VÝROBA/OBRÁBĚNÍ
PŘÍRUČKA PRO TECHNOLOGY
PROCES OBRÁBĚNÍ KOVU
– ŽIVOTNOST NÁSTROJU
www.mmspektrum.com/120705
Seco Tools CZ
V předchozích článcích jsme hovořili o vlivu tribologických jevů
(kdy se třísky smýkají a klouzají přes plochu čela), o mechanických vlivech (řezné síly)
a chemických/tepelných agresivních vlivech (způsobených vysokými řeznými teplotami)
na životnost nástrojů. Všechny uvedené jevy způsobují opotřebení nástroje.
Správný proces opotřebení (bezpečný, kontrolovatelný a předvídatelný) by měl vést
k opotřebení typu otěru na hřbetu nebo výmolu na čele. Všech ostatních typů opotřebení je třeba se vyvarovat, protože mohou
vyústit v nebezpečné chování břitu.
Životnost nástroje
U otěru na hřbetu a výmolu na čele lze do jisté
míry opotřebení předvídat a ovlivnit – a jak tohoto lze dosáhnout, nastíníme v tomto článku. Životnost nástroje, respektive jeho břitu
je dána mnoha faktory, mimo jiné:
– materiálem obrobku – v předchozích
článcích byly popsány některé z vlastností materiálu obrobku, které mají vliv na životnost nástroje: podstatný význam mají
mechanické i tepelné vlastnosti, vměstky;
– řezným materiálem a řeznou geometrií – tvrdší řezné materiály poskytují větší
otěruvzdornost, vyšší tepelnou odolnost.
Houževnatější řezné materiály dávají břitu větší houževnatost a řezná geometrie
zajistí především pevnostní vlastnosti břitu
(odolnost vůči vylomení);
Taylorův princip
56 | MM Průmyslové spektrum | 7, 8 | 2012
Opotřebení nástroje
– použitými řeznými podmínkami – v tomto
článku se soustředíme zejména na tento
aspekt. Materiál obrobku, řezný materiál
i řezná geometrie jsou dané faktory, řezné podmínky však lze kdykoliv měnit pro
optimalizaci životnosti nástroje.
Řezné podmínky
Při změně řezných podmínek během obrábění můžeme pozorovat následující. Je důležité, aby řezné podmínky byly změněny ve
správném pracovním rozmezí, a to zejména
proto, abychom zajistili, že hlavním typem
opotřebení břitu bude otěr na hřbetu či výmol na čele (které jsou předvídatelné a kontrolovatelné). Hloubka řezu musí být větší než
rádius břitové destičky, což zajistí správné
formování třísek, avšak ne příliš velká (v porovnání s délkou řezné hrany), aby nedocházelo k vylomení břitu. Posuv musí být dostatečný pro zajištění efektivního řezu, neměl by
však být větší než zhruba polovina rádiusu
břitové destičky, jinak by mohlo dojít k vylomení břitu. Řezná rychlost musí být dostatečně velká, abychom se vyvarovali opotřebení
typu nárůstku na hraně, při příliš vysoké řezné rychlosti ale může vzniknout opotřebení
vlivem chemických jevů.
Při zvýšení hloubky řezu dochází ke zkrácení životnosti nástroje. Například při 10%
zvýšení hloubky řezu se životnost sníží přibližně o 5 %. Ve skutečnosti je vliv hloubky řezu na životnost zanedbatelný (to však
v případě, že proces probíhá za správných
řezných podmínek a nevyskytují se problémy s vylamováním).
Ke snížení životnosti nástroje dochází taktéž při zvýšení posuvu. Je prokázáno, že 10%
zvýšení posuvu sníží životnost nástroje přibližně o 20 %, což už tak zanedbatelné rozhodně není. Zde musím uvést důležitou poznámku týkající se obrábění nerezových
ocelí a vysokolegovaných slitin. Bylo zpozorováno, že zvýšení posuvů při obrábění
těchto materiálů vedlo i ke zvýšení životnosti nástrojů. Tuto skutečnost lze vysvětlit vlastnostmi deformačního zpevnění uvedených
materiálů. Při (velmi) nízkém posuvu zabírá
břit zejména v deformačně zpevněné vrstvě,
a to samozřejmě životnost nástroje snižuje.
A na závěr, zvýšení řezné rychlosti o 10 %
má za následek 50% zkrácení životnosti nástroje. Řezná rychlost je totiž hlavním rozhodujícím faktorem pro životnost nástroje.
Taylorův princip
Všechny výše uvedené postřehy jsou v oboru
technologie obrábění často označovány jako
„Taylorův princip“, pojmenovaný po expertovi
na efektivitu z 19. století Fredericku Taylorovi. Ten pracoval ve Philadelphii v ocelářském
průmyslu na konci 19. století a stanovil principy efektivity práce, které ovlivnily výrobu i ve 20. století. Taylor prováděl testy pro
zjištění správného nastavení soustruhů a vyvrtávacích strojů a vytvořil tabulky produktivity, podle kterých dělníci pracovali.
Na základě výše popsaných principů je
možné určit vliv řezných podmínek na životnost nástroje. Původní Taylorův princip byl v pozdějších letech často předmětem dalšího „dolaování“, ale základní myšlenka zůstává nedotčena. Tento princip je
velmi důležitý zejména pro ty, kteří mají za
cíl co nejlepší vyváženost mezi produktivitou a co možná nejnižšími náklady při obrábění kovů.
Výpočty k určení vlivu
řezných podmínek
Jednotlivé obrázky ukazují řadu dalších základních principů Taylorova přístupu. Vliv
různých řezných podmínek lze kvantifikovat
a umožňuje podrobné výpočty k určení vlivu řezných podmínek (a kombinací řezných
podmínek) na životnost nástroje. Vezmeme-li vše v úvahu, můžeme využít rozšířenou
Taylorovu rovnici. V případě, že je hloubka
řezu a posuvu neměnná (a pokud možno
maximální), můžeme použít zjednodušenou
Taylorovu rovnici. Tato zobrazuje vztah mezi
Taylorův princip pro stanovení životnosti nástroje
Zvýšení o 10%
Snížení
životnosti nástroje o
ap (b)
f (h)
vc
5%
20 %
50 %
Taylorův princip pro stanovení životnosti nástroje
(vzorce a obvyklé hodnoty)
řeznou rychlostí a životností nástroje (s konstantní hloubkou řezu a posuvu).
Na základě Taylorova principu lze tedy
obecné a nejdůležitější tvrzení formulovat
následovně: Nejvyšší produktivity při vynaložení nejnižších nákladů lze dosáhnout při
maximální hloubce řezu a posuvu. Řezná
rychlost je v takové situaci vyrovnávacím
prvkem mezi vysokou produktivitou a nízkými výrobními náklady.
Podrobné informace k této problematice lze
získat také v rámci vzdělávacího programu
STEP (Seco Technical Educational Programm).
PATRICK DE VOS, MSC.
Download

Životnost nástrojů