Průvodní list Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací materiál: Prezentace Určen pro: 3. ročník oboru Strojírenství a 3. ročník oboru Ekonomika a podnikání Vzdělávací oblast: Strojírenská technologie – Strojní obrábění Název učebního materiálu: Základy obrábění Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová Datum vytvoření: Reg.č. projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Klíčová slova: základní pojmy, řezný nástroj, nástrojové úhly a roviny, kinematika obrábění, tříska, řezná síla, řezné a chladící kapaliny, trvanlivost břitu. Anotace: Prezentace je určena žákům 3. ročníku oboru Strojírenství pro výuku v předmětu Strojírenská technologie a žákům 3. ročníku oboru Ekonomika a podnikání v předmětu Strojírenská výroba. Inovuje výuku použitím multimediálních pomůcek – prezentace. Metodické pokyny: Tento DUM využije učitel při výkladu dané látky, použité obrázky a fotografie zvýší názornost výkladu. Prezentaci mohou žáci použít i v rámci samostatné domácí přípravy na výuku.

Základy obrábění  Úvod  Základní pojmy  Kinematika obrábění  Řezný nástroj  Roviny a úhly  Geometrie břitu  Nástrojové materiály  Mechanika tvorby třísky  Procesní kapaliny  Opotřebení břitu, trvanlivost nástroje  Řezná síla  Výkon při obrábění

Úvod  Strojírenský průmysl je vedoucí odvětví průmyslové výroby, zahrnuje řadu odborů a podoborů, používá nejdokonalejší technologie a produkuje výstupy pro ostatní průmyslové i neprůmyslové obory.  Významnou technologií je obrábění a montáž, které se na celkové pracnosti podílí výraznou vahou  Obrábění se na celkové pracnosti výroby podílí zhruba jednou třetinou

Úvod  Podíl pracnosti jednotlivých technologií na výrobě

Úvod  Obrábění – historie  První obráběcí stroje znali již Egypťané, používali např. soustruh, jehož pohon byl řešen provazem se dvěma držadly, za které tahal pomocník  Leonardo da Vinci (renesance) navrhl soustruh s jednosměrným pohybem (setrvačník poháněný pedálem)  Větší rozšíření a uplatnění obráběcích strojů nastává s využitím páry a zvláště elektřiny

Úvod  Současným trendem je obrábět produktivně a efektivně se zaměřením na těžkoobrobitelné materiály s tvrdostí nad 60 HRC bez vibrací a hluku, obrábět s minimem maziva tzv. suché obrábění a vysokými rychlostmi řeznými i posuvovými. Toho lze dosáhnout pouze kvalitními nástroji, obráběcími stroji a novými přístupy a metodami

Úvod  Nástroje

Úvod  Video ukázka yer_embedded#t=76

Základní pojmy  Obrábění je technologický proces, kdy přebytečná část materiálu je oddělována ve formě třísky břitem řezného nástroje, tak z polotovaru vzniká obrobek požadovaného tvaru, rozměru a jakosti povrchu  Proces se uskutečňuje v rámci soustavy Stroj – Nástroj – Obrobek – Přípravek ( S – N – O – P )  Obrobek je obráběná nebo již obrobená součást  Předmět, který se bude teprve obrábět polotovar  Obráběná plocha je část povrchu, ze kterého bude odebrán materiál  Obrobená plocha je plocha vzniklá obráběním  Plocha řezu je plocha těsně za břitem nástroje

Základní pojmy  Soustava S – N – O – P

Základní pojmy  Základní pojmy

Kinematika obrábění  Řezný pohyb vzájemný pohyb mezi nástrojem a obrobkem, uskutečňuje se určitou relativní rychlostí po určité dráze, má 2 složky:  1. složka hlavní řezný pohyb=základní pohyb obráběcího stroje např. otáčivý pohyb vřetene  2. složka vedlejší pohyb = posuv, zpravidla je kolmý na hlavní řezný pohyb  Dle způsobu obrábění je posuv podélný, příčný, kruhový, plynulý nebo přerušovaný  Přísuv vzájemný pohyb mezi nástrojem a obrobkem, umožňuje nastavení hloubky řezu  Výsledný řezný pohyb je geometrickým součtem hlavního pohybu a posuvu

