad sa dá uviesť

spracovanie výsledkov z evidenčných PC-databáz akreditovanej skúšobne ZTS-

MATEC,a.s.SKL3 -popisnej štatistiky zhrnutej v tabuľke č.5,respektíve ukážky

regulačného diagramu. Prax ukazuje, že udržať systém kontroly a údržby nie je

jednoduché ani tam, kde je relatívne dobrá starostlivosť o kontrolu kvality obrábania.

Napríklad podľa ročného vyhodnotenia bol v jednej prevádzke výskyt korozívnosti

emulzie cca 10 percent a v inej cca 60 percent, aj napriek pravidelnému monitoringu a

údržbe (to už je čiastočne aj otázka výchovy a vzdelávania).

V príspevku sa popísal spôsob riešenia základných problémov kontroly a

skúšania, ktoré treba v praxi riešiť pri prevádzkovaní a monitorovaní chladiacich

emulzií, vrátane príkladu riešenia zavádzania štatistických metód umožňujúcich

posudzovanie stability procesov obrábania a ich operatívneho riadenia. V

spoločnostiach s vysokou úrovňou manažmentu kvality, ako sú napríklad držitelia

certifikátov ISO 9001-2, ale aj v malých až veľkých podnikoch by malo byť takéto

riešenie samozrejmosťou. Z tohto hľadiska cítiť v súčasnej praxi aj potrebu riešenia

revízií, respektíve zavádzania jednotných národných a európskych noriem.

/Strojárenstvo 3/2001/

1.2 Obrábanie - Obrobiteľnosť materiálov

Obrobiteľnosť materiálov považujeme za mieru, ktorá charakterizuje obrábaný

materiál v procese rezania a vyjadruje stupeň efektívnosti obrábania z hľadiska

materiálu obrobku. Ako ukazovatele na hodnotenie obrobitelnosti používame reznú

rýchlosť pri danej trvanlivosti reznej hrany, drsnosť povrchu, stupeň deformácie triesky,

výsledný tvar a rozmery triesky. Porovnanie rezných podmienok predstavuje i možnosť

hodnotenia obrobitelnosť. Porovnanie s etalónovým materiálom umožňuje určiť

pomernú obrobitelnosť, ako jednu zo základných charakteristík obrábaného materiálu

používanú pri optimalizácii rezných podmienok. Vlastností obrábaného materiálu

závisia od chemického zloženia a ovplyvňujú rezné sily, tvarovanie triesky, trvanlivosť

reznej hrany a drsnosť povrchu. Zvyšovaním pevnosti a tvrdosti obrábaného materiálu

rastie rezná sila, teplota rezania a klesá trvanlivosť nástrojov. Preto pri určovaní

obrobitelnosti sa treba zamerať na vybrané druhy obrábaných materiálov a  porovnávať

ich v skupinách medzi sebou. Podľa obrobitelnosti sa posudzuje vhodnosť materiálu pre

zvolený spôsob výroby, očakávanú kvalitu a veľkosť výrobných nákladov.

17

absolútna -vyjadrená číselnou hodnotou vybraného ukazovateľa, ako je rezná

sila, tvarovanie triesky alebo trvanlivosť nástroja,

relatívna -porovnávame vlastnosti etalónového materiálu s vlastnosťami

hodnoteného materiálu a vyjadrujeme ju indexom obrobitelnosti,

komplexná -vyjadrená číselným ukazovateľom, ktorý obsahuje technologické

vlastnosti obrábaného materiálu.

Parametre používané na hodnotenie komplexnej obrobitelnosti materiálov pri danom

spôsobe obrábania a druhu rezného materiálu sú:

rezná rýchlosť pri danej trvanlivosti reznej hrany,

rezná sila (rezný odpor, rezná práca),

drsnosť obrobeného povrchu,

deformácia a tvar triesky.

Na hodnotenie obrobitelnosti sa použili tieto ukazovatele:

tvarovanie triesky

stláčanie triesky

rezné sily.

Utváranie triesky sa začína jej zakrivením pri vrezaní nástroja do obrobku a závisí od

rezných podmienok, najmä posuvu, hĺbky rezu a druhu obrábaného materiálu. Triesku

vytvára mechanizmus strihania, ktorý prebieha v skokoch na viacerých úrovniach

deformovaných objemov. Vlastný mechanizmus oddeľovania triesky prebieha v rovine

strihu, ktorá je určená pomerom hrúbky odrezávaného materiálu a hrúbky triesky. Pri

vyhodnocovaní etalografických výbrusov koreňov triesok pozorujeme rozdielne

charakteristiky primárnej sekundárnej zóny plastickej deformácie, zabrzdenú a mŕtvu

zónu. Priamym meraním hrúbky triesky a hĺbky rezu môžeme vyjadriť stláčanie triesky.

/Strojárstvo 6/2002/

18

1.3 Sústruženie

Sústruženie je obrábanie reznými nástrojmi, pri ňom sa väčšinou pomocou

jednoostrého nástroja rôzneho prevedenia zhotovujú súčiastky valcovitého tvaru. Rezný

nástroj je vo väčšine prípadov pevný, zatiaľ čo obrobok rotuje. Pri procese sústruženia

sa jedná o komplexný postup, pretože musí byť zohľadnené množstvo faktorov,

ovplyvňujúcich rezný nástroj napr. tvar oblúku, materiál obrobku, spôsob obrábania,

podmienky pri obrábaní, náklady a pod. Rezný nastroj je v dnešnej dobe meradlom

pokroku v oblasti obrábania kovov. Sústruženie je účinná flexibilná metóda obrábania,

určená k výrobe obrobkov kruhového prierezu rôznych veľkostí a rôznych druhov

materiálov. /D. Dienský 1988/

1.3.1 Základné druhy sústruženiaAby sa zjednodušila voľba tvaru držiaku, je nutné rozlišovať medzi

nasledovnými štyrmi hlavnými spôsobmi sústruženia :

Obr. 1: Štyri hlavné spôsoby sústruženia

Pozdĺžne sústruženie /1/, Čelné sústruženie /2/, Sústruženie tvaru /3/ a Kopírovacie

sústruženie /4/

Mimo to existuje ešte veľa ďalších kombinácií – ako je napríklad obrábanie osadením,

prechod medzi priemermi a zrazenie hrán, ktoré sú variantmi vyššie uvedených štyroch

hlavných spôsobov sústruženia. /Sandviken 1997/

19

1.3.2 Pohyby pri sústružení Pohyb nástroja v smere posuvu môže prebiehať rovnobežne s osou obrobku

/pozdĺžne sústruženie/. V tomto prípade je priemer obrobku redukovaný na menší

rozmer. Alternatívne sa môže nástroj pohybovať kolmo k osi obrobku.

/ Sandviken 1997/

1.3.3 Podstata sústruženia Upnutý obrobok rotuje určitými otáčkami vretena /n/, to znamená pri určitom

počte otáčok za minútu / 1/min /. Rezná rýchlosť vc / m/min / sa rovná obvodovej

rýchlosti bodu na obvode obrobku, tzn. že vc je rýchlosť, ktorou sa pohybuje obvod

obrobku v smere proti ostriu. Aby sme získali hodnotu reznej rýchlosti musíme

vynásobiť obvod /D x / obrábaného priemeru otáčkami vretena. Podľa nižšie

uvedeného vzorca sú otáčky vretena priamo úmerné reznej rýchlosti. Ak je priemer

obrobku udávaný v milimetroch, musí byť výsledok delený 1000, aby sme získali

hodnotu reznej rýchlosti v metroch za minutu.

Obr. 2: Rezná rýchlosť je obvodová rýchlosť / Sandviken 1997/

1.3.4 Vlastnosti materiálov obrobkov Materiály pre obrobky obrábané reznými nástrojmi, sú volené tak, aby

odpovedali neskoršiemu účelu použitia hotového výrobku. Veľa kovov bolo vyvinutých

s cieľom zlepšiť hospodárnosť výroby – automatové ocele a ostatné, špeciálne vyvinuté

kovové materiály kladú menšie nároky na obrobitelnosť. Obrábanie môže prebiehať

20

úspešne vtedy, ak sú pri plánovaní obrábacích operácií zobraté do úvahy rozdielne

vlastnosti materialov. / B. Bumbálek a kol. 1989/

1.3.5 Tvrdosť ostria sústružníckeho nožaOstrie sústružníckeho noža musí byť tvrdšie než obrábaný materiál. Čím tvrdší

je materiál rezného nástroja, tým lepšie a rýchlejšie odrezáva triesky. Potrebná tvrdosť

nástrojových ocelí sa dosahuje kalením. Vyššiu tvrdosť ako nástrojové ocele majú

spekané korundy a spekané karbidy. Možno nimi obrábať i kalené ocele. Spekané

karbidy ani spekané korundy sa nekalia, majú vysokú prirodzenú tvrdosť. /B. Janiš

1990/

1.3.6 Rezné materiály V roku 1924 vznikol rezný materiál, ktorého hlavou zložkou boli volfrámové

karbidy. Spekané karbidy sa delia na dve skupiny, a to podľa zloženia a použitia.

Spekané karbidy volfrámu a kobaltu ako spojivo (WC-Co). Vyznačuje sa väčšou

húževnatosťou a menšou odolnosťou proti opotrebeniu pri väčších rezných rýchlostiach.

Hodia sa preto na obrábanie mäkkých i tvrdých materiálov, ktoré dávajú krátku triesku,

t.j. sivej liatiny, bielej liatiny, bronzu a pod. Pri spekaných karbidoch volfrámu a titanu

je spojivom kobalt (WC-TiC-Co). Zásluhou TiC sú tieto karbidy pomerne tvrdé, menej

húževnaté a menej pevné v ohybe. Nehodia sa na obrábanie krehkých materiálov, pri

ktorých je veľké merné zaťaženie ostria, vhodnejšie sú na obrábanie ocelí /Dienský

1988/ 1.3.7 Opotrebovanie rezných nástrojov V súčasnosti môžeme rezný proces charakterizovať ako proces zameraný na

tvorenie a tvarovanie triesky. Celkový proces sa uskutočňuje pomocou technologickej

sústavy SNOP (stroj – nástroj – obrobok - prípravok). Výroba súčiastok, a to hlavne z

hľadiska kvality obrobených povrchov, si vyžaduje maximálnu dôležitosť analýzy

prejavov rezného procesu (napr. plastická deformácia, opotrebovanie rezných nástrojov,

a i.) Jednou zo základných technologických vlastností hodnotenia materiálu, ktorý má

byť určený na výrobu súčiastok, je obrábateľnosť. /Strojárstvo 6/2002/

1.4 Teória vzniku triesky

21

Trieska je definovaná ako z obrobku odrezaná časť materiálu. Obrábaný materiál

pri vnikaní rezného klina sa pružne a plasticky deformuje, kladie odpor proti vnikaniu

rezného klina. Pružne sa deformujú aj prvky sústavy SNOP mení sa pôvodná poloha

obrobku a rezného klina a môže vznikať aj chvenie.

Pochopenie podstaty procesu rezania vyžaduje skúmať javy, ktoré prebiehajú pri

vzniku triesky. Prvotný význam z týchto javov majú plastické deformácie. /B.

Bumbálek 1989/

Všetky charakteristiky procesu rezania sú výstupmi zo systému so spätnou

väzbou, okrem drsnosti povrchu. Práca deformácie napr. závisí od teploty materiálu.

Pôvodná teplota materiálu sa však následkom deformačnej práce zvyšuje, čo

pochopiteľne spätne vplýva na deformačnú prácu. Trenie medzi trieskou a čelnou

plochou je funkciou teploty a prostredia. Trením však vzniká teplo, ktoré ohrieva

dotýkajúce sa vrstvy, čo pôsobí na charakter dotyku a prístup prostredia, teda aj na

prácu trenia. / Strojárstvo 3/2001/

1.4.1 Fyzikálne modely rezaniaZjednodušený fyzikálny model procesu rezania predstavuje tzv. voľné rezania

(Obr. 3a). Priamkovitou reznou hranou, kolmou na hlavný pohyb, odrezávame vrstvu s

konštantnou hrúbkou z výstupku materiálu. Reže teda len jedna rezná hrana, hrúbka

odrezávanej vrstvy je konštantná, rýchlosť rezania je všade rovnaká a ak b >> h,

deformácia materiálu je prakticky rovinná. Ak je rezná hrana kolmá na smer rezania,

hovoríme o ortogonálnom (kolmom) voľnom rezaní.

