Progresivní technologie II

1. Progresivní technologie II

2. Progresivní technologie II • REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY • NOVÉ MATERIÁLY A SYSTÉMY • HSG – VYSOKÉ RYCHLOSTI BROUŠENÍ • VYSOKÉ ÚBĚRY – HLOUBKOVÉ BROUŠENÍ • GICS, EXPERTNÍ SYSTÉMY • BROUŠENÍ KERAMIKY • MONITOROVÁNÍ PROCESU

3. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Řezné prostředí je důležitým parametrem, který ovlivňuje významně přesnost a jakost obrá-běných ploch. Vzhledem ke své funkci zastává roli právě u povrchů vytvářených s cílem dosažení vysoké přesnosti a jakosti. Řezné prostředí ovlivňuje množství tepla pře-cházejícího do obrobku, nástroje, třísky a množství tepla odváděné vlastní procesní kapalinou. To znamená, že prostředí ovlivňuje tzv. tepelnou bilanci obrábění. Při broušení ploch je význam zvýšen odlišnostmi procesu v porovnání s běžným obráběním.

4. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Porovnání vlastností vybraných druhů zrna a pojiva brousicích kotoučů

5. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY a) b) Tepelná bilance a) běžné obrábění, b) broušení

6. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY • odvod tepla z místa plastické deformace a vzniku třísky, • snížení množství vznikajícího tepla snížením tření mezi brousicím zrnem a • povrchem broušené plochy, • odvod třísky a zamezení ucpávání pórů brousicích kotoučů, • podpora tvorby třísky, • zamezení korozi. Funkce procesní kapaliny při broušení a dokončování ploch

7. Způsob přívodu kapaliny do místa řezu

8. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY • Emulzní roztoky – většinou se jedná o mastné látky rozptýlené pomocí tzv.emulgátoru ve vodě. Kapaliny spojují přednosti chladicích účinků vody a mazacích účinků olejů. S rostoucí koncentrací emulgačního prostředku je potlačován chladicí účinek kapaliny. Emulze mají pH = 8 až 9 a tak poskytují i ochranu proti korozi slitin železa. Tvoří největší skupinu procesních kapalin. • Syntetické a polosyntetické kapaliny – neobsahují minerální oleje, jejich složkou jsou glykoly, které ve vodě emulgují nebo se rozpustí. Kapaliny mají mazací i antikorozní vlastnosti. V polosyntetických kapalinách jsou rozptýleny velmi jemné částice oleje v porovnání s emulzemi.

9. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY • Redukce množství nebo plné odstranění procesní kapaliny (obrábění za sucha) je vyvoláno sílícím tlakem legislativy na ekologické chování výrob-ních procesů. Cestou se jeví použití menšího množství kapaliny (redukce), plné odstranění kapaliny, případně použití alternativních látek. Náklady vznikají zejména při likvidaci a regeneraci kapalin, ročně musí výroba odstranit tisíce tun olejových emulzí a neodhadnuté množství kalů po brou-šení. Náklady na procesní kapaliny tvoří například v automobilovém prů-myslu 7-17% nákladů na obrábění. • Vzhledem k požadavkům kladeným na procesní kapalinu při obrábění a specificky při broušení, kdy kapalina odvádí přibližně 10% tepla vzniklého při broušení, je možno předpokládat při redukci kapaliny změny především v: • profilu a drsnosti povrchu, • průběhu tvrdosti v povrchové vrstvě, • hodnotě a průběhu zbytkových napětí, • poruchách povrchu a změnách struktury povrchu.