Kinematika obrábění  Řezné pohyby

Kinematika obrábění  Řezné rychlosti  Rychlost posuvu v f je v porovnání s rychlostí hlavního pohybu v h zanedbatelná, proto se rychlost hlavního pohybu nazývá řezná rychlost v c  Otáčivý pohyb  v c = πDn [ m min -1 ] kde D je průměr obrobku nebo nástroje a n jsou otáčky vřetena

Kinematika obrábění  Řezné pohyby a podmínky - soustružení

Řezný nástroj  Činná část nástroje břit, má tvar klínu, je ohraničen plochou čela (odchází tříska) a hřbetu  Hřbet – část nástroje přiléhající k řezné a obrobené ploše, je hlavní a vedlejší  Ostří – průsečnice plochy čela a hřbetu – hlavní a vedlejší ostří  Špička – část ostří ležící v průsečíku hlavního a vedlejšího ostří  Tělo nástroje – část nástroje, za kterou je upínán, má ustavovací a upínací plochu

Řezný nástroj  Základní pojmy

Roviny a úhly  Nástrojová souřadná soustava – dána normou ČSN ISO 3002/1  Význam z hlediska konstrukce nástroje, jeho výroby a ostření  Nástrojová základní rovina P r – prochází bodem, ve kterém se geometrie ostří určuje a u nožů je rovnoběžná s ustavovací plochou nože, je kolmá na vektor řezné rychlosti v c  Boční rovina P f – prochází pracovním bodem, je kolmá na P r a leží v ní vektor posuvu v f  Rovina zadní P P - prochází pracovním bodem, je kolmá na P r a na P f

Roviny a úhly  Rovina ostří P s – tečnou k ostří v pracovním bodě a je kolmá na P r  Rovina ortogonální - prochází pracovním bodem, je kolmá na P r a na P s  Rovina největšího spádu čela P g - prochází pracovním bodem, je kolmá na P r a na základní přímku roviny čela, leží v ní maximální úhel čela  Rovina nejmenšího spádu hřbetu P b - prochází pracovním bodem, je kolmá na P r a na základní přímku roviny hřbetu, leží v ní minimální úhel hřbetu

Roviny a úhly  Nástrojové roviny

Roviny a úhly  Geometrický tvar nástroje je určen úhly  V základní rovině P r :  úhel nastavení hlavního ostří ϰ r - úhel mezi rovinami P f a P s  úhel nastavení vedlejšího ostří ϰ r´ - úhel mezi rovinou P f a P s´  Úhel špičky ε – úhel, který svírá rovina P s a P s ´  V rovině ortogonální P o :  Úhel hřbetu α o - úhel, který svírá plocha hřbetu s rovinou P s  Úhel čela γ o - úhel, který svírá plocha čela se základní rovinou P r

Roviny a úhly  Úhel břitu β o – úhel mezi plochou hřbetu a čela  V rovině P s :  Úhel sklonu ostří λ s – úhel, který svírá tečna k ostří a P r

Roviny a úhly  Vliv řezných úhlů na obrábění  Úhly α o, β o, γ o ovlivňují řezivost klínu a tím velikost řezné síly a trvanlivost nástroje  Úhel hřbetu α o ovlivňuje velikost tření vznikajícího pohybem hřbetu nástroje po řezné ploše, velikost úhlu se volí v rozmezí 3 až 20° a jeho optimální hodnota pro běžné obrábění je 8 až 12°  Úhel břitu β o je základním úhlem každého nástroje, čím je větší, tím je větší odpor při oddělování třísky

Roviny a úhly  Úhel čela γ o a úhel řezu δ - největší vliv na průběh řezání, zmenšuje-li se úhel δ, zmenšuje se pevnost břitu mechanické poškození při obrábění materiálu větší pevnosti je třeba volit úhel δ větší, čili zmenšovat úhel γ, popřípadě volit záporný úhel čela  Při obrábění materiálů menší pevnosti je vhodný menší úhel δ, takže kladná hodnota úhlu γ se zvětšuje  Volíme úhel δ co nejmenší, pokud se pevnost břitu nezmenší pod únosnou hodnotu, krité­riem pro volbu jeho velikosti je pevnost obráběného materiálu a volí se v rozmezí 50 až 105°

