Embed Size (px)
Citation preview
1
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
V NITRE TECHNICKÁ FAKULTA
Katedra kvality a strojárskych technológií
Vplyv tvaru a geometrie rezného nástroja na kvalitu
obrobeného povrchu
Autoreferát dizertačnej práce
na získanie vedecko-akademickej hodnosti philosophiae doctor vo vednom odbore: 41-15-9
a názov vedného odboru Technika a mechanizácia poľnohospodárskej a lesníckej výroby.
Ing. Rastislav Bernát
Nitra, 2008
2
Dizertačná práca bola vypracovaná v externej forme doktorandského štúdia na Katedre kvality a strojárskych technológií Technickej fakulty Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre. Doktorand: Ing. Rastislav Bernát Katedra kvality a strojárskych technológií Technická fakulta Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre Vedúci dizertačnej práce: prof. Ing. Vladimír Kročko, CSc. Katedra kvality a strojárskych technológií Technická fakulta Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre Oponenti: prof. Ing. Ernest Gondár, PhD. Katedra materiálov a technológií Strojnícka fakulta Slovenská technická univerzita v Bratislave doc. Ing. Jiří Fries, Ph.D.
Katedra výrobních strojů a konstruování Fakulta strojní Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava
doc. Ing. Zdenko Tkáč, PhD. Katedra dopravy a manipulácie
Technická fakulta Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre Autoreferát bol odoslaný dňa ................................ Stanovisko k dizertácii vypracovala Katedra kvality a strojárskych technológií, Technickej fakulty, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre. Obhajoba doktorandskej dizertácie sa koná dňa 19.11.2008 o 9.00 h pred komisiou pre obhajobu dizertačných práce vedného odboru 41-15-9 Technika a mechanizácia poľnohospodárskej a lesníckej výroby na Technickej fakulte, Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre. Miesto konania: Katedra konštruovania strojov Technická fakulta Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra Miestnosť: Zasadačka D-MF S dizertačnou prácou sa možno oboznámiť na dekanáte Technickej fakulty.
Predseda komisie pre obhajoby vo vednom odbore 41-15-9 Prof. Ing. Jozef Hrubec, CSc.
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre
3
ABSTRAKT
Obrábanie, ako vedná disciplína skúma fyzikálne javy a procesy spojené
s obrábaním, zahrňujúce výskum a vývoj obrábacích strojov, upínacích prípravkov
a nástrojov. Ďalej zahrňuje výber, postupnosť úkonov a operácií potrebných na výrobu
súčiastok obrábaním a analyzuje problémy presnosti, kvality povrchu, produktivity
a ekonomiky obrábania.
Dizertačná práca sa zaoberá vplyvom geometrie vybratých rezných nástrojov
firmy Sandvik Coromant pri obrábaní základných materiálov odlišného zloženia
vzhľadom na kvalitu obrobeného povrchu.
Z kvalitatívnych vlastností povrchu boli zhodnotené parametre drsnosti,
spevnenia povrchu a vznik zvyškových napätí po obrábaní. Požiadavky na kvalitu
povrchu a presnosť finálneho výrobku sa v konkurenčnom prostredí neustále zvyšujú.
Výsledky mojej práce z pohľadu tribológie overujú informácie o opotrebení
a životnosti rezných nástrojov pri obrábaní vybratých materiálov v závislosti od zmeny
parametrov obrábania a zmeny rezného prostredia.
Z hľadiska hodnotenia tvaru, tepelného ovplyvnenia a rozmerov triesok
vzniknutých pri zmene parametrov a prostredia rezného procesu boli vytvorené
súvislosti viacerých faktorov, ktoré vplývajú na kvalitu finálnej súčiastky, životnosť
rezného nástroja a ekonomiku výroby.
Výsledky dizertačnej práce rozširujú poznatky o drsnosti povrchu, rozmerovej
presnosti, poznatky o hĺbke a priebehu spevnenia povrchovej vrstvy a poznatky o
vzniku povrchových napätí po sústružení s použitím a bez použitia reznej kvapaliny
DASCOOL 2500 / CH.
Výsledky taktiež overujú vhodnosť rezných nástrojov pri sústružení z pohľadu
opotrebenia reznej hrany nástroja a tepelného ovplyvnenia.
Dizertačná práca poukazuje na inovatívne postupy strojárskej výroby na základe
požiadaviek praxe, so zreteľom na stanovenie optimálnych podmienok obrábacieho
procesu zabezpečujúceho požadovanú kvalitu výrobku pri minimálnom opotrebení
rezného nástroja pri zmene rezných podmienok.
Kľúčové slová: obrábanie, sústruženie, kvalita povrchu, opotrebenie rezného nástroja,
vznik triesky, spevnenie povrchu, zvyškové napätia
4
ABSTRACT Machining as a scientific branch investigates physical phenomena and processes
connected with machining, including research and development of machining tools and
fixing equipment. Further, it includes selection, sequence of steps and operations
necessary for spare parts production by machining and analyses the problems of
accuracy, surface quality, productivity and economics of machining.
The thesis deals with the influence of the geometry of selected cutting tools, by
Sandvik Coromant firm, used at machining of basic materials of various composition
with regard to the quality of the machined surface.
From the qualitative properties of the surface we have determined the parameters
of roughness, surface reinforcement and residual strain after machining. The
requirements on the surface quality and the accuracy of the final product are constantly
increasing.
The results of my thesis, from the tribologic point of view, verify the
information about the wear and the lifespan of cutting tools used at machining of
selected materials in dependence on variation of machining parameters and on change
of the cutting environment.
Upon evaluation of the shape, thermal influence and dimensions of chips created
under parameters variation we have determined the factors influencing the quality of the
final product, lifespan of the cutting tool and the economics of the production.
The results of the thesis broaden the knowledge of surface roughness,
dimensional accuracy, depth and surface layer reinforcement and the knowledge of
surface strain creation after turning with and without using the cutting fluid DASCOOL
2500/CH.
