• No results found

Zjišťování vlivu procesních kapalin od světových výrobců na technologii soustružení a jakost obrobeného povrchu při obrábění slitin

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Zjišťování vlivu procesních kapalin od světových výrobců na technologii soustružení a jakost obrobeného povrchu při obrábění slitin"

Copied!
55
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní Katedra obrábění a montáže Bakalářský studijní program: strojírenská technologie

Zaměření: obrábění a montáž

Zjišťování vlivu procesních kapalin od světových výrobců na technologii soustružení a jakost obrobeného povrchu při

obrábění slitiny hliníku

Inquirinig the impact of process liquids produced by global manufacturers on the technology of turning and the quality of

the machined surface while machining aluminum alloys

KOM - 1257

Tomáš Poledno

Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Jersák, CSc.

Konzultant: Prof. Ing. Alexey Popov, DrSc.

Ing. Miloslav Ledvina

Počet stran: 56

Počet příloh: -

Počet tabulek: 21

Počet obrázků: 19

Počet grafů: 6

21. 5. 2014

(2)

Označení BP: 1257 Řešitel: Tomáš Poledno Zjišťování vlivu procesních kapalin od světových výrobců na technologii soustružení a jakost obrobeného povrchu při obrábění slitiny hliníku ANOTACE:

Bakalářská práce se zabývá vlivem procesních kapalin na jakost obrobeného povrchu slitin hliníku při soustružení. Hodnoticími hledisky vlivu jednotlivých procesních kapalin na jakost obrobeného povrchu jsou drsnost povrchu a tvar vzniklé třísky.

Z naměřených hodnot bylo zjištěno, že procesní kapaliny mají vliv na jakost obrobené plochy slitiny hliníku.

Inquirinig the impact of process liquids produced by global manufacturers on the technology of turning and the quality of the machined surface while machining

aluminum alloys ANNOTATION:

This bachalor thesis concerns the impact of process liquids on the quality of the machined surface of the aluminum alloys during turning. Evaluating criteria of the impact of the individual process liquids on the quality of machined surface are surface roughness and the shape of a formed chip.

From the measured values, it was found that the process fluids affect the quality of the machined surface of aluminum alloy.

Klíčová slova: procesní kapaliny, soustružení, drsnost povrchu, slitiny hliníku

Zpracovatel: TU v Liberci, KOM

Dokončeno: 2014

Archivní označ. zprávy: 1257

Počet stran: 56 Počet příloh: - Počet obrázků: 19 Počet tabulek: 21

Počet grafů: 6

(3)

MÍSTOPŘÍSEŽNÉ PROHLÁŠENÍ

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

Datum: 21. 5. 2014

Podpis:

(4)

PODĚKOVÁNÍ

Tímto bych chtěl především poděkovat vedoucímu bakalářské práce panu Doc.

Ing. Janu Jersákovi, CSc. za užitečné informace a věcné připomínky v průběhu řešení mé bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat panu Prof. Ing. Alexey Popovovi, DrSc. za poskytnuté rady v průběhu řešení a za pomoc při realizaci experimentální části v laboratoři KOM.

Rád bych také poděkoval celé své rodině za podporu a trpělivost, která mě byla poskytována po celou dobu studia na Technické univerzitě v Liberci.

(5)

7

Obsah

Seznam použitých zkratek………...7

1 Úvod ... 11

2 Shrnutí poznatků o soustružení slitin hliníku ... 12

2.1 Soustružení ... 12

2.2 Teplo a teplota při obrábění ... 12

2.3 Popis vlastností hliníku a jeho slitin ... 13

2.3.1 Hliník ... 13

2.3.2 Slitiny hliníku ... 13

2.3.3 Automatové slitiny hliníku ... 13

2.4 Obrobitelnost slitin hliníku ... 14

2.4.1 Třídy obrobitelnosti ... 14

2.4.2 Hodnocení obrobitelnosti dle tvaru třísky ... 15

2.5 Faktory ovlivňující proces obrábění slitin hliníku ... 15

2.5.1 Tvorba nárůstku ... 15

2.5.2 Geometrie nástroje ... 16

2.5.3 Materiál nástroje ... 16

2.6 Jakost povrchu ... 16

2.6.1 Drsnost povrchu ... 17

2.7 Integrita povrchu ... 18

3 Prostředí v oblasti řezání ... 19

3.1 Technologické a provozní požadavky na procesní média ... 19

3.1.1 Chladicí účinek ... 19

3.1.2 Mazací účinek ... 19

3.1.3 Čistící účinek ... 20

3.1.4 Provozní stálost ... 20

3.1.5 Ochranný účinek ... 20

3.1.6 Zdravotní nezávadnost ... 20

(6)

8

3.1.7 Nízké náklady ... 21

3.2 Procesní kapaliny ... 21

3.2.1 Vodní roztoky ... 22

3.2.2 Olejové emulze ... 22

3.2.3 Mastné oleje a tuky ... 22

3.2.4 Minerální oleje ... 22

3.2.5 Řezné oleje ... 23

3.2.6 Syntetické kapaliny ... 23

3.3 Vliv procesních kapalin na obrábění slitin hliníku ... 24

4 Popis strojů, nástrojů a měřících přístrojů ... 25

4.1 Obráběcí stroj ... 25

4.2 Nástroj a vyměnitelná břitová destička ... 26

4.3 Profiloměr MITUTOYO... 27

4.4 Ruční refraktometr Brix 0-18% ATC ... 27

5 Návrh metodiky experimentu ... 28

5.1 Příprava zkušebního vzorku ... 28

5.2 Příprava procesních kapalin... 28

5.3 Charakteristika procesních kapalin ... 29

5.3.1 BLASOCUT KOMBI 35 ... 29

5.3.2 HOCUT 795B ... 30

5.3.3 CIMSTAR 620 ... 30

5.3.4 VASCO 1000 ... 31

5.3.5 ZUBORA 65H ULTRA ... 32

5.3.6 ZUBORA 20H EXTRA ... 32

5.3.7 ZUBORA UNIVERSAL ... 33

5.4 Metodika experimentu ... 34

5.4.1 Příprava experimentu ... 34

5.4.2 Průběh experimentu ... 34

(7)

9

5.4.3 Hodnocení experimentu ... 35

6 Realizace experimentu ... 37

7 Hodnocení vlivu procesních kapalin ... 38

7.1 Porovnání procesních kapalin z hlediska drsnosti povrchu ... 38

7.1.1 Porovnání procesních kapalin parametrem Ra ... 38

7.1.2 Porovnání procesních kapalin parametrem Rz ... 39

7.1.3 Porovnání procesních kapalin parametrem cTP50 ... 40

7.1.4 Porovnání procesních kapalin při obrábění s obráběním za sucha parametrem Ra ……….41

7.1.5 Porovnání procesních kapalin při obrábění s obráběním za sucha parametrem Rz ……….43

7.1.6 Porovnání procesních kapalin při obrábění s obráběním za sucha parametrem CTP50 ……….44

7.2 Porovnání procesních kapalin z hlediska vytvořené třísky ... 45

8 Závěr ... 50

Seznam použité literatury………..53

Seznam grafů……….54

Seznam obrázků……….55

Seznam tabulek………..56

(8)

10

Seznam použitých značek a zkratek

ap [mm] hloubka záběru řezného nástroje

ctp50 [µm] nosný podíl posuzovaného profilu padesát procent f [mm/ot] posuv

KREF [%] údaj koncentrace na refraktometru

KSKUT [%] požadovaná koncentrace

lr [mm] základní délka n [ot/min] otáčky vřetene

QDI [J] teplo vzniklé v oblasti primárních plastických deformací QDII [J] teplo vzniklé v oblasti sekundárních plastických deformací QDIII [J] teplo vzniklé v oblasti terciálních plastických deformací QN [J] teplo odvedené nástrojem

QO [J] teplo odvedené obrobkem

QP [J] množství tepla odvedeného do okolního prostředí QP [J] teplo odvedené prostředím

QT [J] teplo odvedené třískou

QTC [J] teplo vzniklé třením třísky na čele nástroje QTH [J] teplo vzniklé třením třísky na hřbetu nástroje Qv [l/min] průtočné množství

n [-] počet provedených experimentů

Ra [µm] průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu ri [-] refrakční index

Rmr [µm] nosný podíl drsnosti povrchu Rp [µm] největší výška výstupku Rv [µm] největší hloubka prohlubně Rz [µm] největší výška profilu

s [-] výběrová směrodatná odchylka

[-] tabelované hodnoty kritického rozdělení pro úroveň spolehlivosti 95%

t [C°] teplota

vc [m/min] řezná rychlost [-] aritmetický průměr xi [-] naměřená hodnota

x

1 ,n

t

(9)

11

1 Úvod

Technologie soustružení patří mezi základní metody obrábění. Tato technologie se používá k obrobení součástí rotačních tvarů. Při soustružení dochází k úbytku materiálu pomocí řezného nástroje. Na jakost obrobeného povrchu má významný vliv teplota v zóně řezání, volba řezných podmínek a použitá procesní média. Aby bylo dosaženo požadované kvality obrobeného povrchu součásti, je nutné optimalizovat řezný proces s ohledem na hospodárnost, kde je hlavním cílem vyrobit součást s požadovanými vlastnostmi za nejnižší možné náklady.

