Úvod
Sústruženie je bežný výrobný proces, pri ktorom sa rotujúci obrobok obrába rezným nástrojom na dosiahnutie požadovaného tvaru a rozmerov. Efektívne sústruženie závisí od správneho nastavenia rezných podmienok, ktoré zahŕňajú reznú rýchlosť, posuv a hĺbku rezu. Tento článok sa zaoberá kľúčovými aspektmi rezných podmienok pri sústružení, ich vplyvom na proces a spôsobmi ich optimalizácie pre dosiahnutie maximálnej produktivity a kvality obrobeného povrchu.
Kalkulácia rezných parametrov
Pre presné určenie rezných parametrov je možné využiť špecializované nástroje, ako napríklad Kalkulátor obrábania skupiny Hoffmann. Táto aplikácia umožňuje výpočet rezných hodnôt a výkonových parametrov pre rôzne výrobné metódy, vrátane sústruženia, vŕtania a frézovania. Použitie takéhoto kalkulátora prináša nasledujúce výhody:
- Používateľsky prívetivé rozhranie: Rýchla a jednoduchá navigácia v aplikácii.
- Výpočty vpred a vzad: Možnosť vypočítať reznú rýchlosť na základe otáčok alebo naopak.
- Integrácia s databázou materiálov: Prístup k overenej databáze materiálov pre presnejšie výpočty.
- Prehľadné vzorce: Vzorce s vysvetľujúcimi piktogramami pre lepšie pochopenie.
- Komplexné výpočty: Výpočet rezných hodnôt pre sústruženie, vŕtanie a frézovanie v jednej aplikácii.
Pri sústružení, vŕtaní a frézovaní je možné po zadaní parametrov určiť otáčky a rýchlosť posuvu a následne ich upraviť podľa parametrov stroja. Na obrazovke „Výpočet výkonu“ je možné po výbere materiálu a zadaní ďalších výrobných parametrov vypočítať všetky relevantné výkonové hodnoty, ako je krútiaci moment, rýchlosť úberu kovu, čas hlavného spracovania, výkon, uhol rezného oblúka a špecifické rezné sily.
Kľúčové rezné parametre pri sústružení
Pri sústružení je rýchlosť a pohyb rezného nástroja špecifikovaný prostredníctvom niekoľkých parametrov, ktoré sa vyberajú pre každú operáciu na základe materiálu obrobku, materiálu nástroja, veľkosti nástroja a ďalších faktorov. Medzi najdôležitejšie parametre patria:
Rezná rýchlosť (vc)
Rezná rýchlosť (vc) predstavuje rýchlosť, ktorou sa obrobok pohybuje voči reznému nástroju. Je to kľúčový parameter, ktorý ovplyvňuje tvorbu tepla, opotrebenie nástroja a kvalitu obrobeného povrchu. Hlavným pohybom je väčšinou rotačný pohyb obrobku, pričom rýchlosť hlavného pohybu je zároveň reznou rýchlosťou vc.
Prečítajte si tiež: Delikátna večera: Kuracie rezance
- Vplyv na proces: Vyššia rezná rýchlosť zvyšuje produktivitu, ale aj tvorbu tepla a opotrebenie nástroja. Nižšia rezná rýchlosť znižuje tvorbu tepla, ale môže viesť k nižšej produktivite a tvorbe triesok.
- Optimalizácia: Za účelom vytvárania menšieho tepla počas sústruženia je možné znížiť reznú rýchlosť. Rezná rýchlosť musí byť však dostatočne vysoká, aby „zmäkčila“ materiál polotovaru v oblasti rezu. Pri vyšších rezných rýchlostiach sa za jednotku času vytvorí viac triesok. Viac vytvorených triesok znamená, že väčší objem materiálu odvedie viac tepla z oblasti rezu. Vyššie rezné rýchlosti majú za následok vyššie teploty na reznej hrane.
Posuv (f)
Posuv (f) je dráha, ktorú vykoná nástroj za jednu otáčku obrobku. Ovplyvňuje kvalitu povrchu, tvorbu triesok a zaťaženie nástroja.
- Vplyv na proces: Vyšší posuv zvyšuje produktivitu, ale môže zhoršiť kvalitu povrchu a zvýšiť zaťaženie nástroja. Nižší posuv zlepšuje kvalitu povrchu, ale znižuje produktivitu.
- Optimalizácia: Posuv sa volí čo najväčší v závislosti na požadovaných parametroch štruktúry obrábanej plochy.
Hĺbka rezu (ap)
Hĺbka rezu (ap), označovaná ako ap (mm), je časť rezu ktorú sústružnícky nôž uberá pri jednom zábere. Je to vzdialenosť, o ktorú sa nástroj ponorí do obrobku pri každom prechode.
- Vplyv na proces: Väčšia hĺbka rezu zvyšuje produktivitu, ale môže viesť k vibráciám, deformácii obrobku a zvýšenému opotrebeniu nástroja. Menšia hĺbka rezu znižuje vibrácie a deformácie, ale znižuje produktivitu.
- Optimalizácia: Táto hĺbka je limitovaná mechanickými vlastnosťami obrábaného materiálu, tuhosťou obrobku, a spôsobom obrábania. Z hľadiska hospodárnosti sa hĺbka rezu volí čo najväčšia.
Vplyv rezných podmienok na životnosť nástroja a kvalitu povrchu
Experimentálne štúdie preukázali, že aj nepatrné zmeny rezných parametrov majú významný vplyv na životnosť nástroja a kvalitu opracovaného povrchu. Napríklad, pri sústružení kalenej ocele 42CrMo4 s tvrdosťou 52 HRC sa zistilo, že zníženie reznej rýchlosti zo 180 m/min na 150 m/min a zvýšenie posuvu na otáčku na 0,12 mm viedlo k predĺženiu životnosti reznej hrany o 33% pri zachovaní drsnosti povrchu pod Ra = 0,6 μm.