The results also verify the suitability of cutting tools for turning in connection
with the cutting edge wear and thermal influence.
The thesis reveals innovative steps in machining industry based on practical
requirements with respect to setting the optimal conditions for the machining process
which guarantees the required quality of the product at minimal wear of the cutting tool.
Key words: machining, turning, surface quality, cutting tool wear, chip formation,
surface reinforcement, residual strain
5
POUŽITÉ SKRATKY, SYMBOLY A ZNAČKY
α uhol rezu
ap prísuv rezného nástroja (hĺbka rezu)
fn posuv rezného nástroja
h skutočná vzdialenosť vpichu od povrchu
hš vzdialenosť vpichu od povrchu v rovine rezu
n otáčky
R polomer vzorky
v vzdialenosť vpichu v rovine rezu
vr rezná rýchlosť
b šírka plochy rezu
W objemový súčiniteľ
Vt objem triesky (vypočítaný)
Vm objem odrezaného materiálu
O B S A H ÚVOD 5
CIEĽ PRÁCE 6
MATERIÁL A METÓDY 7
VÝSLEDKY PRÁCE 10
ZÁVER 17
POUŽITÁ LITERATÚRA 19
NAJVÝZNAMNEJŠIE PUBL. PRÁCE SÚVISIACE S PROBLEMATIKOU 20
Ú V O D Zvyšovanie kvality výrobkov úzko súvisí so zvýšenými nárokmi na rezné
materiály. Preto sú vyvíjané rezné nástroje z nových materiálov, ktoré majú
mnohonásobne vyššiu odolnosť voči opotrebeniu a výraze vplývajú na kvalitu
obrobeného povrchu.
Dôležitým predpokladom kvalitnej výroby je obrábanie a voľba správnych
parametrov obrábania. Kvalita povrchu závisí nielen na hodnotách posuvu a prísuvu
rezného nástroja a otáčkach obrobku, ale tiež na správnej voľbe rezného nástroja
6
vhodného na obrábanie materiálu z materiálového a konštrukčného hľadiska, voľby
vhodného NC stroja a samozrejme od rezného prostredia.
Moja dizertačná práca je zameraná na sledovanie a vyhodnotenie vplyvu tvaru
a geometrie rezného nástroja od výrobcu Sandvik Coromant na kvalitu, presnosť
obrobeného povrchu a vznik triesky, jej tvaru a rozmerov na základe zmeny parametrov
obrábania a rezného prostredia pri sústružení dvoch druhov vybraných konštrukčných
materiálov s menším a väčším obsahom olova.
V ďalšej časti mojej práci sa zaoberám sledovaním opotrebenia rezného nástroja
a optimalizáciou podmienok sústruženia s maximálnym predĺžením životnosti rezného
nástroja. Optimalizácia procesu obrábania si vyžaduje obsiahnuť súbor poznatkov
o správaní sa materiálu v procese obrábania, o javoch vzájomnej interakcie medzi
nástrojom a obrobkom a o zmenách vlastností materiálu v procese obrábania.
Predložená dizertačná práca súvisí s riešením projektov VEGA č. 1/0589/03
„Kvalita, spoľahlivosť a ekologizácia prevádzky strojov v poľnohospodárstve“ a VEGA
č. 1/3482/06 „Kvalita a bezpečnosť poľnohospodárskych strojov“ riešených na Katedre
kvality a strojárskych technológií TF SPU v Nitre.
C I E Ľ P R Á C E
Zvýšené nároky pri obrábaní sú zamerané hlavne na trvanlivosť nástroja a
kvalitu obrobenej plochy, na dosiahnutie nižšej energetickej náročnosti pri obrábaní ako
aj zvýšenia ochrany životného prostredia.
Cieľ mojej dizertačnej práce je zameraný na vplyv tvaru a geometrie rezného
nástroja na zmenu kvality obrobeného povrchu pri analyzovaní povrchu
prostredníctvom drsnosti obrobeného povrchu, spevnenia povrchu a priebehu
zvyškových napätí povrchu, po sústružení ocele 11 110 a 11 373 pri zmene parametrov
obrábania a rezného prostredia. Časť dizertačnej práce zameraná na sledovanie vplyvu
parametrov obrábania na vznik triesky, jej tvaru a rozmerov pri obrábaní ocele 11 110
a 11 373 pri presne definovaných podmienkach sústruženia.
Dôležitou časťou riešenia úlohy je sledovanie opotrebenia rezného nástroja a
optimalizácia podmienok obrábania, ako aj správna voľba rezného materiálu s
následným stanovením rezných podmienok, v rozmedzí stanovenom výrobcom pre
dosiahnutie a zachovanie požiadaviek výrobku.
7
MATERIÁL A METÓDY
Výber a charakteristika materiálu na výrobu raziacich hrotov
V práci sú skúmané dva druhy materiálov použitých na výrobu raziacich hrotov
v zememeračskom odvetví. Prioritný materiál ktorým je oceľ 9 SMn Pb 28 K je
potrebné nahradiť materiálom s menším obsahom olova oceľou 9 SMn 28 K, z dôvodu
ekonomických nákladov na výrobu raziacich hrotov.
Obr. 1 Znázornenie výrobného výkresu raziaceho hrotu ( Žitňanský, 2003) .
Voľba rezných podmienok, parametrov a prostredia obrábania
Na sústruženie materiálov bude použitý univerzálny hrotový sústruhu SUI 500
COMBI na ktorom bude obrábanie realizované v troch etapách. V prvej etape obrábania
bude použitá rezná doštička CNMG 120408 – PR, ktorá je určená pre hrubovanie.
V druhej etape obrábania bude použitá rezná doštička CNMG 120408 – PM, WM
určená na stredné obrábanie (obrábanie na čisto). V tretej etape bude použitá doštička
CNMG 120408 – PF, ktorá je charakteristická pre jemné sústruženie.