Bakalářská práce se zaměřuje na zkoumání vlivu procesních kapalin od světových výrobců na jakost obrobeného povrchu slitin hliníku při soustružení. Použití procesních kapalin se uplatňuje především z důvodů odvodu přebytečného tepla z místa řezání, mazacího účinku a odplavovaní vzniklé třísky při procesu obrábění. Souhrn těchto vlastností kladně ovlivňuje jakost obrobeného povrchu. V rámci výzkumného projektu TAČR, který se zabývá výzkumem ekologických procesních kapalin nové generace byly vybrány v rámci řešení bakalářské práce tyto procesní kapaliny: BLASOCUT KOMBI 35, HOCUT 795B, CIMSTAR 620, VASCO 1000, ZUBORA 65H ULTRA, ZUBORA 20H EXTRA, ZUBORA UNIVERZAL.

Pro řešení bakalářské práce byly stanoveny následující cíle:

 porovnání vlivu procesních kapalin na drsnost obrobeného povrchu slitiny hliníku při soustružení,

 hodnocení vlivu procesních kapalin na vznik třísky při obrábění,

 porovnání procesního média vzduch s použitými procesními kapalinami na drsnost obrobeného povrchu slitiny hliníku při soustružení.

Porovnání jednotlivých procesních kapalin bude provedeno pomocí naměřených hodnot drsnosti povrchu vybranými parametry drsnosti: Ra, Rz, cTP50. Vzniklá tříska bude vyhodnocena opticky, kde pomocí příslušné normy zařadíme vzniklou třísku do určité skupiny.

Tato bakalářská práce vznikla v rámci projektu TAČR s označením TA2-1332, která se zabývá vývojem nových ekologických procesních kapalin. Projekt je realizován na katedře obrábění a montáže v TU Liberci pro firmu PARAMO a.s.

(10)

12

2 Shrnutí poznatků o soustružení slitin hliníku

2.1 Soustružení

Soustružení je klasická technologie obrábění, která se používá především pro výrobu rotačních součástí ve většině případů zpravidla jednobřitým nástrojem různých tvarů. Při soustružení vykonává hlavní pohyb rotační obrobek, který je upnutý ve sklíčidle nebo mezi hroty. Vedlejší pohyb přímočarý koná nástroj, který je upnutý v nožové hlavě. Tato technologie patří mezi nejjednodušší a nejpoužívanější metodu obrábění, kterou lze vyrábět součásti s vnější a válcovou, kuželovou i tvarovou plochou, rovinou čelní plochou a zápichy atd.[8], [9], [6].

2.2 Teplo a teplota při obrábění

Při obrábění dochází k transformaci téměř veškeré mechanické energie na teplo. Vzniklé teplo má zásadní vliv na řezné vlastnosti nástroje, na mechanické vlastnosti obráběného materiá- lu a v povrchových vrstvách ovlivňuje tření, pěchování, zpevnění apod. [4], [1], [16], [17], [8], [11].

Teplo při obrábění se především odvádí třískou, obrobkem, břitem nástroje, strojem a prostředím, kde vzniká tříska. Řezné podmínky výrazně ovlivňují množství tepla přicházejícího do jednotlivých oblastí především řeznou rychlostí a tepelně fyzikálními vlastno- stmi řezného i obráběného materiálu. Celkové tepelné poměry, které vznikají při řezném procesu vyjadřuje obecná rovnice tepelné bilance (1). Popis rovnice nalezneme v tabulce1 [4], [1], [16], [17], [8], [10], [6]:

QDI + QDII + QDIII + QTC + QTH = QT + QO + QN + QP (1)

Tab. 1. Popis rovnice tepelné bilance [17]

Označení Popis označení

QDI teplo vzniklé v oblasti primárních plastických deformací QDII teplo vzniklé v oblasti sekundárních plastických deformací QDIII teplo vzniklé v oblasti terciálních plastických deformací

QTC teplo vzniklé třením třísky na čele nástroje QP množství tepla odvedeného do okolního prostředí QTH teplo vzniklé třením třísky na hřbetu nástroje

QT teplo odvedené třískou

QO teplo odvedené obrobkem

QN teplo odvedené nástrojem

QP teplo odvedené prostředím

(11)

13 Teplota v zóně řezání je závislá hlavně na kontaktu třísky a nástroje, velikosti řezných sil a třecích procesech mezi materiálem obrobku a břitem nástroje. Vysoké teploty mají nepříznivý účinek na trvanlivost nástroje a zvyšují tím rychlost opotřebení břitu nástroje. Kromě vlivu na trvanlivost nástroje se teplotní účinek řezání projeví i na jakosti obrobeného povrchu, kde vysoká teplota má vliv na pevnost povrchové vrstvy obrobku proti opotřebení. Proto je snahou, co nejvíce snížit teplotu při obrábění, čímž lze dosáhnout zmenšením řezné rychlosti, hloubky záběru nebo posuvu. Další alternativou jak snížit vzniklé teplo při řezném procesu je použití procesních kapalin [4], [1], [16], [17], [8], [10], [6].

2.3 Popis vlastností hliníku a jeho slitin

2.3.1 Hliník

Hliník je chemický prvek, který patří do skupiny kovů. Základními vlastnostmi hliníku je především jeho nízká měrná hmotnost, dobrá tepelná a elektrická vodivost, poměrně dobrá pevnost a snadná zpracovatelnost. Hliník má značné využití ve strojírenském, automobilovém, leteckém, elektrotechnickém, potravinářském a stavebním průmyslu. Z hlediska obrábění se čistý hliník používá velmi zřídka, jelikož to je poměrně nestabilní snadno tvářitelný kov, proto se využívají převážně jeho slitiny [11], [19], [12].

2.3.2 Slitiny hliníku

Slitiny hliníku získáme přidáním vhodných legujících prvků do čistého hliníku. Volbou vhodných legujících prvků lze dosáhnout výhodných mechanických a technologických požadavků. Výběr vhodného prvku v kombinaci s jeho množstvím, lze získat slitinu hliníku s požadovanými vlastnostmi [11], [19], [12].

Slitiny hliníku lze rozdělit do několika skupin podle různých kritérií. Z hlediska použití se slitiny hliníku dělí na tvářené, slévárenské a vhodné pro obrábění tzv. automatové slitiny [11], [19], [12].

2.3.3 Automatové slitiny hliníku

Automatové slitiny hliníku jsou legovány prvky, které zajišťují dobrou obrobitelnost materiálu. Tato vlastnost je charakterizována tvorbou drobné lámavé třísky. Tvorba lámavé třísky je zajištěna legujícími prvky s nízkou teplotou tání. Tyto prvky se nerozpouštějí v základní hliníkové matrici a tvoří měkké částice. K nejpoužívanějším automatovým slitinám patří AlMgSiPb, AlCu4PbMg a AlCu6BiPb. Z ekologického a zdravotního hlediska je olovo obsažené v těchto slitinách nahrazováno jinými prvky, ve většině případů cínem [11], [19], [12].

(12)

14

2.4 Obrobitelnost slitin hliníku

Obrobitelnost materiálu definujeme, jako schopnost materiálu být obráběn za určitých pracovních podmínek. Je to souhrnný vliv fyzikálních vlastností a chemického složení kovů na průběh a na ekonomické, kvalitativní a kvantitativní výsledky řezného procesu. Obrobitelnost nezávisí pouze na druhu obráběného materiálu, ale závisí i na typu zvolené technologie, obráběcího nástroje a zvolených řezných podmínek. K faktorům ovlivňující hodnocení obrobitelnosti patří [11], [19], [7], [4] [11], [16]:

 chemické složení obráběného materiálu,

 fyzikální a mechanické vlastnosti obráběného materiálu,

 způsob výroby a tepelné zpracování obráběného materiálu,

 geometrie nástroje,

 metoda obrábění,

 řezné podmínky,

 řezné prostředí,

 druh a vlastnosti nástrojového materiálu,

 mikrostruktura obráběného materiálu.