10. Profil a drsnost povrchu Řezné prostředí ovlivňuje profil povrchu svým působením na odvod tepla, sni-žování tření a tím množství vznikajícího tepla a svoji funkci plní při vzniku třís-ky. Se snižováním množství řezné kapaliny dochází k intenzivnějšímu přestupu tepla do obrobku, podle stupně takto převedeného tepla potom dochází až k natavování a vyhřátí částic materiálu a vzniku opalů. Při natavování povrchu může docházet k zaoblování hran mikronerovností. Vliv tepla se projeví na profilu povrchu. Profil a drsnost povrchu při snižování množství procesní kapaliny zaváděné do řezu mohou vykazovat teoreticky lepší hodnoty v porovnání s plným množ-stvím kapaliny. Při snížení množství kapaliny se zvýší vliv tepla na broušenou plochu, dochází ke zvýšení plasticity odebíraného materiálu a odstranění os-trých hran profilu po průchodu brousicích zrn. Uvedený jev může nastat zejména při broušení povrchů v přírodním stavu. Při broušení kalených povrchů nemusí být vliv tepla tak znatelný a navíc může působit naopak negativně na vznik sekundární tvrdosti povrchu, zvýšení opo-třebení brousicího kotouče a vyvolá tím změny povrchu bez viditelných změn jeho profilu a drsnosti. Vliv procesní kapaliny je odlišný v jednotlivých přípa-dech a závisí na ostatních parametrech reálného brousicího procesu.

11. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY a) b) c) Profil povrchu při použití: a) plného množství procesní kapaliny, b) polovičního množství, c) bez procesní kapaliny

12. Isocut VGIsocut je minerální řezný olej s vysokým mazacím účinkem, při snížené viskozitě má dobré chladicí vlastnosti. Diol 100% Isocut 100% Isocut 50% Diol 50% Diol 0% Isocut 0% Profil povrchu při redukci kapaliny DIOL a ISOCUT při broušení tvárné litiny 42 2306, kotouč CBN, vc= 30m.s-1, vp= 0,26 mm.min-1

13. Vliv redukce procesní kapaliny při broušení bílým korundem 99A

14. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Hodnoty drsnosti povrchu Ra dosažené při redukci procesní kapaliny, broušený materiál 14 220.4, brousicí kotouč – bílý korund

15. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Vliv redukce procesní kapaliny Vliv redukce procesní kapaliny u brousicího kotouče se zrnem u zrna SG při rychlosti vs=27 m.s-1 Růžového korundu 98 A při rychlosti, ocel 14 220.4 vs=27 m.s-1, ocel 14 220.4

16. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Dosažené hodnoty drsnosti povrchu při eliminaci procesní kapaliny, vs=27m.s-1, vfr=0.26mm.min-1

17. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Závislost drsnosti broušené plochy při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs

18. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Charakteristika použitých kapalin při broušení

19. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Závislost odchylky kruhovitosti V a poměrného objemového obrusu G při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs

20. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Kotouč SG Závislost drsnosti broušené plochy při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs Závislost odchylky kruhovitosti V a poměrného objemového obrusu G při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs

21. brousicí kotouč se zrnem CBN Závislost drsnosti broušené plochy při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs Závislost odchylky kruhovitosti V při plném a redukovaném množství procesní kapaliny DIOL a ROBOL a rychlosti brousicího kotouče vs

22. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Vliv množství procesní kapaliny na průběh velikosti složek řezné síly a) kotouč 99A-bílý korund, b) kotouč SG, materiál obrobku 14 220.4

23. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Tvrdost povrchu Vliv řezného prostředí na tvrdost povrchu po broušení je dán schopností snižovat a odvádět určité množství tepla, tento vliv nemusí být jednoznačný 2. Při nízkém zatížení povrchu (dáno hodnotou vfr, vfa nebo ae) dochází ke zvýšení tření zrn kotouče o materiál a v tomto případě má pro snižování hodnoty tření velký význam procesní kapalina. To je důvod použití mastných kapalin při nízkých úběrech a dokončovacích operacích. Povrch bez použití procesní kapaliny je daleko více zatížen než povrch ošetřený kapalinou. Při růstu zatížení se průběh tvrdosti povrchové vrstvy sbližuje 1. Broušený kalený povrch při použití kapaliny má přibližně tvrdost jádra, v určité vzdálenosti od povrchu dochází k jeho popuštění. Povrch bez použití kapaliny je druhotně zakalen při vysoké teplotě, pod ním ležící vrstva je popuštěna. Následuje další tvrdší vrstva, jejíž tvrdost klesá na tvrdost jádra součásti.

24. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Vliv snížení množství procesní kapaliny na průběh tvrdosti povrchu, materiál obrobku – ocel 14 220.4

25. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY Průběh tvrdosti v povrchové vrstvě při redukci procesní kapaliny ROBOL 5% použitím zrna brousicího kotouče a) bílý korund , b) SG 30% , materiál obrobku - ložisková ocel 14 109.6, HRC 62±2 a) b)

26. REDUKCE PROCESNÍ KAPALINY a) b) Průběh tvrdosti v povrchové vrstvě při redukci procesní kapaliny DIOL použitím zrna brousicího kotouče a) SG 30%, b) CBN, materiál obrobku - ložisková ocel 14 109.6, HRC 62±2

27. Opaly Opaly jsou dalším průvodním jevem snížení množství nebo odstranění procesní kapaliny. Přesto nelze říci, že vznik opalů je jednoznačně závislý na snížení množství procesní kapaliny a závěry jednoznačně platné pro všechny abrazivní materiály. Opaly jsou součástí strukturních změn. Opaly, v podstatě oxidy různého zabarvení podle teploty jejich vzniku, vytvářejí tepelně poru-šená místa na broušeném povrchu. Tato poškození můžeme potom dělit na nízkoteplotní opaly jejichž zabarvení je žluté až hnědomodré a vysokoteplotní opaly, vznikající po překročení teploty Ac1, jejichž charakteristickou barvou je modrá. Zasažení povrchu opaly může být místní nebo plošné. Ke zjišťování rozsahu plošného poškození povrchu opaly používáme leptací lázně. Opaly se následně hodnotí podle velikosti zabarvené plochy.Počet a délka opalů jsou závislé na velikosti zatížení povrchu (např. dané růstem rychlosti radiál-ního přísuvu vfr). Vznik opalů koresponduje s velikostí normálové složky slož-ky řezné síly F´n, při nárůstu velikosti F´n roste také počet viditelných opalů. Při velikosti měrné hodnoty F´n do 5 N.mm-1 nevznikají opaly při vyloučení procesní kapaliny.

28. Nové brousicí materiály a systémy

29. Druhy abrasivních materiálů a jejich specifika • klasické abrazivní materiály • vysoce tvrdé materiály • inovované materiály (nové) • brousicí systémy – Altos, Aulos, Centuria, Columbia

30. NOVÉ ABRASIVNÍ MATERIÁLY • Skupinu klasických brousicích materiálů tvoří umělý korund, např. pro broušení ocelí, tvrdých bronzů, temperované litiny. Umělý korund se používá v modifikacích: bílý 99A, růžový 98A, speciální 97A, hnědý 96A. • Dalším materiálem je karborundum (SiC – karbid křemíku) pro broušení např. litiny, austenitických a feritických ocelí, slinutých karbidů a neželezných kovů. Karbid křemíku je používán ve dvou modifikacích: zelený 49C a šedý 48C. • Klasické brousicí materiály se používají převážně pro obvodové rychlosti brousicího kotouče 20 –50 m.s-1. V modifikaci klasických materiálů se používá také monokrystalický korund Al2O3 . Materiál je pevnější a tvrdší než běžný korund, vykazuje nižší opotřebení a je vhodný pro vyšší úběry. Jeho přednosti však vyniknou pouze u tvrdých povrchů, například kalených, nelze naopak doporučit pro materiály měkké a materiály s výraznou zpevňovací schopností (např. neosvědčil se při broušení austenitické oceli ).

31. NOVÉ ABRASIVNÍ MATERIÁLY Skupinu velmi tvrdých abrazivních materiálů tvoří umělý diamant a kubický nitrid boru (CBN). Oba uvedené materiály vynikají vysokou tvrdostí, ostrostí hran a relativně vysokou pravidelností zrn. Materiály se používají k broušení tvrdých a velmi tvrdých materiálů, k broušení superslitin, feritů, keramických materiálů (SiC, Si3N4 a pod.) a dalších. Jejich použití je v celé šíři obvodových rychlostí brousicího kotouče, ale vzhledem k dosažení vysoké produktivity a jejich prodejní ceně se používají při vyšších rychlostech.