Obr. 2 Tvary a rozmery rezných doštičiek (Sandvik, 2003)
Sústruženie vybratých rezných materiálov bude realizované pri zmene rezného
prostredia s použitím a bez použitia univerzálnej chladiacej reznej kvapaliny
DASCOOL 2500 CH/1 založenej na báze minerálneho oleja.
8
Tabuľka 1 Voľba parametrov pre jednotlivé druhy obrábania
Zisťovanie kvality povrchu po obrábaní
Metóda zisťovania drsnosti a rozmerovej presnosti
Drsnosť povrchu predstavuje odchýlky skutočnej plochy od plochy menovitej
v oblasti mikrogeometrie povrchu. Na všetkých skúšobných vzorkách bude meraná
a vyhodnocovaná drsnosť povrchu prístrojom Surftest 301 od firmy Mitutoyo
Kawasaki.
Hodnotenie rozmerovej presnosti a zisťovanie odchýlky od menovitého rozmeru
bude realizované pri všetkých zmenách parametrov a podmienok rezania. Meranie bude
uskutočňované digitálnym mikrometrom, firmy Mitutoyo Kawasaki.
Zisťovanie spevnenia obrobeného povrchu
Stanovenie spevnenia povrchových vrstiev bude realizované metódou šikmých
rezov, ktorá sa používa vtedy, keď spevnenie siaha do malej hĺbky. Skutočnú
vzdialenosť odtlačku h od povrchu valcovej vzorky určím podľa zo vzťahu (1):
vbvRRh .22 −+−= , mm (1)
kde význam jednotlivých symbolov je na obrázku 3.
Vpichy (zisťovanie mikrotvrdosti podľa Vickersa) budú vo viacerých rovinách
vedľa seba a vo všetkých hĺbkach bude hodnotená priemerná hodnota mikrotvrdosti. Je
nevyhnutné rešpektovať profil mikrogeometrie povrchu a vpichy robiť vo všetkých
rovinách v rovnakej vzdialenosti od reálneho povrchu.
Jemné sústruženie Stredné obrábanie Hrubovanie
Otáčky Rezná rýchlosť
Posuv na
otáčku Prísuv Otáčky Rezná
rýchlosť
Posuv na
otáčku Prísuv Otáčky Rezná
rýchlosť
Posuv na
otáčku Prísuv
n, min-1 v, m.min-1 fn, mm ap, mm n, min-1 v, m.min-1 fn, mm ap, mm n, min-1 v, m.min-1 fn, mm ap, mm
1900 119 0,08 0,2 1700 107 0,20 0,5 1500 95 0,2 2,0 2100 132 0,10 0,3 1900 119 0,25 1,0 1700 107 0,3 2,5 2300 145 0,13 0,4 2100 132 0,30 2,0 1900 119 0,4 3,0 2500 157 0,15 2300 145 0,35 3,0 2100 132 0,5 3,5
0,18 0,40 0,6 0,20
9
Obr. 3 Výbrusy vzoriek na prešetrenie ovplyvnenej vrstvy ( Kročko, 1997) h – skutočná vzdialenosť vpichu od povrchu, hš - vzdialenosť vpichu od povrchu v rovine rezu, α - uhol rezu, R – polomer vzorky, v – vzdialenosť vpichu v rovine rezu, b – šírka plochy rezu
Zisťovanie zvyškových napätí po obrábaní
Zisťovanie zvyškových napätí bude realizované rtg. difraktomerom HZG4.
HZG4 Powder Diffractomer reprezentuje v podstate parafokusačnú techniku paralelného
zväzku röntgenových lúčov aplikované na Braggovo-Brentanovo usporiadanie. Podstata
röntgenovej tenzometrie spočíva v presnom určení deformácií vzdialenosti zvoleného
systému atómových mriežkových rovín a preto musí použité zariadenie spĺňať
požiadavku dosiahnutia vysokej presnosti merania.
Hodnotenie opotrebenia reznej doštičky
Opotrebenie reznej doštičky bude sledované podobne ako v praxi pomocou
špeciálnej lupy Sandvik Coromant, ktorá je určená na pozorovanie povrchového
opotrebenia rezných doštičiek a sledovaním úbytku hmotnosti po opotrebení.
Opotrebenie rezných doštičiek bude zisťované po 15 minútach čistej práce rezania pri
stanovených parametroch podľa výrobcu rezných doštičiek pri obrábaní oboch
sledovaných základných materiálov s použitím reznej kvapaliny.
Vyhodnotenie tvaru a rozmeru triesky pri obrábaní
Meranie hrúbky triesky bude realizované použitím závitového hrotového
mikrometra Helios pomocou dvoch hrotov, šírka triesky bude zisťovaná pomocou
klasického mikrometra Helios .
K objektívnemu posúdeniu tvaru a rozmeru triesky je potrebné vypočítať
objemový súčiniteľ, ktorý bude stanovený na základe merania objemu a hmotnosti
vzorky triesky podľa vzťahu (2).