Slitiny hliníku lze obecně zařadit do skupiny materiálů lépe obrobitelných. V porovnání s ocelemi stejné pevnosti jsou hodnoty řezných sil vzniklých při obrábění výrazně nižší. Na obrobitelnost hliníkových slitin se příznivě podílí precipitáty, měkké částice obsažené ve struktuře a stupeň deformačního zpevnění [11], [19], [7], [4], [16].

2.4.1 Třídy obrobitelnosti

K hodnocení obrobitelnosti se používá index obrobitelnosti, který vyjadřuje poměr řezné rychlosti zkoušeného materiálu k řezné rychlosti dosažené u etalonového materiálu při zvolené době trvanlivosti řezného nástroje. Abychom získali jednoduchý přehled o obrobitelnosti materiálu, byla za tímto účelem vytvořena skupina 20 tříd. Třídy jsou odstupňovány podle geometrické řady s koeficientem q=1,2589. K jejich označení se používá číslice umístěná před písmeno (např. 11a, 14b atd.). Písmeno umístěné za číslicí určuje druh materiálu. Hliník a jeho slitiny patří do skupiny lehkých neželezných kovů, které se značí písmenem d. Materiály s vyšším číselným označením třídy mají lepší obrobitelnost [11], [19], [7].

(13)

15 2.4.2 Hodnocení obrobitelnosti dle tvaru třísky

Jedním ze základních parametrů, kterým lze hodnotit obrábění slitin hliníku je tvar vzniklé třísky. Při obrábění slitin hliníku je snahou docílit vzniku krátké lámavé třísky, která je z důvodu snadného odvodu, opotřebení nástroje a zajištění vysoké jakosti povrchu nejvhodnější.

Třísky se rozdělují dle normy ČSN ISO 3685 na základě svého tvaru do 8 skupin (viz obr. 1).

Hodnocení třísky, která vznikne během procesu obrábění se provádí vizuálně, kde se daná tříska přiřadí do určité skupiny [11], [19].

Obr. 1. Rozdělení třísky do skupin podle tvaru [19]

2.5 Faktory ovlivňující proces obrábění slitin hliníku

Z hlediska obrábění vyžadují slitiny hliníku jiný přístup v porovnání s obráběním ocelí nebo litin. Hliník a jeho slitiny se při obrábění za sucha řadí k problematickým materiálům i přes nízké mechanické vlastnosti. To je dáno nízkou teplotou tavení, vysokou tepelnou vodivostí a sklonem k adhezi. Hospodárnost obráběcího procesu závisí na zvolení vhodných řezných podmínek. Pro soustružení slitin hliníku se zpravidla používá vysokých řezných rychlostí.

Z těchto důvodů je proto nutné vytvořit optimální pracovní podmínky obráběcího procesu [11], [19], [4].

2.5.1 Tvorba nárůstku

Tvorba nárůstku je jedním z nežádoucích problémů, který vzniká při obrábění slitin hliníku. Nárůstek vzniká vlivem třecího napětí na břitu nástroje, kde dochází k problematickému utváření třísky díky nízké teplotě tavení. Tento děj má za následek nalepování materiálu na břit nebo čelo nástroje, což nepříznivě ovlivňuje jakost obrobeného povrchu. Abychom zamezili

(14)

16 tvorbě nárůstku je zapotřebí upravit povrch nástroje mikroleštěním za účelem snížení adheze [11], [19], [4].

2.5.2 Geometrie nástroje

Při obrábění slitin hliníku dochází k problému s odvodem vzniklé třísky, proto je zapotřebí zvolit vhodnou geometrii nástroje, která zajistí plynulý a bezproblémový odvod třísky.

Jestliže dochází k tvorbě dlouhé spojité třísky je zapotřebí zvolit vhodný utvařeč třísky, který zamezuje namotávání třísky na nástroj a zkracuje délku třísky. Nejvhodnější nástroje pro obrábění slitin hliníku jsou vyměnitelné břitové destičky s pozitivní geometrií břitu, s malým úhlem a poloměrem špičky [11], [19], [4].

2.5.3 Materiál nástroje

Při obrábění slitin hliníku dochází k tvorbě nárůstku, proto je zapotřebí zvolit vhodný materiál řezného nástroje k zamezení jeho tvorby. Další požadavek na řezný materiál je zachování dobré houževnatosti při dostatečné otěruvzdornosti a vysoké stabilitě řezného procesu.

Těmto požadavkům nejlépe vyhovují vyměnitelné břitové destičky ze slinutých karbidů typu WC-Co. Pro obrábění hliníkových slitin se speciálně používá jemnozrnných nepovlakovaných druhů slinutých karbidů. Při obrábění vysokými řeznými rychlostmi se používají břitové destičky z polykrystalického diamantu, které zaručí požadavek na vysokou jakost obrobeného povrchu a vysokou přesnost rozměrů [11], [19], [4].

2.6 Jakost povrchu

Při obrábění součásti vznikají na jejím povrchu nerovnosti, které ovlivňují funkční vlastnosti. Abychom mohli vyhodnotit data z měření je potřeba proložit rovinu řezu rovinou kolmou k povrchu. Tímto způsobem získáme profil plochy, která tvoří povrch součásti. Pro rozpoznání nerovností charakterizující daný profil ve směru osy x se používá základní délka lr.

Způsob vyhodnocení jakosti povrchu nám udává norma ISO 4287, která definuje následující geometrické parametry [7], [10], [13], [14], [17] [18]:

 R – parametr vypočítaný z profilu drsnosti,

 W – parametr vypočítaný z profilu vlnitosti,

 P – parametr vypočítaný ze základního profilu.

V této bakalářské práci budeme jakost obrobeného povrchu hodnotit parametrem R vypočítaného z profilu drsnosti.

(15)

17 2.6.1 Drsnost povrchu

Drsnost povrchu je velmi důležitým parametrem, který má vliv na funkci a spolehlivost součásti. Optimálně zvolená drsnost povrchu zajišťuje delší životnost součásti a tím i spolehlivost celého stroje. Drsnost povrchu je strukturní složka s nejmenší roztečí nerovností. Hodnotí se podle způsobu obrábění, vzhledu a hloubky zanechané po nástroji v kolmém řezu na povrch součásti. Velký vliv na drsnost povrchu a přesnost mají zvolené řezné podmínky, tvar nástroje, tvar břitu a způsob obrábění. Drsnost se hodnotí v těchto 3 parametrech [7], [10], [14], [15], [17], [18]:

 výškové parametry,

 délkové parametry,

 tvarové parametry.

Výškové parametry

Největší výška výstupku Rp – Je definována jako největší výška výstupku profilu Zpi v rozsahu základní délky lr zobrazena na obr. 2 [7], [10], [14], [18].

Největší hloubka prohlubně profilu Rv – Je definována jako největší hloubka prohlubně profilu Zvi v rozsahu základní délky lrzobrazena na obr. 2 [7], [10], [14], [18].

Největší výška profilu Rz – Je definována jako součet největší výšky profilu Zpi a největší hloubky profilu ZVi v rozsahu základní délky lrzobrazena na obr. 2 [7], [10], [14], [18].

Obr. 2. Zobrazení výškových parametrů Rv, Rz, Rp [14]

Průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu Ra – Je definována jako aritmetický průměr naměřených absolutních hodnot pořadnic Z(X) v rozsahu základní délky (viz obr.3). Tato charakteristika udává průměr naměřených hodnot, ze kterých nelze určit vzhled povrchu. Naměřená hodnota nevypovídá zcela přesně skutečné drsnosti, neboť tato metoda nereaguje citlivě na extrémní výšky hrotů a hloubky rýh profilu. Pro výpočet toho parametru použijeme následující rovnici (2) [7], [10], [14], [15], [18]:

(16)

18

∫ | |

(2)

Obr. 3. Střední aritmetická úchylka profilu Ra[7]

Délkové parametry

Materiálový poměr profilu (nosný podíl) Rmr - Je to poměr délky materiálu elementu profilu Ml(c) na dané úrovni c k vyhodnocované délce zobrazené na obr. 4 [7], [14], [15].