Obr. 3: Schéma voľného rezania

22

Ak rezná hrana so smerom rezania zviera iný uhol (Obr. 3b), hovoríme o šikmom

voľnom rezaní. Pri voľnom rezaní skúmame proces rezania nie na skutočnom, ale na

modelovom systéme.

/ http:// prometeus.sk/prednášky/05teplo.htm/

1.4.2 Koreň triesky a jej charakteristiky Koreň triesky tu vidíme na metalografickom výbruse časti rezaného materiálu aj

so stopou rezného klina a odchádzajúcu triesku (Obr. 4). Koreň triesky získame

rýchlym prerušením rezania a následným metalografickým spracovaním získaného

vzorku koreňa triesky.

Obr. 4: Koreň triesky a jeho charakteristiky

Koreň triesky je oblasť rezania, kde rezný klin (nástroj) deformuje a oddeľuje obrábaný

materiál od obrobku vo forme triesky. Na metalografickom výbruse koreňa triesky

(Obr. 4) rozoznávame tri oblasti deformácie:

23

– primárna oblasť deformácie (a),

– sekundárna oblasť deformácie povrchovej vrstvy triesky pri čele noža (b),

– sekundárna oblasť deformácie povrchovej vrstvy obrobenej plochy (c).

Plastické deformácie materiálu v koreni triesky sú spojené so zvyšovaním tvrdosti a so

vznikom zvyškových napätí. Oblasti deformácie môžeme preto skúmať nielen vizuálne

podľa hranice zŕn, ale aj meraním a porovnávaním tvrdosti.

V koreni triesky môžeme rozoznať tieto geometrické charakteristiky (Obr. 4):

– medzný uhol deformácie 1. Je to uhol medzi smerom rezného pohybu a medznou

rovinou deformácie. Oddeľuje deformované a nedeformované zrná,

– uhol textúry 2 - je to uhol medzi smerom rezného pohybu a smerom

deformovaných zŕn v trieske,

– hrúbku odrezávanej vrstvy h - je to vzdialenosť obrábanej a obrobenej plochy,

– hrúbku (deformovanej) triesky ht - je to vzdialenosť okrajov horného a spodného

povrchu triesky.

Na reznom kline vidíme uhly chrbta, klinu, čela a rezu.

Pozorovanie výbrusov koreňov triesky, ale aj bezprostredné merania vedú k poznatku,

že hrúbka (deformovanej) triesky ht je vždy väčšia ako hrúbka odrezávanej vrstvy h. V

procese rezania kovov nastáva stlačenie odrezávanej vrstvy. Tento jav voláme stlačením

triesky.

/ http:// prometeus.sk/prednášky/05teplo.htm/

1.4.3 Nárastok Porovnanie metalografických výbrusov koreňov triesky získaných pri rôznych

rezných rýchlostiach vykazujú zreteľné rozdiely v textúre spodnej vrstvy triesky pri

reznej hrane. Pri obrábaní niektorých materiálov (ocelí, zliatin hliníka) na koreňoch

triesky získaných pri rezných rýchlostiach 20 až 50 m.min-1 vidíme časť materiálu

odolnú leptaniu s tvarom palca (Obr. 5).

24

Obr. 5: Schéma nárastku

Nárastok je silne deformovaná časť obrábaného materiálu prilipnutá k čelnej ploche

nástroja pozdĺž reznej hrany, ktorá je taká tvrdá, že je schopná rezať. Stopy nárastku

nájdeme na reznej ploche, na obrobenej ploche, na noži a na trieske.

/ http:// prometeus.sk/prednášky/02triesk.htm/

1.4.4 Spolupôsobenie povrchov pri rezaní Rýchlosť vzájomného pohybu obrobku a nástroja ovplyvňuje teplotu

dotýkajúcich sa povrchov, určuje charakter dotyku oboch telies a vnikanie prostredia

medzi trecie plochy.

Pri malých rýchlostiach sú teploty nízke a málo vplývajú na vlastnosti obrábaného a

rezného materiálu. Obe telesá (trieska a nôž) sa dotýkajú v diskrétnych bodoch.

Hovoríme o bodovom dotyku. Prostredie má dobrý prístup k trecím plochám. Na týchto

vznikajú absorpčné filmy z molekúl prostredia a chemických zlúčenín, ktoré prostredie

vytvára s kovom. Povrchové filmy, aj keď boli rozrušené, sa rýchlo obnovia. Súčiniteľ

trenia je preto malý. Väzby medzi rezným klinom a materiálom triesky sú ohraničené

časovo aj priestorovo, nárastok nevzniká.

Pri vyšších (stredných) rýchlostiach sú teploty vyššie, trieska je plastickejšia,

preto skutočná dotyková plocha rastie. Prístup prostredia je sťažený, adhézne sily sú

značné. Navonok sa to prejaví zvýšením súčiniteľa trenia (Obr. 6). Gradient

mechanických vlastností povrchovej vrstvy triesky je záporný (smerom do hĺbky klesá).

Preto nastáva hĺbkové rozrušenie materiálu triesky. Na noži vzniká nárastok.

25

Obr. 6:

Závislosť súčiniteľa trenia od reznej rýchlosti

Pri stredných a vysokých rýchlostiach sú teploty dostatočne vysoké pre vznik

chemických a difúznych procesov. Pri úbytku materiálu rezného klina, t.j. pri jeho

opotrebovaní spolupôsobia tri mechanizmy:

– mechanicko-brúsny, – adhézno-molekulárny,

– chemicko-difúzny.

1.5 Vznik a odvod tepla

Deformačná práca a práca trenia v procese rezania sa mení na teplo. Trom

oblastiam deformácie v koreni triesky zodpovedajú tri pramene vzniku tepla. Teplo z

týchto miest prúdi do chladnejších miest. Je odvádzané trieskou, rezným klinom,

obrábaným materiálom a okolím (chladiacim médiom). Teplo z prvotnej oblasti

deformácie je odvádzané vedením a sálaním, ale najmä materiálovým tokom (trieskou).

V tejto oblasti teplo pôsobí vždy na nové "studené" objemy materiálu. Preto teploty v

tejto oblasti sú pomerne nízke, okolo 300°C. Po krátkom časovom úseku rezania s

rezným klinom prichádzajú do styku už zohriate elementy materiálu. Zo začiatku sú

ochladzované ešte pomerne studeným rezným klinom, ktorý stačí odvádzať teplo.

Povrchová teplota rezného klina v miestach dotyku sa rýchlo zvyšuje, kým nenastáva

rovnováha medzi zdrojmi a odvodom tepla. Vzniká stacionárne teplotné pole s

maximálnymi teplotami do 1000 °C, ba i viac. / B. Bumbálek/

26

1.5.1 Teplotné pole rezného klina

Teplotné pole rezného klina je na (Obr. 7) Miesto maximálnych teplôt závisí od

charakteru triesky. Pri obrábaní húževnatých materiálov je trieska spojitá. Teplotné pole

je výrazne ovplyvnené aj teplom z trenia. Maximálne teploty sú na čelnej ploche v

určitej vzdialenosti od reznej hrany. Pri obrábaní krehkých materiálov je trieska

drobivá, odskakuje od čela. Trenie triesky o čelo je malé a rezné prostredie má dobrý

prístup. Preto maximálne teploty sú na reznej hrane alebo na chrbte v bezprostrednej

blízkosti reznej hrany.

Obr. 7: Teplotné pole rezného klina pri obrábaní húževnatých materiálov

Teplota myslených bodov rezného klina aj obrábaného materiálu v koreni triesky je

rôzna. Od tejto skutočnej hodnoty teploty treba rozlíšiť tzv. teplotu rezania. Je to stredná

teplota dotykových miest obrábaného a rezného materiálu. / http://

prometeus.sk/prednášky/05teplo.htm/

1.5.2 Tepelná bilancia Tepelná bilancia vychádza zo zákona zachovania energie. Mechanická energia

potrebná na rezanie sa mení prevažne na teplo. Tepelná bilancia porovnáva privádzanú

energiu (100%) a odvádzanú energiu. Je to pomerné množstvo tepla odvedené

obrobkom, nástrojom, trieskou a okolím (a prípadne energia vytvárania nových

povrchov). Vyjadrenie množstva privádzanej energie a kanálov jej spotreby

(odvádzania) voláme tepelná bilancia. Pomer množstva tepla odvádzaného trieskou,

nástrojom, obrobkom a okolím závisí najmä od reznej rýchlosti.

27

So zvyšovaním reznej rýchlosti klesá množstvo tepla odvádzané obrobkom (pri

vysokých rezných rýchlostiach obrobok je studený), zvyšuje sa množstvo tepla

odvádzané trieskou a nástrojom (hrot nástroja a trieska sú dokonca žeravé). Pri týchto

úvahách treba mať na mysli, že so zvyšovaním reznej rýchlosti sa zväčšuje privádzané

množstvo energie. Preto zmenšenie podielu môže znamenať v absolútnych jednotkách

viac. Rozhodujúcim faktorom je teplota rezania.

/ http:// prometeus.sk/prednášky/05teplo.htm/

1.5.3 Vplyv teploty na vlastnosti obrábaného a rezného materiálu

Elementy rezného klina v procese rezania sú vystavené pomerne dlhodobému

účinku teploty. Ich vlastnosti v procese rezania sú preto podstatne iné ako pri izbovej

teplote (Obr. 8).

Obr. 8:Vplyv teploty rezania na tvrdosť rýchloreznej ocele (RO) a spekaného karbidu (SK)

Elementy obrábaného materiálu sú v procese rezania vystavenému krátkodobému

účinku teploty. Teplota preto málo ovplyvňuje ich vlastnosti (Obr. 9). Spolupôsobí tu aj

deformácia a deformačná rýchlosť, ktoré zvyšujú mechanické vlastnosti obrábaného

materiálu. / B. Janiš /

28

Obr. 9:Vplyv teploty rezania na mechanické vlastnosti obrábaného materiálu: 1 - dlhodobé

pôsobenie teploty na nedeformovaný obrábaný materiál, 2 - dlhodobé pôsobenie teploty na deformovaný obrábaný materiál, 3 - skutočná tvrdosť triesky v procese rezania,

vypočítaná pomocou modifikovanej teploty

1.6 Chladiaca kvapalina V zóne rezania vznikajú pri procese obrábania – hlavne vplyvom trecích síl

medzi obrobkom a nástrojom – vysoké teploty. Vo väčšine prípadov by tento stav mal

za následok nepriaznivý dopad na výsledky obrábania, keby do kritického miesta nebola

privádzaná chladiaca kvapalina, ktorej hlavným cieľom je mazať a chladiť oporné

a vodiace lišty a zaistiť vyplachovanie triesok zo zóny rezania.

Pohybujú sa dve plochy po sebe bez mazania, trú sa vystupujúce časti plôch

vzájomne o seba. Následkom potom je, že sa materiál trením zahrieva a jeho častice sa

vplyvom trenia uvoľňujú z povrchovej plochy. Mazacie schopnosti chladiacej kvapaliny

znižujú opotrebenie medzi obrobkom a nástrojom tím, že medzi oboma týmito plochami

vytvárajú film, ktorý uvedené plochy oddeľuje od seba.

Energia, ktorá musí byť vynaložená pri prekonávaní odporu materiálu obrobku pri

utváraní triesky, vyvoláva vysoké teploty v zóne rezania.

Opotrebenie ostria je v značnej miere určované teplotou, čo znamená že musí byť

zaistené dostatočné chladenie, aby sa predĺžila doba trvanlivosti ostria. Obrobená plocha

nesmie byť poškodzovaná trieskami alebo časticami, ktoré sa v priebehu obrábania

uvoľnili. Zabrániť týmto poškodeniam môže chladiaca kvapalina len vtedy, ak je

filtrovaná cez dostatočne jemný filter. /Sandviken 1997/

29

1.6.1 Chladiaca kvapalina a životné prostredie

Obr. 10Chladiaca kvapalina by mala v prvom rade zaisťovať dobré mazanie a chladenie, je

však ešte veľa ďalších požiadaviek, ktoré by mali byť zohľadnené pri voľbe chladiacej

kvapaliny:

- Nesmie vyvolávať vedľajšie efekty, ako napríklad alergické reakcie na pokožke

a nesmie zapáchať /A/.