10
00,5
11,5
22,5
33,5
4
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65
Posuv rezného nástroja, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
O 121 B 121 O 124 B 1240
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65
Posuv rezného nástroja, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
O 111 B 111 O 114 B 114
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Posuv rezného nástroja, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
O 211 B 211 O 214 B 214
00,5
11,5
22,5
33,5
4
0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Posuv rezného nástroja, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
O 221 B 221 O 224 B 224
.m
t
VV
W = (2)
kde: W – objemový súčiniteľ, Vt – objem triesky (vypočítaný), Vm – objem odrezaného materiálu
VÝSLEDKY PRÁCE
Porovnanie drsnosti povrchu ocele 11 110 a 11 373 pri obrábaní bez reznej
kvapaliny DASCOOL 2500 CH/1
a) b) Obr. 4 Drsnosť povrchu ocele po hrubovaní 11 110 a 11 373 pri (a) n = 1500 min-1,
(b) n = 1700 min-1
a) b) Obr. 5 Drsnosť povrchu ocele po strednom sústružení 11 110 a 11 373 pri
(a) n = 1700 min-1, (b) n = 1900 min-1
Najvýraznejšie výsledky zmeny drsnosti boli dosiahnuté pri hrubovaní, kde pri
najmenších rezných rýchlostiach, priamo závislých od otáčok, drsnosti dosahovali pri
materiáli 11 373 najväčšie hodnoty drsnosti 3,59 µm a pri materiáli 11 110 až drsnosti
3,59µm. Pri oboch materiáloch rôzneho zloženia bola objasnená teória, že pri zvyšovaní
reznej rýchlosti pri konštantnom priemere obrábania drsnosť má klesajúci priebeh.
Miernejšie klesajúci charakter bol zistený aj pri strednom obrábaní. Pri jemnom
sústružení materiálov s menším obsahom olova (11 373) a väčším obsahom olova bola
táto teória závislosti nepotvrdená, práve naopak bolo zistené, že zvyšovaním reznej
rýchlosti sa mierne zvyšuje drsnosť povrchu.
11
0
0,20,4
0,6
0,8
11,2
1,4
0,18 0,23 0,28 0,33 0,38 0,43 0,48 0,53 0,58 0,63 0,68
Posuv rezného nástroja na otáčku, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
rezná rýchlosť 75 m.min-1 rezná rýchlosť 85 m.min-1
rezná rýchlosť 95 m.min-1 rezná rýchlosť 106 m.min-1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0,18 0,21 0,24 0,27 0,3 0,33 0,36 0,39 0,42
Posuv rezného nástroja na otáčku, mmD
rsno
sť p
ovrc
hu, µ
m
rezná rýchlosť 101 m.min-1 rezná rýchlosť 113 m.min-1
rezná rýchlosť 125 m.min-1 rezná rýchlosť 137 m.min-1
Pri objasňovaní závislosti drsnosti od posuvu bolo zistené, že zvyšovaním
posuvu rezného nástroja drsnosť priebežne klesala pri hrubovaní a strednom obrábaní.
Teoretický priebeh závislosti bol dosiahnutý pri jemnom sústružení t.j. pri minimálnej
hĺbke úberu materiálu.
Vplyv reznej rýchlosti a posuvu na drsnosť obrobeného povrchu ocele 11 110 pri
obrábaní s reznou kvapalinou DASCOOL 2500 CH/1
a) b)
Obr. 6 Závislosť drsnosti povrchu obrobku z ocele 11 110 od zmeny posuvu a zmeny reznej rýchlosti pri hrubovaní (a), strednom obrábaní (b)
Pre jednoduchšie porovnanie závislostí drsností na posuve pri zmene reznej
rýchlosti s použitím reznej kvapaliny Dascool 2500 CH/1 boli pre materiál 11 110
závislosti (obrázok 6) zhodné s teoretickým priebehom objasneným v predchádzajúcich
prácach zaoberajúcich sa podobnou problematikou kvality povrchu.
Pri strednom obrábaní sa priebeh drsnosti v závislosti na posuvoch pri
zvýšení reznej rýchlosti odlišoval od ostatných a to klesajúcim charakterom závislosti,
čo je hypotetickým dôsledkom vzniku nárastku na reznej hrane nástroja a následným
hladením povrchu materiálu.
Z výsledkov sledovania drsnosti možno konštatovať, že kvalita povrchu sa
výrazne mení vzhľadom na zmenu parametrov obrábania, a taktiež je výrazne
ovplyvnená vznikom nárastku prípadne zmenou geometrie reznej hrany nástroja.
Závislosť drsnosti povrchu a rozmerovej presnosti obrobku pri obrábaní
ocele 11 373 bez použitia reznej kvapaliny DASCOOL 2500 CH/1
V tejto časti dizertačnej práce zisťujeme priame závislosti rozmerovej presnosti
na zmene parametrov obrábania v spojení so sledovaním zmeny rozmerovej presnosti
a dosiahnutej drsnosti povrchu.
12
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Posuv rezného nástroja na otáčku, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
12,97
12,98
12,99
13
13,01
13,02
13,03
13,04
Prie
mer
vzo
rky,
mm
Drsnosť povrchuPriemer vzorky
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Posuv rezného nástroja na otáčku, mm
Drs
nosť
pov
rchu
, µm
12,8612,8812,912,9212,9412,9612,981313,0213,0413,06
Prie
mer
vzo
rky,
mm
Drsnosť povrchuPriemer vzorky
0
50
100
150
200
250
300
350
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 114
vzorka 114 E
0
50
100
150
200
250
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 144
vzorka 144 E
a) b) Obr. 7 Drsnosť povrchu a rozmerová presnosť po hrubovaní pri prísuve 3,5 mm, pri n =1500 min-1 (a), n = 2100 min-1 (b)
Z nameraných výsledkov možno vytvoriť závery, že pri hrubovaní a pri hĺbke
záberu rezného nástroja 3,5 mm sa zvyšovaním reznej rýchlosti znižovali odchýlky od
menovitého rozmeru vzorky. Odchýlky po obrábaní od skutočného rozmeru pri
strednom sústružení sa pri zvýšení reznej rýchlosti výrazne nemenili.
Hodnoty priemeru vzorky pri jemnom sústružení sa najviac približovali
k požadovanému rozmeru pri zvýšených otáčkach obrobku na 2300 min-1 pri posuve
0,13 mm na otáčku a pri otáčkach 2500 min-1 najpresnejšie hodnoty rozmeru súčiastky
boli dosiahnuté pri najmenších zvolených posuvoch rezného nástroja t.j. 0,08 a 0,1 mm
na otáčku.
