obrade visokim brzinama
TRANSCRIPT
8. OBRADA VISOKIM BRZINAMA8.1. Uvod 8.6. Utjecajni faktori8.2. Definicije 8.7. Alati8.3. Povijesni razvoj 8.8. Postupci8.4. Mehanizam nastajanja strugotine 8.9. Alatni strojevi8.5. Karakteristike, prednosti, nedostaci i primjena PREDAVAČ
Izv. prof. dr. sc. Dražen BajićFESB, R. Boškovića bb, 21000 Split
3Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Trendovi razvitka obradnih strojeva i procesa
Uvod
4/5 osni NC erozimatiObrada kontura bez profilnih alataPrimjena lasera za obrade velikom brzinom
Veće brzine obradeCBN brušenjeSloženija primjena osjetilne tehnikeEkscentrično brušenje s X-osi visoke točnosti i dobre dinamikeAutomatska izmjena brusa
Veće brzine obradeVeća točnostManji broj alata ModularnostObrada otvrdnutih materijalaIntegracija
Nadzor obradnog procesa i obradnog stroja
Tokarenje, glodanje, bušenje, piljenje,
provlačenje
Brušenje, lepanje, honanje, ...
USM, AJM, WJM, AWJM, CHM, ECM, EDM, LBM,
EBM, IBM, PBM, …
Strojevi i postupci obrade alatima definirane geometrije oštrice
Strojevi i postupci obrade alatima
nedefinirane geometrije oštrice
Nekonvencionalni strojevi i postupci
obrade
4Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Uvod
CIMTQMJITLean proizvodnjaFractal proizvodnjaitd.
POVEĆANJE KONKURENTSKESPOSOBNOSTI FIRME UDOMENI PROIZVODNJE
Materijal alataGeometrija alataPrevlakeSHIP
Visokobrzinska obradaObrada otvrdnutih materijalaSuha obrada Nadzor alataVišeosno upravljanjeCAD/CAM
ORGANIZACIJA OPTIMIZACIJATEHNOLOGIJE
PRIMJENA NOVIHTEHNOLOGIJA
5Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
DefinicijeObrada visokim brzinama (VBO – visokobrzinska obrada, HSC– High Speed Cutting) visokoproduktivni postupci obrade.
Obrada povećanom brzinom rezanja vc i povećanom brzinom posmaka vf.
6Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
DefinicijeDefiniciju visokobrzinskih obrada nije jednostavno dati budući da brzina rezanja koja odgovara visokobrzinskoj obradi zavisi o:
postupku obrade,materijalu alata,materijalu obratka.
Postoji nekoliko kriterija prema kojima se definiraju prijelazi između konvencionalnih i visokobrzinskih obrada:
apsolutna vrijednost brzine rezanja,frekvencija vrtnje (broj okretaja) glavnog vretena,DN broj,dinamičko ponašanje,materijal obratka.
7Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
DefinicijeS obzirom na apsolutnu vrijednost brzine rezanja, moguće je obaviti podjelu na:
konvencionalne (niske) brzine rezanja: do 600 m/min,
visoke brzine rezanja: od 600 do 1800 m/min,
vrlo visoke brzine rezanja: od 1800 do 18000 m/min,
ultra visoke brzine rezanja: iznad 18000 m/min.
S obzirom na frekvenciju vrtnje (broj okretaja) glavnog vretena svaka frekvencija veća od 8000 min-1 se smatra kao visoka. To je pogrešno, jer se time ne uzimaju u obzir dimenzije vretena alatnog stroja. Kao što je poznato, znatno je lakše postići velike frekvencije vrtnje s vretenima manjih promjera.
8Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
DefinicijeDN broj predstavlja umnožak promjera vretena u mm i frekvencije vrtnje u min-1. Na tržištu postoji čitav niz strojeva s vrijednošću DN broja od 150 000. Međutim, postoji svega nekoliko, većinom laboratorijskih strojeva s vrijednošću DN broja preko 2 000 000.
9Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Definicije
- Konvencionalna obrada
1 10 100 1000 10000 105 106 m/min
0,1 1 10 100 1000 10000 m/s
Rezanje kružnom
pilom
Brzina rezanja, vc
prema Icksu
prema Kahlesu
prema Koeningu
prema Schifferu
- Visokobrzinska obrada
Glodanje
Bušenje
Provlačenje
Razvrtavanje
Brušenje
Tokarenje
VBO
Visoka Izrazito visokaVrlo visoka
Super brza obrada
Područja brzina rezanja pri različitim postupcima obrade
10Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Definicije
11Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Definicije
Brzina rezanja vc, m/min
Područja brzina rezanja pri glodanju različitih materijala obratka
12Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Zahvaljujući neprekidnom razvoju alatnih strojeva i materijala za rezne alate, neprekidno se povećava brzina rezanja. Počevši od prvih alata od visokougljičnih čelika pa do najsuvremenijih, tzv. supertvrdih alatnih materijala, brzina rezanja je povećana za skoro 100 puta.
Povijesni razvoj
Razvoj upotrebljivih brzina rezanja:
Brzina rezanja,vc, m/min
15 30 60 90 120-185 185-915 >915
Godina 1930. 1940. 1950. 1960. 1970. 1980. 1990.
13Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Svaki alatni materijal ima odgovarajuću maksimalnu upotrebljivu brzinu rezanja.
Tako je za prve vrste: tvrdih metala vcmax = 30 - 50 m/min; alatnih keramika vcmax = 200 - 300 m/min;supertvrdih alatnih materijala PCD i CBN vcmax = 1000 m/min.
Povijesni razvoj
Godina
Brzi
na re
zanj
a,
m/m
in
1800 1900 2000
10Ugljični alatni čelik
Brzorezni čelik
Tvrdi metal
Presvučenitvrdi metal
Keramika
CBNPCD
Cermet
Ugljični čelik
Lijevano željezo
Legurealuminija
203050
100 (6 km/h)
(60 km/h)
(600 km/h)
200300500
1000
20003000500010000
20000
Legirani alatni čelik
Mach 1.0 (340 m/s)
. . .Godina
Brzi
na re
zanj
a v c
, m/m
in
14Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Posljedično, svaki alatni materijal ima odgovarajuću maksimalnu brzinu rezanja preko koje gubi sposobnost rezanja. Ovo vrijedi za tzv. konvencionalne brzine rezanja, za koje vrijedi Taylorova zakonitost postojanost alata – brzina rezanja:
vm
c CTv =⋅
gdje je:vc – brzina rezanja,Cv – Taylorova konstanta, predstavlja brzinu rezanja
kojoj odgovara postojanost alata od T = 1 min, ovisi o materijalu alata, materijalu obratka, posmaku i dubini rezanja. (Npr., za A = 1 mm2, materijal obratka: sivi lijev i čelik,materijal alata: HSS Cv = 40 - 100 m/min, materijal alata: TM Cv = 200 - 500 m/min.)
m – Taylorov eksponent ili eksponent postojanosti, ovisi o materijalu alata, materijalu obratka, geometriji alata, SHIP, itd. (Npr. za materijal alataHSS: m = 0,1 do 0,2; tvrdi metal: m = 0,2 do 0,3; keramika: m = 0,3 do 0,4.)
T – postojanost alata.
Povijesni razvoj
Brzina rezanja vc, m/min
Post
ojan
ost a
lata
T, m
in
15Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
Brzina rezanja vc, m/min
Post
ojan
ost a
lata
T, m
inPrisutnost maksimuma i minimuma (jednog ili više) na poopćenoj zavisnosti objašnjava se nastankom i nestankom pojedinih oblika trošenja alata koji su u izravnoj zavisnosti o brzini rezanja.
Poopćena zavisnost trošenja alata o brzini rezanja
16Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
- za čelike do 440 m/min, - za broncu do 1600 m/min, - za bakar do 2840 m/min i - za aluminij do 16500 m/min.
I pored činjenice da prekomjerno povećanje brzine rezanja dovodi do gubitka rezne sposobnosti alata, uvijek je bila prisutna želja da se prekorači tzv. kritična brzina rezanja.
20-tih godina prošlog stoljeća, njemački je istraživač Carl J.Salomon ispitivao primjenu, za tadašnje uvjete, ekstremno velikih brzina rezanja:
Najvažniji je rezultat opisan činjenicom da iznad neke određene brzine rezanja temperatura rezanja počinje opadati. Do tada je vladalo mišljenje da povećanje brzine može ići samo do određene granice zavisno o materijalu alata, zbog razvoja temperature.