- Pri použití vysokotlakých čerpadiel nesmie kvapalina peniť /B/.

- Nesmie rozpúšťať farby, to znamená, že nesmie napríklad narušovať povrchovú

úpravu stroja /C/, nesmie mať taktiež agresívne účinky na tesnenie.

- Nesmie na výrobkoch vyvolávať koróziu /D/. pretože sa na jednom obrábacom

stroji obvykle opracovávajú obrobky z rôznych materiálov, mala by chladiaca

kvapalina vyhovovať všetkým týmto obrábaným materiálom, aby nebolo nutné

v krátkych časových úsekoch prevádzať jej výmenu. Zvláštny význam sa

prikladá nebezpečenstvu, ktoré v podobe vzniku korózie hrozí neželezným

kovom, ako napríklad medi, mosadzi a hliníku.

- Mala by mať také vlastnosti, ktoré by vylúčili nalepovanie alebo prilnutie triesky

a častíc materiálu ku kovovým častiam. Tým sa zabráni vzniku problémov pri

čistení nádrží a poškodeniu povrchových plôch obrobku /E/.

- U väčšiny obrábacích strojov uniká mazací olej. U moderných strojov môžu byť

straty až cca 1 liter za deň. Je preto výhodou, ak môže chladiaca kvapalina

30

pohlcovať unikajúci olej, ako by tím došlo k negatívnemu ovplyvneniu jej

funkčnej schopnosti /F/. /Sandviken 1997/

1.6.2 Druhy chladiacich kvapalín

Obr. 11:

Chladiace kvapaliny možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín :

- čisté rezné oleje

- emulzie

Aby bolo možné dosiahnuť dobrých chladiacich vlastností, musí chladiaca kvapalina

vykazovať vysoký stupeň tepelnej difúzie. Tieto požiadavky splňuje voda, jej mazacie

vlastnosti sú však špatné a naviac vyvolávajú u kovov koróziu. Oleje sa naproti tomu

vyznačujú dobrými mazacími vlastnosťami, chránia kovy proti korózií, majú však iba

nízky stupeň tepelnej vodivosti a tepelnej kapacity a z toho dôvodu majú chladiace

vlastnosti oleja podradný význam.

Vynikajúce chladiace vlastnosti vody boli využité pri vývoji rôznych druhov

chladiacich kvapalín. Tieto kvapaliny delíme na :

- olejové emulzie

- syntetické alebo chemické chladiace kvapaliny

Používanie emulzií je tradičným spôsobom využitia chladiacich vlastností vody,

spojených s mazacími a antikoróznymi účinkami oleja. Označenie chladiacej kvapaliny

ako vodou rozpustné neodpovedá celkom skutočnosti, pretože sa oleje vo vode

rozpustiť nedajú. Oleje sa viac menej rozptýlia v podobe drobných kvapiek

v kvapaline /A/ pomocou aditív, ktoré sa nazývajú emulgátory, stabilizátory.

Syntetické chladiace kvapaliny neobsahujú oleje, ale sú zložené z  rozpúšťadiel

napríklad glykolu, ktorý vo vode emulguje alebo sa rozpustí. Glykoly sú priesvitné a

oproti emulziám, ktoré sú mliečneho vzhľadu, umožňujú sledovať priebeh obrábania.

31

Ak pridáme do olejovej emulzie malé množstvo syntetickej chladiacej kvapaliny,

vznikne polysyntetická kvapalina s výrazne lepšími mazacími vlastnosťami emulzie.

V určitých prípadoch môže byť ako chladiaci a mazací prostriedok použití taktiež plyn.

Plyn sa aplikuje pod vysokým tlakom a odstraňuje triesky a uvolnené častice

obrábaného materiálu. Najbežnejším plynným médiom je vzduch, používa sa ale tiež

freón, oxid uhličitý ako aj kvapalný argón a kvapalný dusík. /Sandviken 1997/

1.6.3 Olejové emulzie Olejové emulzie sa dodávajú v koncentrovanom stave. Užívateľ si musí vhodnú

emulziu pripraviť sám tak, že koncentrát rozmieša s vodou. Použitie emulzie znamená,

že mazacie a antikorózne vlastnosti rezného oleja sa spoja s chladiacimi schopnosťami

vody. Koncentrát rozpustný vo vode obsahuje určité prísady, ktoré zlepšujú vlastnosti

chladiacej kvapaliny, napríklad:

- emulgátory zabraňujúce separácií koncentrátu

- prostriedky na ochranu proti korózií

- konzervačné prostriedky, zabraňujúce množeniu baktérií

- pevné látky pre zlepšenie mazacích vlastností

- EP-prísady pre zlepšenie nosnosti olejového filmu

Je veľmi dôležité aby emulzia bola pripravená presne podľa návodu. Aby sme získali

naozaj kvalitnú chladiacu kvapalinu s dlhou životnosťou, je nutné dodržiavať

nasledujúce pravidlá :

- Koncentrát sa musí pridávať do vody, nikdy nie naopak.

- Doporučuje sa pripravovať emulziu pri jej neustálom premiešavaní

- Zmiešavací pomer koncentrátu a vody by mal presne súhlasiť

- Predpokladom dobrej akosti chladiacej kvapaliny je dokonalá čistota

nádrží a používaných nádob.

- Hodnota pH a tvrdosti vody by mala odpovedať požiadavkám

- Rýchlosť pridávania koncentrátu musí byť taká, aby sa stačila tvoriť

emulzia.

Nerozpustné soli – prevažne kalcia, magnézia a železa – zhoršujú tvrdosť vody. Za

účelom získania mäkšej vody je možné pridať sódu. Tvrdosť vody sa obvykle vyjadruje

počtom častíc bezvodného uhličitanu sodného /ppm/, ktorého je treba k získaniu úplne

mäkkej vody. Nerozpustené soli môžu reagovať s emulgátormi. Bez ohľadu k tomu, že

32

sa emulzia stáva rýchlo nepoužiteľnou môže vplyvom reakcie dôjsť k speneniu roztoku,

čo môže mať za následok upchatie filtrov, potrubí a čerpadiel v okruhu systému

chladiacej kvapaliny. Okrem toho môže tvrdšia voda s hodnotou väčšou ako 200 ppm

znížiť antikorózne vlastnosti emulzie. Hodnota pH u olejových emulzií by sa mala

pohybovať v rozsahu 8,5 až 9,3. /Sandviken 1997/

1.6.4 Syntetické a polosyntetické chladiace kvapaliny

Syntetické chladiace kvapaliny neobsahujú minerálne oleje a používali sa

najskôr len pri brúsení. V priebehu ďalšieho vývoja syntetických chladiacich kvapalín

so zlepšenými mazacími a antikoróznymi vlastnosťami sa spektrum ich použitia značne

rozšírilo.

Aplikácia syntetických chladiacich kvapalín má oproti kvapalinám na báze oleja

ekonomické výhody a naviac zaisťuje rýchle odvádzanie tepla, dobré čistiace vlastnosti,

jednoduchú prípravu a účinnú ochranu proti korózií. Naviac sú tieto kvapaliny

priesvitné, čo umožňuje obsluhe stroja kontrolu procesu obrábania. U obtiažne

prevoditeľných operácií môže byť za určitých okolností ich mazacia schopnosť

nedostačujúca. Tento nedostatok môže spôsobovať efekty nalepovania obrábaného

materiálu na nástroj, alebo rýchlejšie opotrebenie klzných plôch.

Voda sa v syntetických chladiacich kvapalinách celkom rozptýli. Pretože sa

voda postupne odparuje, zvyšuje sa v priebehu obrábania koncentrácia chladiacej

kvapaliny. Pretože chladiace kvapaliny disponujú silnými čistiacimi a alkalickými

vlastnosťami /pH 9–9,5/, mal by sa stupeň ich koncentrácie neustále kontrolovať, aby

zvýšená hodnota pH nevyvolávala u obsluhy stroja alergie v podobe podráždenia

pokožky.

Olej je v syntetických chladiacich kvapalinách možné rozpustiť, čím vznikajú

polosyntetické chladiace kvapaliny. Polosyntetické chladiace kvapaliny majú v podstate

rovnaké vlastnosti ako kvapaliny plne syntetické, naviac však majú priaznivejšie

mazacie schopnosti. Pre operácie brúsenia sú tieto chladiace kvapaliny pre svoj nízky

obsah oleja oveľa vhodnejšie, ako emulzie na báze oleja. Olej obsiahnutý v chladiacej

kvapaline, môže mať za následok preťaženie brúsneho kotúča.

V polosyntetických chladiacich kvapalinách sú olejové častice oveľa menšie ako

v emulziách na báze oleja. Vysoký podiel emulgátorou priaznivo podporuje

zachytávanie presakujúceho oleja /A/ zo stroja. Zachytávanie presakujúceho oleja je

33

však možné len v obmedzenom množstve. Akonáhle je nadbytočný emulgátor

spotrebovaný – potom, čo pohltil určité množstvo presakujúceho oleja – vypláva časť

oleja hore a vytvorí na hladine emulzie film /B/. Ostatné častice oleja, ktoré sa

nachádzajú v chladiacej kvapaline, sa zväčšujú /C/. Olejová vrstva na hladine emulzie

môže vo zvýšenej miere podporiť množenie baktérií. /Sandviken 1997/

Obr. 12

1.6.5 Voľba chladiacej kvapaliny

Obr. 13:

Spôsoby obrábania, usporiadané podľa stupňa obtiažnosti: 1. brúsenie, 2.

sústruženie, 3. frézovanie, 4. vŕtanie vrtákmi HSS, 5. vystužovanie, 7. vŕtanie hlbokých

dier, 8. obrábanie ozubených kolies, 9. sústruženie závitov, 10. rezanie závitov

závitníkmi

Lepšie mazanie by malo byť zaistené za týchto okolností :

- malé rezné rýchlosti,

34

- ťažko obrobitelné materiály,

- problematické obrábanie,

- vyššie nároky na akosť obrobeného povrchu,

- nebezpečie vzniku nárastku,

Lepšie chladenie je vhodné za týchto okolností :

- vyššie rezné rýchlosti,

- ľahko obrobiteľné materiály,

- bezproblémové obrábanie,

- nebezpečie vzniku nárastku,

Voľba chladiacej kvapaliny je určovaná operáciou obrábania, materiálom obrobku,

rezným materiálom a reznými podmienkami.

Stupeň obtiažnosti sa môže meniť, pretože je závislý na rezných podmienkach,

geometrií ostria a druhu materiálu obrobku.

Pri voľbe chladiacej kvapaliny sú síce v popredí mazacie a chladiace vlastnosti,

nesmieme však zabúdať na to, ako sa chladiaca kvapalina chová v prostredí. Tak

napríklad nesmie na obrobku vyvolávať koróziu, mala by naopak materiál chrániť. Na

stroji by pri použití chladiacej kvapaliny nemalo vznikať žiadne poškodenie

a vonkoncom nesmie byť ohrozované zdravie obsluhy stroja. Pri príprave emulzií musí

byť vždy použitá zodpovedajúca voda, v tomto prípade zvlášť záleží na hodnote pH.

/Sandviken 1997/

1.6.6 Recyklácia chladiacej kvapaliny

Obr.14:

35

Technológia, používaná v súčastnej dobe pre recykláciu chladiacej kvapaliny

v cirkulačnom systéme stroja, vyžaduje neustálu kontrolu a údržbu. Znečistenie, vznik

mikroorganizmov a zmeny koncentrácie chladiacej kvapaliny musí byť neustále

sledované, aby sa zabránilo jej znehodnoteniu. Neustála kontrola má rovnako za úlohu

udržať kvapalinu v použiteľnom stave po čo najdlhšiu možnú dobu.

