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