Spevnenie povrchových vrstiev
Vo svojej práci som overoval teóriu technologickej dedičnosti v oblasti
spevnenia. Podľa Bátoru a Vasilka (2000) pri zmene podmienok rezania dochádza
k zvýšeniu množstva vyvinutého tepla v zóne rezania alebo časového predĺženia
intenzívneho tepelného pôsobenia na obrobenú plochu súčiastky. Tým spevnenie klesá,
prípadne pevnosť povrchovej vrstvy oproti východiskovej hodnote sa zníži. Vzhľadom
na krátkodobosť tepelného ovplyvnenia základného materiálu v procese rezania možno
vysloviť záver, že spevnenie povrchu obrobku so zvyšujúcim sa prísuvom a posuvom
dosahuje vyššie hodnoty a spevnená vrstva zasahuje hlbšie do základného materiálu.
Obr. 8 Mikrotvrdosť povrchu ocele 11 110 po hrubovaní
13
0
50
100
150
200
250
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 212
vzorka 212 E0
50
100
150
200
250
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 242
vzorka 242 E
0
50
100
150
200
250
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 312
vzorka 312 E0
50
100
150
200
250
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Hĺbka vrstvy, mm
Mik
rotv
rdosť
HV
vzorka 342vzorka 342 E
Obr. 9 Mikrotvrdosť povrchu ocele 11 110 po strednom obrábaní
Obr. 10 Mikrotvrdosť povrchu ocele 11 110 po jemnom sústružení
Najvýraznejšie zmeny mikrotvrdosti povrchu boli namerané na vzorke po
hrubovaní (obrázok 8). Nižšie hodnoty mikrotvrdosti a menšie hodnoty hĺbky
spevnenia boli pri strednom sústružení (sústružení na čisto – obrázok 9) a minimálne
ovplyvnenie spevnenia povrchu materiálom boli zistené pri jemnom sústružení (obrázok
10). Spevnenie povrchu obrobku pri hrubovaní zasahovalo do hĺbky (0,06 - 0,07) mm.
Pri strednom sústružení hĺbka spevnenia povrchu súčiastky dosiahla hranicu (0,03 -
0,04) mm a pri jemnom sústružení bolo zistené spevnenie maximálne do hĺbky 0,01
mm.
Veľmi dôležitým sprievodným, javom značne ovplyvňujúcim priebeh spevnenia
je použitie reznej kvapaliny, ktorá podľa Kročka (1997) znižuje plastickú deformáciu
obrábaného materiálu. Pri dostatočnom mazacom účinku reznej kvapaliny možno
dosiahnuť zmenšenie hĺbky a stupňa spevnenia.
Celkovo nemožno účelnosť použitia reznej kvapaliny vzhľadom na spevnenie
vylúčiť. Použitie reznej kvapaliny nie vždy vplýva na spevnenie so znižujúcim sa
priebehom. Výsledky mikrotvrdosti získané pri optimálnych parametroch obrábania
potvrdzujú teóriu znižovania mikrotvrdosti pri aplikácií reznej kvapaliny. Pri extrémne
zvolených parametroch táto teória nie je potvrdená.
14
-1800-1600-1400-1200-1000-800-600-400-200
0114 114E 144 144E 212 212E 244 244E 312 312E 322 322E
Hrubovanie Stredné obrábanie Jemné sústruženie
Nap
ätie
, MPa
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Posu
v, m
m
napätie, MPa posuv, mm
1500 2100 1700 2300 1900 2100
Otáčky, min-1
9,0689,07
9,0729,0749,0769,078
9,089,0829,084
Hm
otno
sť v
zork
y, g
I. II. III.
Parametre obrábania
pred obrábanímpo obrábaní
9,069,0629,0649,0669,068
9,079,0729,0749,0769,078
9,08
Hm
otno
sť v
zork
y, g
I. II. III.
Parametre obrábania
pred obrábanímpo obrábaní
Napätie v povrchových vrstvách po obrábaní
Povrchové napätia boli sledované röntgenovou difrakciou na zariadení HZG 4 s
využitím paralelného zväzku röntgenových lúčov aplikovaných na Braggovo-
Brentanovo usporiadanie. V skúmanom materiáli pôsobili tlakové (-) napätia.
V základnom materiáli bolo namerané vnútorné tlakové napätie o hodnote 1833 MPa.
Pri zvolených spôsoboch obrábania sa hodnoty vnútorných tlakových napätí menili
v závislosti od zmeny parametrov procesu obrábania (otáčok obrobku, prísuvu a posuvu
rezného nástroja) na vložené napätia.
Obr. 11 Posuv a povrchové napätie v závislosti od parametrov obrábania Opotrebenie ostria reznej doštičky pri obrábaní
Jedným z kritérií hodnotenia opotrebenia reznej doštičky je stanovenie
hmotnosti reznej doštičky pred obrábaním a po obrábaní. Vzhľadom od druhu materiálu
reznej doštičky a času obrábania dochádza k úbytku hmotnosti rezného nástroja.
a) b) Obr. 12 Porovnanie úbytkov hmotností reznej doštičky CNMG 12 04 08 PM pri obrábaní materiálu 11 110 (a) a materiálu 11 373 (b).
15
Opotrebenie rezných doštičiek má rôzne podoby. Po zvolenom čase rezania bola
príslušná doštička skontrolovaná vizuálne pod lupou, kde je možno presne stanoviť
„chipping“ t.j. vylomenie drobných častí ostria (Mádl, 2000).
Merania opotrebenia reznej doštičky pri obrábaní pôvodného materiálu
preukázali, že najväčšie opotrebenie vzniká pri minimálnom posuve rezného nástroja
0,5 mm na otáčku a maximálnom prísuve rezného nástroja 5,5 mm, ktoré udáva výrobca
reznej doštičky (t.j. pri parametroch III z metodiky dizertačnej práce).