V prípade centrálneho systému používa rovnakú chladiacu kvapalinu väčší počet

strojov. Výhodou tohto systému je, že údržba a kontrola môže byť uskutočnená len

u jednej nádrže. Zavedenie takéhoto centrálneho systému však vyžaduje, aby bol

zvolený taký druh chladiacej kvapaliny, ktorý bude vhodný pre rôzne možnosti

obrábania na všetkých na tento systém napojených strojoch. Každé znečistenie, ktoré by

malo za následok nutnosť výmeny chladiacej kvapaliny, by vyžadovalo veľké náklady,

pretože v takýchto centrálnych systémoch cirkuluje veľké množstvo chladiacej

kvapaliny.

Len špeciálne zariadenie na odlučovanie chladiacich kvapalín z triesok je nehospodárne

v prípade, keď sa pri obrábaní používa emulzia. Naproti tomu je však týmto spôsobom

možné získať z jednej tony triesok až 300 litrov oleja. Pre uľahčenie manipulácie

s neskladnými trieskami sa používa drvič triesok /1/. Po rozdrvení sú triesky

prepravované dopravníkom triesok do odstredivky /2/, kde je olej dôkladne oddelený.

Takto získaný olej sa spoločne s chladiacou kvapalinou zo stroja privádza do čistiaceho

zariadenia.

Najbežnejšie čistiace systémy pozostávajú z jednoduchých usadzovacích nádrží,

v ktorých sa nečistoty usadzujú na dne nádrže. Existujú však rovnako moderné

zariadenia, ktoré sa skladajú z nasledujúcich komponentov :

- usadzovacie nádrže /3/

- vykurovanie /6/

- filtre/odstredivky /7/

- chladiace zariadenie /8/

- automatická kontrola a plnenie /9/

Usadzovanie nerozpustných častíc, využívajúcu gravitáciu, je najednoduchším

spôsobom, ako odlúčiť nečistoty z chladiacej kvapaliny. Pretože ale usadzovanie trvá

relatívne dlho, môžu vzniknúť komplikácie, spôsobené množením baktérií. Naviac

nemožno týmto spôsobom oddeliť olej, ktorý presiakol netesnými spojmi stroja, do

chladiacej kvapaliny. Pritom si nemôžeme byť istí, či sa na dne nádrže neusadili veľmi

jemné častice nečistôt a kovov. V kladnom prípade hrozí nebezpečenstvo, že vplyvom

36

vysokej viskozity sa tieto drobné častice dostanú do chladiacej kvapaliny, čo môže za

určitú dobu spôsobiť výpadok čerpadla, alebo zhoršenie akosti obrobených plôch.

Chladiaca kvapalina by mala vždy prechádzať cez filter /4/ ešte skôr, ako sa dostane do

čerpadla /5/.

Pre zrýchlenie odlučovania nečistôt z chladiacej kvapaliny sa používajú

usadzovacie nádrže, do nich je chladiaca kvapalina privádzaná zospodu, pričom musí

pretekať cez kaskády, obmedzujúce prúdenie. Týmto spôsobom sa dosiahne, že častice

nečistôt klesajú ku dnu z menšej výšky. Súčasne sa taktiež skráti dráha, ktorú potrebuje

presakujúci olej pre vystúpenie ku hladine, odkiaľ je priebežne odsávaný. Ohriatím

chladiacej kvapaliny sa proces oddeľovania urýchli. Obtiažnejšie by bolo, keby sa táto

metóda použila pre emulzie, pretože by v emulzií obsiahnutý presakujúci olej mohol

emulgovať. Popísaný systém čistenia je najvhodnejší pre čistenie syntetických

chladiacich kvapalín, pretože u nich vystupuje k hladine vo volnej forme. Pre

odstraňovanie oleja preniknutého netesnosťami sa spravidla používajú odstredivky

s veľmi vysokým výkonom.

V centrálnom systéme je chladiaca kvapalina v neustálom pohybe, to znamená

že, usadzovacia metóda nie je v tomto prípade funkčná. Miesto toho sa však používajú

rôzne typy filtrov. U chladiacich kvapalín s vysokou viskozitou prebieha proces

filtrovania pomaly, pretože prietoková rýchlosť je znižovaná filtrom. Proces filtrácie sa

zjednoduchší, keď vplyvom zahriatia chladiaca kvapalina zredne. Aby bolo možné

zachytiť i najjemnejšie častice nečistôt, musí byť priepustnosť filtru veľmi malá. To

však opäť znamená, že sa nechtiac vo filtri zachytia taktiež určité prísady chladiacej

kvapaliny. Ďalšou nevýhodou je že sa filter môže upchať olejom, prenikajúcim

netesnosťami. Preto je tiež používanie odstrediviek v centrálnom systéme obvyklé

a opodstatnené.

Systém pre temperovanie chladiacich kvapalín by mal zaistiť dodržanie

pracovnej teploty chladiacej kvapaliny na cca 200C. Ak neumožňuje objem nádrže

dostatočné chladenie, môžu byť pre takýto prípad nainštalované rôzne typy výmenníkov

tepla alebo chladiacich jednotiek. /Sandviken 1997/

1.6.7 Skladovanie, ošetrovanie a likvidácia chladiacich kvapalínEmulzie by nemali byť vystavované pôsobeniu extrémnych teplôt – ani

vysokých, ani príliš nízkych. Vysoké teploty urýchľujú vyparovanie vody, ktorá je v

emulzií obsiahnutá. Nízke teploty môžu mať za následok separáciu určitých prísad.

37

Koncentrované roztoky obsahujú rovnako malé množstvo vody. Keď táto voda zamrzne

je miešanie emulzie veľmi obtiažne i vtedy, ak sa jej teplota opäť zvýši. Sudy

s chladiacou kvapalinou by mali byť skladované na zastrešenom mieste, aby boli

chránené pred vlhkosťou. Pri vyskladňovaní môže dôjsť k tomu, že sa vplyvom výkyvu

teplôt vyzráža na veku nádob voda, ktorá potom prenikne do sudov pri ich otváraní.

Aby sme tomu zabránili doporučuje sa skladovať sudy na ležato.

Príčinou toho je nielen nutnosť obmedzovania počtu mikroorganizmov vo vode,

ktoré podstatne skracujú dobu použiteľnosti chladiacej kvapaliny ale tiež problémy

s koróziou, upchávanie prívodných potrubí a ventilov, nepríjemný zápach a zdravie

ohrozujúce faktory. Rozlišujeme tri typy mikroorganizmov, ktoré sa môžu v emulzií

vyskytovať baktérie plesne a riasy. Pri používaní emulzií sa na nedostupných miestach

systému prívodu chladiacej kvapaliny často hromadia baktérie, takže pri čistení

systému musia byť používané prostriedky, ktoré tieto baktérie usmrcujú. Pri nedodržaní

tohto opatrenia by neodstránené zbytky nečistôt veľmi rýchlo znovu chladiacu

kvapalinu znehodnotili. Koncentrácia a zloženie chladiacej kvapaliny sa v priebehu

používania menia. Tieto zmeny majú niekoľko príčin : voda sa odparí, časť chladiacej

kvapaliny sa stratí vplyvom netesností a odstrekovaním, oleja ktorý presakuje pri

netesnostiach v stroji, reaguje s kvapalinou a pod. Preto je nutné koncentráciu zmesi

neustále kontrolovať. Ak musí byť koncentrácia zmenená, pridá sa vopred namiešaná

chladiaca kvapalina. V prípade že treba doplniť vodu nesmie to byť voda tvrdá, pretože

inak by sa mohli jednotlivé zložky kvapaliny odlúčiť a na hladine by sa vytvoril olejový

film. Príliš mäkká voda by spôsobila penenie kvapaliny. Moderné systémy pre

recykláciu chladiacej kvapaliny sú vybavené automatickým zariadením pre meranie

doplňovanie a miešanie dodatočne pridávnej chladiacej kvapaliny.

Znečistené oleje a emulzie, ktorá sú už nepoužiteľné, nesmú byť za žiadnych

okolností vypúšťané do verejnej kanalizačnej siete. U emulzií musí byť odlúčený olej

a voda. Pre odstraňovanie vyčerpanej emulzie sa používa síran železnatý, soľ

a niektorých prípadoch taktiež vysoko koncentrované kyseliny. Pri použití kyseliny

musí byť voda pred vypustením do kanalizácie neutralizovaná. Olej ktorý bol

z chladiacej kvapaliny odlúčený, je silno znečistený substanciami, ktoré boli používané

pri jeho ošetrovaní. Nepoužiteľné kvapaliny môžu byť spaľované v špeciálnych

peciach. Pre väčšinu prevádzok je nehospodárne aby si nepoužiteľné chladiace

kvapaliny odstraňovali vlastnými silami. Preto sa na ich odstraňovanie využívajú služby

špecializovaných firiem. /Sandviken 1997/

38

1.6.8 Moderné kvapaliny pre obrábanieNa základe rozsiahlych štúdii hodnotiacich zdravotné riziko ako aj dopad na

životné prostredie sa počas posledných dvadsiatich rokov výrazne sprísňovala

legislatíva týkajúca sa používaných chemických látok pri výrobe obrábacích kvapalín.

Všetky zmeny v zákonoch výrazne ovplyvňovali náklady firiem či už výrobcov

obrábacích kvapalín alebo ich užívateľov a boli významným faktorom určujúcim

trendy.

Pri riešení sa vykryštalizovali tieto možnosti :

Kontinuálna zmena receptúr vodou miešateľných kvapalín

Limitujúcim faktorom sú surovinové možnosti z hľadiska prípustnosti

legislatívou, potreba uskutočňovania dodatočného monitorovania stavu kvapalín v

pracovnom procese a úprav technologických liniek používajúcich tieto kvapaliny tak,

aby spĺňali zákonné limity a nariadenia.

Obrábanie na sucho

Z technologického hľadiska je ešte otvorené množstvo otázok, a to najmä odvodu

triesok, chladenia nástrojov a obrobkov. Dá sa predpokladať, že do roku 2010 sa bude

uskutočňovať len cca 20 % obrábacích procesov týmto spôsobom.

Mazanie malým, respektíve minimálnym množstvom

O mazaní malým množstvom sa hovorí , keď objem dávkovanej kvapaliny

nepresiahne 2 litre/min., pri mazaní minimálnym množstvom je spotreba ohraničená na

50 ml/min. Pri tomto mazaní odpadá chladenie ako aj odvod triesok prostredníctvom

kvapaliny. Keďže prostredníctvom triesok sa odvádza cca 80 % tepla vzniknutého pri

obrábaní, je potrebné zabezpečiť odstraňovanie triesok z pracovného priestoru, aby

nedošlo k prehriatiu obrábacieho stroja. Pri mazaní minimálnym množstvom sa

chladiaco-mazacia kvapalina rozpráši na množstvo veľmi drobných kvapôčok , ktoré sa

dostávajú na pracovné miesta vo forme aerosólu.

Keďže pri mazaní minimálnym množstvom ide o čisté stratové mazanie

a chladiaco-mazací prostriedok sa používa vo forme aerosólu, respektíve hmly, musí sa

klásť dôraz na toxikologickú nezávadnosť. Osvedčilo sa použitie mastných alkoholov a

éterových olejov. Kritickou ostáva otázka aerosólov a hmly na pracovisku, ako aj odvod

39

triesok a tepla z pracovného prostredia. Pre minimalizáciu rizík je potrebné používať

mazivá s toxikologickou a dermatologickou nezávadnosťou, s dobrým mazacím

účinkom a termickou stabilitou.

Použitie olejov namiesto vodou miešateľných chladiaco-mazacích kvapalín

Už na začiatku deväťdesiatych rokov zvolili tento smer poprední užívatelia

obrábacích kvapalín, aby riešili výrazný nárast nákladov spôsobených zabezpečovaním

splnenia legislatívy. Požiadavka na výrobcov obrábacích kvapalín znela : Chceme rezné

oleje pre všetky obrábacie technológie a používané materiály koncipované tak, aby boli

minimálne straty spôsobované výnosom na trieskach a obrobkoch a zároveň

minimalizovali nebezpečie pre životné prostredie. Projekt bol uskutočnený za

spolupráce FUCHS EUROPE SCHMIERSTOFFE s ďalšími partnermi, pričom

aplikačný partner v projekte bol závod DAIMLER-CHRYSLER v Mannheime. Počas

tohto projektu bola vyvinutá univerzálna kvapalina, ktorá sa môže nasadiť ako

chladiaco-mazacia kvapalina pre 80 % trieskových obrábacích procesoch a zároveň ako

hydraulický olej v obrábacom stroji.