Křivka materiálového poměru profilu (nosná křivka) - Nosná neboli Abbottova křivka vyjadřuje graficky poměr materiálu a vzduchu v oblasti vzniklého profilu měřené součásti (viz. obr.4). Dalším způsobem, jak lze číselně vyjádřit tuto křivku je z parametru nosné podílu posuzovaného profilu padesát procent, který značí hloubku ve které je poměr materiálu a vzduchu 1:1 [7], [14], [15].

Obr. 4. Grafické znázornění nosného podílu a nosné křivky [14]

2.7 Integrita povrchu

Integrita povrchu je definována souhrnem všech vlastností a charakteristik, kterými lze hodnotit kvalitu povrchové vrstvy obrobené součásti. Hodnocení kvality povrchu se vztahují na funkční vlastnosti a provozní spolehlivost obrobené součásti. Z těchto získaných parametrů zpětně určujeme vhodnost dané technologie, zvolených řezných podmínek a řezného prostředí.

Z hlediska vyhodnocování dat lze integritu povrchu rozdělit do těchto složek: zbytková napětí, mikrotvrdost, změny struktury v povrchové vrstvě, drsnost povrchu [13], [16], [17], [18].

(17)

19

3 Prostředí v oblasti řezání

Prostředí v zóně řezání má významný vliv na proces obrábění. Významně ovlivňuje hospodárnost, kvantitu a kvalitu řezného procesu. Prostředí v oblasti řezání tvoří zpravidla tato procesní média [1], [6], [7], [18]:

 kapaliny,

 pasty,

 plyny,

 mlhy.

Mezi základní požadavky na vlastnosti a využití těchto médií patří zejména chladicí, mazací a čisticí účinek. K dalším důležitým požadavkům kladena na procesní média patří provozní stálost, ochranný účinek, zdravotní nezávadnost a nízké náklady [1], [6], [7], [18].

3.1 Technologické a provozní požadavky na procesní média

3.1.1 Chladicí účinek

Chladicím účinkem procesního média se rozumí schopnost média odvádět teplo z místa řezu. Tuto schopnost má každé médium smáčicí povrch kovů za předpokladu, že mezi povrchem obrobku a médiem existuje tepelný spád. Odvod vzniklého tepla při řezání se uskutečňuje schopností procesního média, které obklopuje nástroj, třísku i obrobek, příjmout část vzniklého tepla. Chladicí účinek má za následek snížení teploty v místě řezu, čímž se zajistí zlepšení jakosti obrobeného povrchu, zvýšení trvanlivosti nástroje a snížení opotřebení nástroje. K důležitým vlastnostem, které ovlivňují chladicí účinnost média patří smáčecí schopnost, výparné a měrné teplo, tepelná vodivost, rychlost vypařování za určitých teplot a průtokové množství. Zvýšením hodnot těchto parametrů dochází ke zvýšení chladicí schopnosti procesního média [1], [6], [7], [18].

3.1.2 Mazací účinek

Mazací účinek lze definovat jako schopnost procesního média vytvořit na povrchu obrobku a nástroje přilnavou vrstvu, která zabraňuje přímému dotyku kovových povrchů a snižuje tření mezi obrobkem a nástrojem. S ohledem na výskyt vysokých tlaků vzniklých při řezání mezi obrobkem a nástrojem, zde nedochází ke kapalinnému tření. Ke vzniku mezního tření může dojít, má-li procesní médium velkou afinitu ke kovu, nebo váže-li se s materiálem obrobku chemicky v mikroskopické mezní vrstvě. Mazacím účinkem procesního média rozumíme schopnosti zmenšení tření, snížení velikosti řezných odporů a spotřeby energie.

(18)

20 Mazací účinek se projeví i ve zlepšení jakosti povrchu. Důraz na mazací účinek klademe především u dokončovací operace obrábění, ale také u protahování, výrobě závitů nebo výrobě ozubených kol [1], [6], [7], [18].

Mazací schopnost procesního média je závislá na viskozitě a pevnosti vytvořené mezní vrstvy. Nežádoucím důsledkem rostoucí viskozity je omezený průnik média mezi třecí plochy, zhoršení proudění a snížení odvodu tepla. Dalším negativním důsledkem vyšší viskozity je ulpívání média na odvedených třískách, čímž dochází ke ztrátám média [1], [6], [7], [18].

3.1.3 Čistící účinek

Důležitou funkcí procesního média je odstraňovat třísky vzniklé při obrábění. Aby procesní médium mělo dobrý čistící účinek, musí zamezit shlukování a slepování částic.

K dalším požadavkům na čistící účinek média zahrnuje odplavování vzniklé třísky, nesmí lepit a musí dovolovat snadné a rychlé usazování nečistot [1], [6], [7], [18].

3.1.4 Provozní stálost

Provozní stálost procesního média lze hodnotit dobou jeho výměny. Z ekonomického hlediska musí procesní médium dlouhodobě setrvat v provozu, aniž by změnilo své funkční vlastnosti. Z toho vyplývá, že médium setrvávající déle v provozu snižuje náklady na jeho provoz a na celkovou výrobu součásti. Provozní stálost řezného média závisí na jeho fyzikálních a chemických vlastnostech a na pracovní teplotě [1], [6], [7].

Stárnutí procesního média se projevuje ve zhoršení jeho funkčních vlastností vlivem rozkladu nebo chemických změn. K nejmarkantnějšímu projevu stárnutí dochází u médií olejového typu, kde se projevuje tvorbou usazenin, které mohou způsobit poruchy stroje.

Produkty stárnutí způsobují řadu nežádoucích faktorů, ke kterým patří snížení chladící a mazací účinnost, ochranných schopností a korozi kovových dílů [1], [6], [7].

3.1.5 Ochranný účinek

Ochranný účinek procesního média lze definovat jako schopnost média nenapadat kovové povrchy a tím způsobit jejich korozi. Tato důležitá schopnost zaručuje ochranu výrobku a součásti stroje při výrobním procesu. Dalším důležitým požadavkem je, aby procesní médium nerozpouštělo nátěry obráběcích strojů a nebylo agresivní vůči pryžovým těsněním [1], [6], [7].

3.1.6 Zdravotní nezávadnost

Zdravotní nezávadnost procesního média zaručuje ochranu pracovníka při přímém kontaktu s médiem. Proto médium nesmí být zdravotně závadné, nesmí obsahovat látky dráždící

(19)

21 sliznici a pokožku a nesmí být jedovaté. Tato média nemají taktéž zamořovat pracovní prostředí nepříjemným zápachem. Zdravotní nezávadnost média závisí i na jeho provozní stálosti a čistotě [1], [6], [7].

3.1.7 Nízké náklady

Nízké náklady závisí výhradně na spotřebě procesního média. Abychom nejlépe optimalizovali proces obrábění je potřeba při rozboru nákladů prozkoumat vliv procesního média na obrábění (průběh plastických deformací v zóně řezání, opotřebení, trvanlivost, ostření nebo výměna nástroje, změny struktury povrchu obrobené plochy, spotřeba energie). Dalším faktorem pro zhodnocení nákladů na procesní médium je jeho provozní stálost, výměna a náklady na likvidaci. Procesní médium slouží jako jeden z prostředků, jak ovlivňovat hospodárnost procesu obrábění. Cena procesního média není hlavním faktorem, který by měl vliv na celkovou ekonomii obrábění [1], [6], [7].

3.2 Procesní kapaliny

Procesní kapaliny patří mezi médium, které lze rozdělit podle jeho vlastností na kapaliny s převažujícím chladicím účinkem a kapaliny s převažujícím mazacím účinkem. V současné době však toto rozdělení zcela nevystihuje sortiment vyskytující se na trhu. Cílem vývoje procesních kapalin je snahou vyrobit kapaliny se zvyšujícím mazacím účinkem s převažujícím chladicím účinkem. V současnosti tyto požadavky plní všechny druhy kapalin na trhu. Procesní kapaliny lze rozdělit do těchto skupin [1], [6], [7], [18]:

 vodní roztoky,

 olejové emulze,

 mastné oleje a tuky,

 minerální oleje,

 syntetické kapaliny.

Mezi další možnosti jak lze kapaliny rozdělit je zobrazeno na obr. 5 [6].