Celkovým vyhodnotením merania opotrebenia rezných doštičiek pri sústružení
materiálu 11 110 a sústružení materiálu 11 373 možno konštatovať, že olovo ako zložka
automatovej ocele umožňuje nielen ľahšie oddelenie drobivej triesky, ale značne šetrí
samotný rezný nástroj pri vysokých rýchlostiach obrobku.
Na základe skúseností pracovníkov z odboru obrábania zaoberajúcich sa
opotrebením nástrojov, pracovať pri zadaných I. parametroch (z metodiky dizertačnej
práce) je nevhodné, pretože formy difúzneho a abrazívneho opotrebenia reznej doštičky
sa prejavia za veľmi krátky čas sústruženia a to má potom vplyv na kvalitu obrobeného
povrchu a dlhodobým pôsobením môžu poškodiť časti sústruhu.
Porovnanie tvaru triesky ocele 11 110 a ocele 11 373 obrábaných s
použitím reznej kvapaliny DASCOOL 2500 CH/1
Tabuľka 2 Hodnoty prierezu triesky a objemového súčiniteľa
Parametre obrábania 1 Parametre obrábania 2 Parametre obrábania 3
Oceľ 11 110 Oceľ 11 373 Oceľ 11 110 Oceľ 11 373 Oceľ 11 110 Oceľ 11 373 S
(mm2) 0,9694 1,3428 2,5864 2,7254 1,7888 3,8128
W ( - ) 3,8876 5,3712 2,8738 3,02 2,1682 4,6215
Tvar a rozmer triesky boli vyhodnocované na základe nameraných hodnôt
prierezov triesky a objemového súčiniteľa. Z porovnania objemových súčiniteľov
materiálov vyplynulo, že hodnota objemového súčiniteľa materiálu 11 110 je o 1,4836
menšia ako hodnota objemového súčiniteľa materiálu 11 373 pri obrábaní ktorého bola
zistená hodnota objemového súčiniteľa 5,3712.
16
a) b)
Obr. 13 Tvar triesky pri sústružení materiálu 11 110 (a) a materiálu 11 373 (b)
Celkovo možno hodnotiť tvar a rozmer triesky prostredníctvom jej hrúbky
podľa obrázku 13, kde veľkosť triesky narastá zo zvyšovaním prísuvu rezného nástroja
a znižovaním posuvu rezného nástroja. Opačný jav, t.j. nárast posuvu a zníženie prísuvu
umožňuje vznik drobivejšej triesky menších rozmerov. Tento jav je výhodný so
zreteľom na dosiahnutie kvalitného povrchu a nízkeho opotrebenia častí rezného
nástroja.
Vyhodnotenie rozmeru a tvaru triesky
Pri sledovaní triesky vytvorenej z materiálu 11 110 obrábaného s použitím
reznej kvapaliny má trieska menej výrazný kovový lesk a menšie rozmery ako trieska
vzniknutá pri obrábaní materiálu 11 373 s tými istými parametrami obrábania kde
triesky sú drobivé jednoznačne väčších rozmerov a s jasným kovovým leskom.
Sledovanie celistvosti triesky pri hrubovaní materiálu, pri najnižších parametroch
obrábania ukázalo, že vytvorené triesky sú vinuté dlhé. Postupným zvyšovaním
parametrov obrábania dochádzalo k zmene dlhých vinutých triesok na triesky krátke
delené.
Pri strednom sústružení (sústružení na čisto) postupným zvyšovaním parametrov
obrábania materiálu 11 110 dochádzalo k zmene dlhých a krátkych vinutých triesok, na
kužeľovito-skrutkovité triesky a triesky drobivé.
Pri jemnom sústružení zvyšovaním pri nižších zvolených rýchlostiach boli
dosiahnuté vinuté zmotané triesky a veľmi drobivé triesky. Pri vyšších otáčkach
a zvolených posuvoch a prísuvoch rezného nástroja sa vinutá zmotaná trieska menila na
17
vinutú dlhú až špirálovú a na triesku kužeľovitú a krátku kužeľovito-skrutkovitú
triesku.
Obr. 14 Tvar triesky pri ocele 11 110 bez použitia reznej kvapaliny pri otáčkach 1500 min-1 ZÁVER V práci sa zaoberám znížením výrobných nákladov optimalizáciou výrobného
procesu pri dosiahnutí požadovaných kvalitatívnych parametrov povrchu. Jedná sa
o spracovanie technických a ekonomických údajov významných pre nákladovú
optimalizáciu parametrov výroby.
Moja práca je súčasťou inovatívnych zmien v rámci výrobného programu
strojárskej firmy pri nahradení materiálu 11 373 materiálom 11 110. Prioritou
výskumnej úlohy bolo potrebné určiť parametre obrábania u nového materiálu, ktoré by
dosiahli predpísané kvalitatívne požiadavky povrchu.
Dizertačnú prácu možno rozčleniť na niekoľko častí v ktorých je sledovaná
obrobiteľnosť materiálu, vhodnosť použitia rezných materiálov pri zvolených
spôsoboch obrábania, optimalizácia parametrov obrábania, ďalej docielenie
minimálneho opotrebenia rezného nástroja, sledovanie vplyvu parametrov obrábania na
spevnenie a vznik povrchových napätí, sledovanie vplyvu parametrov rezania na vznik,
tvar a rozmery triesky a vplyv použitia reznej kvapaliny DASCOOL 2500 CH/1 vo
všetkých spomínaných častiach práce.
Problematika obrobiteľnosti materiálov sa vyznačuje neustálym vývojom
nových technických materiálov poskytujúcich dosiahnutie vyšších kvalitatívnych
18
parametrov povrchu. Od obrobiteľnosti závisia kvalitatívne parametre procesu
obrábania, parametre integrity povrchu a v neposlednom rade rozhodujúce ekonomické
výsledky procesu.
