DTB Technologie obrábění Téma 4 SILOVÁ ANALÝZA, TEPLO, ZBYTKOVÁ NAPJATOST A DALŠÍ PRŮVODNÍ JEVY ŘEZNÉHO PROCESU 1 Geometrické veličiny řezného procesu 1.1 Kinematické veličiny Hlavní pohyb - směr hlavního pohybu, řezná rychlost vc Posuvový pohyb - směr posuvového pohybu, posuvová rychlost vf • Řezný pohyb - směr řezného pohybu, rychlost řezného pohybu ve Podélné soustružení válcové plochy vc π .D .n 10 3 m.min 1 vf = 10-3 . f . n vc 2 vc vf 2 [ m.min-1 ] m.min 1 1.2 Posuv • Posuv - přemístění nástroje vzhledem k obrobku ve směru posuvového pohybu. • Soustružení f - posuv na otáčku obrobku [mm] • Frézování rovinné plochy válcovou frézou fmin - posuv za minutu [mm.min-1] fz - posuv na zub [mm] 1.3 Průřez třísky a jeho rozměry Průřez třísky - plocha řezu (= jmenovitá plocha řezu) • Jmenovitý průřez třísky AD AD = ap . fz . sin [ mm2 ] • Pro podélné soustružení válcové plochy při r = 0, = 90o • AD = ap . f [ mm2 ] Celkový průřez třísky ADtot A D t ot A D i mm 2 • Jmenovitá šířka třísky bD bD ap sin κ r mm • Jmenovitá tloušťka třísky hD hD AD bD mm 1.4 Úběr a výkonnost obrábění Úběr - vrstva materiálu odebraná při jednom průchodu řezného nástroje Plocha průřezu jednoho úběru AT Skutečná plocha průřezu úběru promítnutá do kolmé roviny ve směru řezné rychlosti Soustružení válcové plochy o průměru D AT = .ap (D - ap) [ mm2 ] Výkonnost obrábění Q Objem materiálu odebraného za jednotku času Q = AT . vf [ cm3 . min-1 ] Soustružení válcové plochy Q = . 10-3. ap . f . n ( D - ap ) [ cm3.min-1 ] 2 Řezné síly • Řezný proces – silový systém mezi nástrojem a obrobkem • Celková řezná síla F – síla vyvolaná působením řezné části nástroje na obrobek • Rozklad celkové řezné síly – v závislosti na záměrech analýzy. Fc – řezná síla, Ff – posuvová síla, Fp – pasivní síla Rozklad celkové řezné síly F při podélném soustružení vnější válcové plochy do směru řezné rychlosti a do směrů k němu kolmých [H-I1/107] Výpočet složek celkové řezné síly – empirické vztahy Fc C F c . a p x Fc Fp C Fp . a p x Fp Ff C F f . a p F 2 .f .f x Ff 2 N y Fc N y Fp .f y Ff Fc Fp Ff 2 N N Měrná řezná síla kc kc Fc N.mm 2 AD kc = f (hD) kc c kc hD u kc MPa Fc = kc . AD = kc . hD . bD Řezná síla na jednotku šířky řezu F´c Fc Fc bD N.mm -1 3 Práce a výkon řezání Práce řezání Ec t Ec F c .v c .dt J 0 Fc – řezná síla [N], vc – řezná rychlost [m.min-1] Soustružení válcové plochy Ec = Fc . vc . tp [ J ] tp – čas řezného procesu [min] Práce posuvu Ef t E f F f .v f .d t J 0 Ff – posuvová síla [N], vf – posuvová rychlost [m.min-1] Soustružení válcové plochy Ef = Ff . vf . tp [ J ] tp – čas řezného procesu [min] Práce řezného procesu Ee Ee = Ec + Ef [J] Soustružení válcové plochy Ee = ( Fc . vc + Ff . vf ) . tp [ J ] Měrná práce řezání ec Práce potřebná na odebrání jednotkového objemu materiálu ec Ec Vm J.cm 3 Řezný výkon Pc Pc Fc .v c W 60 Pc Fc .v c 6.10 4 kW Výkon potřebný pro posuv Pf Pf Ff .v f 60 W Měrný řezný výkon pc [W.cm -3.s] Řezný výkon potřebný na odebrání jednotkového množství materiálu za jednotku času pc Pc Vm s W.cm 3 .s 4 Teplo a teplota řezání 4.1 Tepelná bilance řezného procesu Qe = Qpd + Q + Q [ J ] Qe = Qt + Qo + QN + Qpr [J] 4.2 Teplota řezání Teplota v zóně řezání - Teplotní pole - Složité měřicí systémy Teplotní pole v zóně řezání [H- I1/32] Termočlánky - umístění měřicího spoje Poloumělý termočlánek [H-I1/33] Umělý termočlánek [H-I1/33] Metoda přirozeného termočlánku Princip měření teploty řezání při soustružení metodou přirozeného termočlánku [H-I1/33, KP-50] Obecné trendy teploty řezání tr [oC] Empirická závislost teploty řezání na řezné rychlosti vc a posuvu f x tr c t . ap t . f yt . vc zt C 5 Kmitání obráběcího systému Obráběcí systém - složitý dynamický systém - kmitání jednotlivých prvků - průvodní jev řezného procesu Podle zdroje budicích sil - vynucené a samobuzené kmitání 5.1 Vynucené kmitání Silové impulsy vznikající v obráběcím systému Periodicky přerušovaný řezný proces Silové impulsy vnesené do obráběcího systému přes základy obráběcího stroje Periodická změna jmenovitého průřezu třísky při soustružení [H-I1/34, KP/52] 5.2 Samobuzené kmitání Samobuzené kmitání bezprostředně souvisí s řezným procesem a jeho nestabilitou - Periodické uvolňování nárůstku - Periodická tvorba elementu třísky - Tvrdší složka ve struktuře materiálu obrobku - Nepravidelný přídavek na obráběných plochách - Periodické opotřebení pracovní plochy brousicího kotouče 6 Zbytková napětí v povrchové vrstvě obrobené plochy Řezný proces - změny povrchové vrstvy obrobené plochy zbytková napětí Vliv zaoblení ostří nástroje na povrch obrobené plochy [H-I1/26, KP/35 Technologické vlivy na vznik zbytkového napětí - nerovnoměrné plastické deformace v oblasti tvorby třísky - nerovnoměrný ohřev a ochlazování povrchu obrobku - strukturní změny materiálu v tuhém stavu - chemické procesy v povrchové vrstvě Tahová a tlaková napětí v povrchové vrstvě obrobené plochy • Průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě lopatky turbokompresoru z oceli 10Ch17N2 po jednotlivých technologických operací [H-I1/27, KP/36] DTB Technologie obrábění Konec přednášky Téma 4 SILOVÁ ANALÝZA, TEPLO, ZBYTKOVÁ NAPJATOST A DALŠÍ PRŮVODNÍ JEVY ŘEZNÉHO PROCESU Děkuji za pozornost