Transcript kvantitativní i kvalitativní odlišnosti

DTB Technologie obrábění
Téma 8
DOKONČOVACÍ METODY OBRÁBĚNÍ A VYBRANÉ
NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ
A Broušení
B Honování, lapování a superfinišování
C Vybrané nekonvenční metody obrábění
DTB Technologie obrábění
Téma 8A
BROUŠENÍ
1 Technologická charakteristika
► Brousicí proces je blízký frézovacímu procesu - kvantitativní i
kvalitativní odlišnosti - vlastnosti brousicího kotouče –
řezné podmínky - různorodost geometrického tvaru brousicí zrn
a jejich nepravidelné rozmístění po ploše brousicího nástroje
► Vysoké řezné rychlosti – (30 až 100) m.s-1 - malé průřezy třísky
(10-3 až 10-5 ) mm2
► Samoostření
► Vyjiskřování
1.1 Brousicí způsoby
Podle tvaru obrobeného povrchu a způsobu jeho vytváření
• rovinné broušení
• broušení do kulata
• broušení na otáčivém stole
• tvarovací broušení
• kopírovací broušení
• broušení tvarovými brousicími kotouči
Podle aktivní části brousicího kotouče
• obvodové broušení
• čelní broušení
Podle vzájemné polohy brousicího kotouče a obrobku
• vnější broušení
• vnitřní broušení
Podle hlavního pohybu posuvu stolu vzhledem
k brousicímu kotouči
• axiální broušení
• tangenciální broušení
• radiální broušení
• obvodové zápichové broušení
• čelní zápichové broušení
1.2 Tvorba třísky při broušení
Specifické podmínky tvorby třísky a vzniku obrobeného povrchu
• velké plastické deformace a vysoký ohřev třísky
• brousicí zrna mají nepravidelný tvar
• negativní úhel čela a velký úhel hřbetu brousicího zrna
1.3 Kinematika broušení
Obvodové broušení do kulata vnější axiální
Řezná rychlost
π . ds . ns
vc 
[m.s1 ]
60 . 1000
Obvodová rychlost obrobku
vw 
π . dw . nw
[m .m i n1 ]
1000
Poměr rychlostí
q 
60 . v c
vw
[]
Ekvivalent poloměru brousicího kotouče
rw . rs
req 
rw  rs
Geometrická délka styku
l g  2 fr . req
Kinematická délka styku

1 

lk  l g 1  
q

Obvodové broušení do kulata vnější radiální
Obvodové broušení rovinné tangenciální
Poměr rychlostí
q 
60 . v c
vf t
[]
1.4 Ekvivalentní tloušťka broušení
• Ekvivalentní tloušťka broušení = tlouštka třísky ve tvaru
plynulé pásky odcházející podél brousicího kotouče při řezné
rychlosti vc o objemu rovnému objemu odebíraného materiálu
Vm za stejný čas [ČSN ISO 3002-5, čl.10]
• Ekvivalentní tloušťka broušení je vztažena na jednotku aktivní
šířky brousicího kotouče a vyjádří se pro příslušnou kinematiku
broušení
Obvodové broušení do kulata vnější
 radiální
heq . 60 . vc = fr . Vw
vw
h eq 
. fr
60 . v c
 axiální
vf r
fr 
nw
heq . 60 . vc . fa = fr . fa . vw
heq
vw

. fr
60 . vc
Obvodové broušení rovinné tangenciální
heq . 60 . vc = vft . ae
he q
vft

. ae
6 0. vc
1.5 Řezné síly
Fp  Fc  Ff
Fp/Fc = 1,2 3 .