Obr. 5. Schematické rozdělení procesních kapalin [6]

mastné oleje a tuky

řezné oleje

polosyntetické minerální vodou nemísitelné minerální oleje

Procesní kapaliny

vodou mísitelné syntetické

emulze polosyntetické minerální syntetické

(20)

22 3.2.1 Vodní roztoky

Vodní roztoky patří mezi nejlevnější a nejdostupnější procesní kapaliny. Základem těchto roztoků je voda, kterou je nutno upravit za účelem splnění základních požadavků na procesní kapaliny. K těmto úpravám patří změkčování a přidávání přísad proti korozi, pro zlepšení smáčivosti a proti pěnivosti a pro schopnost ničit bakterie. Vodní roztok musí být vždy alkalický.

Vodní roztoky mají velmi dobrý chladící a čistící účinek, ale téměř žádný mazací účinek [1], [6], [7].

3.2.2 Olejové emulze

Olejové emulze jsou tvořeny disperzní soustavou dvou vzájemně nerozpustných kapalin, z nichž jedna tvoří mikroskopické kapky rozptýlené v druhé kapalině. Pro obrábění se v technické praxi používá výhradně emulzní soustavy: olej ve vodě. Do této soustavy je nutné přidat i třetí složku, tzv. emulgátor, který vytváří na povrchu kapek povlak zabraňující slučování kapek oleje. V případě nepoužití emulgátoru by se po určitém čase olej vyloučil na hladině kapaliny [1], [6], [7].

Olejové emulze vytváří do určité míry spojitosti předností vody a mazacích olejů. Míra chladícího účinku závisí na koncentraci oleje v emulzi, s jejímž nárůstem klesá. K dalším faktorům ovlivňující účinek emulzní kapaliny na obrobený materiál je její pH, které ovlivňuje schopnost ochrany proti korozi. Pro běžně požívané slitiny železa by se hodnota pH měla pohybovat v intervalu 8 - 9. Vzhledem k pořizovacím nákladům patří emulzní kapaliny k nejpoužívanějším procesním kapalinám [1], [6], [7].

3.2.3 Mastné oleje a tuky

Mastné oleje a tuky jsou látky živočišného a rostlinného původu. Tyto látky se skládají z esterů mastných kyselin a částečně i z volných mastných kyselin, které mají velkou přilnavost ke kovu. Tepelné vlastnosti mastných olejů jsou téměř totožné s minerálními oleji; avšak mají nižší povrchové napětí, tím i lepší smáčivost, což přispívá k účinnějšímu odvodu tepla. Výhodou mastných olejů a tuků je jejich mazací schopnost. K nevýhodám mastných olejů patří značný sklon ke stárnutí, které má za následek zvětšování kyselosti, tvorbu kovových mýdel a pryskyřičnatých látek, čímž dochází k zalepování funkčních součástí stoje za provozu [1].

3.2.4 Minerální oleje

Minerální oleje se vyrábějí z ropy. Jsou to kapalné uhlovodíky s dobrou mazací schopností, horším chladicím účinkem, velmi dobrým ochranným účinkem a dobrou odolností

(21)

23 proti stárnutí. Z ekonomického hlediska jsou náklady na pořízení minerálních olejů nízké. Další jejich výhodou je snadná dostupnost. Minerální oleje nepodléhají bakteriálnímu rozkladu a mají velmi dobré provozní vlastnosti, které závisí na původu a způsobu technologického zpracování suroviny, na viskozitě a na bodu vzplanutí [1].

3.2.5 Řezné oleje

Řezné oleje jsou zušlechtěné minerální oleje. Cílem zušlechťování je dosáhnout vyšší tlakové únosnosti a mazací schopnosti. K přednostem řezných olejů patří poměrně nízká cena, velmi dobrá mazací schopnost, dobrý chladicí účinek a velká odolnost proti napadení bakteriemi.

Přísady používané při zušlechťování mazacích účinků lze rozdělit do těchto tří základních skupin [1], [6], [7]:

 mastné látky,

 organické sloučeniny,

 pevná maziva.

Mastné látky jsou zmýdelnitelné mastné oleje, mastné kapaliny nebo syntetické estery.

Tyto přísady zvyšují přilnavost oleje ke kovu a zlepšují mazací schopnost, avšak ne za extrémních tlaků [1], [6], [7].

Organické sloučeniny jsou vytvořeny na bázi síry, chloru nebo fosforu. Tyto sloučeniny se používají jako vysokotlaké sloučeniny. Na povrchu součásti utváří vrstvičku kovových mýdel, která zabraňují svařování a usnadňují kluzný pohyb třecích ploch [1], [6], [7].

Pevná maziva působí na povrch kovu mechanickým účinkem. Vzhledem ke své afinitě tvoří tato maziva mezní vrstvu, odolnou proti tlakům a zlepšují mazací schopnost oleje. Mezi pevná maziva patří grafit a sirník molybdenu. Jejich nevýhodou je, že se v kapalinách nerozpouští a proto se musí udržovat v rozptýleném stavu, což může být komplikované a poměrně nákladné [1], [6], [7].

3.2.6 Syntetické kapaliny

Syntetické procesní kapaliny se vyznačují velkou provozní stálostí a špatnou hořlavostí.

Vyznačují se především dobrým chladicím, mazacím a ochranným účinkem. Syntetické procesní kapaliny neobsahují minerální oleje, ale jsou složeny z rozpouštědel: například z glykolů, které ve vodě emulgují nebo se rozpustí. Použití syntetických procesních kapalin má proti kapalinám na bázi oleje ekonomické výhody a navíc zajišťuje rychlé odvádění tepla, dobrý čisticí účinek a jednoduchou přípravu [1], [6], [7].

(22)

24

3.3 Vliv procesních kapalin na obrábění slitin hliníku

Vývoj v oblasti vodou mísitelných procesních kapalin souvisí v současné době s obráběním slitin hliníku. Obrábění slitin hliníku přináší řadu konkrétních problémů, proto musí procesní kapaliny splnit několik specifických požadavků. Mezi první typické problémy patří tvorba nárůstku, který je popsán v předešlých kapitolách. Druhým problémem je chemická reaktivita hliníku. V této souvislosti dochází ke vzniku skvrn na povrchu obrobku vlivem aditiv obsažených ve vodou mísitelných procesních kapalin. Tento efekt může vést k tvorbě tmavých skvrn různé barvy, v některých případech až černé. Z těchto důvodů je nezbytně nutné zvolit vhodný aditivační systém, který splňuje technologické vlastnosti procesních kapalin v kontaktu s hliníkem. V této souvislosti se často používají speciální inhibitory nežádoucích reakcí. Třetím problémem je sklon k mikrobiologické aktivitě. Materiálové vlastnosti hliníku vyžadují zvýšené procento mazivostních přísad obsažených ve formulacích procesních kapalin. Složení těchto přísad je většinou založeno na esterech a obdobných mastných látkách, které nejsou odolné proti napadení bakteriemi či houbami. Proto je nutné, aby každá formulace kapaliny určená pro obrábění hliníku obsahovala účinný biocid, který zamezí působení biologických látek.

Z uvedených problémů je proto cílem zvolit procesní kapalinu, která zabrání všem negativním specifickým vlivům [20], [21].

Vodou mísitelné procesní kapaliny používané pro slitiny hliníku lze rozdělit do dvou skupin. Do první skupiny patří mikroemulze se sníženým obsahem minerálního oleje a relativně vysokým obsahem syntetických esterů. K druhé skupině řadíme syntetické roztoky neobsahující minerální oleje. Pro uvedené skupiny produktů platí současné hygienické a ekologické požadavky. Z těchto důvodů se vyskytují na trhu produkty mikroemulzí bez obsahu kyseliny borité, formaldehydu i aminů. Mikroemulze se v současné době považují za nejvýkonnější produkty pro obrábění slitin hliníku. Nejvýznamnější schopností je výrazné prodloužení životnosti nástroje, čímž lze dosáhnout úspor dosahujících desítek procent. Tyto kapaliny obsahují vysoce výkonné polymerní přísady, které svými vysokotlakými vlastnostmi převyšují většinu klasických produktů. Nejmodernějším příspěvkem pro obrábění slitin hliníku jsou syntetické kapaliny vyznačující se velmi nízkou alkalitou, což má kladný vliv na hygienu a zcela zamezuje přirozené nežádoucí reaktivitě hliníku [20], [21].

(23)

25

4 Popis strojů, nástrojů a měřících přístrojů

4.1 Obráběcí stroj

Obrábění hliníkového vzorku se uskuteční na univerzálním hrotovém soustruhu SU 50 (viz obr. 5). Technické údaje tohoto soustruhu jsou uvedeny v tabulce 2. Tento stroj patří mezi základní strojní vybavení Katedry obrábění a montáže TU v Liberci.

