OBSAH ÚVOD

OBSAH

ÚVOD 9

1 PODSTATA PRÁCE 11

2 POJMY 12

2.1KOROZIVZDORNÉ OCELI 12

2.1.1 Odolnost proti korozi 12

2.1.2 Chemické složení korozivzdorných ocelí 13

2.2SOUSTRUŽENÍ 13

2.3PROCESNÍ KAPALINA 14

3 SHRNUTÍ POZNATKŮ O INTEGRITĚ POVRCHU PŘI SOUSTRUŽENÍ A VLIVU PROCESNÍ KAPALINY NA TECHNOLOGII SOUSTRUŽENÍ 16

3.1INTEGRITA POVRCHU 16

3.2VLIV ŘEZNÝCH KAPALIN A JEJICH POŽADAVKY PŘÍ TECHNOLOGII SOUSTRUŽENÍ 18 4 SHRNUTÍ INFORMACÍ O VLIVU PODMÍNEK SOUSTRUŽENÍ NA DRSNOST

POVRCHU 21

4.1DRSNOST POVRCHU (PROFILOGRAM) 21

4.1.2 Nosná křivka (Abbottova křivka) Rmr 50 23

4.1.3 R_m – největší výška nerovností profilu 23

4.1.4 R_z – výška z deseti bodů nerovnosti profilu 23

4.2VLIVY PŮSOBÍCÍ NA POVRCH SOUČÁSTI 24

4.3POVRCH PŘI OBRÁBĚNÍ, DRSNOST POVRCHU 25

4.4MĚŘENÍ DRSNOSTI POVRCHU 26

4.5NÁRŮSTEK 27

5 NÁVRH METODIKY EXPERIMENTŮ PRO ZKOUMÁNÍ VLIVU PROCESNÍCH KAPALIN NA DRSNOST POVRCHU PŘI SOUSTRUŽENÍ NEREZOVÝCH OCELÍ

V LABORATOŘI KOM FS TUL 29

5.1 NÁVRH OBRÁBĚCÍHO STROJE, ŘEZNÉHO NÁSTROJE A PŘÍPRAVA MATERIÁLU NA

OBRÁBĚNÍ 29

5.2ZJIŠTĚNÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK PRO ZKOUMÁNÍ ŘEZNÝCH KAPALIN 29

5.2.1 Hloubka záběru – a_p [mm] 29

5.2.2 Posuv – f [mm/ot] 30

5.2.3 Řezná rychlost – v_c [m/min] 30

5.2.4 Zhodnocení obrobených ploch součásti dle naměřených hodnot 30

5.3PŘÍPRAVA PROCESNÍCH KAPALIN 31

5.3.1 Druhy procesních kapalin 31

5.4STANOVENÍ VLIVU PROCESNÍCH KAPALIN 33

6 REALIZACE EXPERIMENTŮ 34 6.1ZVOLENÍ STROJE, ŘEZNÉHO NÁSTROJE A PŘÍPRAVA MATERIÁLU NA OBRÁBĚNÍ 34

6.1.1 Materiál 34

6.1.4 Stroj 36

6.1.5 Nástroj 36

6.2ZJIŠTĚNÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK PRO ZKOUMÁNÍ ŘEZNÝCH KAPALIN 37 6.2.1 Laboratoř pro měření drsnosti povrchu dotykovou metodou 38 6.2.2 Vliv hloubky odebírané třísky na drsnost povrchu a vliv hloubky odebírané

třísky na nosný oddíl profilu 38

6.2.3 Vliv velikosti posuvu na drsnost povrchu 40

6.2.4 Vliv řezné rychlosti na drsnost povrchu 41

6.2.4 Vliv špatného odvodu třísky z místa obrábění 45 6.2.5 Velikost vlivu procesních kapalin při posuvu f = 0,051 a 0,15 mm/ot 46

6.3PŘÍPRAVA PROCESNÍCH KAPALIN 47

6.4ZJIŠTĚNÍ VLIVU PROCESNÍCH KAPALIN NA DRSNOST POVRCHU A NA NOSNÝ PODÍL PROFILU A VYHODNOCENÍ PROCESNÍCH KAPALIN PŘI SOUSTRUŽENÍ KOROZIVZDORNÝCH

OCELÍ 49

6.4.1 Shrnutí podmínek, při kterých je prováděno měření procesních kapalin 49 6.4.2 Vliv procesních kapalin při obrábění za podmínek uvedených v bodě (6.4.1.)

s posuvem f = 0,15 mm/ot 49

6.4.3 Vliv procesních kapalin při obrábění za podmínek uvedených v bodě (6.4.1.)

s posuvem f = 0,051 mm/ot 53

6.4.4 Shrnutí vlivu jednotlivých procesních kapalin: 56 7 SHRNUTÍ A ZHODNOCENÍ DOSAŽENÝCH VÝSLEDKŮ A VYVOZENÍ

ZÁVĚRŮ 57

7.1 ZHODNOCENÍ VLIVU ŘEZNÝCH PODMÍNEK NA DRSNOST OBROBENÉHO POVRCHU 57 7.1.1 Porovnání velikosti vlivu procesních kapalin při posuvu f = 0,051 a 0,15 mm/ot 57 7.1.2 Řezné podmínky pro vyhodnocení procesních kapalin 58 7.2 ZJIŠTĚNÍ VLIVU A VYHODNOCENÍ PROCESNÍCH KAPALIN PŘI SOUSTRUŽENÍ