Praktické odskúšanie prinieslo v praxi nasledovné výhody : nízky výnos

kvapaliny obrobkami a trieskami; nízka strata odparovaním a odstránenie problémov

spôsobované prienikom hydraulického oleja do pracovnej kvapaliny. Pred nami stojí

otázka, ktorou cestou sa vydať? Odpoveď nie je jednoduchá. Preferencie niektorej

prezentovanej možnosti závisia od konkrétnych podmienok užívateľa. Určite jedno z

rozhodujúcich kritérií bude najmä zváženie nákladov pri výbere a zavedení riešenia. Na

obzore máme už novú legislatívu pripravovanú v rámci REACH projektu Európskej

únie. Takže, čo príde zajtra, a ktorým smerom nás to v oblasti obrábacích kvapalín

zavedie ?

/Strojárenstvo 6/2002/

1.7 Vytváranie povrchu

Nerovnosti ktoré sa objavujú na obrobenej ploche, majú vo veľa prípadoch určité

charakteristické usporiadanie, ktoré je vzájomným geometrickým a kinematickým

vzťahom nástroja a obrobku, sprevádzaný niektorými fyzikálnymi javmi. Podľa

podmienok obrábania, druhu materiálu obrobku, materiálu nástroja sa to prejaví buď na

zmene charakteru povrchu, alebo na zmene vlastnosti povrchovej vrstvy. Najväčší

40

vplyv na výsledný tvar obrobenej plochy má tvar špičky nástroja. Ďalším činiteľom,

ktorý charakterizuje kinematický vzťah medzi špičkou nástroja a obrobkom, a ktorý má

významný vplyv na drsnosť povrchu, je posuv, ktorý u všetkých metód obrábania je

najvýznamnejšou veličinou z rezných podmienok.

Príčiny zmien tvaru profilu obrobeného povrchu a príčiny zvýšenia skutočných

výšok nerovností oproti nerovnostiam teoretickým je možné hľadať v materiálových

a technologických činiteľoch. Z hľadiska materiálových vplyvov je nutné vidieť to, že

rezanie je proces plastickej deformácie, ktorá sa mení s reznými podmienkami. Medzi

technologické činitele možno zahrnúť chvenie nástroja i obrábaného materiálu,

nerovnosti ostria rezného nástroja, jeho opotrebenie i prípadná zmena rezného

prostredia a pod. Na zhoršenie skutočnej drsnosti majú najväčší vplyv faktory

materiálové, a to i za predpokladu, že dôjde k maximálnemu vylúčeniu vplyvu

technologických činiteľov. Vlastnú príčinu rozdielnosti teoretickej a skutočnej drsnosti

je možné hľadať predovšetkým v mechanizme vytvárania nového povrchu. Tento

mechanizmus je totiž ovplyvňovaný fyzikálnymi vlastnosťami obrábaného materiálu

a taktiež podmienkami zaťažovania, ktoré vyvoláva nástroj pôsobiaci na obrobok počas

rezania.

Niektorý autori prisudzujú rozdielnosť teoretickej a skutočnej drsnosti povrchu

typu triesky, ktorá vzniká pri rezaní. Od materiálu sa tvorí a  oddeľuje nie plynulá

trieska takým spôsobom, že môžu vzniknúť na povrchu značné nezrovnalosti a trhliny,

dochádza ku kolísaní reznej sily a chveniu nástroja. Podobné zhoršenie vyvolávajú

u plynulej triesky tie rezné podmienky, pri ktorých sa tvorí nárastok. Pri tvorení

plynulej triesky bez nárastka sa skutočná drsnosť povrchu blíži drsnosti teoretickej.

Tento spôsob vysvetlenia však nemá obecnú platnosť a nemožno ho uplatniť pre všetky

prípady obrábania.

Ďaleko významnejší a taktiež názornejší je prístup, ktorý vychádza s toho, že

vznik triesky, ktorá je oddeľovaná pri rezaní, je dôsledkom deformačného procesu,

ktorý prebieha pred ostrým nástroja a že taktiež novo vzniknutý povrch je

ovplyvňovaný týmto deformačným procesom. /B. Bumbálek a kol. 1989/

1.7.1 Fyzikálna podstata vzniku nového povrchu Zlepšovanie a vývoj materiálov i metód tepelného spracovania vedú k tomu, že

sa zvyšuje pomer pevnosti k hmotnosti. To sa prejavuje znižovaním prierezu množstva

súčastí, ktoré sú používané u zariadení pracujúcich za extrémnych podmienok

41

zaťažovania, z hľadiska vplyvu teploty alebo prostredia. Tieto skutočnosti si vyžadujú

venovať zvýšenú pozornosť možnostiam vzniku prevádzkových porúch, únavy, vzniku

a šíreniu trhlín v dôsledku korózie pod napätím a pod. Takéto poruchy sú veľmi často

ovplyvňované tvarom a charakterom (morfológiou) povrchu.

Je preto výhodné, aby všetci tí, ktorý navrhujú a využívajú takéto súčasti mali

okrem známych fyzikálnych vlastností materiálu i dostatok informácií o charaktere

povrchu a jeho vzniku. Dôležitá je znalosť toho, či a ako výrobný proces mení charakter

povrchovej vrstvy obrobku a aká je jeho odlišnosť od základného materiálu. Znalosť

vlastností povrchovej vrstvy funkčnej plochy poslúži k tomu, aby výrobný proces

mohol byť riadený s ohľadom na požiadavky, ktorým musí plocha vyhovovať. Preto

znalosť podstaty kvality povrchov obrobených rôznymi metódami by sa mala stať

predmetom trvalého záujmu technológov a konštruktérov.

Obrábanie je technologický proces, kedy nový povrch vzniká oddelením častíc

materiálu v tvare triesok rezaním. Rezanie je proces plastickej deformácie, jeho priebeh

je ovplyvňovaný vlastnosťami obrábaného materiálu a podmienkami, za ktorých

prebieha. Najvýznamnejšia z týchto podmienok je deformačná rýchlosť a teplota.

Z hľadiska povrchu je nutné sa zamerať na tú fázu plastickej deformácie, kedy sa

odrezávaný materiál oddeľuje v tvare triesky. Oddelenie triesky je posledná fáza

plastickej deformácie, a preto je možné hodnotiť túto fázu ako jednu z foriem lomu

a výsledný povrch ako plochu lomovú.

Možnosť využitia tohto postupu pre hodnotenie výslednej plochy po obrobení

vychádza s toho, aké zmeny nastávajú na povrchu materiálu v blízkosti ostria nástroja,

kedy zrná materiálu sú pôsobením nástroja deformované a kedy je táto deformácia

ukončená ich porušením, t.j. lomom. Druh a charakter lomu závisí od obrábaného

materiálu, jeho kryštalickej stavbe a na podmienkach deformácie, ktoré sú pre obrábanie

určované predovšetkým reznými podmienkami. Lom vo väčšine prípadov prebieha

sklzovým mechanizmom (dislokačný proces) alebo dvojčatením. Výsledná lomová

plocha musí byť posudzovaná z hľadiska zaťažovacích síl a napätí, ktoré pri jeho vzniku

pôsobili, ďalej z hľadiska nutnej energie a rýchlosti šírenia počiatočnej trhliny

a nakoniec z hľadiska morfológie lomovej plochy.

Pri obrábaní uhlíkovej ocele sústružením, na koreňoch triesky bolo overené, že

pred ostrím nástroja vzniká trhlina, ktorá sa šíri smerom určeným rovinou maximálnych

šmykových napätí. Smer tejto roviny sa mení tak že pri malých rezných rýchlostiach

smeruje do materiálu. Pri väčších rýchlostiach sa smer šírenia trhliny mení a sleduje

42

zmenu polohy roviny maximálnych šmykových napätí, ktorá sa od materiálu otáča v

smere hodinových ručičiek a smeruje do triesky, je preukázateľné, že smer šírenia

trhliny pred ostrím nástroja sa mení podľa rezných podmienok. Pri malých rezných

rýchlostiach vzniká hrubý povrch, ktorý je charakteristický tým, že má terasovitý

charakter a jednotlivé stupne sú orientované kolmo alebo šikmo k pohybu nástroja. Na

obr.15 je možné vidieť, že z hľadiska morfologického sa jedná o povrch vzniknutý pri

vysokom stupni plastickej deformácie a novo vzniknutá plocha má jamkovitý charakter.

Obr. 15: Obrábaný povrch

Zvýšenie reznej rýchlosti (Obr.16) vedie k tomu, že sa na obrobenej ploche objavia

lesklé miesta, ktoré majú nevýrazné ryhy v smere hlavného pohybu nástroja. Ryhy sú

vlastne stopami nerovností ostria.

Obr. 16: Obrábaný povrchPrimárna trhlina sleduje hraničnú oblasť plastickej deformácie. Ako sa mení tvar

a plocha tejto oblasti, tak sa mení i smer šírenia trhliny. Zvyšovanie reznej rýchlosti

vedie k zmenšovaniu oblasti primárnej plastickej deformácie a od určitej hranice

rýchlosti je možné predpokladať, že plastická deformácia prebehne skoro v jednej

rovine.

43

Výsledný lom pri rezaní vznikne pozdĺž aktívnych sklzových rovín. Celý proces

oddeľovania častíc materiálu v tvare triesok je riadený maximálnym šmykovým

napätím. Lomová plocha ktorá vzniká ako výslednica sklzového mechanizmu, sa javí

šedá, členitá. Morfológia takto vzniknutej plochy je charakteristická tým, že má

predĺžené dutinky, ktoré sú orientované do smeru relatívneho pohybu nástroja

a obrobku. Takto vytvorený povrch, ktorý vzniká pri malých rezných rýchlostiach, je

nerovný z hľadiska lomovej mechaniky je možné ho hodnotiť ako lom stabilný, vysoko

energetický a tvárny. Morfologicky sa prejavuje ako lom jamkový alebo ako lom, pri

ktorom dochádza k vytrhávaniu niektorých častíc materiálu.

Pri obrábaný môže taktiež dôjsť k vytváraniu i iného druhu lomu. To sa prejaví

vtedy, ak sa začne uplatňovať spevňovací mechanizmus v dôsledku rastu deformačnej

rýchlosti. Pri zvýšení reznej rýchlosti dochádza k tomu, že sa lom stáva nestabilný

a prechádza v dôsledku spevňovacieho mechanizmu v lom nízkoenergetický alebo

krehký. Z hľadiska morfológie je to lom štiepny.

Druh a charakter porušenia materiálu pri obrábaní, a tým i druh a charakter novo

vzniknutého povrchu závisí taktiež na druhu kryštalickej mriežky.

/B. Bumbálek 1989/

44

2 CIEĽ PRÁCE

Vzhľadom k tomu, že v súčasnosti sa kladie zvýšený dôraz na kvalitu

obrobeného povrchu pri trieskovom obrábaní, hľadáme spôsoby, ako dosiahneme

najkvalitnejší povrch obrobenej plochy. Popri optimálnych rezných podmienkach

môžeme prispieť ku kvalite povrchu použitím vhodnej reznej kvapaliny. Z tohto

dôvodu je cieľom mojej diplomovej práce popísať a odporučiť druh reznej kvapaliny

vhodný na dosiahnutie vysokej kvality obrobeného povrchu pri sústružení. Posúdenie

druhu reznej kvapaliny na obrobený povrch pri sústružení so zameraním sa na rezné

prostredie, s prihliadnutím na druh obrábaného materiálu.