Univerzální soustruh SU 50

Charakteristika Hodnota Jednotka

Oběžný průměr nad ložem 500 [mm]

Oběžný průměr nad suportem 250 [mm]

Průměr sklíčidla 250 [mm]

Největší průřez nože 32x32 [mm]

Počet stupňů otáček vřetena 22 [-]

Rozsah otáček vřetena 11,2-1400 [min-1]

Rozsah podélného posuvu 0,027-3,8 [mm/ot]

Rozsah příčného posuvu 0,013-1,9 [mm/ot]

Počet motorů pro hlavní pohon stroje 2 [-]

Výkon motoru pro hlavní pohon stroje 2x5,5 [kW]

Otáčky motoru pro hlavní pohon stroje 1400 [ot/min]

Tab. 2. Technické údaje SU 50 [6]

Obr. 6. Univerzální hrotový soustruh SU 50

(24)

26

4.2 Nástroj a vyměnitelná břitová destička

Pro soustružení vzorku byl navržen soustružnický nůž vnější, který je konstruován pro použití vyměnitelných břitových destiček od firmy Narex Consult a.s. (viz obr. 7). Rozměry soustružnického nože jsou zobrazeny v tabulce 3.

Tab.3. Rozměry soustružnického nože Obr. 7. Narex CTAPR 2525 M16 [18]

Pro obrábění hliníkového vzorku byla vybrána vyměnitelná břitová destička od firmy Pramet s označením TPUN 160304; 8230 (viz obr. 8). Tato vyměnitelná břitová destička byla vybrána z důvodu vhodného použití pro obrábění hliníkových slitin. Rozměry vyměnitelné břitové destičky jsou zobrazeny v tabulce 4.

Tab. 4.Rozměry břitové destičky TPUN 160304 [18]

Obr. 8.Vyměnitelné břitová destička TPUN 160304 [18]

Rozměry Hodnota Jednotka

b 22 [mm]

h=h1 25 [mm]

f 25,5 [mm]

l1 150 [mm]

l2 32 [mm]

úhel nastavení 90 [°]

Rozměry Hodnota Jednotka

l 20 [mm]

d 20 [mm]

s 20,5 [mm]

rε 125 [mm]

(25)

27

4.3 Profiloměr MITUTOYO

Pro vyhodnocení jakosti obrobeného povrchu bude použit laboratorní profiloměr MITUTOYO SV-2000 (viz obr. 9) v laboratoři KOM TU v Liberci. Profiloměr je zaměřen na diagnostiku parametru drsnosti. Naměřená drsnost povrchu bude zpracována počítačovým programem Surfpak 1.100.

Obr. 9. Profiloměr MITUTOYO SV-2000

4.4 Ruční refraktometr Brix 0-18% ATC

Pro zjištění správné koncentrace namíchané procesní kapaliny bude použit ruční refraktometr Brix 0-18% ATC s přesností ± 0,15 % (viz obr. 10). Refraktometr je součástí vybavení laboratoře KOM TU v Liberci.

Obr. 10. Ruční refraktometr brix 0-18% ATC

(26)

28

5 Návrh metodiky experimentu

5.1 Příprava zkušebního vzorku

Pro řešení experimentální části bakalářské práce byl zvolen vzorek hliníku AlCu4BiPb dle ČSN 424254. Tento materiál byl vybrán na základě vhodných vlastností pro obrábění. Jeho charakteristická vlastnost je tvorba drobné lámavé třísky, která je pro proces obrábění žádoucí.

Polotovar je kruhová tyč, která má v průměru 230 mm a jeho délka je 175 mm.

Pro zajištění stability, upnutí a ustavení polotovaru při procesu soustružení je nutné navrtat na obrobku středící důlky. Zkušební vzorek následně upneme z jedné strany do univerzálního sklíčidla a z druhé strany zajistíme upínacím hrotem pinoly přísuvného koníku. Polotovar soustružíme na průměr 224 mm v délce 150 mm, za účelem odstranění defektivní vrstvy na povrchu polotovaru a zajištění dostatečné plochy na obrobku pro vyhodnocení experimentu.

5.2 Příprava procesních kapalin

Pro přípravu procesních kapalin od světových výrobců je nejprve nutné smíchat koncentrát s vodou a vytvořit 5% roztok procesních kapalin. Aby bylo dosaženo požadované koncentrace je zapotřebí brát v úvahu refrakční index. Pomocí refrakčního indexu vypočteme hodnotu koncentrace na ručním refraktometru podle rovnice (2). Refrakční index je uveden u každé procesní kapaliny v tabulce technických parametrů v následující kapitole 4.3. Popis označení použitých koeficientů nalezneme v tabulce 5:

(2)

Tab. 5. Popis použitých koeficentů

Procesní kapaliny byly namíchány v sedmi dvoulitrových PET lahvích. Příprava procesních kapalin proběhla v následujících krocích:

 nalití vody do PET láhve,

 smíchání koncentrátu procesního média s vodou,

 promíchání PET láhve,

 nanesení procesní kapaliny na ruční refraktometr ve formě kapky,

Označení Popis označení

KREF údaj koncentrace na refraktometru

KSKUT požadovaná koncentrace

ri refrakční index

(27)

29

 zjištění naměřené hodnoty refraktometru,

 přidání vody do procesního média nebo procesního média do vody při zjištění nesprávné hodnoty na refraktometru,

 označení PET lahve nápisem s názvem procesní kapaliny lihovým fixem, aby nedošlo k záměně použitých médií.

5.3 Charakteristika procesních kapalin

Vyhodnocení parametrů experimentální části bude provedeno u sedmi procesních kapalin od světových výrobců. Procesní kapaliny jsou vodou mísitelná média. Pro experimentální část bakalářské práce bylo vybráno těchto sedm procesních kapalin od světových výrobců:

 BLASOCUT KOMBI 35,

 HOCUT 795B,

 CIMSTAR 620,

 VASCO 1000,

 ZUBORA 65H ULTRA,

 ZUBORA 20H EXTRA,

 ZUBORA UNIVERZAL.

5.3.1 BLASOCUT KOMBI 35 Popis:

BLASOCUT KOMBI 35 je vodou mísitelná mikroemulze na bázi minerálního oleje, bez obsahu chlóru. Tato procesní kapalina je speciálně navržena pro použití v měkké vodě.

Použití:

BLASOCUT KOMBI 35 je procesní kapalina určená všeobecně pro obrábění a broušení litiny, oceli a hliníkových slitin. Koncentrát obsahuje vápník, který působí jako proti-nadouvadlo v měkké vodě.

(28)

30 Procesní kapalina: BLASOCUT KOMBI 35

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu hnědá [-]

Vzhled roztoku mléčná, světle hnědá [-]

Viskozita při 40°C 54 [mm2/s]

Hustota při 20°C 0,95 [kg/m3]

Faktor pro refraktometr 1,0 [-]

Bod vzplanutí 146 [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 8,5-9,2 [-]

Tab. 6. Technické parametry procesní kapaliny BLASOCUT KOMBI 35

5.3.2 HOCUT 795B Popis:

HOCUT 795B je mléčný emulzní olej bez obsahu chlóru, bóru a formaldehydu s vysokými mazacími účinky a dlouhou životností.

Použití:

Vlastnosti HOCUT 795B jsou vhodné k obrábění slitin hliníku a vysoce jakostní legované oceli. Na obrobené ploše hliníku nezanechává žádné viditelné stopy. HOCUT 795B se používá u vysokotlakých systému chlazení na moderních CNC automatech.

Procesní kapalina: HOCUT 795B

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu Kalný hnědý [-]

Vzhled roztoku Bělavá emulze [-]

Viskozita při 40°C - [mm2/s]

Hustota při 20°C 0,94 [g/cm3]

Faktor pro refraktometr 1,0 [-]

Bod vzplanutí - [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 8,7-9,2 [-]

Tab. 7. Technické parametry procesní kapaliny HOCUT 795B

5.3.3 CIMSTAR 620 Popis:

CIMSTAR 620 je čirý jantarově zbarvený vodou mísitelný koncentrát ve formě mikro- jemné emulze.

(29)

31 Použití:

CIMSTAR 620 je univerzálně použitelný pro obrábění středních a těžkých kovů. Tato emulze je zejména vhodná pro obrábění a broušení železných a neželezných kovů, zvláště pak pro slitiny hliníku. Tento produkt je předurčen pro použití v měkké vodě.

