Transcript H-I1/44 - FSI Forum

DTB Technologie obrábění
Téma 10
EKONOMIKA, PRODUKTIVITA A
HOSPODÁRNOST OBRÁBĚNÍ
1 Opotřebení břitu nástroje
1.1
•
•
•
•
Mechanizmus opotřebení
Abrazivní otěr
Difusní otěr
Oxidační otěr
Adhezní otěr
Základní mechanizmy opotřebení břitu řezného nástroje [KP 73]
Model abraze čela nástroje [H-I1/42]
Abrazivně opotřebený hřbet nástroje z řezné keramiky [H-I1/42]
Model adheze [H-I1/42]
Závislost forem opotřebení břitu
řezného nástroje
na teplotě v zóně řezání [H-I1/44]
Vliv řezných podmínek na opotřebení břitu
řezného nástroje – trendy [H-I1/44]
1.2 Formy opotřebení
•
•
•
•
•
•
•
•
Opotřebení hřbetu
Opotřebení čela
Plastická deformace břitu
Opotřebení hřbetu ve tvaru vrubu
Hřebenovité trhliny na ostří
Únavový lom
Vydrolování ostří
Křehký lom
Formy opotřebení břitu řezného nástroje [KP 75]
Vydrolování ostří v místě záběru [H-I1/46]
Vydrolování ostří v místě mimo záběr [H-I1/46]
Hřebenovité trhliny na ostří – schéma [H-I1/44]
Hřebenovité trhliny na ostří nástroje řezné keramiky Al2 O3
[H-I1/44]
Plastická deformace špičky nástroje
– model [H-I1/4]
•
P
•
•
Plastická deformace čela
nástroje z povlakovaného
slinutého karbidu [H-I1/43]
Křehký lom špičky nástroje
– model [H-I1/43]
Křehký lom špičky nástroje
z řezné keramiky Al2O3 [H-I1/43]
1.3 Kvantifikace opotřebení
Parametry opotřebení řezného nástroje a jejich značení [KP 76]
• VB - opotřebení hřbetu průměrné
• VBC - opotřebení hřbetu v oblasti špičky
• VBN - opotřebení hřbetu vrubové
• Vbmax - opotřebení hřbetu maximální
• KT - hloubka žlábku opotřebení čela
• KB - šířka žlábku opotřebení čela
• KM - poloha středu žlábku opotřebení čela
• VR - radiální opotřebení špičky
1.4 Časový průběh opotřebení
• Postupné opotřebování
• VB = f(t), KT = f(t),
• Oblasti opotřebení
Charakteristický průběh závislosti VB = f (t) [KP 77]
a – zrychlené záběhové opotřebení, b – lineární opotřebení
s konstantní intenzitou, c – zrychlené opotřebení
Časová posloupnost
(průběhová mapa) opotřebení
hřbetu – příklad [KP 77]
Závislosti opotřebení hřbetu [KP 78]
a – rychlořezná ocel, b – slinutý karbid
2 Trvanlivost břitu nástroje
•
•
•
•
Doba trvání řezného procesu - provozuschopný stav břitu
Poruchy nástroje - porucha postupná, porucha náhlá
Kritérium vzniku poruchy
Kvantifikace trvanlivosti a životnosti břitu nástroje
Trvanlivosti břitu T1, T2, T3, T4 při řezné rychlosti vc1, vc2, vc3, vc4
pro kritické opotřebení hřbetu VBk
vc1 < vc2 < vc3< vc4 ; T1 > T2 > T3 > T4 [KP-78]
Taylorův vztah
CT
T  f(v c )  m [min]
vc
T - trvanlivost břitu [min]
CT – konstanta [-]
m - exponent [-]
vc – řezná rychlost [m.min-1]
F. W. Taylor
v c  f(T ) 
Cv
T
Cv  CT
1
m
1
m
m .m i n 
1
Průběh závislosti T = f(vc) [KP-80)
a – lineární souřadnice, b - logaritmické souřadnice
Závislost T = f(vc) při tvorbě
nárůstku v oblasti malých řezných
rychlostí [KP-80]
Pro soustružení se v praxi se často aplikuje vztah
v cT
CvT
 f a p , f   x v y v
ap . f
m.min 
1
Životnost břitu Z se kvantifikuje pro obnovovaný (přeostřovaný)
nástroj
Z = f (no , T) = ( no + 1)T = ( no + 1) CT . vc-m [ min ]
no – počet ostření
3 Obrobitelnost materiálu
Normativ CNN 10-0-I/II
Zařazení strojírenských materiálů
a - litiny
b - oceli
c - těžké neželezné kovy a jejich slitiny (měď a slitiny mědi)
d - lehké neželezné kovy a jejich slitiny (hliník a slitiny hliníku)
Etalonové materiály
a - ČSN 42 2424
b - ČSN 12 050.1
c - ČSN 42 3213.21
d - ČSN 42 4380.11
Součinitel obrobitelnosti
v cT / VB zkoušeného materiálu
Kv 
v cT / VB etalonového materiálu
C
K
v