KOROZIVZDORNÝCH OCELÍ 59

8 ZÁVĚR 61

SEZNAM LITERATURY 62

PŘÍLOHY 65

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK A SYMBOLŮ

ap hloubka třísky mm

ctp50 nosný podíl materiálu a vzduchu (jiné označení Rmr 50) µm

f posuv na otáčku mm/ot

I plastická deformace mm

II vnější kontakt (tření) mm

l1,2 délka kontaktu s třískou mm

l délka profilu mm

ln základní délka filtrovaného profilu mm

m střední čára profilu

Mr1 podíl materiálu nad profilem jádra %

Mr2 podíl materiálu pod profilem jádra %

n počet vybraných bodů

rN poloměr ostří mm

rε poloměr zaoblení špičky nástroje mm

Ra střední aritmetická úchylka profilu µm

Rk základní hloubka, hloubka profilu jádra drsnosti µm

Rm největší výška nerovnosti µm

Rmr 50 nosný podíl materiálu a vzduchu (jiné označení Ctp 50) µm

Rp střední hloubka nerovnosti profilu µm

Rpk redukovaná výška špiček µm

Rvk redukovaná hloubka rýh µm

Rz výška nerovnosti profilu z deseti bodů µm

s posuv na otáčku mm/ot

vc řezná rychlost m/min

yx výška v bodě x µm

α úhel břitu (°)

δ úhel řezu (°)

εr úhel špičky nástroje (°)

ᴂr úhel nastavení (°)

ᴂr‘ vedlejší úhel nastavení (°)

ÚVOD

Obrábění s použitím procesních kapalin přináší mnohé výhody, ale bohužel to má i mnohé nevýhody. Procesní kapaliny mají pozitivní vlastnosti, ale jen tehdy, pokud jsou zvoleny adekvátní podmínky pro jejich využití a zároveň i vhodný materiál, který je obráběn. Za stejných podmínek a při použití dvou rozdílných procesních kapalin vznikne pokaždé jiná výsledná jakost povrchu obráběné součásti.

Vhodně zvolené procesní kapaliny snižují obráběcí síly, chladí soustavu stroj – nástroj – obrobek, pomáhají vyplavovat třísku z místa řezu a mají i mnohé další pozitivní vlastnosti, proto je důležité při soustružení konkrétních materiálů zvolit odpovídající procesní kapalinu.

V souvislosti s výše nastíněnou problematikou si tato práce klade za cíl zjistit, jaký je vliv různých procesních kapalin dodaných firmou Paramo a.s. při soustružení korozivzdorné – nerezové oceli, dále určit adekvátní procesní kapaliny, a zlepšit tak kvalitu nejen samotného procesu soustružení, ale zejména výsledného produktu.

Práce nejprve přibližuje danou problematiku z teoretického hlediska, kdy jsou představeny vlastnosti korozivzdorných ocelí, proces soustružení a vlastnosti zvolených procesních kapalin. V této části je také pojednáno o aspektech soustružení, jako je kvalita povrchu a s ní související vliv procesních kapalin na technologii soustružení a následně se práce věnuje z teoretického hlediska i samotné drsnosti povrchu a veličinám, které ji charakterizují a které můžeme v souvislosti s drsností povrchu sledovat a měřit – ohledně měření jsou představeny i jednotlivé možnosti měření drsnosti povrchu.

Důležitou součástí práce je však část praktická. Předně bylo třeba vytvořit návrh metodiky experimentu pro danou problematiku. V potaz byly vzaty jak teoretické znalosti a hypotetické možnosti, tak i reálné možnosti provedení měření, které nabízí laboratoře KOM TUL. Před zahájením samotného měření a realizací experimentu bylo nezbytné zvolit vhodný obráběcí stroj, řezný nástroj a stanovit optimální podmínky pro daný experiment (hloubka záběru, posuv, řezná rychlost), následně bylo nutné připravit procesní kapaliny k obrábění, tj. provést úpravu koncentrace kapalin dle doporučených instrukcí od zadávající firmy Paramo a.s. tak, aby jej bylo možno správně a efektivně použít při zjišťování jejich vlivu na velikost nárůstku a následně i na drsnost povrchu při soustružení.

Samotné měření probíhalo následujícím způsobem. Nejprve byl materiál obráběn za sucha a změřena drsnost povrchu, tedy v jakém stavu zanechá řezný nástroj povrchovou vrstvu. Nadále bylo měření prováděno při změnách podmínek – sledované změny se týkají odebírání třísky různé hloubky, různého posuvu a zvyšující se řezné rychlosti a po té byl materiál soustružen za použití procesních kapalin.