Kvalitou obrobeného povrchu možno ovplyvniť spoľahlivosť a životnosť
výrobku. Kvalitu rezných materiálov, použitých spekaných karbidov je z hľadiska
procesu rezania podľa ich mechanických a fyzikálnych vlastností veľmi zložité
hodnotiť.
Vybrané rezné doštičky od firmy Sandvik Coromant radu CNMG 120408 pre
jednotlivé druhy sústruženia sa odlišovali tvarom a kvalitou povrchovej vrstvy.
Výsledky meraní obrobeného povrchu a opotrebenia príslušnej reznej doštičky
možno použiť ako informatívne údaje pre ich výrobcu a ako prevádzkové informácie
pre ich užívateľa, t.j. výrobný závod.
Dizertačná práca rozširuje poznatky o závislostiach vzniknutých mikrotvrdostí
a povrchových napätí materiálov 11 110 a 11 373 od zmien parametrov obrábania.
Možno ich využiť pri obrábaní s cieľom dosiahnuť kvalitu povrchov podobných
vlastností.
Mechanizmus vzniku triesky má v procese obrábania oboch materiálov
významné postavenie. Triesky vzniknuté pri rôznych parametroch obrábania odvádzajú
z miesta rezu najväčšie množstvo tepla (až 70 %). Preto ich možno porovnávať aj so
zreteľom na tepelný účinok na materiál, čo sa prejavuje vizuálne pozorovateľným
zafarbením triesky.
Na záver treba uviesť do pozornosti významné meradlo hospodárnosti výroby
ako samotné náklady na obrábanie, pozostávajúce z času na obrobenie jednej súčiastky,
množstva odobratého materiálu, veľkosti obrobenej plochy a množstva výrobkov
pripadajúcich na pracovníka alebo časovú jednotku.
19
POUŽITÁ LITERATÚRA 1. AB SANDVIK COROMANT 2003. Rotační nástroje. Praha: Sandvik CZ
a Scientia, 1997, 667s.
2. BALLA, J. 1989. Tribológia a tribotechnika. Nitra : VŠP v Nitre, 1989. 134 s. ISBN 80-85175-25-8.
3. BALLA J, et al. 1993. Aplication of X-Ray tensometry in wear investigation, In EUROTRIB ´93, BUDAPEST, Proceedings, 6th international congress on tribology, Budapest, 1993.
4. BÁTORA, B. – VASILKO, K. 2000. Obrobené povrchy, technologická dedičnosť, funkčnosť. Trenčín : Trenčianska univerzita v Trenčíne, 2000. 183 s. ISBN 80-88914-19-1.
5. KROČKO, V. 1997. Vplyv rezného prostredia na funkčnosť obrobených povrchov. In Acta technologica agriculturae XXXVIII, Nitra: SPU, 1997. s. 43-48, ISBN 80-7137-392-3.
6. KROČKO, V. – ŽITŇANSKÝ, J. 2004. Fyzikálne základy procesu rezania. In: Kvalita a spoľahlivosť strojov 2004, 9. medzinárodné vedecké sympózium. Nitra : SPU, 2004, s. 199-202, ISBN 80-8069-369-2.
7. MÁDL, J. et al. 2000. Technológia obrábění 1 díl. Praha : ČVUT, 2000. 79 s. ISBN 80-01-02091-6.
8. MÁDL, J. et al. 2000. Technológia obrábění 2 díl. Praha : ČVUT, 2000. 86 s. ISBN 80-01-02091-6.
9. RATAJ, V. 2003. Tvorba vedeckého a odborného textu. Nitra : SPU, 2003. 171 s. ISBN 80-8069-162-2.
10. TOLNAI, R. – KROČKO, V. 1981. Reaktivity and Abrasiveness of Fertizlizers in the Process of Wearing. In: Acta technologica agriculture XXIX Universitatis Agriculturae, Nitra, Czechoslovakia, Príroda, Bratislava 1981.
11. TOMÁŠ, J. – KROČKO, V. 2001. Vplyv reznej rýchlosti na kvalitu povrchu pri tvrdom sústružení. In: III. Mezinárodní vědecká konference mladých 2001, ČZU Praha , 2001, s. 133-138, ISBN 80-228-1055-2.
12. VASILKO, K. et.al. 2007. Teória rezného procesu, In : TOP trendy v obrábaní, III.časť – Technológia obrábania, Žilina:Media/st, s.r.o., 2007. s.11-57. ISBN 80-968954-2-7.
13. VASILKO, K. et.al. 2007 Ekonomické a technologické aspekty optimalizace obráběcích pocesů, In : TOP trendy v obrábaní, III.časť – Technológia obrábania, Media/st, s.r.o. Žilina, 2007. s.189-214. ISBN 80-968954-2-7.
20
NAJVÝZNAMNEJŠIE PUBLIKOVANÉ PRÁCE
SÚVISIACE S PROBLEMATIKOU
1. BERNÁT, R. – KROČKO, V. 2006. Zhodnotenie kvality povrchu trieskovým obrábaním. In: Efficiency of exploitation machine and copability of process quality, Instytut Organizacji i Zarzadzania w Przemyśle „ORGMASZ“: Warszawa, 2006. ISBN 978-83-86929-99-3.
2. BERNÁT, R. – KROČKO, V. – ČAPLOVIČ, Ľ. 2007 Vplyv posuvu a prísuvu pri sústružení ocele 11 110 na vznik povrchových napätí, In Bezpečnost, kvalita, spoľahlivosť, Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2007. s.30-34. ISBN 978-80-8073-828-0
3. PRÍSTAVKA, M. – HRUBEC, J. – BERNÁT, R. 2007. Matematicko-štatisticko spracovanie drsnosti raziacich hrotov, In Bezpečnost, kvalita, spoľahlivosť, Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2007. s.227-232. ISBN 978-80-8073-828-0
4. BERNÁT, R.- KROČKO, V.- KOTUS, M.- ŽERNOVIČ, M. 2005. Influencce of cutting medium to quality of cutting operation. In: VII. International conference of young scientists 2005. Praha: Česká zemědelská univerzita v Praze, 2005. s. 11-15. ISBN 80-213-1368-4.