v
C
zk .m at. . T (1/me t.m at. 1/m zk .m at.)
v
e t.m at.
Třída obrobitelnosti
• V jednotlivých skupinách se materiály zařazují do 20-ti tříd
obrobitelnosti
• Třídy obrobitelnosti se vztahují k příslušným součinitelům
obrobitelnosti, které jsou odstupňovány podle geometrické
řady, s kvocientem q = 101/10 = 1,2589
Součinitel obrobitelnosti
Kv
Třída obrobitelnosti pro
skupinu materiálů
Od - do
střední
hodnota
0,23 - 0,28
0,25
8b
0,29 - 0,35
0,32
9b
0,36 - 0,44
0,40
6a
0,45 - 0,56
0,50
0,57 - 0,71
a
b
c
d
10 b
7c
6d
7a
11 b
8c
7d
0,63
8a
12 b
9c
8d
0,72 - 0,89
0,80
9a
13 b
10 c
9d
0,90 - 1,12
1,0
10 a
14 b
11 c
10 d
1,13 - 1,41
1,26
11 a
15 b
12 c
11 d
1,42 - 1,78
1,59
12 a
16 b
13 c
12 d
1,79 - 2,24
2,0
13 a
17 b
14 c
13 d
2,25 - 2,82
2,5
18 b
2,83 - 3,55
3,15
19 b
3,56 - 4,47
4,0
20 b
Zkoušky obrobitelnosti
Doporučené nástroje pro zkoušku obrobitelnosti ocelí
Metoda
obrábění
Doporučené nástroje
Soustružení Vyměnitelné destičky typu SNGN 120408
nebo SPGN 120408, slinutý karbid P20,
průřez držáku 25x25 mm, úhel Xr = 70° (PN
223850.1 nebo PN 223850.2)
Vrtání
Vrták  10 mm, ČSN 221140, strojní ostření
s tolerancí délky ostří 0,2 mm.
Pro vrtáky se slinutým karbidem doporučen
druh K10.
Frézovací hlava PN 222462.15 nebo PN
Frézování 222462.25 o průměru 125 mm, počet
zubů 10. Po upnutí destiček je dovolené
maximální házení axiální 0,03 mm,
házení radiální 0,05 mm.
Doporučené řezné podmínky pro zkoušku obrobitelnosti
ocelových materiálů
Řezná
rychlost vc
Posuv na
otáčku
Šířka záběru
ostří ap
[ m.min-1 ]
[ mm ]
[ mm ]
Soustružení -
80, 100, 125
0,25
2,0
vyměnitelná
destička SK
160, 200, 250
Vrtání RO
12, 18, 24, 30,
35
0,12
Vrtání SK
28, 36, 44, 52,
60
0,08
Frézování -
80, 110, 139
fz = 0,1 mm
vyměnitelná
destička SK
176, 220, 278
Metoda
obrábění
2
Metodika stanovení obrobitelnosti dle „WIDIA“
A - uhlíkové a legované oceli, oceli na odlitky - třída 1 až 10
B – litiny
- třída 11 až 18
C – vysocelegované oceli
- třída 21 až 26
4 Operační výrobní náklady
• Obecné řešení se provede pro soustružení vnější válcové plochy
• Jiné případy obrábění budou vykazovat specifické modifikace
Nop = Ns + Nv + Nnv [ Kč ]
Ns - náklady na strojní práci
[ Kč ]
Nv - náklady na vedlejší práci
[ Kč ]
Nnv - náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kus [ Kč ]
Náklady na strojní práci
Ns = Nsm . tAS Kč ]
tAS - jednotkový strojní čas [ min ]
Nsm - náklady na minutu strojní práce [ Kč ]
Jednotkový strojní čas
L
min
t