U všech třískových obrábění nástroj zanechává na povrchové vrstvě stopy, ať už pouhým okem viditelné, či nikoliv. Tyto stopy se výrazně mění s použitím pomocných technologických kapalin, jinak řečeno za použití procesních kapalin.

Tyto nepravidelnosti se dále měří a poukazují na drsnost povrchu. Drsnost povrchu obráběné součásti je tudíž důležitým faktorem, který poukazuje na to, jak byla tato plocha zhotovena a za jakých podmínek. Veškeré naměřené hodnoty jsou pro přehlednost zpracovány v ilustrativních grafech a doplněny krátkým komentářem, jenž shrnuje zjištěná fakta.

Úkolem této práce je tedy zjistit u tří zkušebních materiálů, jedná se o tři různé druhy korozivzdorné oceli, při jakých podmínkách obrábění vzniká největší nárůstek na břitu a při jakých podmínkách obrábění lze dosáhnout největších rozdílů drsnosti.

Na základě těchto podmínek práce porovnává, jaký vliv mají přidávané procesní kapaliny na výsledný processoustružení.

Výsledkem práce je pak na základě naměřených hodnot určit, které kapaliny se k soustružení korozivzdorné oceli hodí nejlépe a které jsou naopak naprosto nevhodné a neefektivní.

1 PODSTATA PRÁCE

Smyslem této práce je zhodnotit schopnost procesních kapalin pronikat do zóny obrábění, kde kapaliny vytvářejí mazací film a zabraňují utváření nárůstku. (Rozdíl je patrný při porovnání obr. 1.1 a 1.2) Čím větší bude schopnost kapalin pronikat do zóny obrábění, tím menší bude nárůstek. Čím menší bude nárůstek, tím menší bude drsnost povrchu. Tím pádem schopnost pronikat do zóny obrábění můžeme hodnotit na základě drsnosti obrobeného povrchu.

Obr. 1.1 – Tvorba nárůstku při obrábění Obr. 1.2 – Tvorba nárůstku

za sucha. s použitím procesních kapalin.

Ra – Střední aritmetická úchylka profilu (drsnost povrchu), I. – Plastická deformace, II. – Vnější kontakt (tření), l1,2 – Délka kontaktu s třískou

Práce by měla především napomoci chemikům z firmy PARAMO a.s. zjistit, jaké látky obsažené v jednotlivých procesních kapalinách, namíchané však teoreticky, mají vliv na obráběcí proces (soustružení) a jak velkou schopnost pronikat do zóny obrábění u materiálu jako je korozivzdorná ocel mají dané kapaliny. Určení vlivu kapalin na obráběcí proces vychází ze znalostí vlastností jednotlivých kapalin.

Firma PARAMO a.s. vytváří nové řezné kapaliny a ve spolupráci s KOM FS TUL, která testuje procesní kapaliny, zjišťuje, jaký mají vliv procesní kapaliny na různé materiály při různých podmínkách obrábění.

.

2 POJMY

2.1 KOROZIVZDORNÉ OCELI

Celosvětová poptávka po oceli roste tempem okolo 5% ročně. Roční spotřeba je nyní více než 20 milionů tun a roste v oblastech, jako je stavebnictví, potravinářský průmysl, domácí spotřebiče atd. Tyto materiály jsou hojně užívány zejména díky svému atraktivnímu vzhledu, korozní odolnosti, nízkým nárokům na údržbu a pevnosti nerezové oceli.

Nerezové oceli jsou austenitické, austeniticko–feritické, feritické, martenzitické a to za doprovodu různých legujících prvků, které zvyšují jejich pozitivní vlastnosti.

Výhodné vlastnosti nerezových ocelí jsou vidět zejména ve srovnání se standardními nelegovanými konstrukčními ocelemi, kdy nerezové oceli mají oproti nelegovaným ocelím celou řadu výhodných vlastností. Jedná se o následující kladné vlastnosti:

 Vyšší odolnost proti korozi i bez povrchové úpravy (nátěry, povlaky atd.)

 Vyšší tuhost

 Vyšší pevnost za vyšších teplot

 Vyšší tažnost

 Vyšší pevnost a tvrdost

 Jsou vzhledově atraktivnější

 Nižší nároky na údržbu [1]

2.1.1 Odolnost proti korozi

Všechny nerezové oceli jsou slitiny ze železa, které obsahují minimálně 10,5%

chromu. Chrom ve slitině tvoří samoléčebnou ochrannou vrstvu oxidu. Tato vrstva oxidu zaručuje nerezové oceli odolnost proti korozi. Samoregenerační charakter vrstvy oxidu znamená odolnost proti korozi. Vlastnosti oceli se zachovávají bez ohledu na výrobní metodu. I když je povrch materiálu poškozen nebo opotřeben, bude se sám léčit a odolnost proti korozi bude zachována u všech částí.

Naopak běžné uhlíkové oceli musí být chráněny proti korozi nátěrem, nebo jiným způsobem, např. pozinkování. Každé opotřebení či změna v ochranné vrstvě povrchu oceli zapříčiní, že může dojít k postupné korozi nechráněné či poškozené části ocele.