Fc = 25.( vw . fa )0,6 . ae0,5
[N]
Fc = kc . A [ N ]
Průřez odebírané vrstvy
a) Broušení obvodové do kulata vnější
 radiální
A = heq . bw [ mm2]
 axiální
A = heq . fa [ mm2]
b) Broušení obvodové rovinné tangenciální
A = heq . bD [ mm2 ]
1.6 Koeficient broušení
Vw

G
Vs
Vw – objem odebraného materiálu
Vs – objemové opotřebení brousicího kotouče
2 Brousicí kotouče
2.1 Označování brousicích kotoučů
Standardní brousicí kotouče
ČSN ISO 0525 (22 4503)
- tvar, rozměry, specifikace složení, maximální obvodová rychlost
Typ kotouče 1 – 300 x 50 x 76 – A 36 L 5 V – 35 m.s-1
Brousicí kotouče ze supertvrdých materiálů
- syntetický diamant, kubický nitrid bóru
Označování různé dle výrobců - tvar, základní rozměry, pojivo,
brusivo, zrnitost, koncentrace brusiva, maximální otáčky
2.2 Upínání brousicích kotoučů
Mechanicky, lepením
2.3 Vyvažování brousicích kotoučů
• Statické vyvažování
• Dynamické vyvažování
• Automatické dynamické vyvažování během pracovního cyklu
(CNC brusky)
3 Brousicí stroje
3.1 Hrotové brusky
Hrotové brusky - broušení rotačních ploch na obrobcích
upnutých mezi hroty
Univerzální hrotové brusky – možnost broušení děr
3.2 Bezhroté brusky
• Broušení vnějších rotačních ploch
• Zápichové a průběžné broušení
• Aplikace v sériové výrobě, možnost práce v automatickém
pracovním cyklu
3.3 Brusky na díry
Provedení :
- skíčidlové
- planetové
- bezhroté
3.4 Vodorovné rovinné brusky
• Vodorovná osa brousicího vřetena
• Přímočarý vratný pohyb stolu na příčných saních
3.5 Svislé rovinné brusky
• Svislá osa brousicího vřetena
• Přímočarý vratný nebo kruhový pohyb stolu
3.6 Speciální brusky
Speciální technologické zaměření
• brusky na ostření nástrojů
• brusky na broušení ozubených kol
• brusky na broušení klikových hřídelů
• brusky na broušení vačkových hřídelů
DTB Technologie obrábění
Téma 8B
HONOVÁNÍ, LAPOVÁNÍ A SUPERFINIŠOVÁNÍ
1 Honování
1.1 Technologická charakteristika
• Honování je v podstatě broušení malou rychlostí jemným
brusivem, vázaným v honovacích kamenech upevněných
v honovací hlavě, při intenzivním použití řezných kapalin.
• Při vnitřním honování vykonávají honovací kameny v díře
složený šroubovitý pohyb, který je tvořen kombinací rotačního
pohybu honovací hlavy s rychlostí vc a posuvného vratného
pohybu ve směru osy honování s rychlostí vf
• Dráhy zrn brusiva se přitom překrývají a na honovaném povrchu
se objevují charakteristické křížové stopy, které svírají úhel 2
• Honování – vnitřní a vnější, jednostupňové a dvoustupňové,
• Předností honování je dosažení vysoké přesnosti
geometrického tvaru. Lze jím v rozsahu přídavku odstranit
kuželovitost, ovalitu, soudkovitost, nelze však změnit polohu
osy díry
• Elektrolytické honování se provádí ve vhodném elektrolytu,
kdy až 90 % úběru materiálu se realizuje jako elektrolytický
proces.
• Vibrační honování probíhá za podmínek, kdy se na posuvový
nebo rotační pohyb nástroje superporuje kmitavý pohyb o
amplitudě 1 až 10 mm a frekvenci až 1500 Hz.
Kinematika honovacího procesu [KP-195]
Honování děr bloku motoru [H]
1.2 Honovací nástroje
•
•
•
•
Honovací hlavy
Radiálně stavitelné kameny
Stavění polohy honovacích kamenů – mechanické, hydraulické
Mechanizmus honovací hlavy umožňuje malý radiální posuv
kamenů a regulaci tlaku pk mezi kameny a honovaným
povrchem.
• Honovací kameny pro honování litiny jsou z SiC, pro honování
oceli z Al2O3 . Pojivo honovacích kamenů je keramické, pro
velmi jemné honování bakelitové.
• Pro vysoké požadavky na jakost honovaných děr se používají
kameny ze syntetického diamantu a kubického nitridu bóru.