AS n . f
L - dráha nástroje ve směru posuvu včetně náběhu a přeběhu [ mm ]
n - otáčky obrobku [min-1]
f - posuv na otáčku [mm]
L = ln + l + lp
l – délka obráběné plochy
ln – délka náběhu nástroje
lp – délka přeběhu nástroje
Náklady na vedlejší práci
Nv = Nvm . tAV [ Kč ]
tAV - jednotkový vedlejší čas [ min ]
Nvm - náklady na minutu vedlejší práce [ Kč ]
Náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kus
Nnv = NT . zv
[ Kč ]
NT - náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jednu
trvanlivost [ Kč ]
zv - počet výměn nástroje vztažený na obrobení jednoho kusu
t
z  AS . τ
v
T
l
τ  1
L
T – trvanlivost břitu nástroje [min]
l – délka obráběné součásti
L – dráha nástroje ve směru posuvu včetně náběhu a přeběhu
Po dosazení a úpravě jsou operační náklady
Nop
L
L
 Ns m .
 Nv m . t A V  NT . τ .
n. f
T. n. f
Kč
5 Optimální řezná rychlost pro kriterium
minimálních operačních výrobních nákladů
• Obecné řešení se provede pro soustružení vnější válcové plochy
• Jiné případy obrábění budou vykazovat specifické modifikace
• Operační výrobní náklady se vyjádří jako funkce řezné rychlosti
Nop  f v c  ...
dNop
dvc
 0 ... v c opt N
Náklady na strojní práci
Ns  f v c   K1 . v
K1 
-1
c
 . D . L . N sm
103 f
Náklady na vedlejší práci
Nezávisí na řezné rychlosti a nejsou tudíž funkcí řezné rychlosti
Náklady na nástroj a jeho výměnu vztažené na jeden kus
T  f v c  
K2 
cT
vc
Nnv  f v c   K 2 . vmc1
m
N T . . D . L . 
103 . f . c T
Operační náklady
No p  f(v
c
1
c
)  K1 . v  NV  K2 . v
m1
c
Minimum funkce Nop
dNop
dvc
  K1 . v c2  m  1 . K 2 . v mc2  0
v c opt N
v c opt N


K1


(m

1)
.K
2

1/ m
 c T .Ns m 


(m

1
)
.
τ.
N
T

m . min 
1
1/ m
m . min 
1
6 Optimální trvanlivost břitu nástroje
6.1 Kritérium minimálních operačních výrobních nákladů
Nop  f T  ...
dNop
dT
 0 ... Topt N
1
m
Nop  f T   K T N1. T  Nnv  NT . K T N2 . T
1
1
m
 Konkretizace pro podélné soustružení válcové plochy
-D,l,L - Taylorova závislost T . vcm = CT
K TN1 
D . L . N sm
3
10 . f . CT
1/ m
K TN2 
D . L . 
103 . f . CT
1/ m
dNop
dT
1
 K T N1. m . T
1
1
m
1

 NT . K T N2   1 . T
m 
(m  1). τ . NT
min
Topt N 
Ns m
Topt N
60NT

τ .(m  1)min
Ds
1
2
m
0
6.2 Kritérium maximální výrobnosti
tA = tAS + tAV + tAx/QT
[ min ]
tA - operační čas jednotkové práce
[ min ]
tAS - jednotkový strojní čas
[ min ]
tAV - jednotkový vedlejší čas
[ min ]
tAx - čas jednotkové nepravidelné obsluhy
[ min ]
QT - počet kusů obrobených za jednu trvanlivost nástroje [ - ]
d tA
t A  f T  . ..
 0 . .. Topt V
dT
• Konkretizace pro podélné soustružení válcové plochy
D,l,L - Taylorova závislost T . vcm = CT
1
m
t A  f T   K T N1. T  t A V  K T V . τ . t A x . T
K TV 
.D.L
103 .f .c T
1/ m
1
1
m
1
1
1
2
dtA
1
1

m
m

. K T V . T    1 . K T V . τ . t A x . T
0
dT m
m 
Topt V  m - 1 . τ . t Ax min
7 Obecný postup stanovení základních řezných
podmínek
•
•
•
•
Trvanlivost břitu T
Šířka záběru ostří ap
Posuv f
Řezná rychlost vc
DTB Technologie obrábění
Téma 10
EKONOMIKA, PRODUKTIVITA
A HOSPODÁRNOST OBRÁBĚNÍ
Konec přednášky
Děkuji za pozornost