Koroze různých tříd korozivzdorné oceli se bude lišit vlivem proměnného prostředí. Odolnost jednotlivých tříd oceli bude záviset na prostředí a použití jednotlivé ocele. Velký vliv má zejména chemické složení daného prostředí, např.

chloridy mohou mít velice nepříznivý vliv na odolnost korozivzdorných ocelí vůči korozi. [1]

2.1.2 Chemické složení korozivzdorných ocelí

Odolnost korozivzdorných ocelí vůči korozi ovlivňuje zejména jejich chemické složení. Na odolnosti vůči korozi se podílejí zejména legující prvky a jejich procentuální množství ve slitině. „Kromě minimálního 10,5 % obsahu chrómu (Cr) nezbytného pro korozní odolnost, jsou v materiálu spolu s železem (Fe) obsaženy i další prvky, jako je uhlík (C) (max. 1,2 %), nikl (Ni), mangan (Mn), molybden (Mo), měď (Cu), křemík (Si), síra (S), fosfor (P) a dusík (N). Spolu s chrómem se na korozní odolnosti významně podílí také obsah molybdenu a dusíku. Nikl ve slitině primárně zajišťuje požadovanou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti. Chemické složení jednotlivých tříd udává norma EN 10088–1.“ [2]

2.2 SOUSTRUŽENÍ

„Při soustružení dochází k odřezávání přebytečné vrstvy (přídavku na obrábění) řeznou částí nástroje s definovanou geometrií. Odřezávaná vrstva odchází od obrobku v podobě třísky. Aby došlo k oddělení třísky od polotovaru, musí mít činná část nástroje klínový břit, který je tvrdší než obráběný materiál. Obrobený povrch

získává postupně požadovaný tvar, rozměr, drsnost i některé mechanické vlastnosti.“ [3]

Obrábění se uskutečňuje v soustavě stroj – nástroj – obrobek, kde stroj je zastoupen symbolicky univerzálním sklíčidlem a opěrným hrotem.

Obr. 2.1 – Soustava stroj – nástroj – obrobek [4]

2.3 PROCESNÍ KAPALINA

Za procesní kapalinu se v dnešní době považuje ta kapalina, která má výhodné vlastnosti při obrábění. Mohou to být např. voda, vodné roztoky, emulze kapalin, mastné oleje a tuky, minerální oleje, řezné oleje, syntetické kapaliny a různé kombinace kapalin s výhodnými vlastnostmi pro obrábění. Musíme dbát na správné použití procesní kapaliny, protože při různorodosti materiálu a při různých podmínkách obrábění je výhodnější pokaždé jiná procesní kapalina. Používáme tu kapalinu, která je nejhospodárnější a nezávadná vůči životnímu prostředí, kdyby tomu tak nebylo, musí se nadále zajistit likvidace těchto kapalin. Následně pojednejme o nejčastěji užívaných procesních kapalinách.

 „Vodní roztoky – jsou to převážně roztoky uhličitanu a křemičitanu sodného nebo dusitanu sodného a dalších látek. Tyto vodní roztoky mají dobré chladicí účinky. Používají se převážně při broušení.

 Emulze – mají velice dobré chladící i mazací účinky a jsou nejpoužívanější procesní kapalinou. Emulze se dodávají převážně neředěné. Při použití se ředí vodou podle návodu, nebo podle potřeby. Lze je používat několikanásobně, ale je třeba počítat s tím, že při opětovném použití se jejich mazací a chladící účinky snižují.

 Řezné oleje – se vyznačují převážně jen mazacími účinky. Ty zajišťují vysokou jakost obrobené plochy a zároveň malé opotřebení řezného nástroje. Nejčastěji se používají při řezání závitů, protahování a při obrábění ozubení.“[4]

Procesní kapaliny se používají u všech typů třískového obrábění, ale musí k tomu být přizpůsoben obráběcí stroj (CNC nebo NC stroje), kterými je přiváděna procesní kapalina a současně musí být tato kapalina shromažďována, popř. i filtrována od nečistot v zásobníku stroje. Po znehodnocení musí být kapaliny odborně zlikvidovány.

Nejvýhodnější použití nacházejí kapaliny v případech, v kterých je potřeba dosáhnout velmi dobré jakosti povrchu, pouze v rámci jedné operace při obrábění (kdy následné dokončovací operace – broušení, leštění – nejsou zapotřebí), jelikož se tím snižují náklady a čas na výrobu jednotlivé součásti či celých dílů.

3 SHRNUTÍ POZNATKŮ O INTEGRITĚ POVRCHU PŘI SOUSTRUŽENÍ A VLIVU PROCESNÍ KAPALINY NA TECHNOLOGII SOUSTRUŽENÍ

V následující kapitole jsou shrnuty poznatky o integritě povrchu při soustružení a následně je podrobněji pojednáno o řezných kapalinách a jejich účincích na technologii soustružení. Většina teoretických poznatků je demonstrována řadou ilustrativních obrázků.