Schéma honovací hlavy [H-obr]
Konstrukční provedení honovacích hlav [H-obr]
Honovací hlava v interakci s honovanou dírou [H-obr]
1.3 Honovací stroje
• Podle polohy vřeten
- stroje svislé a vodorovné
• Podle počtu vřeten
-stroje jednovřetenové a vícevřetenové
• Ustavení obrobku při honování – vzájemná vazba honovací
hlavy a obrobku
• Varianty ustavení obrobku a honovací hlavy
a – pevně upnutá hlava, obrobek má dva stupně volnosti
v rovině kolmé na osu díry;
b – honovací hlava vedená dírou a unášená kloubovým
hřídelem, obrobek pevný;
c – honovací hlava vedená dírou a unášená dvěma klouby
Svislý honovací stroj [H-obr]
2 Lapování
2.1 Technologická charakteristika
• Lapování - zvláštní druh broušení, při němž k úběru materiálu
dochází volným brusivem, které se přivádí mezi vzájemně se
pohybující lapovací nástroj a obrobek
• U měkkých lapovacích nástrojů mohou být zrna brusiva
zamačkána nebo jinak upevněna v lapovacím nástroji).
• Nejvyšší rozměrové přesnosti a nejmenší drsnost povrchu
• Hrubovací, jemné a velmi jemné lapování
• Nevýhodou lapování je vysoká pracnost, malá produktivita a
vysoké náklady na jednotku plochy v porovnání s ostatními
dokončovacími metodami obrábění.
• Proto se lapování nahrazuje (kde to je možné z hlediska
požadované přesnosti a drsnosti povrchu) honováním nebo
superfinišováním.
Princip lapovacího procesu [H-obr]
Kinematika strojního lapovacího procesu rovinných ploch [H-obr]
2.2 Lapovací nástroje
• Negativní tvar lapovaných ploch
• Vyrábějí se z jemnozrnné perlitické nebo feritické litiny,
z mědi, měkké oceli, olova, plastických hmot apod.
• Pro velmi jemné lapování se používají také nástroje z kalené
oceli nebo tvrdě chromované nástroje.
• Při ručním lapování se používají lapovací desky pro lapování
rovinných ploch, lapovací trny pro lapování děr a lapovací
prstence pro lapování vnějších válcových ploch
• Pro strojní lapování se pro rovinné plochy používají lapovací
kotouče litinové. Pro vnější rotační plochy se používá bezhrotý
zapichovací nebo průběžný způsob.
Lapovací nástroje pro ruční lapování
a – lapovací deska, b - lapovací prstenec, c – lapovací trn
Lapovací kotouč pro strojní lapování rovinných ploch [H-obr]
2.3 Lapovací stroje
• Univerzální pro lapování rovinných i válcových ploch
• Speciální pro lapování určitého druhu ploch – boky zubů kol,
čepy klikových hřídelů, valivá tělíska valivých ložisek a p.
• Pro lapování vnějších válcových a rovinných ploch se používají
dvoukotoučové lapovací stroje se svislými osami lapovacích
kotoučů
3 Superfinišování
3.1 Technologická charakteristika
► Vysoce produktivní metoda dokončovacího obrábění
► Zvláštní druh broušení
► Valivá ložiska, automobilový průmysl, kalené i nekalené oceli,
slitiny těžkých kovů
Kinematika superfinišovacího procesu [H-obr]
Průběh superfinišovacího procesu – zvětšování nosného podílu
[KP-201]
Superfinišovaná plocha při vhodné a nevhodných technologických
podmínkách [H-obr]
3.2 Superfinišovací nástroje
• Superfinišovací kameny - Al2O3, SiC, PKNB, PD
3.3 Superfinišovací stroje
Jednovřetenové a vícevřetenové
DTB Technologie obrábění
Téma 8C
VYBRANÉ NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ
Technologická charakteristika
• výkonnost obrábění nezávisí na mechanických vlastnostech
obráběného materiálu
• materiál nástroje nemusí být tvrdší než obráběný materiál
• provádění složitých technologických operací
• zavádění plné mechanizace a automatizace
• zvýšení technologičnosti konstrukce a sériovosti výroby
• změna vlastností povrchové vrstvy
Třídění nekonvenčních metod obrábění
• Oddělování materiálu tepelným účinkem
elektroerozivní obrábění (Electro Discharge Machining – EDM)
obrábění paprskem plazmy (Plasma Beam Machining – PBM)
obrábění paprskem laseru (Laser Beam Machining – LBM)
obrábění paprskem elektkronů (Elektron Beam Machining –
EBM)
• Oddělování materiálu elektrochemickým nebo chemickým
účinkem
elektrochemické obrábění (Electro Chemical Machining – ECM)
chemické obrábění (Chemical Machining – CM)
• Oddělování materiálu mechanickým účinkem
ultrazvukové obrábění (Ultrasonic Machining – USM)
obrábění paprskem vody (Water Jet Machining – WJM)
1 Elektroerosivní obrábění
1.1 Technologická charakteristika
• Úběr materiálu je vyvolán periodicky se opakujícími
elektrickými nebo obloukovými výboji.