Tako je Salomon glodanjem fosforne bronce brzinom rezanja vc = 45 m/min i posmičnom brzinom vf = 228 mm/min dobivao plavu odvojenu česticu, a samo glodalo se vrlo brzo uništilo. Povećanjem brzine rezanja na vc = 1600 m/min i pri desetorostruko većoj posmičnoj brzini postigao se sasvim suprotan efekt, tj. i obradak i alat su ostali sasvim hladni.
Povijesni razvoj
θ, °C
vc, m/min
VBO
17Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Projektil,Projectile
Godina
Brz
ina
reza
nja
v c, m
/min
. . . . . . .
Povijesni razvojDaljnja istraživanja40 - tih godina 20. st. u SSSR-u (Kusnetsov) 60 - tih godina SAD-u (Vaughn i Kronenberg) 70 - tih godina u Australiji (Arndt)
PokusBalističko ''ispucavanje'' duž namještenog nepomičnog alata materijal obratka: aluminij;dimenzije: duljina od 0,5 do 3,65 m i
promjer od 7,62 do 40 mm; materijal alata: HSS i tvrdi metal;brzine rezanja: vc = 4500 do 73200 m/min.
RezultatAnalizom visokofrekventnih fotografija pokazalo se da je tekao definirani proces rezanja s najboljim mogućim kvalitetama površine pri neutvrđenom trošenju alata. Time se potvrdila Salomonova teorija i utvrdila optimalna brzina rezanja aluminija od oko 30500 m/min.
18Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
1977. godine na njemačkom institutu pri saveznom Ministarstvu znanosti ispitivala se mogućnost razvoja visokobrzinskih alatnih strojeva. Postojale su dvije mogućnosti:a) Povećanje radijusa alata. Ova mogućnost je bila već prije ispitana, te se pokazalo da postoje uske granice opterećenja, a osim toga je česta primjena alata manjeg promjera.b) Povećanje frekvencije vrtnje. Niti ova mogućnost se nije mogla realizirati bez problema jer pri zadanom promjeru alata od 50 mm i brzini rezanja 6000 m/min znači frekvenciju vrtnje 38197 min-1.
1978. godine započinju intenzivnija istraživanja (J.F. Kahles, M. Field, S.M. Harvey).
Od 1979. do 1983. godine vođena su najopsežnija istraživanja u SAD-u. Postignuta je brzina rezanja vc = 24 500 m/min. Rezultati istraživanja objavljeni u knjizi "High Speed Machining" autora R. Kamanduri, K. Subramanian, B.F. Turkovich.
U Njemačkoj (PTW Institut, Tehnički univerzitet u Darmstadtu) su rađena dva projekta: od 1979. do 1983. i od 1984. do 1988. godine voditelja H. Schulza. Sudjelovala je 41 firma, istraživanja su obuhvaćala visokobrzinski alat, alatni stroj i njegove komponente, sam proces, učin i primjenu. Rezultati su objavljeni u knjizi: H. Schulz: "Hochgeschwindigkeitsfrasen metalischer und nichtmetallischer Werkstoffe", Carl Hanser Verlag Munchen, 1989.
Povijesni razvoj
19Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvojOd Salomonovog otkrića do praktične primjene trebalo je proći 60-tak godina rješavanja konstrukcijskih problema:
velike frekvencije vrtnje glavnog vretena (rješenje: motorvretena);
20Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
21Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
Video #1
Video #2
22Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
23Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
Video #324Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvojpovećanje posmične brzine (rješenje: elektromehanički servoprigoni, posebno direktni pravocrtni motori);
Za posmična gibanja modernih visokobrzinskih strojeva danas se sve češće upotrebljavaju pogoni sa direktnim linearnim motorima integriranim u konstrukciju posmičnih osi, dok se za vođenje upotrebljavaju profilirane vodilice s valjnim elementima.
25Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
26Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
a [m/s2]
m [kg]
F mx x
FJ1 J2
27Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
HS revolver glava s posmičnim pogonom linearnim motorom
28Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
21 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1413 15
VBO alatni stroja = 30 m/s2
30 kW
Formula 1~ 650 kW
Sportski automobil i normalni alatni
stroj
Snažni automobil
Normalniautomobil
Vrijeme od 0 do 100 km/h
0
velike akceleracije (rješenje: "laka" konstrukcija);
29Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Veliki DNbroj
Veliki vijek trajanja
Visokatočnost
Visoko prigušenje
Visoka krutost
Lako podmazivanje
Nizak koeficijent trenja
Niska cijena
Kotrljajućiležaj
Hidrodinamički ležaj
Hidrostatički ležaj
Aerostatičkiležaj
Magnetskiležaj
NEPOVOLJNO POVOLJNO SREDNJE POVOLJNO
VRLO POVOLJNO
Povijesni razvojuležištenje glavnog vretena (rješenje: kotrljajući, hidrodinamički, hidrostatički, aerostatički, magnetski ležajevi);
30Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvojsustav stezanja alata (rješenje: HSK sustav);
HSK D
HSK E
HSK FHSK C
HSK B
HSK A- za standardne obradne centre- za automatsku izmjenu- za srednje momente- za srednje brzine vrtnje- utori na držaču i kraju konusa- centralno hlađenje kroz alat
- za obradne centre i tokarskecentre
- za automatsku izmjenu- za velike momente- centralno hlađenje kroz alat- utori na držaču- izrada u najvećim modelima- srednje brzine vrtnje
- za transfer linije, specijalnestrojeve i modularne alatnestrojeve
- za ručnu izmjenu- utori na držaču i kraju konusa- za srednje brzine vrtnje- centralno hlađenje kroz alat
- za specijalne strojeve- za ručnu izmjenu- za velike momente- za srednje brzine vrtnje- izrada u najvećim modelima- centralno hlađenje kroz alat
- za automatsku izmjenu- za male momente- za velike brzine vrtnje- bez dodatnih utora za maksimalnu balansiranost- centralno hlađenje kroz alat
- primjena u drvnoj industriji kodvelikih brzina vrtnje
- za automatsku izmjenu- mali momenti- velike brzine vrtnje- bez dodatnih utora za
maksimalnu balansiranost
31Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
KarakteristikeToplinski
Vrijedna investicija za velike brzine vrtnje. Najjednostavnije korištenje i najbolje balansi-ranje.
Krutost Dobra. Dobra.
Balansiranje
Jednostavnost korištenja
Visoka, nije potrebno veliko znanje za korištenje.
Cijena Normalna. Velika.
Povijesni razvoj
Pomoću čahure Hidraulično
Tip stezanja alata u držač
Opće
Točnost pozicioniranja
Najčešći izbor kada je riječ o visokobrzinskoj obradi.
Manja od 10 μm za dobre držače i čahure.
Dobro, kvaliteta izrade može biti toliko dobra da je balansiranje svedeno na minimum.
Loša, točnost je zavisna o operateru.
Dobar izbor kada se visoko-brzinska obrada primjenjuje periodično, kod ograničenog broja operacija.
Oko 5 μm.
Asimetrična konstrukcija stvara debalans, ali držač može biti tako napravljen da ga smanji.
Bolja, točnost je dosljedna, ali mehanizam stezanja je osjetljiv i lako ga je uništiti.
Oko 4 μm.
Izvrsna, sila koja drži alat može biti veća od one koja drži sam držač alata u vretenu.
Najbolje, bez vijka ili nekih drugih asimetričnih elemenata, ovaj tip držača je sam po sebi najbolje balansiran.
Držači su jeftini, ali je potrebno investirati u početnu opremu (uređaj za zagrijavanje).
32Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
Video #4
33Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvojsustav sigurnosti na radu (rješenje: umjesto upotrebljavanog 12 mm debelog oklopa od polikarbonata, za osiguranje od loma alata ili otpuštanja cjelokupnog prihvata alata mora se koristiti višeslojna zaštita od armiranog stakla iznutra i polikarbonata izvana);
v = 64 m/s
m = 0,015 kg
n = 40000 min-1
d = 40 mm
Nm5321 2 == mvEk
34Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvoj
Raspadanje tijela alata zbog
centrifugalnih sila
Raspadanje zbog vibracija
Raspadanja elemenata za fiksiranje
Razlozi raspadanja alata:
35Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Povijesni razvojsustav upravljanja i programiranja.
36Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Mehanizam nastajanja strugotineSalomonovo otkriće znači da za svaku kombinaciju materijala alata i obratka postoji neka kritična brzina rezanja vck kojoj pripada kritična (maksimalna) temperatura rezanja θk. Svakoj temperaturi θ manjoj od kritične, odgovaraju po dvije brzine rezanja vc1 i vc2. Manja brzina vc1 predstavlja vrijednost koja se nalazi u području "konvencionalnih brzina rezanja" područje I, a brzina vc2 predstavlja vrijednost koja se nalazi u području "visokih brzina rezanja" područje III. Prijelazno područje II potrebno je izbjegavati budući je to područje maksimalne temperature rezanja pri kojoj alat vrlo brzo gubi rezne sposobnosti.
37Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
vc1 vck vc2 Brzina rezanja vc, m/min
Tem
pera
tura
reza
nja θ,
°C
Mehanizam nastajanja strugotine
38Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Mehanizam nastajanja strugotineObjašnjenje fenomena da s prekoračenjem kritične brzine rezanja temperatura rezanja opada, može se pronaći analizom dijela rada koji se troši na plastičnu deformaciju u zoni rezanja i dijela rada koji se troši na trenje na dodirnim površinama alat/strugotina i alat/obrađena površina. Naime, pri prekoračenju kritične brzine rezanja vck, zbivaju se promjene u načinu nastajanja strugotine, tj.umjesto prevladavajućeg plastičnog tečenja nastaje lokalno smicanje i krti lom materijala obratka. Ovo ima za posljedicu manju količinu rada utrošenog na plastičnu deformaciju, čime se smanjuje količina nastale topline u zoni rezanja što konačno rezultira nižom temperaturom rezanja.
39Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Mehanizam nastajanja strugotinePojednostavljeno rečeno, uslijed velikih brzina rezanja materijal obratka "nema vremena" plastično teći što rezultira manjom količinom nastale topline. Druga, vrlo važna činjenica vezana za visokobrzinsku obradu je da ovako mala količina topline koja je nastala u zoni rezanja najvećim dijelom (oko 90%) odlazi sa strugotinom uslijed vremenski vrlo kratkog dodira strugotine i prednje površine alata (velike brzine rezanja), pri čemu toplina "nema vremena" prijeći sa strugotine na alat. Povećana količina topline koja nastaje uslijed trenja na prednjoj površini alata, a uvjetovana velikom brzinom strugotine, također odlazi najvećim dijelom sa strugotinom.
40Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
a) mikrosnimak kontinuirane strugotine b) mikrosnimak nasječene strugotine
Mehanizam nastajanja strugotineU zavisnosti o značajkama materijala obratka pri obradi visokim brzinama mogu nastati dva oblika strugotine:
kontinuirana (neprekinuta) strugotina,nastaje pri obradi metala i njihovih slitina koje imaju kubičnu prostornu kristalnu rešetku, veliku toplinsku provodljivost i malu tvrdoću, npr. slitine aluminija i niskougljičnih čelika, (slika a);nasječena (naslagana) strugotina,nastaje pri obradi metala i njihovih slitina koje imaju heksagonalnu kristalnu rešetku, malu toplinsku provodljivost i veliku tvrdoću, npr. titanove slitine, superslitine na bazi nikla i zakaljeni legirani čelici, (slika b).
41Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Mehanizam nastajanja strugotineMehanizam nastajanje nasječene strugotine sastoji se od dvije faze:
U prvoj fazi nastaje plastična nestabilnost i lokalna deformacija u uskoj zoni što dovodi do smicajnog loma uzduž ravnine smicanja. Početak ove ravnine od vrha alata je gotovo paralelan s vektorom brzine rezanja, a njezin nastavak se polako savija prema vanjskoj strani strugotine. U drugoj fazi postupno se oblikuje strugotina (proces male deformacije) na način da se dio materijala obratka uz vrh alata postupno poravnava s pravcem ravnina lokalnog smicanja (ravnina smicanja segmenta strugotine).
1 – nedeformirane površine;2 – dio površine segmenta strugotine koji je uslijed
visokog smicanja odvojen od slijedećeg segmenta strugotine;
3 – usko područje vrlo velikog smicajnog naprezanja;4 – dio segmenta koji dijelom tare o prednju površinu
alata i koji se razvojem procesa izravnava prema ravnini smicanja;
5 – pravac lokalne deformacije u primarnoj zoni smicanja;
6 – obrađena površina.
42Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Karakteristike VBO
43Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Karakteristike VBO
Volumen skinute strugotine u jedinici vremena
Sile rezanja
Kakvoća obrađene površine
Postojanost alata
Brzina rezanja
Prom
jene
Problem!
44Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Karakteristike VBO
Utjecaj brzine rezanja na trošenje alata u zavisnosti o prijeđenom putu
Povećanjem brzine rezanja za 3 puta sa 100 m/min na 300 m/min trošenje (VB) se uz isti pređeni put povećava za oko 50%.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250
put alata l, m
VB,μ
m
vc = 300 m/min vc = 100 m/min
45Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Prednosti VBO1. Smanjenje vremena obrade, koje rezultira značajnim povećanjem
proizvodnosti, jer povećanje brzine rezanja dopušta i povećanje brzine posmaka od 5 do 10 puta u odnosu na konvencionalnu obradu.
2. Povećanjem brzine rezanja poboljšava se hrapavost obrađene površine, jer je moguće smanjiti posmak (po zubu i korak brazde – kod glodanja; po okretaju – kod tokarenja) uz isti učin.
3. Frekvencija vrtnje je za vrijeme fine VBO mnogo iznad kritičnih frekvencija rotirajućih elemenata alatnog stroja, pa se obrada izvodi praktički bez vibracija. Ovo znatno doprinosi smanjenju hrapavosti obrađene površine, smanjenju trošenja alata te postizanju visoke točnosti.
4. Što je veća brzina rezanja, manje su sile rezanja uslijed krtog razaranja materijala umjesto plastičnog tečenja, pa je potrebna i manja sila stezanja obratka. Ovo omogućuje obradu tankostijenih obradaka uz postizanje visoke točnosti, zbog manjih elastičnih deformacija za vrijeme obrade. Isto vrijedi i za tankostijene obradne površine, kada se dobiva i mala hrapavost obrađenih površina.
46Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Prednosti VBO5. Iskustvo pokazuje da kod fine VBO toplina rezanja odlazi sa strugotinom,
a obradak ostaje relativno hladan, kao i alat, jer se toplina oslobođena u zoni najvećih deformacija može samo u znatno smanjenom iznosu predati alatu i obratku. Ovo omogućava učinkovitu obradu obradaka osjetljivih na toplinu.
6. Moguća je obrada bez SHIP-a, čime se smanjuju troškovi proizvodnje i drži okoliš čišćim, a obratci su poslije obrade odmah spremni za dimenzijsko mjerenje.
7. Visokobrzinskom obradom i suvremenim reznim alatima moguće je obrađivati tvrde materijale, pa nije potrebno brušenje, tim više jer se visokobrzinskom obradom mogu postići veoma male hrapavosti obrađenih površina.
47Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Prednosti VBOObrada tankostijenih obradaka uz postizanje visoke točnosti
Video #5
48Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Nedostaci VBO1. Povećani troškovi održavanja zbog povećanog trošenja pri velikim
brzinama, posebno kod visokobrzinskih vretena.
2. Radi smanjenja vremena obrade tj. velike proizvodnosti, prekid rada ima značajan utjecaj na pad proizvodnosti i povećanje troškova proizvodnje.
3. Značajno povećanje ukupne potrošnje energije.
4. Operater nema mogućnosti vizualnog praćenja procesa za vrijeme obrade, osim pomoću specijalnih kamera, pa je potreban pouzdani automatski sustav mjerenja obratka i alata.
49Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Primjena VBO
Tehnološka prednost Područje primjene
veliki volumen odvojenog materijala u jedinici vremena avio-industrija, proizvodnja alata i kalupa
visoka kvaliteta površineoptička industrija, precizni mehanički dijelovi
male sile rezanja tankostijeni izratci, oprema za kućanstvo
velika preciznost precizna mehanika, optička industrija
odvođenje topline strugotinom izratci osjetljivi na toplinu, magnezijeve slitine
50Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Utjecajni faktori i relacije tehnologije rezanjakod VBO
51Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Utjecajni faktori i relacije tehnologije rezanjakod VBO
52Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Utjecajni faktori i relacije tehnologije rezanjakod VBO
53Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Parametri rezanja
Utjecajni faktori i relacije tehnologije rezanjakod VBO
54Obrada odvajanjem čestica – G. Cukor D. Bajić, FESB – Sveučilište u Splitu, [email protected]
Utjecajni faktori na dozvoljenu brzinu rezanjakod VBO
Odvođenje strugotine