3.1 INTEGRITA POVRCHU

„Integrita povrchu je odrazem podmínek, za kterých funkční plocha vzniká, bere v úvahu důsledky působení technologických metod na jakost obrobené plochy a dává je do vztahu k funkčním požadavkům na celý výrobek.

V povrchové vrstvě lze pozorovat vztah mezi geometrickými vlastnostmi povrchu a fyzikálními vlastnostmi, jako jsou jakost obráběného povrchu, zbytková napětí, tvrdost a zpevnění a mikrostruktura materiálu.

 Jakost obrobeného povrchu

- Přesnost rozměru a tvaru je dána vlastní přesností stroje, tuhostí systému stroj – nástroj – obrobek a dalšími faktory, které ale působí nepřímo na technologický proces.

- Drsnost a mikrostruktura povrchu je ovlivněna bezprostředně procesem řezání. Nejvýznamnějšími prvky tohoto vlivu jsou řezná rychlost, tvar nástroje, působení různých řezných materiálů, jejich opotřebení apod.

- Vlastnosti povrchové vrstvy jsou vyjadřovány strukturními změnami, stupněm zpevnění, které jsou úměrné velikosti zbytkových napětí.

 Zbytková napětí jsou

- nerovnoměrná plastická deformace v obrobeném povrchu

- nerovnoměrný ohřev a ochlazování materiálu, které vyvolává jeho roztažení a smršťování

- nerovnoměrné změny struktury vyvolané působením tepla a mechanických sil

- chemické procesy spojené s reakcí částic pronikajících do povrchové vrstvy“ [5]

 Zpevnění

„Při plastickém tváření kovů se jejich pevnost různou měrou zvyšuje.

Zvýšení pevnosti je závislé na rychlosti, kterou tváření probíhá, a na tom, jaké sklony má materiál obrobku ke zpevňování plastickou deformací. Vysoká rychlost zpevňování znamená rychlé zvyšování pevnosti v poměru k úbytku deformační rychlosti. Při obrábění oceli je deformační rychlost v určitých místech velmi vysoká, zejména v blízkosti břitu. Materiály, u nichž dochází ke vzniku velké rychlosti tváření za studena, jsou austenitické korozivzdorné oceli.

Uhlíkové oceli jsou příkladem materiálů, u nichž tváření za studena probíhá jen velmi pomalu. Vysoké rychlosti zpevňování plastickou deformací za studena znamenají, že na utváření třísky musí být vynaloženo velké množství energie (velká měrná řezná síla). Současně s tím dochází k výraznému zvýšení tvrdosti v povrchové zóny obráběné plochy.

Hlavní příčinou deformace povrchové vrstvy obrobku je tvar řezné hrany nástroje. Ostří nástroje totiž není ideální přímka, ale část válcové plochy o poloměru 5 až 20 m. Proto se nástroj stýká s obrobeným povrchem na ploše BAC (viz. Obr. 3.1a). Na obrázku (Obrázek 3.1b) je mikrotvrdost největší na povrchu a do hloubky obrobku se postupně zmenšuje až na tvrdost původního nedeformovaného materiálu.“ [6]

Obr. 3.1 – a) Deformace povrchové vrstvy vlivem poloměru zaoblení ostří rN, b) Zpevnění povrchové vrstvy závislé na hloubce vrstvy h [6]

 Z řezných podmínek ovlivňují intenzitu a hloubku zpevnění řezná rychlost, tloušťka odřezávané vrstvy a šířka třísky. Z geometrických parametrů nástroje působí na zpevnění povrchové vrstvy obrobku: úhel řezu δ, úhel hřbetu α,

3.2 VLIV ŘEZNÝCH KAPALIN A JEJICH POŽADAVKY PŘÍ TECHNOLOGII SOUSTRUŽENÍ

Hlavním úkolem řezných kapalin jak tvrdí Jan Mádl [7] a také pánové Bumbálek, Ošťádal a Šafr [8] hlavním úkolem řezných kapalin je obrábět při největší hospodárnosti, zvýšit trvanlivost, a tak i životnost obráběcího nástroje, redukovat deformaci při tvoření třísky, redukovat celkovou sílu řezání, zajistit jakost obráběného povrchu při malé spotřebě energie, na což má vliv chladící, mazací a čistící účinek použité kapaliny, usnadňovat utváření a odchod třísky, zabraňovat tvorbě nárůstku, ovlivňovat velikost a průběh zbytkových napětí v povrchové vrstvě obrobené plochy, ovlivňovat velikost a průběh zpevnění, resp. tvrdosti v povrchové vrstvě obrobené plochy apod.

Nyní pojednejme o jednotlivých účincích řezných kapalin zevrubněji.

 Chladící účinek

Teplota v místě řezu roste, když je větší řezná rychlost a tloušťka třísky, nebo houževnatý materiál. Odvodu tepla dosahujeme proudem kapaliny, která oplachuje nástroj, třísku i obrobek v oblasti řezu a přijímá odtud vyvinuté teplo.