• Celkový proces odebírání materiálu se skládá ze střídajících se
impulzních výbojů, statisticky rozložených po celé ploše.
• Charakteristické parametry elektroerose jsou určeny tvarem a
velikostí energie impulsů, pracovní mezerou a dielektrikem
Úběr obloukovým výbojem [H-obr]
1.2 Nástrojové elektrody
• Materiál – výroba - opotřebování během daného procesu
• Vysoká elektrická vodivost - dobrá obrobitelnost - vysoký bod
tavení – dostatečná pevnost
1.3 Technologické modifikace elektroerosivního
obrábění
Elektrojiskrové obrábění
• Elektrojiskrové obrábění vnitřních tvarových ploch ,
vychylovače elektrod
• Elektrojiskrové řezání drátovou elektrodou - výroba střižných a
lisovacích nástrojů
Elektrojiskrové hloubení [H-obr]
Elektrojiskrové hloubení složitých ploch [H-obr]
Schéma elektrojiskrového řezání [H-obr]
Součásti vyrobené elektrojiskrovým řezáním [H-obr]
Anodomechanické obrábění
• Rozhraní elektroerosivního a elektrochemického obrábění
• Rozřezávání tvrdých a těžkoobrobitelných materiálů,
tenkostěnných trub, vyřezávání profilů, tvarové broušení
nástrojů ze slinutých karbidů.
Princip anodomechanického obrábění [H-0br]
Anodomechanické řezání [H-obr]
2 Obrábění paprskem plazmy
• Materiál je postupně odtavován a odpařován paprskem
plazmy, vystupujícím vysokou rychlostí z plazmového hořáku.
• Plazma – směs volných elektronů, pozitivně nabitých iontů a
neutrálních atomů – má vysokou teplotu 10 000 až 30 000°C
• Rozřezávání těžkoobrobitelných ocelí a slitin neželezných kovů
- uplatňuje se rovněž při obrábění rotačních ploch
Schéma plazmového hořáku [H-obr]
Řezací stroj – plazma [H-obr]
Součásti řezané plazmovým paprskem – příklady [H-obr]
3 Obrábění paprskem laseru
• Laserové obrábění – odebírání materiálu účinkem úzkého
paprsku silného monochromatického světla soustředěného na
velmi malou plošku
• Rozřezávání těžkoobrobitelných materiálů, výroba přesných
otvorů malých průměrů v těžkoobrobitelných materiálech,
nekovových a elektricky nevodivých materiálech (boridy,
keramické řezné materiály apod.)
• Typické aplikace: výroba průvlaků z diamantu, spékaných
karbidů pro tažení tenkých drátů, výroba trysek karburátorů,
součásti mikroelektroniky
Principiální schéma řezání laserovým paprskem [H-obr]
Schéma laserové hlavice [H-obr]
Soustružení keramiky s laserovým předehřevem [H-obr]
Výrobky vyřezané paprskem laseru [H-obr]
4 Obrábění paprskem elektronů
• Obrábění paprskem elektronů využívá soustředěný svazek
elektronů o vysoké rychlosti, který dopadá na obráběný
materiál, ten natavuje a tím se odpařuje.