Proces obrábania je proces stále sa zdokonaľujúci, pričom rozširovaním znalostí

z oblasti obrábania výrazne prispieva ku skvalitňovaniu obrábaných dielcov, ako aj

k efektívnemu docieleniu požadovanej povrchovej úpravy materiálov s vynaložením

minimálnej nákladovosti na obrábanie. Znalosť zloženia a vlastností rezných kvapalín

môže výrazne zvýšiť kvalitu i ekonomický efekt obrábacieho procesu a to najmä

trvanlivosť reznej hrany nástroja, drsnosti povrchu opracovanej plochy, ako aj

energetickú náročnosť stroja.

45

3 METODIKA PRÁCE

Predmetom diplomovej práce budú rezné kvapaliny pričom dôvody sú tak

technické, ako aj ekonomické, zamerané na dosiahnutie optimálnych výsledkov

opracovania obrobku, pri dodržaní adekvátneho technologického postupu

vyplývajúceho s požiadaviek kladených na jednotlivé dielce. Pre dosiahnutie tohto

cieľa sme zvolili nasledovný metodický postup:

- Výber chladiaco-mazacích kvapalín

- Kvalitatívne parametre chladiacich kvapalín

- Ekologické informácie

- Pokyny pre likvidáciu

- Výber obrábacieho stroja

- Výber rezného materiálu

- Výber obrábaného materiálu

- Voľba meradla pre meranie drsnosti obrobeného povrchu

- Voľba meradla pre meranie úbytku odrezaného materiálu

- Využitie výsledkov – ekonomický prínos

- Záver

- Použitá literatúra

Popis a kvalitatívne parametre vybraných kvapalínCimstar 131IDENTIFIKÁCIA VÝROBKU

46

Názov:

Cimstar131

Všeobecný názov:

Vodou riediteľný koncentrát

reznej kvapaliny.

Dodávateľ:

Cimcool Európe B.V.

Rakovo, PSČ 038 42

Príbovce

Slovakia

tel. : 043429 4359

fax : 043429 4359

Výrobca:

Cimcool Industrial Products B.V. Schiedamsedijk 20,

3134 KK Vlaardingen The Net heriands.

tel.: (0)10-4600660 fax. (0)10-4603240 We www.cimcool.net

Telefónne číslo núdzového

volania

+ 32 (0)14 58 45 45 (Big,

Belgium)

Toxikologické informačné

centrum

Klinika pracovného lekárstva a

Toxikológie

telefónne číslo : 02/54774166

faxové číslo : 02/54774605

47

2. Informácie o zloženíŽiadne látky, ktorých koncentrácia je nad limitom klasifikujúcim výrobok ako nebezpečný pre

zdravie, sa vo výrobku nenachádzajú.

Nebezpečné látky: EEC-No CAS-No Trieda

Výrobok obsahuje parafínový 265-155-0 64742-52-5 no label

minerálny olej, PCA<3% IP346

monoalkanolaminová soľ kyseliny 247-421-8 26038-87-9 Xi R36/38

boritej

Alkoholetoxylát 500-349-3 157707-43-2 -Xi R36/38; N R50

1 – 5

48

Chemické zloženie:

minerálny olej, anionické a

neonické emulgátory, organické a

anorganické protikorózne

inhibítory, bicítíy, voda.

Výrobok neobsahuje:

Dusitany, ťažké kovy, PCB, fenoly, chlór,

dietanolamín, nonylfenoletoxyláty, fosfáty.

49

Informácie o rizikách

Tento produkt nie je nebezpečný a nemusí by označovaný podľa EC smerníc 67/548,

1999/45/EG a ich doplnkov.

Dôležité zdravotné riziká Ďalšie riziká:

Nie sú známe poškodenia zdravia v prípade Rozliaty výrobok môže spôsobiť šmykľavú

používania podľa doporučenia. podlahu.

Zabrániť kontaminácii

podzemných vôd materiálom.

Prvá pomoc

Inhalácia: Premiestniť postihnutého na čerstvý vzduch, kde nie je pravdepodobný spôsob

pre vdýchnutie koncentrátu.

Požitie: V prípade prehltnutia koncentrátu alebo mixu nevyvolávať zvracanie. Zriediť

prehltnuté množstvo vypitím pitnej vody alebo mlieka. Okamžite vyhľadáť odbornú lekársku

pomoc.

Prehltnutie malého množstva zriedeného výrobku by nemalo spôsobí poškodenie zdravia alebo

ochorenie. Pri požití olejovej alebo mydlovej vody, môže zapríčiniť nevoľnosť, hnačku alebo

bolesti brucha.

Pokožka: V prípade kontaktu pokožky s koncentrátom okamžite umyť vodou. Zriedený

produkt nie je dráždivý pre pokožku, pokiaľ je používaný podľa doporučení a sú

dodržiavané hygienické zásady.

Odstrániť kontaminovaný odev vrátane obuvi. Pred opätovným použitím vyprať.

Oči: Vprípade kontaktu očí s koncentrátom okamžite vypláchnuť veľkým množstvom vody a

vyhľadať lekársku pomoc.

Opatrenia v prípade požiaru

Vhodné hasiace látky: Hasiace látky, ktoré sa nesmú používať z

bezpečnostných dôvodov:

C02, pena , suché chemikálie. Žiadne.

Špeciálne ochranné pomôcky: Zvláštne riziká:

Dýchací prístroj v prípade požiaru Pri požiari može vznikať oxid dusíka( NOX)

50

Opatrenia v prípade nehody

V prípade rozliatia alebo úniku koncentrátu je tento nutné absorbovať ju do

inertného absorbčného materiálu. Plochu opláchnuť vodou. S materiálom použitým pri

čistení nakladáť podľa platných miestnych a štátnych predpisov.

Manipulácia a skladovanie:

Skladovanie: Skladováť pri teplote od 5 - 35 °C v originálnych obaloch.

Manipulácia: Manipulovať v súlade s dobrou pracovnou hygienou a ochranou zdravia pri

práci. Vyvarovať sa kontaktu s očami, pokožkou a oblečením.

Zriedený produkt: Používať podľa doporučení v materiálovom liste. Viac informácií je

možné nájsť v publikáciách ako sú : Publikácia HSG 231 Bezpečnosť pri práci s reznými

kvapalinami, Vhodný manuál pre vykonávateľa ochrany zdravia a bezpečnosti pri práci.

Osobná ochrana

Chemický názov: Miestne limity pre pracovné prostredie:

Rezná kvapalina 10 (D), 1 ( Hodnota smernice UK )

Výrobok obsahuje parafínový 10 mg/m3 (CZ), 5 mg/m3 (USA: OSHA PEL)

minerálny olej, PCA<3% IP346

Osobné ochranné prostriedky:

Ochrana pri dýchaní: Žiadna zvláštna ochrana nie je nutná.

Ochrana rúk: Pri manipulácii s koncentrátom používať nepriepustné rukavice. Typ rukavíc

( DIN/EN 374 ): nitril 0,11 mm; minimálna doba priesaku: 480 min.

Tie isté ochranné rukavice môžu by použité pre nariedený produkt ak je to považované za

nevyhnutné. Podľa pracovných podmienok zvážiť možnosť použitia ochranných rukavíc.

Ochrana pokožky:

Bežný pracovný odev používaný v strojárenstve.

Ochrana očí:

Pri manipulácii s koncentrovaným produktom požívať ochranný štít a ochranné

okuliare (EN 166). Podľa pracovných podmienok zvážiť možnosť použitia

ochranných okuliarov.

Technické opatrenia:

51

Pri väčšine aplikácií postačuje bežná ventilácia pracovného prostredia. Ak dochádza k tvorbe

hmly, alebo ak sú stroje blízko pri sebe, alebo ak vetranie je nedostatočné, doporučuje sa

nainštalovať ochranné kryty a odsávanie. Úroveň tvorby hmly musí byť v súlade s

miestnymi predpismi.

Hygienické opatrenia:

Dodržiavanie pracovnej hygieny. Chrániť pred jedlom a pitím. Riadiť sa materiálom fy

Cimcool Ochrana pokožky (SPP01)

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Vzhľad: kvapalina Farba: žltá / hnedý. Zápach: mierny pH: ( koncentrátu ) ( 20 •C) 9,8 DIN 51369 (7/1981) pH: ( mixu ) (2,5%, 20 °C) 9,0 DIN 51369 (7/1981) Bod varu: >100 °C Bod topenia: <0 °C Bod vzplanutia: nevzplanie °c ASTM D93-80 Hustota: ( 20 °C) 1007 kg/m3 DIN 51757/7 (1/1984) - rozpustnosť vo vvvode

vode ( 20 °C) vytvára emulziu Viskozita: ( 20 °C) 7 mm2/s DIN 51562/1 (1/1983)

52

Stabilita a reakčné údaje:

Stabilita:

Stabilný pri dodržiavaní

doporučených skladovacích

podmienok

Zabrániť styku s materiálmi:

Nekompatibilný so silnými

kyselinami a oxidačnými

činidlami

Formaldehyd môže by uvolnený pri

pH nižšom ako 7

Nevhodné podmienky:

Žiadne.

Nebezpečenstvo rozkladu produktu:

V prípade požiaru môžu vznikáť oxidy

uhlíka, oxidy dusíka (NOx).

53

Toxikologické informácie

Popis možných ohrození zdravia je založený na skúsenostiach alebo na

toxikologických

vlastnostiach jednotlivých zložiek.

Inhalácia: Žiadne účinky

Požitie: Nie je toxický

-Pokožka: Koncentrovaný produkt primárne nedráždi pokožku

Nariedený produkt: Kožný test pre používaný produkt vykazuje podobné výsledky ako voda.

Certifikát je k dispozícii. Mierne kožné podráždenie (sčervenanie a vysušenie rúk) môže byť

spôsobené kontamináciou rozpustenými kovmi, jemnými kovovými časticami alebo ak je príliš

vysoká koncentrácia mixu. Pokiaľ sa objavia problémy, použite vode odolné ochranné krémy.

V prípade pretrvania podráždenia vyhľadáť odborného lekára.

- Styk s očami: Primárne nedráždi.

Ekologické informácie

Zabrániť kontaminácii podzemných vôd materiálom. Zabrániť vniknutiu výrobku do

kanalizácie

Chemická spotreba kyslíka (CHSK) = 7 g/l, 1% mix.

Spôsob likvidácie Postupy likvidácie musia by v súlade s miestnymi nariadeniami. Na úpravu je možné použiť

chemické rozrážanie alebo ultrafiltráciu. Katalógové číslo odpadu 120109.

Informácie o predpisoch

Produkt nepotrebuje označenie v súlade s normami EÚ alebo miestnymi zákonmi.

Ostatné informácie

Publikácia HSG 231 „ Bezpečnosť pri práci s reznými kvapalinami. Vhodný manuál pre

vykonávateľa ochrany zdravia a bezpečnosti pri práci, UK. Smernica 67/548/EU (28 ATP,

2001/59/EU); Smernica 88/379/EU (1999/45/EU, 2001/60/EU);

- 54 -

Castrol probuct 291/100 Označenie materiálu, firmy a spôsob prípravy

Označenie druhu: Castrol Product 291/100

Použitie: Vodou miešateľná mazacia a chladiaca kvapalina pre obrábanie kovov

Firma: Castrol Slovensko, s.r.o.

Adresa: Rožňavská 34, 821 04 Bratislava

Telefón: P2/48276300,02/48276305

Telefax: 02/48276310

Výrobca: Castrol Industrie GmbH

Erkelenzer Strasse 20, 41179 Monchengladbach

Zloženie / údaje o jednotlivých zložkách

Chemická charakteristika: Vysokorafinované minerálne oleje, emulgátory a aditíva

Nebezpečné zložky: Obsah: Označ.: Doplňujúce údaje: Nebezpečnosti:

diethanolamin >10% Xi R36/38 CAS Nr.: 111-42-2

Tento produkt sa označuje ako ,,nebezpečný´ .́ Táto látka však neni obsiahnutá v takej

koncentrácií,aby produkt musel byť označený ako nebezpečný. Všetky zložky produktu sú uvedené

alebo vyňaté zo zoznamu EINECS (European Inventory of Existing Commercial Chemical

Substances) nebo ELINCS (European List of New Chemical Substances). Obmedzenie

expozície viď oddiel 8 (hodnoty MAK/TRK).