32. NOVÉ ABRASIVNÍ MATERIÁLY d) Zrno a) kubického nitridu boru CBN 500, b) CBN 510, zrno vyrobené technologií Sol-Gel c) SG, d) TG, zrno vyrobené klasickou techno-logií e) bílý korund c) e)

33. NOVÉ ABRASIVNÍ MATERIÁLY

34. NOVÉ ABRASIVNÍ MATERIÁLY Třetí skupina materiálů pro broušení je tvořena materiály inovovanými. Tyto materiály jsou založeny na původní bázi Al2O3. Skupinu tvoří v současné době tři materiály – SG, TG a DG. V porovnání s bílým korundem při broušení tvrdých povrchů dochází : • ke zvýšení poměrného objemového obrusu G • ve většině případů ke zlepšení drsnosti povrchu • ke snížení měrné energie broušení

35. SG, TG, DG • Tyto materiály jsou založeny na původní bázi Al2O3, rozdíl je v jejich výrobě a odlišných fyzikálních vlastnostech. Inovované materiály jsou vyráběny technologií založené na řízené krystalizaci z roztoku, tzv. technologie Sol-Gel (jedná se o tvorbu tří dimensionální sítě anorganických látek z koloidního nebo molekulárního roztoku). • Skupinu tvoří v současné době tři materiály – SG, TG a DG . Uvedené materiály mají relativně pravidelný tvar, delší trvanlivost řezných hran v porovnání s klasickým Al2O3.

36. SG, TG, DG Zrna materiálu : a) SG, b) TG

37. SG, TG, DG • Na základě vlastních zkušeností a informací ze zahraničních pramenů 1 lze konstatovat, že u typu SG se jedná o materiál význačných vlastností ve skupině abraziv. Zrno je pravidelné s řadou krátkých břitů. V porovnání s bílým korundem při broušení tvrdých materiálů dochází: • ke zvýšení poměrného objemového obrusu, • ve většině případů ke zlepšení drsnosti povrchu, • ke snížení měrné energie broušení. • Abrazivní materiál TG je tvořen hranolovitými protáhlými zrny a doporučen pro úzké použití (např. ložiskové oceli). Jeho vlastnosti se pohybují v průměru na úrovni zrna SG, u ložiskových ocelí však vzrůstá únosnost zrna a tím i poměrný objemový obrus. • Abrazivní materiál DG je materiál obdobné výrobní technologie. Při zatížení zrn však dochází k jejich lasturovitému lomu a tím ke zvýšení počtu a ostrosti řezných hran, schopnosti samoostření a zvýšení celkové řezivosti kotouče, současně lze zvýšit hodnotu úběru materiálu.

38. Abrasol

39. Vlastnosti abrazivních materiálů

40. Nové brousicí materiály

41. Nové brousicí materiály a) b) Průběh zbytkových napětí po broušení oceli a) 14 109.6, b) 16 420.6; rychlost brousicího kotouče vs=35 m.s-1, vfr=0.26 mm.min-1, procesní kapalina DIOL 5%

42. Nové brousicí materiály

43. SYSTÉMY • CENTURIA • COLUMBIA • ALTOS • AULOS

44. CENTURIA • Boční broušení • Vyšší řezná schopnost • Nižší řezné síly • Nižší pevnost • Citlivost na stárnutí • Nestabilita při použití kapaliny

45. COLUMBIA • Brousicí systém pro broušení obvodem rovinných ploch a děr • Ložiskový a vojenský průmysl • O 30% efektivnější oproti bílému korundu • Řízená pórovitost, tzv.studený řez

46. ALTOS • Vysoké úběry při vzniku menšího množství tepla • Otevřená pórovitost, větší kontakt • Založeno na TG zrnu • Bezpojivový systém • Vysoké úběry, delší životnost kotouče, nižší tendence poškození povrchu • Použití pro slitiny Ni

47. AULOS • Pryskyřičné pojivo • Užití pro rychlořezné nástroj. Oceli • Vysoké výkony, rychlosti až 100 m.s-1 • Snadné profilování • Delší životnost

48. HSG – VYSOKÉ RYCHLOSTI

49. HSG – vysoké rychlosti • Současné brusky do rychlosti 60 m/s • HSG počítá rychlost nad 100 m/s

50. HSG – vysoké rychlosti Závislost opotřebení brousicího kotouče na řezné rychlosti