• Vakuum asi 10-5 mm Hg
• Použití: Vrtání malých děr – (0,1 až 1) mm, tvarové obrábění.
Princip obrábění paprskem elektronů [H-obr]
5 Elektrochemické obrábění
5.1 Technologická charakteristika
• Elektrochemické obrábění je řízený proces oddělování
materiálu anodickým rozpouštěním v elektrolytu, kdy
obrobek je anoda a nástroj je katoda
• Tyto metody obrábění nachází své uplatnění při výrobě turbín
a v kosmickém průmyslu.
• Elektrochemické obrábění se dá použít pro opracování
kalených materiálů, úběr materiálu není závislý na tvrdosti
obrobku.
• Materiál nástrojů - měď, mosaz, bronz, nerez ocel, titan
Model elektrochemického obrábění [H-obr]
5.2 Technologické modifikace elektrochemického
obrábění
•
•
•
•
Elektrochemické obrábění v proudícím elektrolytu
Elektrochemické obrábění rotující elektrodou
Elektrochemické leštění
Elektrochemické odstraňování ostřin
Elektrochemické frézování – příklad [H-obr]
Elektrochemické obrábění turbinových lopatek [H-obr]
6 Chemické obrábění
• Řízené odleptávání vrstev materiálu o tloušťce od několika
setin milimetru do několika milimetrů z povrchu obrobku,
založené na chemické reakci obráběného materiálu
s pracovním prostředím, nejčastěji kyselinou nebo hydroxidem.
• Místa, která nemají být leptána, jsou chráněna speciálním
povlakem – maskou
• V praxi se uplatňuje chemické prostřihování a chemické
rozměrové leptání.
Postup při chemickém frézování [H-obr]
7 Ultrazvukové obrábění
Využívá se ultrazvukových vibrací nástroje při opracování tvrdých,
křehkých, nekovových materiálů.
Ultrazvukový proces úběru materiálu [H-obr]
Schéma ultrazvukového obráběcího systému [H-obr]
Gildemeister Ultrasonik 35 [H-obr]
7.1 Ultrazvukové nárazové broušení
• Řízené rozrušování obráběného materiálu účinkem nárazů
abrazivních zrn, která se nachází mezi obrobkem a kmitajícím
nástrojem ultrazvukovou frekvencí
• Proces úběru materiálu je společným důsledkem mechanického
účinku abraziva a kavitačního účinku
• Nástroje pro ultrazvukové nárazové broušení jsou
z korozivzdorné oceli, při menších úběrech z mosazi.
• Ultrazvukovým nárazovým broušením se obrábějí tvrdé a křehké
materiály – sklo, křemík, keramika, grafit, slinuté karbidy apod.
7.2 Rotační obrábění ultrazvukem
• Metoda je podobná standardnímu vrtání diamantovým
vrtákem - rotující vrták je rozechvíván ultrazvukovými
vibracemi o frekvenci 20 kHz.
• Uplatní se při opracování nekovových materiálů - sklo,
keramika, ferity, křemen, oxid zirkonu, guma, safír, oxid berylia
a některé kompozitní materiály
• Nevznikají trhliny na okraji díry - při vrtání křehkých materiálů
• Ultrazvukové obrábění lze aplikovat i při frézování.
8 Obrábění vodním paprskem
• Hydrodynamické obrábění
• Řezání různých materiálů - řezným nástrojem je paprsek vody
o vysokém tlaku a rychlosti.
• Zařízení pro řezání čistým vodním paprskem
• Zařízení pro řezání vodním paprskem s abrazivní příměsí
Řezací stroj Sugino [H-obr]
AWJ - Řezací hlava Sugino [H-obr]
Řezací stroj Trumpf [H-obr]
DTB Technologie obrábění
Téma 8
DOKONČOVACÍ METODY OBRÁBĚNÍ A VYBRANÉ
NEKONVENČNÍ METODY OBRÁBĚNÍ
A Broušení
B Honování, lapování a superfinišování
C Vybrané nekonvenční metody obrábění
Konec přednášky
Děkuji za pozornost