Procesní kapalina: CIMSTAR 620

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu Jantarová [-]

Vzhled emulze čirá [-]

Viskozita při 40°C - [mm2/s]

Hustota při 20°C [g/cm3]

Faktor pro refraktometr 1,5 [-]

Bod vzplanutí - [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 9,0 [-]

Tab. 8. Technické parametry procesní kapaliny CIMSTAR 620

5.3.4 VASCO 1000 Popis:

VASCO 1000 je vodou mísitelná procesní kapalina neobsahující chlór na bázi rostlinného oleje. Použitím tohoto média dosáhneme vyšší hospodárnosti obráběcího procesu.

Použití:

VASCO 1000 je vhodný pro střední a těžké obrábění litiny, oceli, hliníkových slitin a neželezných kovů.

Procesní kapalina: VASCO 1000

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu světle hnědá [-]

Vzhled emulze mléčná béžová [-]

Viskozita při 40°C 60 [mm2/s]

Hustota při 20°C 0,95 [g/cm3]

Faktor pro refraktometr 1 [-]

Bod vzplanutí 180 [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 8,6-9,0 [-]

Tab. 9. Technické parametry procesní kapaliny VASCO 1000

(30)

32 5.3.5 ZUBORA 65H ULTRA

Popis:

ZUBORA 65H ULTRA je vodou mísitelná částečně syntetická jemně rozptýlená mikroemulze na bázi minerálního oleje. Produkt neobsahuje bór a baktericidi.

Použití:

ZUBORA 65H ULTRA se používá pro těžké obráběcí operace, jako je vrtání hlubokých otvorů, vystružování a řezání vnitřních závitů. Tato procesní kapalina se používá pro obrábění oceli, litiny a hliníkových slitin.

Procesní kapalina: ZUBORA 65H ULTRA

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu - [-]

Vzhled emulze - [-]

Viskozita při 20°C 75 [mm2/s]

Hustota při 15°C 0,98 [g/cm3]

Faktor pro refraktometr 1 [-]

Bod vzplanutí - [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 9,6 [-]

Tab. 10. Technické parametry procesní kapaliny ZUBORA 65H ULTRA

5.3.6 ZUBORA 20H EXTRA Popis:

ZUBORA 20H EXTRA je vodou mísitelný řezný olej obsahující EP(vysokotlaké) přísady. Tento produkt má dobrou filtrovatelnost a vynikající detergentní ochranu proti korozi.

Použití:

ZUBORA 20H EXTRA se používá pro náročné obráběcí operace, jako je vrtání hlubokých děr, vystružování, řezání závitů a apod. Z hlediska vlastností této procesní kapaliny je vhodná pro obrábění slitin hliníku, ocelí a neželezných kovů. Při obrábění hliníkových slitin dosahuje tato procesní kapaliny velmi dobré jakosti obrobeného povrchu.

(31)

33

Procesní kapalina: ZUBORA 20H EXTRA

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu - [-]

Vzhled emulze - [-]

Viskozita při 40°C 200 [mm2/s]

Hustota při 15°C 0,98 [g/cm3]

Faktor pro refraktometr 1 [-]

Bod vzplanutí - [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 9,3 [-]

Tab. 11. Technické parametry procesní kapaliny ZUBORA 20H EXTRA.

5.3.7 ZUBORA UNIVERSAL Popis:

ZUBORA UNIVESAL je emulzní vodou mísitelná procesní kapalina, na bázi minerálního oleje. Svými vlastnostmi vyniká především dlouhodobou stabilitou a vysokou ochranou proti korozi.

Použití:

ZUBORA UNIVERSAL se používá pro středně těžké operace, kde je zejména vhodný pro operaci broušení. Tato procesní kapalina je vhodná pro obrábění oceli, slitin hliníku a neželezných kovů.

Procesní kapalina: ZUBORA UNIVERZAL

Technické parametry Hodnota Jednotka

Barva koncentrátu - [-]

Vzhled emulze - [-]

Viskozita při 20°C 300 [mm2/s]

Hustota při 20°C 1,0 [kg/m3]

Faktor pro refraktometr 1 [-]

Bod vzplanutí - [°C]

ph 5% roztoku v dest. vodě při 20°C 8,7-9,2 [-]

Tab. 12. Technické parametry procesní kapaliny ZUBORA UNIVERZAL

(32)

34

5.4 Metodika experimentu

5.4.1 Příprava experimentu

Před zahájením celého experimentu je nutné připravit procesní kapaliny a zkušební vzorek, jak je podrobně popsáno v kapitole 4.1 a 4.2. Dalším krokem je seřízení pracovního stroje SU 50 a nastavení zvolených řezných podmínek uvedených v tab. 13. Zvolené řezné podmínky byly vybrány na základě předchozích testování nižších řezných rychlostí, kdy docházelo k nežádoucí tvorbě nárůstku na břitu nástroje, což má negativní vliv na jakost obrobeného povrchu. Řezné podmínky se během celého experimentu nemění, z důvodu vyhodnocení drsnosti povrchu jednotlivých oblastí. Pro každou oblast bude použita jiná procesní kapalina. Přívod procesního média bude zajištěn standardním způsobem, tedy přívodem pomocí chladicí soustavy do místa řezného procesu. Tato chladicí soustava se skládá z nádoby a trubice opatřené pojistným ventilem. Před nalitím zkoumaného procesního média uzavřeme pojistný ventil umístěný na trubici, abychom zamezili nežádoucímu úniku procesní kapaliny.

V následujícím kroku nalijeme připravené procesní médium do nádoby. Před zahájením obráběcího procesu upneme řezný nástroj s vyměnitelnou břitovou destičkou do nožové hlavy.

Nástrojem najedeme pomocí příčného a posuvného suportu 1 mm od okraje obrobku a na požadovanou hloubku záběru. Přípravu experimentu lze obecně shrnout do těchto kroků:

 příprava procesních kapalin a zkušebního vzorku,

 seřízení pracovního stroje SU 50 a nastavení řezných podmínek,

 příprava chladicí soustavy,

 nastavení pracovního nástroje.

5.4.2 Průběh experimentu

Pro zahájení experimentální části spustíme univerzální hrotový soustruh SU 50 a otevřeme pojistný ventil chladicí soustavy, aby byl zajištěn přívod procesního média. V dalším kroku spustíme posuv a zahájíme obrábění oblasti na zkušebním vzorku, kde byla použita daná procesní kapalina. Obrábění provedeme po dobu deseti sekund. Doba obrábění byla navržena tak, aby zajistila dostatečnou oblast obrobené plochy pro vyhodnocení drsnosti povrchu, na kterou bude aplikována vybraná procesní kapalina. Po uplynutí deseti sekund zastavíme stroj.

Nádobu se zbývající procesní kapalinou vyprázdníme a vypláchneme čistou vodou. Vypláchnutí provedeme z důvodu odstranění zbylých částí použité procesní kapaliny, které by mohli ovlivnit účinek další použité kapaliny. Po vypláchnutí vodou nalijeme do nádoby další procesní kapalinu.

Na obrobeném úseku vyznačíme lihovým fixem oblast, na kterou byla použita konkrétní

(33)

35 procesní kapalina, aby při měření drsnosti jednotlivých oblastí nedošlo k záměně použitých médií. Vzorek vzniklé třísky při obrábění bude odebrán z pracovního prostoru stroje a odložen na označené místo. Takto navržený postup opakujeme pro všechny použité procesní kapaliny.