Část kapaliny se odpaří vlivem nadměrného místního zahřátí, zbytek pak proudí zpět do sběrné nádrže, kde následně ztrácí převzaté teplo. Chladící účinek procesní kapaliny bude záviset na její smáčecí schopnosti (povrchovém napětí), na výparném teple, na vypařování za určité teploty, na teplotě vodivosti, na měrném teple a na průtokovém množství kapaliny a její pěnivosti. Nežádoucí je odpařování kapaliny, musela by se odvětrávat z pracovního prostředí kvůli požární bezpečnosti a nadále nechávat kondenzovat, aby byla hospodárně využita. Proto posuzujeme chladící účinek řezných kapalin většinou podle jejich měrného tepla, tepelné vodivosti a smáčecí schopnosti.[8]

 Mazací účinek

Kapalina vytvoří na materiálu slabou přilnavou vrstvu, která znemožňuje přímý kontakt dvou kovových materiálů. Tato vrstva je ovlivněna především viskozitou, pevností mezní vrstvy a schopností kapaliny přilnout k obráběnému materiálu. Mazací účinek snižuje tření mezi třískou a nástrojem i mezi obrobkem a nástrojem, zlepšuje odchod třísky a zklidňuje chod stroje. Mazací

účinek kapaliny má vliv na jakost obráběného povrchu a [8] „závisí především na vlastnostech mezní vrstvy, které se nedají jednoduše změřit ani číselně vyjádřit.“ [8]

 Čistící účinek

Procesní kapalina odvádí z místa řezu přebytečné částečky třísky a jiné nežádoucí nečistoty, aby nenarušovaly proces obrábění. Kapalina splňuje čistící účinek tehdy, dovolí–li nečistotám usadit se v zásobníku, aby nadále mohla být znovu nasáta a dopravována k místu obrábění. Na čistotu kapaliny má vliv viskozita. Čím větší viskozita, tím více bude v procesní kapalině ulpívat nežádoucí tříska, a tím tuto kapalinu znehodnotí a nebude možno ji dále používat. Vezmeme–li kapalinu s nižší viskozitou, tak těžší částečky třísky a nečistoty klesnou ke dnu, kde se následně usadí. Menší a lehčí nečistoty mohou být strhnuty nasávaným proudem, kterým jsou následně dopraveny zpět až do místa řezu, kde jsou nežádoucí, jelikož mohou nepříznivě ovlivnit průběh obrábění. [8]

 Provozní stálost

Procesní kapalina by si měla zachovat své vlastnosti i chemické složení do doby, než je vyměněna za kapalinu novou. Čím delší je čas výměny, tím nižší jsou náklady na procesní kapalinu. Čas je ovlivněn teplotou, kdy se kapalina odpařuje, odolností proti mechanickému a chemickému napadení a typem kapaliny a její stálostí. Stárnutí a změnu vlastností u kapaliny olejového typu poznáme tak, že kapalina začne vytvářet usazeniny, kal. Tyto usazeniny jsou zdrojem stárnutí kapaliny a jsou nežádoucí, zhoršují totiž chladící účinek, způsobují korozi, zvětšují pěnivost kapaliny atp. U kapalin vodného typu se vlastnosti mění vlivem rozpadu ve složky. Stárnoucí olejová složka a vodní složka napadená hnilobnými bakteriemi, které vodu rozkládají [8], „nestabilita i rozložení kapaliny vedou k zmenšení mazacího účinku, ke ztrátě ochranných schopností, ke korozi aj. Čím je kapalina složenější z většího počtu nestejnorodých složek, tím větší má sklon k nestabilitě.“ [8]

 Ochranný účinek

Procesní kapalina u dokončovacích operací by měla mít za úkol chránit obrobený materiál – nejčastěji kov, ale i obráběcí stroj proti korozi, neboli rezivění. Tato ochrana je důležitá z hlediska ochrany obrobků a při přesunu mezi jednotlivými operacemi. Kdyby tomu tak nebylo, materiál, který koroduje nejčastěji na vzduchu, by musel být konzervován, aby při manipulaci nekorodoval. Pokud kapalina nemá sama tyto schopnosti, jsou do kapaliny přidávány přísady, které zabraňují korozi. [8] „V zásadě musí být všechny řezné kapaliny nekorozivní vůči oceli a litině (se zřetelem ke strojům). Kromě toho nesmějí tyto kapaliny napadat příslušný zpracovávaný materiál (např. neželezné kovy).“ [8]

 Zdravotní nezávadnost

„Při práci na obráběcích strojích není možné zabránit tomu, aby pracovníci nepřišli do styku s procesními kapalinami. Při odstraňování třísek a při čištění stroje i nádrže se ruce rovněž potřísní kapalinou. Rozprášená a odpařená kapalina pronikne téměř všude, jak na pokožku, tak i do dýchacích cest.