Možné nebezpečia

Tento výrobok nie je podľa zákona 163/2001 Z.z.. Zaradený medzi nebezpečné látky.

Prvá pomoc – opatrenia

Oči : Okamžite zahájiť výplach očí tečúcou vodou. Intenzívne vyplachovanie

vykonávať niekoľko minút. Pri pretrvávajúcom podráždení vyhladať

lekára.

Pokožka : Čo najskôr starostlivo umyť vodou a mydlom, prípadne vhodným

čistiacim prostriedkom na pokožku.

Vdýchnutie : Opustiť oblasť možného vdýchnutia.

Prehltnutie : Okamžite vyhladať lekársku pomoc. Nevyvolávať zvracanie. Okolie

- 55 -

úst vlhčiť vodou. Pri zvracaní zabrániť vniknutiu do priedušnice a pľúc.

Opatrenia pri likvidácii požiaru

Vhodné hasiace prostriedky: Oxid uhličitý, prášok, pena, voda

Zvláštne nebezpečie: Žiadne

Zvláštne opatrenie: Žiadne

Opatrenia pri náhodnom úniku

Ochrana osôb : Rozliaty produkt spôsobuje značné nebezpečie pošmyknutia.

Ochrana život. prostredia : Zabrániť vniknutiu produktu do odpadov, kanalizácie a vôd.

Pokyny pre likvidáciu : Použiť absorbčný materiál a produkt čo najlepšie odstrániť.

Manipulácia a skladovanie

Manipulácia : Vyhýbajte sa opakovanému alebo dlhodobému kontaktu s pokožkou.

Po práci s výrobkom starostlivo umyť ruky vodou. Pri opakovanom

a dlhodobom kontakte používať olej nepriepustné rukavice.

Dodržiavať vysokú úroveň osobnej hygieny.

Skladovanie : Chrániť pred mrazom. Skladovať pri teplote 5 – 500C. Nevystavovať

priamemu slnečnému žiareniu.

Trieda požiarnej nebezpečnosti : Žiadna

Obmedzenie expozície a osobné ochranné pomôcky

- 56 -

Zložka: Hodnota MAK (SRN)

Chl. a maz. kvapalina ( para a 1,0 mg / m3 )

Hodnota TRK

Nie je možné aplikovať

Technic. bezpeč. opatrenia:

Bezpečnosť osôb:

Mechanické spôsoby redukovania expozície musia mať

prednosť pred osobnými ochrannými pomôckami. Na

obmedzenie expozície je vhodná dobrá celková ventilácia.

Zabrániť vniknutiu do očí a styku s pokožkou.

Nevdychovať hmlu obsahujúcu produkt. Ochranné

rukavice (napr. Z PVC) Vymeniť znečistený odev a

pred opätovným použitím vyčistiť. Dodržiavať vysoký

stupeň osobnej hygieny.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Skupenstvo: kvapalné

Farba: modrá

Zápach: mierny

Hodnota pH (po nariedení): 9,3

Bod (interval) varu (°C): nad 100

Bod tuhnutia (°C): nie je stanovený

Bod vzplanutia (°C): nad 150

Samozápaľnosť (°C): nad 230

Explozívne vlastnosti (%): nie je stanovené

Tlak pár (kPa pri 20 °C): cca 2,5

Hustota (20 °C): 1000 kg/m3

Rozpustnosť vo vode: vytvára emulziu

Viskozita (20 °C): Cca 440 mm2/s

Toxikologické údaje

Nasledujúce toxikologické hodnotenie vychádza z toxicity

jednotlivých komponentov. .

Zdravotné vplyvy:

na oči: Môže spôsobiť prechodne podráždenie.

na pokožku: Môže spôsobiť odmastenie pokožky.

pri vdýchnutí: Výpary môžu spôsobiť podráždenie nosnej sliznice.

pri požití: Požitie môže byť príčinou nevoľnosti, zvracania.

chronické pôsobenie: Opakovaný kontakt môže spôsobiť zmeny pokožky.

ďalší vplyvy: Nie sú známe.

Vplyv na životné prostredie

Všeobecné hodnotenie:

Odolnosť a odbúrateľnosť:

Bioakumulačný potenciál:

Ekotoxicita: Ďalšie informácie:

Pri používaní v súlade s účelom použitia a pri riadnej likvidácii nemá žiadny škodlivý vplyv na životné prostredie.

Prirodzene biologicky odbúrateľná látka, nie je však úplne biologicky odbúrateľná.

Vzhľadom k hodnote pH sa neprepokladá. '

Nie je toxická pre morské organizmy.

Žiadne.

Pokyny pre likvidáciu

Likvidácia tohto výrobku sa musí vykonávať v súlade so Zákonom 223/2001 Z.z. o

odpadoch.

Číselný kód odpadu: Doporučený spôsob

likvidácie:

12 0107 Špeciálnym spaľovacím

procesom

alebo fyzikálno-chemickým procesom

12 0109 Špeciálnym spaľovacím procesom

alebo fyzikálno-chemickým procesom

Prepravné predpisy

Tento výrobok pre účely prepravy nie je klasifikovaný ako nebezpečná látka.

Predpisy

Podľa Zákona 163/2001 Z.z. nemusí byť tento výrobok označený ako nebezpečná látka.

Značenie podľa zákona 163/2001 Z.z.

Ďalšie údaje

Všetky vyššie uvádzané údaje zodpovedajú súčasnému stavu našich poznatkov. Tieto

údaje, popisujú výrobok len z hľadiska bezpečnosti a nie je ich možné preto

interpretovať ako záruku určitých vlastností výrobku. Použitie výrobku iným spôsobom,

než odpovedá účelu použitia, môže byť spojené s rizikami, ktoré nie sú v tejto karte

bezpečnostných údajov uvedené.

Nepoužitý výrobok:

Použitý výrobok:

4 VLASTNÁ PRÁCA

Príprava vzoriek

Pre uskutočnenie skúšok boli použité jednoduché tvary vzorky obrobku. Obrobky boli

vysústružené na sústruhu SV 18 RA. Počet obrobkov 4. DÍžka obrobku 30 mm. Priemer obrobku

30 mm. Strediaca jamka na obrobku bola vyvŕtaná vrtákom 3 mm.

Postup pri meraní

Pri sústružení boli použité štyri druhy materiálu rovnakého priemeru a dĺžky a to : hliník,

bronz, materiál ocele 11 373 a 11 523, ktoré boli sústružené na sústruhu SV 18 RA. Použijeme

dve reznné kvapaliny a to kvapalinu Cimstar 131 a Castrol Product 291/100. Posledné meranie

pre porovnanie bolo prevádzané bez použitia reznej kvapaliny. Použitý bol 4% roztok s

prietokom 1/ liter. min-1. Na sústruženie bol použitý nôž s naletovaným spekaním

karbidom - EX 10S 20x20 S20 3716 farba MODRÁ.

Tab. 1: Materiálový list ocele 11 373

MATERIÁLOVÝ LIST OCELE 11 373

Norma: STN 41 1373 Označenie materiálu: 11 373Číslo materiálu: 411373Farebné označenie: čierna/bielaTrieda odpadu: 001Merná hmotnosť (kg/dm3): 7.850

CHEMICKÉ ZLOŽENIE (hm%)

C Mn P Smax: 0.170 0.007 0.045 0.045

CHEMICKÉ ZLOŽENIE (hm%)

Re

(MPa)Rm

(MPa)σDt (MPa)

statické miznúce striedavé200 až 240 340 až 420 100 až 150 70 až 100 45 až 70

TEPELNÉ SPRACOVANIE

Spôsob Teplota °CNormalizačné žíhanie 900 až 930

ZVARITEĽNOSŤ

Zaručená

POUŽITIE

Obvyklej akosti. Konštrukčná oceľ neupokojená. Jednoduché mierne namáhané, kované, lisované, za studena ohýbané súčiastky. Plech na strojové konštrukcie, skrutky, zvierky, nity, páky. Žíhané neprevalcované pásy a pruhy na ráfiky kolies motocyklov, na výrobu profilov a pod. Súčiastky tepelných energetických zariadení do 300°C, zvárané a nitované mostové, žeriavové a strojové konštrukcie namáhané staticky a mierne dynamicky.

Tab. 2: Materiálový list ocele 11 523

MATERIÁLOVÝ LIST OCELE 11 523

Norma: STN 41 1523 Označenie materiálu: 11 523Číslo materiálu: 411523Farebné označenie: -Trieda odpadu: 002Merná hmotnosť (kg/dm3): 7.850

CHEMICKÉ ZLOŽENIE (hm%)

C Mn N P S Simax: 0.200 1.600 0.009 0.040 0.040 0.550

MECHANICKÉ VLASTNOSTI

Re

(MPa)Rm

(MPa)σDt (MPa)

statické miznúce striedavé320 až 360 520 až 640 140 až 210 90 až 135 65 až 95

TEPELNÉ SPRACOVANIE

Spôsob Teplota °CNormalizačné žíhanie 870 až 900

Žíhanie na mäkko 680 až 710Popúšťanie 670 až 700

ZVARITEĽNOSŤ

Zaručená

POUŽITIE

Mostové a iné zvárané konštrukcie, pásy a pruhy na ohýbané profily a rúrky, časti strojov, zvárané špirálové skrine vodných turbín, bezšvové a zvárané rúrky, rúrkové zvárané konštrukcie strojov, automobilov, motocyklov (namáhané staticky a dynamicky) a bicyklov.

4.2 Nastavenie parametrov procesu sústruženia

Vplyv reznej rýchlosti na proces sústruženie bol zisťovaný pri stanovených

otáčkach:

Priemer obrobku: D = 30 mm

Otáčky: Vzorka č. 1 n = 710 [min-1],

Vzorka č. 2 n = 900 [min-1],

Vzorka č. 3 n = 1200 [min-1],

Rezná rýchlosť: Vzorka č. 1 = 66,88 [m.min-1]

Vzorka č. 2 = 84,78 [m.min-1]

Vzorka č. 3 = 113,04 [m.min-1]

Posuv: f = 0,2 [mm.ot-1]

Prísuv - hrúbka triesky ap = l [mm]

4.3 Meranie drsnosti obrobeného povrchu

Po opracovaní spomínaných vzoriek materiálov bola na týchto materiáloch meraná

drsnosť na drsnomeri z ktorého bol vytlačený záznam pre jednotlivé drsnosti povrchu

pri použití rezných kvapalín ako aj bez ich použitia.

Drsnosť charakterizujú odchýlky skutočnej plochy od menovitej plochy v

oblasti mikrogeometrie povrchu. Drsnosť povrchu bola na vzorkách meraná

bezprostredne po sústružení prístrojom SURFACE ROUGHNESS TESTER

301, vyrobený firmou MITUTOYO Počas merania drsnosti boli sledované tieto

parametre:

Ra - stredná aritmetická odchýlka Rq - stredná kvadratická odchýlka R3z - stredná výška prehĺbenia - vyvýšenia Rt - maximálna výška profilu Ry - maximálna výška (maximum Zi) Rz- priemerná výška profilu (zi) Rp - maximálna výška vyvýšeniny profilu

Obr. 17: Bloková schéma drsnomeru Surftest 301 od fy Mitutoyo Kawasaki.