5.4.3 Hodnocení experimentu

Drsnost povrchu bude vyhodnocena v jednotlivých oblastech dotykovou metodou na profiloměru MITUTOYO SV-2000. Před zahájením měření je potřeba ustavit obrobek do speciálního přípravku na vodorovný stůl. Měření bude provedeno na deseti úsecích (viz. obr. 11) po obvodu obrobku vždy pro jednu oblast, kde byla použita daná procesní kapalina. Pro jednu vybranou polohu na obvodu obrobku provedeme měření všech oblastí, kde byla použita procesní média. V dalším kroku natočíme obrobek do dalšího polohy na obvodu a měření drsnosti opakujeme pro všechny oblasti. Tento zvolený pracovní postup opakujeme pro všech deset zvolených míst a oblastí na obrobku. Zvolený počet měření byl vybrán pro získání více údajů, ze kterých získáme přesnější statistické výsledky naměřené drsnosti povrchu. Měření je nutno provést znovu pokud dojde ke zjištění velké prohlubně či výstupku v jednom úseku naměřených hodnot na záznamu měření v programu Surfpak 1.100 (viz obr.12). Důvodem bývají rýhy na obrobku, které mohou vzniknout při řezném procesu. Hodnocené parametry pak zkreslují zpracované výsledky měření. Získaná data z profiloměru MITUTOYO SV- 2000 budou vyhodnocena a následně zpracována počítačovým programem. Pro vyhodnocení drsnosti povrchu budou vybrány tyto parametry: Ra, Rz , ctp50. K vyhodnocení naměřených dat poslouží zpracované tabulky a grafy naměřených hodnot v programu MS EXCEL. Z těchto tabulek statisticky zpracujeme naměřená data pomocí aritmetického průměru, který určíme jako podíl součtu naměřených hodnot xi z každého měření a celkového počtu provedených měření n podle rovnice (3). Dále vypočteme interval spolehlivosti, který nám udává informaci o rozptylu provedených měření. Interval spolehlivosti vypočteme z aritmetického průměru, ke kterému se přičte nebo odečte hodnota konfindenčního intervalu podle rovnice (4) a (5) [23] .

n x x

n

i

i

1 (3) (4) (5)

Hodnocení vzniklé třísky při obrábění bude provedeno opticky pomocí normy ČSN ISO 3685, kde budeme vzniklé třísky u jednotlivých procesních kapalin řadit do určité skupiny podle tvaru třísky (viz obr. 1). Přehled celé metodiky experimentu je uveden v tabulce 13.

1

1

,

max

 

 

n t s

x

x

n

1 1

,

min    

n t s

x

x n

(34)

36 Obr. 11. Úseky měření na obvodu obrobku.

Obr. 12. Záznam měření v programu Surfpak 1.100

METODIKA EXPERIMENTU

Operace Zkušební vzorek

Druh obrábění Soustružení Materiál AlCu4BiPb-ČSN 4242554 Způsob soustružení Vnější Rozměry Ø225-175 [mm]

Nástroj Stroj

Soustružnický nůž

vnější Narex CTAPR 2525 M16 Univerzální hrotový soustruh SU-50

Břitová destička TPUN 160304

Řezné podmínky experimentu Měřené parametry Řezná rychlost vc 394,081 [m/min] Drsnost Povrchu

Hloubka záběru ap 0,5 [mm] Ra [µm]

Otáčky vřetene n 560 [ot/min] Rz [µm]

Rychlost posuvu f 0,05 [mm/ot] Nosní podíl profilu Procesní kapaliny Přívod procesní kapaliny Abbottova křivka Blasocut Kombi 35 plastická naklápěcí tryska TR ctp50 [µm]

Vasco 1000 Teplota procesní kapaliny Měřicí přístroje

Cimstar 620 t 21 [°C] profiloměr MITUTOYO

Hocut 795 B Průtočné množství

Zubora 65H Ultra Qv 3 [l/min]

Zubora 20H Extra Koncentrace Koncentrace

Zubora Universal 5 [%]

Tab. 13. Metodika provedených experimentů

(35)

37

6 Realizace experimentu

Experiment byl realizován dle navržené metodiky experimentu v kapitole 5. V průběhu experimentu nedošlo k žádným komplikacím. Průběh experimentu se uskutečnil v laboratoři katedry obrábění a montáže TU v Liberci pod dohledem odborných pracovníků. Pro realizaci experimentu bylo nejprve nutné připravit zkušební vzorek a procesní kapaliny. Dalším krokem bylo zapotřebí nastavit řezné podmínky na obráběcím stroji a seřídit nástroj v nožové hlavě.

Použité řezné podmínky jsou uvedeny v návrhu metodiky experimentu v kapitole 5. Experiment byl zahájen spuštěním stroje, následně byl otevřen ventil chladící soustavy a spuštěn posuv. Aby byl zjištěn vliv jednotlivých procesních kapalin na jakost obrobeného povrchu bylo soustruženo sedm oblastí, kde byla aplikována jednotlivá procesní média. Měření drsnosti povrchu a následné hodnocení bylo provedeno zjištěnými hodnotami drsnosti povrchu u vybraných parametrů drsnosti povrchu, které byly zaznamenány do tabulek. Vzniklé třísky byly vybrány a opticky zařazeny podle normy ČSN ISO 3685 do dané skupiny. Průběh celého experimentu lze shrnou do následujících kroků:

 příprava zkušebního vzorku,

 příprava procesních kapalin,

 seřízení stroje a nástroje,

 realizace experimentu,

 odebrání a hodnocení vzniklé třísky

 měření drsnosti povrchu,

 zpracování naměřených hodnot do tabulek.

(36)

38

7 Hodnocení vlivu procesních kapalin

Vyhodnocení vlivu procesních kapalin na jakost obrobené plochy slitiny hliníku bylo provedeno pomocí naměřených hodnot zpracovaných do tabulek a grafů. Porovnání procesních kapalin bylo uskutečněno pomocí parametrů drsnosti povrchu, nosného podílu a vzniklé třísky při obrábění. Pro hodnocení experimentální části bakalářské práce byly použity tyto procesní kapaliny: BLASOCUT KOMBI 35, HOCUT 795B, CIMSTAR 620, VASCO 1000, ZUBORA 65H ULTRA, ZUBORA 20H EXTRA, ZUBORA UNIVERZAL.

7.1 Porovnání procesních kapalin z hlediska drsnosti povrchu

K porovnání jednotlivých procesních kapalin nám poslouží různé parametry drsnosti povrchu. Porovnání jednotlivých kapalin proběhlo podle zvolené metodiky experimentu podrobně popsané v kapitole 5. Pro experimentální řešení bakalářské práce byly zvoleny řezné podmínky zobrazené v tab. 14. Zvolení těchto podmínek bylo uskutečněno na základě poznatků odborné literatury a konzultaci s odborným pracovníkem. Jedním ze stanovených cílů této bakalářské práce je zjištění vlivu procesních kapalin na jakost obrobeného povrchu a následné porovnání jednotlivých procesních kapalin z hlediska drsnosti povrchu. Další cíl byl stanoven na základě porovnání jednotlivých procesních kapalin při soustružení slitin hliníku s obráběním za sucha. Naměřené hodnoty drsnosti povrchu při soustružení za sucha byly získány z bakalářské práce Jana Šindeláře [22].

Tab. 14. Zvolené řezné podmínky 7.1.1 Porovnání procesních kapalin parametrem Ra

Naměřené hodnoty průměrné aritmetické úchylky posuzovacího profilu Ra a její odchylky při měření jsou uvedeny v tabulce 15. Porovnání jednotlivých kapalin je zobrazeno v grafu 1. Nižší číselná hodnota parametru Ra indikuje vyšší kvalitu obrobeného povrchu.

Z naměřených hodnot drsnosti povrchu byl nejlepší parametr Ra zjištěn u procesního kapaliny Název Značení Hodnota Jednotka

řezná rychlost vc 394,081 [m/min]

posuv f 0,05 [mm/ot]

otáčky n 560 [ot/min]

hloubka záběru ap 0,5 [mm]

References

Related documents

Vzhledem k výsledkům diplomové práce, které zaznamenaly u znečištěných olejů negativní vliv na proces redukování průměru dříku a prokázaly

Kapaliny se staly nejpřínosnějším mediem, protoţe splňují základní poţadavky na trvanlivost nástroje a jakost obrobeného povrchu. Především reţné kapaliny nejlépe

Hlavním cílem předkládané práce bylo zjištění vlivu geometrie řezného nástroje ze SK, sil při obrábění a drsnosti povrchu na čelní soustružení

Během tohoto experimentu jsem vyhodnocoval dopad změny koncentrace nanočástic na procesní kapalinu Vasco 6000 v návaznosti na kvalitu obrobeného povrchu při soustruţení.

Cílem experimentu bylo zjištění vlivu nanočástic v procesních kapalinách na trvanlivost břitu nástroje a vliv na kvalitu obrobeného povrchu při soustružení

Volba řezných podmínek je závislá se vstupními parametry, kterými jsou velikost řezné síly, hloubka řezu, velikost posuvu, materiál nástroje nebo břitových

Vliv opakovaného tepelného zpracování na obrobitelnost materiálu, jakost povrchu a mechanické vlastnosti obrobků při technologii

Závěr: Při analýze vlivu procesních kapalin Zubora na parametr drsnosti povrchu Rz bylo dosaženo nejlepšího výsledku s kapalinami 65 H Ultra a 65 H Plus.. Hodnocení