Z uvedených důvodů je nezbytné, aby řezné kapaliny nebyly zdraví škodlivé, resp. aby neobsahovaly látky dráždící sliznici a pokožku a bezpodmínečně aby nebyly jedovaté. Zdravotní nezávadnost řezných kapalin závisí také na jejich provozní stálosti a čistotě. Zestárlá, znečištěná nebo bakterie obsahující kapalina může způsobit zdravotní obtíže, které se u čerstvé kapaliny neprojevují.“ [8]

Avšak i zdravotně nezávadná procesní kapalina může způsobit obtíže, pokud na pracovišti nebude dodržena bezpečnost práce. Pracoviště musí být odvětrávané, s možností opláchnout kapalinu z pokožky a musí být vybaveno preventivními ochrannými pomůckami (ochranné kryty), aby nedocházelo k potřísnění pokožky či částí oděvů. [8]

4 SHRNUTÍ INFORMACÍ O VLIVU PODMÍNEK SOUSTRUŽENÍ NA DRSNOST POVRCHU

V této kapitole se pojednává o drsnosti povrchu a o veličinách které nám názorněji popisují tvar povrchu obrobené součásti. Jsou zde nastíněny možné výpočty některých veličin dle uvedených vzorců a představeny různé metody, jak jednotlivé veličiny lze naměřit. Nadále jsou nastíněny jednotlivé vlivy, které mají vliv na drsnost povrchu při obrábění, a je také pojednáno o tom, kde všude se tyto vlivy vyskytují.

4.1 DRSNOST POVRCHU (PROFILOGRAM)

Při měření jakosti povrchu se jednotlivá měření vyhodnocují na jedné předem stanovené délce. Celková délka se skládá z délky nájezdu, vyhodnocované délky a délky doběhu. Pokud tato délka není stanovena, tak tuto délku musí stanovit osoba, která provádí měření.

„Strukturu povrchu obráběné součásti můžeme popsat jednotlivými profily.

(Např. P – profil, W – profil a R – profil)

 P – profil – základní, celkový profil

Zachycuje drsnost povrchu. Zaznamenání vlnitosti povrchu a úchylek tvaru závisí na druhu použitého snímače. Absolutním snímačem se zachytí úplný tvar povrchu.

 W – profil – profil vlnitosti

Jedná se o profil nerovnosti povrchu po filtrování dolnopropustným filtrem o určité mezní rozteči. Profil W odpovídá střední čáře profilu P a používá se pro vyhodnocení charakteristiky vlnitosti povrchu.

 R – profil – profil drsnosti

Profil povrchu po filtrování hornopropustným filtrem o určité mezní rozteči;

kdy vliv vlnitosti je potlačen. Profil R se používá pro vyhodnocení charakteristik drsnosti povrchu „ [9]

Nejčastější parametry R – profilu jsou: Ra, nosná křivka, Rm, Rz

 Ra – střední aritmetická úchylka

„Střední hodnota všech odchylek od střední čáry profilu na vyhodnocované délce, bez ohledu na jejich vertikální směr. To vyjadřuje, že pomocí hodnoty Ra

nelze určit, zda odchylky mají charakter výstupků, nebo prohlubní.

Hodnota Ra není významně ovlivňována ojedinělými odchylkami, což znamená, že také existuje riziko zanedbání velkého výstupku nebo rýhy.

Nejčastější hodnoty Ra pro kovové povrchy se pohybují mezi 0.02 μm a 3.5 μm – čím nižší hodnota, tím hladší povrch (tzn. 0.02 μm = zrcadlově hladký povrch).“[9]

Obr. 4.4 – Střední aritmetická úchylka profilu, l – délka měřeného profilu, y – výška v bodě, m – střední čára profilu [10]

 Integrální výpočet:

Pro výpočet střední aritmetické úchylky profilu volíme následující vzorec:

(1) y(x) – výška v bodě x

l – délka měřeného profilu

A pro přibližný výpočet použijeme tento vzorec:

(2) l – délka měřeného profilu

n – počet vybraných bodů, profilu na základní délce

4.1.2 Nosná křivka (Abbottova křivka) Rmr 50

„Nejvhodnější metodou pro určení "míry odolnosti proti opotřebení" u dané součásti je stanovení příslušného materiálového poměru profilu jejího povrchu.

Hodnota Rmr se udává v %. V některé literatuře je značena i jako Ctp 50.

Veličiny materiálového profilu se určují dle DIN EN ISO 13565 a význam jednotlivých určovaných veličin je zřejmý z obr. 4.5

Obr. 4.5 – Veličiny nosného podílu [11]

- Rk – základní hloubka, hloubka profilu jádra drsnosti (zóna s největším nárůstkem podílu materiálu nad určitou hodnotou)

- Rpk – redukovaná výška špiček - Rvk – redukovaná hloubka rýh

- Mr1 – podíl materiálu nad profilem jádra - Mr2 – podíl materiálu pod profilem jádra 4.1.3 Rm – největší výška nerovností profilu

„Celková výška profilu je součtem výšky nejvyššího výstupku profilu a hloubky nejnižší prohlubně profilu na vyhodnocované délce (která se obvykle skládá z pěti základních délek). Nezávislá hodnota Rm (která nesouvisí s Rz nebo Ra) představuje jeden z nejpřísnějších požadavků na R–profil.“ [11]