Roviny a úhly  Úhel sklonu ostří λ s – vliv na odchod třísek, na pevnost a trvanlivost břitu, na velikost pěchování třísky, na jakost obrobené plochy  Je-li úhel sklonu ostří λ= 0° svinuje se tříska na čele nože do spirály  Je-li úhel λ záporný, odchází tříska ve tvaru šroubovice ve směru proti posuvu nože  Je-li úhel λ kladný, odchází tříska ve tvaru šrou­bovice ve směru od obrobku  Jakost povrchu obrobené plochy je lepší u nástrojů s kladným úhlem λ  Při záporném úhlu λ je odchod třísek znesnadněn, což zhoršuje jakost obrobené plochy

Roviny a úhly  +λ s se používá při obrábění měkkých materiálů, malých průřezech třísky  - λ s při obrábění materiálů větší pevnosti, přerušovaných řezech a obrábění materiálů s tvrdou povrchovou kůrou (odlitky, výkovky), ma­ximální hodnoty až - 40° se používají pro obrábění kalených ocelí

Roviny a úhly  Vliv λ s na odchod třísky

Roviny a úhly  Úhly nastavení ostří ϰ r a ϰ r´ ovlivňují drsnost povrchu a velikost sil  ϰ r určuje tvar průřezu třísky, vztah mezi tloušťkou a šířkou ubírané vrstvy se mění se změnou úhlu ϰ r  Změna tvaru průřezu třísky ovlivňuje trvanlivost břitu, velikost řezného odporu a teplotu řezáni  ϰ r´ ovlivňuje jakost a tření nástroje o obrobenou plochu  ϰ r´ menší menší stopy po obrábění i drsnost  ϰ r´ co nejmenší, avšak takový, aby nevzniklo velké tření mezi nástrojem a obrobenou plochou  Se zvětšováním úhlu ϰ r´ klesá řezný odpor, zhoršuje se odvod tepla břitu a tím i trvanlivost

Roviny a úhly  Vliv ϰ r´ na drsnost povrchu Dr Na drsnost povrchu má vliv i úhel špičky ε

Geometrie břitu  Ovlivňuje práci nástroje z hlediska velikosti řezných sil, drsnosti a přesnosti obrobené plochy, trvanlivost břitu a hospodárnost obrábění  Pro konstrukci a ostření nástroje je nutná znalost geometrie břitu  Metody:  Početní - DUM č. 1  Graficko-početní – DUM č. 17  Kruhové nomogramy – DUM č. 1

Nástrojové materiály  Pro řezné nástroje používáme různé materiály – probráno v DUMU č. 7

Mechanika tvorby třísky  Při obrábění břit nástroje vniká do obrobku, kde vznikají nejdříve pružné deformace, narůstá síla pro vnikání nástroje tlaková síla vyvolává v materiálu kromě napětí normálového také napětí tangenciální, smykové v určité vrstvě materiálu dosáhne smykové napětí meze pevnosti, dojde k odstřižení jeho drobné částice (elementu, článku), tento proces se opakuje  Charakter namáhání a velikost deformací závisí na druhu a vlastnostech materiálu obrobku  Dle poměru meze pevnosti v tahu a ve smyku - nastanou tyto případy:  1. namáhání materiálu dle přímky a - materiál dosáhne dříve τ Ps než Rm – tříska plasticky tvářená kluzem, může

Mechanika tvorby třísky  být plynulá nebo článkovitá oceli, slitiny hliníku a mědi  2. namáhání materiálu dle přímky b – nejdříve dosáhneme τ k, materiál je před odtržením částečně tvářen elementární tvářená tříska litina, bronz  3. namáhání materiálu dle přímky c – dosáhneme dříve Rm než τ k, materiál je odtržen bez tváření sklo, dřevo, elementární tříska

Mechanika tvorby třísky  Základní druhy třísek  tvářená plynulá tvářená článkovitá tvářená elementární vytrhávaná elementární