Príklad z experimentu
V experimente sa porovnával jeden typ reznej doštičky z KNB (kubický nitrid bóru) typu CNGA 120408 s mikrogeometriou reznej hrany. Obrábanou vzorkou bola príruba z materiálu 42CrMo4 s priemerom 130 mm a s vnútorným otvorom 40 mm, zakalená na tvrdosť 52 HRC.
Prvé meranie:
- vc = 180 m.min-1
- ap = 0,1 mm
- fn = 0,1 mm-1
- chladenie = vypnuté
Čistý čas nástroja v jednom reze bol 1 minúta a celkový čas v reze po stanovenú životnosť reznej hrany bol 14 minút.
Prečítajte si tiež: Jemné bravčové rezne v jogurte
Druhé meranie (s upravenými parametrami):
- vc = 150 m.min-1
- ap = 0,1 mm
- fn = 0,12 mm-1
- chladenie = vypnuté
Pri týchto upravených hodnotách bol priebeh opotrebovania nepatrný a rezná hrana vyzerala podstatne lepšie ako pri prvom meraní. Čas v reze bol ten istý, ale počet prechodov bol o 33 % vyšší.
Záver experimentu:
Z experimentu vyplynulo, že životnosť reznej hrany pri nepatrnom znížení reznej rýchlosti sa zvýšila až o 33 %. V konečnom dôsledku sa okrem predĺženej životnosti zvýšila aj produktivita obrábania, a to tak, že v skutočnej výrobe sa znížil počet kontrolných rezov pri výmene reznej hrany a zníži sa aj výskyt zmätkov.
Vzorce pre výpočet rezných podmienok
Pre výpočet rezných podmienok pri sústružení sa používajú rôzne vzorce. Niektoré z nich sú uvedené nižšie:
- Rezná rýchlosť (vc):
vc = (π * D * n) / 1000kde:- vc = rezná rýchlosť (m/min)
- D = priemer obrobku (mm)
- n = otáčky obrobku (ot/min)
- Posuv (f):
f = fn * nkde:- f = posuv (mm/min)
- fn = posuv na otáčku (mm/ot)
- n = otáčky obrobku (ot/min)
- Výkon obrábania (Q): Vzorec na výkon obrábania v sústružení Q a použitím znalosti priebehu opotrebenia je vidno, že najväčší vplyv na životnosť má rezná rýchlosť.
Faktory ovplyvňujúce výber rezných podmienok
Pri výbere rezných podmienok je potrebné zvážiť niekoľko faktorov, ktoré môžu ovplyvniť proces sústruženia:
- Materiál obrobku: Rôzne materiály majú rôzne mechanické vlastnosti, ktoré ovplyvňujú reznú rýchlosť, posuv a hĺbku rezu.
- Materiál nástroja: Materiál rezného nástroja (napr. karbid, keramika, KNB) ovplyvňuje reznú rýchlosť a životnosť nástroja. Výrobcovia rezných nástrojov však nemajú až taký rozmanitý sortiment tried KNB, ako je to v prípade spekaných karbidov. V takomto prípade potom musíme zvoliť iný postup, ktorý však dobre funguje aj pri sústružení mäkkých materiálov so spekanými karbidmi bez toho, aby sme menili triedu materiálu reznej doštičky.
- Geometria nástroja: Uhol čela, uhol chrbta a polomer zaoblenia reznej hrany ovplyvňujú tvorbu triesok, kvalitu povrchu a opotrebenie nástroja.
- Tuhosť stroja a obrobku: Nedostatočná tuhosť môže viesť k vibráciám a deformáciám, čo obmedzuje reznú rýchlosť a hĺbku rezu. Keďže takýto typ obrábacieho stroja nie je ideálny pre obrábanie kalených materiálov vzhľadom na celkovú tuhosť sústavy, práve preto bola zvolená súčiastka typu príruba.
- Chladenie a mazanie: Použitie rezných kvapalín môže znížiť teplotu, opotrebenie nástroja a zlepšiť kvalitu povrchu.
Minimalizácia opotrebenia nástroja
Opotrebenie reznej hrany je prirodzený proces, ktorý ovplyvňuje presnosť a kvalitu obrábania. Na minimalizáciu opotrebenia je dôležité:
Prečítajte si tiež: Príprava Bačovského rezňa
- Používať správne rezné parametre: Optimalizovať reznú rýchlosť, posuv a hĺbku rezu pre daný materiál a nástroj.
- Používať kvalitné rezné nástroje: Investovať do kvalitných rezných nástrojov s vhodnou geometriou a povrchovou úpravou.
- Používať účinné chladenie a mazanie: Zabezpečiť dostatočné chladenie a mazanie reznej hrany pre zníženie teploty a trenia.
- Monitorovať stav reznej hrany: Pravidelne kontrolovať stav reznej hrany a včas vymeniť opotrebovaný nástroj. Na snímanie stavu reznej hrany sa použil digitálny mikroskop Veho Discovery s priblížením 20 - 400x, pripojeným k PC pomocou USB kábla, so softvérom DinoCapture V2.
Technológia TPC frézovania (Trochoidálne výkonné rezanie)
Frézovanie TPC (Trochoidálne výkonné rezanie) je moderná technológia, ktorá umožňuje efektívne obrábanie ťažko obrobiteľných materiálov. Vypočítajte príslušné parametre pre svoju aplikáciu pomocou niekoľkých vstupov.