5. BERNÁT, R.- KROČKO, V.- ŽERNOVIČ, M. 2005. Hodnotenie kvality vybraných rezných nástrojov v praxi. In: Mezinárodní vědecká konference při příležitosti 55 let založení Fakulty strojní. Ostrava: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, 2005. s. bez číslovania. ISBN 80-248-0895-1.
6. BERNÁT, R.- KROČKO, V.- ŽERNOVIČ, M.- ŽITŇANSKÝ, J. 2005. Automation of lead SCREW drive on the system for testing operating tools of land – working machines in the laboratory conditions. In: TechMat 05. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2005. s.127-130. ISBN 80-7194-803-9.
7. BERNÁT, R. – KROČKO, V. – KLIMENTOVÁ, K. 2007. Comparison of surface hardening of the steel 11 110 after the turning with and without using of cutting fluid, In: International Science Conference on Materiále Science and Manufacturing Technology. Praha: ČZU, 2007. s.147-151. ISBN 978-80-213-1650-8
8. BERNÁT, R. – KOTUS, M. – KECSKÉS, N. 2007. Shift and feed influence on the formation of surface stress within the turning of steel 11 110, In: International Science Conference on Materials Science and Manufacturing Technology. Praha: ČZU, 2007. s.152-156. ISBN 978-80-213-1650-8
9. BERNÁT, R. – BENEŠ, L. 2007. Vplyv posuvu a prísuvu pri sústružení ocele 9 SMnPb K 28 na vznik povrchových napätí, In: TechMat 2007 - Perspektivní technologie a materiály pro technické aplikace. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2007. s.181-184. ISBN 978-80-7395-013-2.
21
10. BERNÁT, R. - KROČKO, V. 2002. Opotrebenie reznej doštičky CNMG 120408-PM pri sústružení ocele 9 S MN PB 28K. In : Kvalita a spoľahlivosť strojov 2002 : 7. medzinárodné vedecké sympózium pri Medzinárodnom strojárskom veľtrhu 2002. SPU : Nitra, 2002. s. 72-74. ISBN 80-8069-034-0.
11. KROČKO, V. - BERNÁT, R. - KOTUS, M. 2002. Vplyv druhu reznej doštičky (CNMG120408-PM) pri sústružení bezolovnatej ocele na kvalitu obrobeného povrchu. In : Kvalita a spoľahlivosť strojov 2002 : 7. medzinárodné vedecké sympózium pri Medzinárodnom strojárskom veľtrhu 2002. SPU : Nitra, 2002. s. 131-133. ISBN 80-8069-034-0.
12. BERNÁT, R. – KROČKO, V. 2002. Vplyv posuvu pri sústružení raziacich hrotov na kvalitu obrobeného povrchu s použitím chladiacej kvapaliny DASCOOL. In : Agrotech Nitra 2002 : 40 rokov študijného odboru mechanizácia poľnohospodárstva a jeho prínos v oblasti poľnohospodárskych technických vied. SPU : Nitra, 2002. s.33-37. ISBN 80-8069-097-9.
13. BERNÁT R. - KROČKO V. - ŠESTÁK M. 2003. Sledovanie a porovnanie kvality povrchu pri sústružení ocele 9 SMn Pb 28K a ocele 9 SMn 28K, In : Kvalita a spoľahlivosť strojov 2003 : 8. medzinárodné vedecké sympózium pri Medzinárodnom strojárskom veľtrhu 2003. SPU : Nitra, 2003. s. 79-82. ISBN 80-8069-195-9.
14. KROČKO V. - BERNÁT R. 2003. Vplyv reznej rýchlosti pri sústružení ocele SMn28k na kvalitu obrobeného povrchu, In : Kvalita a spoľahlivosť strojov 2003 : 8. medzinárodné vedecké sympózium pri Medzinárodnom strojárskom veľtrhu 2003. SPU : Nitra, 2003. s. 116-119. ISBN 80-8069-195-9.
15. BERNÁT, R. – KROČKO, V. – KOTUS, M. 2007. Vplyv parametrov obrábania pri sústružení ocele 11 110 na vznik povrchových napätí, In: Kvalita a spoľahlivosť technických systémov. Nitra: SPU, 2007. s. 81-84. ISBN 978-80-8069-890-4
16. BERNÁT, R. – ŽERNOVIČ, M. – PRÍSTAVKA, M. 2007. Porovnanie spevnenia povrchu ocele 11 110 po sústružení s použitím a bez použitia reznej kvapaliny, In: Kvalita a spoľahlivosť technických systémov. Nitra: SPU, 2007. s. 85-89. ISBN 978-80-8069-890-4
17. BERNÁT, R. – KOTUS, M. – PAULOVIČ, S. 2007. Vplyv prísuvu pri sústružení ocele 9 SMn Pb K 28 na vznik povrchových napätí. In Veda – vzdelávanie – prax. Nitra: UKF v Nitre, 2007. s.109-113. ISBN 978-80-8094-205-2
18. BERNÁT, R. – PRÍSTAVKA, M. – KLIMENTOVÁ K. 2007. Porovnanie spevnenia povrchu ocele 9 SMn Pb K 28 po sústružení s použitím a bez použitia reznej kvapaliny , In Veda – vzdelávanie – prax. Nitra: UKF v Nitre, 2007. s.103-108. ISBN 978-80-8094-205-2
19. KROČKO, V. - BERNÁT, R. 2008. Porovnanie spevnenia povrchu ocele po hrubovaní, In: Kvalita a spoľahlivosť technických systémov. Nitra: SPU, 2008. s. 161-164. ISBN 978-80-552-0059-0