Mechanika tvorby třísky  Tvary třísek dle normy ISO

Koeficienty třísky  Vlivem plastických deformací mění odřezávaná vrstva při přeměně v třísku své rozměry pěchování třísky, koeficient pěchování K  K = S 1 / S 0 = l 0 / l 1 > 1 [1]  kde S 1 je průřez třísky S 0 je průřez odřezávané vrstvy  kde l 0 je délka odřezávané vrstvy a l 1 délka třísky  Objemový součinitel třísky K vo  K vo = V t / V m > 1 [1]  kde V t je objem třísek a V m je objem odřezávaného materiálu před obráběním

Koeficienty třísky  Pro lepší utváření třísky používáme utvařeče různé překážky pohybu třísky vytvářené nebo umisťované na čele nástroje např. žlábek vybroušený na čele těsně za ostřím, mechanicky upevněná destička Správné utváření třísky zamezuje poškození obrobku, nástroje a řeší problém s odvodem třísek nejlepší tříska krátká, ale příliš krátká tříska snižuje životnost nástroje (mikrotrhliny na řezné straně) ideální krátká spirála

Tvoření nárůstku  Vlivem vysokého tlaku v místě styku třísky s čelem nástroje a vysoké teploty se část třísky navaří na čelo  nárůstek – u oceli vzniká při teplotě třísek 300 až 400°C  Vyznačuje se:  Vysokou pevností, tvrdostí  Může převzít funkci břitu – změna úhlu δ  Odtržení části nárůstku  Zhoršuje se jakost obrobené plochy  Nutné použít procesní kapaliny

Procesní kapaliny  Při třískovém obrábění se většina energie mění v teplo, které je odváděno třískou, obrobkem, nástrojem a do okolí  Vyvíjí se v malé oblasti vysoká teplota (1000°C), má negativní vliv na opotřebení nástroje, přesnost obrábění, jakost povrchu mazat a chladit  Nutno mazat a chladit  Účinky procesní kapaliny:  Chladící – odvod tepla a tím sníží opotřebení nástroje  Mazací – sníží tření, sníží množství tepla, zlepší jakost plochy  Čistící – odstraní produkty obrábění

Procesní kapaliny  Druhy kapalin:  Řezné oleje – mazací účinek  Olejové emulze –účinek mazací i chladící  Syntetické kapaliny - neobsahují minerální ani žádné syntetické oleje, ale speciální směsi ve vodě rozpustných maziv a dalších aditiv, mají mazací i chladící účinek  Vodní roztoky chemických sloučenin – chladící účinek, používá se např. uhličitan sodný, křemičitan sodný …

Opotřebení břitu nástroje  Opotřebení = otupování nástroje je proces, při kterém se zhoršuje drsnost plochy čela, řezu a hřbetu nástroje změna geometrie břitu  Formy opotřebení:  Otěr– abrazivní, adhezivní, difúzní, chemický  Plastická deformace  Křehký lom  viz DUM č. 7 Abrazivní otěr

Trvanlivost břitu nástroje 

Řezná síla  Energie dodávaná při obrábění se využívá na silové působení nástroje na materiál obrobku, při kterém musíme překonat měrný řezný odpor obrobku  Výsledná řezná síla F se dá nahradit 3 složkami, které jsou navzájem kolmé a leží v hlavních směrech obrábění  F z složka tečná na směr hlavního řezného pohybu  F y je kolmá na osu rotace obrobku nebo nástroje  F x je rovnoběžná se směrem posuvu

Řezná síla 

Výkon při obrábění 

Použité zdroje: Zdroje obrázků: AUTOR NEUVEDEN. seznam [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: 640x206.jpg 640x206.jpg AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. seznam.cz [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: AUTOR NEUVEDEN. [online]. [cit ]. Dostupný na WWW: 20Materials/h010_1_eng.jpg 20Materials/h010_1_eng.jpg

Použité zdroje: Řasa J., Gabriel V.: Strojírenská technologie 3- Metody, stroje a nástroje pro obrábění, Praha Scientia, spol. s. r. o., pedagogické nakladatelství 2000, ISBN Z vlastních zdrojů – prezentace Ing. Jana Jersáka z TU Liberec HLUCHÝ M. a kol. Strojírenská technologie 2 Polotovary a jejich technologičnost 1. díl. Praha 6: Scientia, spol. s. r. o., pedagogické nakladatelství, 2001, ISBN Hluchý M. a kolektiv Strojírenská technologie 2 Polotovary a jejich technologičnost, základy obrábění Praha 1979 SNTL