Graf 1

Tab. 3: Vplyv druhu obrábaného materiálu za sucha

materiál Hliník Bronz Oceľ 11523 Oceľ 11373Ra pri vc-66,88 4,32 5,13 6,27 5,87Ra pri vc-84,88 3,75 4,52 5,36 4,71Ra pri vc-113,04 1,86 2,35 3,64 2,91

Graf 2

Tab. 4: Vplyv druhu obrábanľho materiálu na drsnosť -Castrol 291/100

materiál Hliník Bronz Oceľ 11523 Oceľ 11373Ra pri vc-66,88 3,11 5,28 4,12 4,78Ra pri vc-84,88 2,56 4,37 3,41 3,95Ra pri vc-113,04 1,12 1,52 2,63 3,09

Graf 3

Tab. 5: Vplyv duhu obrábaného materiálu na drsnosť-Cimstar 131

materiál Hliník Bronz Oceľ 11523 Oceľ 11373Ra pri vc-66,88 3,35 4,27 4,52 3,97Ra pri vc-84,88 2,73 3,34 3,59 2,85

Ra pri vc-113,04 1,05 1,26 2,16 2,77

Graf 4

Tab. 6: Vplyv obrábaného mat. na hrúbku odober. triesky bez chlad. ap=1mm:

materiál Oceľ 11373 Oceľ 11523 Bronz HliníkHr.tr. pri vc-66,88 0,85 0,87 0,91 0,95Hr.tr. pri vc-84,88 0,81 0,83 0,89 0,94Hr.tr.pri vc-113,04 0,79 0,80 0,88 0,92

Graf 5

Tab. 7: Vplyv obrábaného materiálu na hrúbku odoberanej triesky- Castrolmateriál Oceľ 11373 Oceľ 11523 Bronz Hliník

Hr.tr. pri vc-66,88 0,88 0,89 0,93 0,98Hr.tr. pri vc-84,88 0,85 0,87 0,92 0,96Hr.tr.pri vc-113,04 0,84 0,83 0,90 0,94

Graf 6

Tab. 8: Vplyv obrábaného materiálu na hrúbku odoberanej triesky- Cimstar

materiál Oceľ 11373 Oceľ 11523 Bronz HliníkHr.tr. pri vc-66,88 0,89 0,91 0,94 0,97Hr.tr. pri vc-84,88 0,87 0,89 0,92 0,95Hr.tr.pri vc-113,04 0,83 0,85 0,91 0,93

4.4 Hodnotenie výsledkov – Diskusia

Ako prvé sme vypočítali rezné rýchlosti a potom sme uskutočnili konkrétne

meranie. Výsledky, ktoré sme získali meraním podľa metodiky práce, some

zaznamenávali do grafov a tabuliek.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu na drsnosť za sucha (Graf 1) sme

namerali najnižšiu drsnosť pri hliníku, pri reznej rýchlosti vc-113,04 a to: 1,86 um.

Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali pri oceli 11 523, pri reznej rýchlosti vc-66,88 a to:

6,27 um. Graf 1 má celkovo stúpajúcu tendenciu drsnosti, avšak pri oceli 11 523

drsnosť začne klesať. Všetky hodnoty drsnosti sú zaznamenané v Tab. 3.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu na drsnosť s použitím emulzie

Castrol 291/100 (Graf 2), sme namerali najnižšiu drsnosť opäť pri hliníku, pri reznej

rýchlosti vc-113,04 a to: 1,12 um. Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali pri bronze, pri

reznej rýchlosti vc-66,88 a to: 5,28 um. Graf 2 má celkovo kolísavú tendenciu drsnosti,

pri bronze drsnosť stúpa, pri oceli 11 523 klesá a pri oceli 11 373 opäť stúpa. Všetky

hodnoty drsnosti sú zaznamenané v Tab. 4.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu na drsnosť s použitím emulzie

Cimstar 131 (Graf 3), sme namerali najnižšiu drsnosť opäť pri hliníku, pri reznej

rýchlosti vc-113,04 a to: 1,05 um. Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali pri oceli 11 523,

pri reznej rýchlosti vc-66,88 a to: 4,52 um. Graf 3 má stúpajúcu tendenciu drsnosti,

avšak pri oceli 11 523 drsnosť začne klesať. Všetky hodnoty drsnosti sú zaznamenané

v Tab. 5.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu, na hrúbku odoberanej triesky

bez chladenia ( pri ap= 1 mm, Graf 4), sme namerali najnižšiu drsnosť pri oceli 11 373,

pri reznej rýchlosti vc-113,04 a to: 0,79 um. Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali pri

hliníku, pri reznej rýchlosti vc-66,88 a to: 0,95 um. Graf 4 má celkovo stúpajúcu

tendenciu drsnosti, avšak jednotlivé materiály majú tendenciu drsnosti klesajúcu.

Všetky hodnoty drsnosti sú zaznamenané v Tab. 6.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu, na hrúbku odoberanej triesky

s použitím emulzie Castrol 291/100 (Graf 5), sme namerali najnižšiu drsnosť pri oceli

11 523, pri reznej rýchlosti vc-113,04 a to: 0,83 um. Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali

opäť pri hliníku, pri reznej rýchlosti vc-66,88 a to: 0,98 um. Graf 5 má celkovo

stúpajúcu tendenciu drsnosti, avšak jednotlivé materiáli majú tendenciu drsnosti

klesajúcu. Všetky hodnoty drsnosti sú zaznamenané v Tab. 7.

Pri meraní vplyvu druhu obrábaného materiálu, na hrúbku odoberanej triesky

s použitím emulzie Cimstar 131 (Graf 6), sme namerali najnižšiu drsnosť pri oceli

11 373, pri reznej rýchlosti vc-113,04 a to: 0,83 um. Najväčšiu drsnosť sme zaznamenali

opäť pri hliníku, pri reznej rýchlosti vc-66,88 a to: 0,97 um. Graf 6 má celkovo

stúpajúcu tendenciu drsnosti, avšak jednotlivé materiáli majú tendenciu drsnosti

klesajúcu. Všetky hodnoty drsnosti sú zaznamenané v Tab. 8.

Výsledky meraní poukazujú na to, že najnižšia drsnosť je pri vyšších rezných

rýchlostiach a najväčšia drsnosť je zase pri nižších rezných rýchlostiach. Rozdiely v

používam kvapalín Cimstar 131 a Castrol Product 291/100 sú takmer minimálne, no z

nameraných výsledkov možno konštatovať, že v procese sústruženia sú lepšie výsledky

v kvalite drsnosti dosahované s kvapalinou Cimstar 131.

Pri hodnotení výsledkov treba zohľadniť aj vek sústruhu SV 18 RA, pričom

mohlo dochádzať k nepozorovanému chveniu a tým k ovplyvneniu výslednej drsnosti,

no nakoľko všetky prevádzané merania boli uskutočnené na spomínanom sústruhu,

nebol tento aspekt merania braný do úvahy, čo môže vysvetľovať prípadné iné výsledky

hodnôt drsností uvádzané výrobcom.

Pri obrábaní použitých vzoriek materiálov nebolo pozorované penenie reznej

kvapaliny, čo uľahčovalo prácu ako aj manipuláciu s reznou kvapalinou. Výsledky

dosiahnuté meraniami, ako aj celá práca zdôrazňujú potrebu hlbšie sa venovať

problematike správneho technologického postupu, s využívaním adekvátne primeraných

metód obrábania povrchov materiálov.

Pritom treba mať na zreteli najdôležitejšiu zásadu a tou je, že obrábajúci nástroj

musí byť vždy tvrdší ako obrábaný materiál, pričom netreba zabúdať ani na opotrebenie

nástroja počas výroby, čo taktiež ovplyvňuje kvalitu drsnosti povrchu a potrebu jeho

brúsenia, a sekundárne prispieva k vyváženému energetickému chodu stroja bez jeho

preťažovania.

Na drsnosť povrchu nevplýva len kvalita ostria ale aj spôsob upnutia tak

nástroja, ako aj obrábaného materiálu. Prevzatím daných znalostí do výroby možno

dosahovať rovnomerný a vyvážený chod celej výrobnej prevádzky.

4.5 Využitie výsledkov pre prax – Ekonomický prínos

Spomínané kvapaliny sú bez prenikavého zápachu, nedochádza k podráždeniu

pokožky pri náhodnom kontakte s kvapalinou, čo potvrdzuje samotný výrobca.

Kľúčovými faktormi hodnotenia výsledkov v neposlednom rade je aj ochrana

životného prostredia, bezpečnosť a ochrana zdravia pri práci a snaha o zníženie

celkových nákladov. Spomínané kvapaliny vyhovujú aj súčasným nárokom na

chladenie a mazanie pri obrábaní kovov a súčasne znižujú náklady na obrábanie ako aj

náklady na ich likvidáciu.

Tieto univerzálne kvapaliny sú ideálne pre stredne ťažké operácie železných ale

aj neželezných kovov. Tieto kvapaliny majú nízke doplňovacie koncentrácie

a vynikajúcu stabilitu, čo predlžuje životnosť kvapaliny. Pri dodržiavaní predpísaných

metód používania rezných kvapalín výrobcom, možno dosiahnuť uspokojivé výsledky

ako aj racionalizáciu celej výroby.

Z toho logicky vyplýva lepšia kvalita s použitím minimálnych nákladov, čo

šetrí čas na prípadné dopracovanie výrobkov na požadovanú úroveň kvality

a v neposlednom rade aj množstvo finančných prostriedkov. Práca taktiež poukazuje na

dôležitosť získania teoretických skúseností, aby bolo možné daný zámer  dosiahnúť

v procese výroby, s vynaložením minimálnych dodatočných vstupov.

Prevzatím daných znalostí možno dosahovať rovnomerný a vyvážený chod

celej výrobnej prevádzky.

ZÁVER

Cieľom mojej diplomovej práce bolo popísať a odporučiť rezné kvapaliny,

vhodné na dosiahnutie vysokej kvality obrobeného povrchu pri sústružení ,ich vplyv na

životné prostredie a na drsnosť materiálu. Pri ich použití namerať hodnoty drsnosti

obrobeného povrchu a sledovať úbytok odrezávanej vrstvy.

Za účelom dosiahnutia stanoveného cieľa sme sa zaoberali významom, výberom

a odporučením rezných kvapalín, ich vlastnosťami, použitím a následnou likvidáciou po

použití. Pri zostavovaní tejto diplomovej práce sme zistili, že hlavne v praxi si táto

problematika vyžaduje zvýšenú pozornosť. Vhodne zvolenou kvapalinou a správnym

technologickým postupom možno bez dodatočných úprav dosiahnuť požadovanú

kvalitu výrobkov.

Kvalita obrobeného povrchu výrazne vplýva tak na životnosť výrobku ako aj na

jeho funkčno-prevádzkové vlastnosti. S použitím kvalitných rezných kvapalín

a správnym technologickým prevedením samotnej výroby výrobkov možno zvyšovať

konkurencie schopnosť čo, je nevyhnutnou požiadavkou pre trvalý technický aj

ekonomický rast podniku.

Veľmi dôležitým faktorom je recyklácia reznej kvapaliny ako aj údržba strojov.

Podľa časového harmonogramu možno dosiahnuť spoľahlivú výrobnú prevádzku bez

neočakávaných výpadkov a prerušovania výrobného procesu.

Celý tento výrobný proces možno na záver zhrnúť do štyroch kľúčových bodov :

- plánovanie,

- dodržanie technologického postupu,

- kvalitné stroje a ich údržba,

- školenia zamestnancov.

Zoznam požitej literatúry

1.) Idéreklam, Sandviken : Príručka obrábaní ,AB Sandvik S- 81181 Švédsko

preložil : Miroslav Kudela r.v 1997

2.) D. Driensky , T. Lehmannová : Strojové obrábanie II, Sústruženie alfa r.v 1988

3.) B. Bumbálek, V. Odvody, B. Ošťadal : Drsnosť povrchu , Redakcia strojárenstva

a metalurgie r.v 1989

4.) B. Janiš, K. Raftl, A. Václavovič, V. Bíza : Technológia II,III Sústružník,

alfa r.v 1990

5.) Strojárstvo 8/2000 : Geometria rezného klina a obrobiteľnosť materiálu

6.) Strojárstvo 3/2001 : - Kompatibilný systém kontroly a skúšania

- Nové generácie chladiacich emulzií v priemyselnej praxi

7.) Strojárstvo 6/2002 : Opotrebenie rezných nástrojov

8.) A. Janáč : Technológia obrábania, Montáže a základy strojárenskej metrológie –

Návody na cvičenia, Bratislava STU, 1994

9.) M. Kačmár : Ekologické obrábacie kvapaliny, In : Ekologické trendy v používaní

rezných kvapalín a priemyselných mazív, Zvolen : TU, 1997

10.) B. Batora : Formovanie spoľahlivosti strojov vo výrobnej etape, Nitra 1993

11.) Internetové zdroje:

-www.chemia.sk/hlinik.htm

-www.chemia.sk/bronz.htm

-http:// prometeus.sk/prednášky/05teplo.htm

-http:// prometeus.sk/prednášky/02triesk.htm