4.1.4 Rz – výška z deseti bodů nerovnosti profilu

Jedná se o střední hodnotu z absolutních hodnot výšek pěti největších výstupků profilu a hloubek pěti největších prohlubní profilu v rozsahu základní délky.“ [12]

(3)

4.2 VLIVY PŮSOBÍCÍ NA POVRCH SOUČÁSTI

Při obrábění součásti řezným nástrojem vzniká na obrobené ploše nerovnost, neboli drsnost povrchu. Tyto faktory mají vliv na charakter povrchu, anebo na vlastnosti povrchové vrstvy: vzájemná geometrie a kinematický vztah nástroje a obrobku, doprovodné fyzikální jevy, podmínky obrábění, druh materiálu obrobku i nástroje, chvění součásti, ale i nástroje, nerovnosti ostří řezného nástroje a jeho opotřebení, případná změna řezného prostředí (chlazení a mazání), ale největší vliv na změnu nerovnosti má posuv, řezná rychlost a tvar špičky řezného nástroje (viz.

Obr. 4.6 a 4.7). Na základě těchto parametrů můžeme stanovit velikost teoretické drsnosti.

Další nežádoucí vliv může mít špatný odchod třísky. [12] „Neplynulá tříska se tvoří a odděluje od obrobku takovým způsobem, že mohou vzniknout na povrchu značné nesrovnalosti a trhliny, dochází ke kolísání řezné síly a dochází ke chvění nástroje. Podobné zhoršení vyvolávají u plynulé třísky ty řezné podmínky, při kterých se tvoří nárůstek.“ [12]

Obr. 4.6 [12] Obr. 4.7 [12]

Tvar drsnosti povrchu při soustružení Tvar drsnosti povrchu při soustružení nožem s poloměrem zaoblení špičky nožem bez poloměru zaoblení špičky

Na obrázku (obr. 4.7) je povrch vytvořený nožem s přímkovým hlavním a vedlejším ostřím bez poloměru zaoblení špičky, tento příklad je pouze teoretický, protože není možno při obrábění dodržet tento tvar nože, jelikož neustále dochází k opotřebení špičky nože.

Na obrázku (obr. 4.6) je povrch vytvořen nástrojem s poloměrem zaoblení špičky, rε bez použití hlavního a vedlejšího ostří. Tato metoda se používá u všech břitových destiček, jakéhokoliv tvaru a velikosti.

„Následující vzorce slouží pouze pro výpočet teoretické drsnosti podle geometrických a kinematických vztahů mezi nástrojem a obrobkem.“ [12]

(4) (5) (6)

4.3 POVRCH PŘI OBRÁBĚNÍ, DRSNOST POVRCHU

Povrch s viditelnou řeznou stopou vzniká vždy při třískovém obrábění, které je provedeno řezným nástrojem. „Základní informace o výsledných nerovnostech i jejich úchylkách (tab. 1) je možné získat z profilu, který vznikne jako průsečnice roviny řezu kolmé k obráběcí ploše. Profil nerovnosti je rozkládán na složky odpovídající jednotlivým parametrům geometrické nepřesnosti. Tvar a velikost jsou označovány jako makrogeometrie, drsnost povrchu jako mikrogeometrie.“ [12]

ŘÁD Druh úchylky Znázornění úchylky Příčiny vzniku úchylky

6 1–4

3 2 1

5 4

nelze znázornit

Špatné upnutí, prohnutí obrobku, chyby ve vedení

stroje, opotřebení.

Chvění stroje, nástroje, nesprávné upnutí.

spojení úchylek 1 – 4

krystalické pochody

Fyzikální a chemické pochody ve stavbě materiálu, napětí v krystalické mřížce.

Mechanismus vzniku nového povrchu.

Tvar nástroje řezné podmínky (posuv).

nelze znázornit

změny mřížky drsnost – periodický,

náhodný profil úchylka tvaru

vlnitost

drsnost – periodický profil

celkový profil

strukturální změny

Tab. 1 – Klasifikace úchylek povrchu [12]

4.4 MĚŘENÍ DRSNOSTI POVRCHU

Drsnost povrchu se dá měřit porovnávací metodou, dotykovou metodou a bezdotykovou metodou.

 Porovnávací metoda je dosti nepřesná, obrobený povrch se porovnává vlastním okem nebo pod mikroskopem s etalonovými vzorky dané drsnosti. Podle podobnosti vzorků určujeme drsnost povrchu.

„Podmínky, které je důležité dodržovat při použití této metody:

- stejný materiál etalonu a součásti (stejná by měla být alespoň barva), - tvar povrchu součásti a etalonu by měl být stejný (plochý, vypuklý,…), - musí být použita stejná trajektorie obrábění povrchu etalonu a součásti, - stejné podmínky pozorování (světlo).

 Dotykovou metodou se přímo odečítají číselné hodnoty jednotlivých parametrů drsnosti. Využívá se pro nejmodernější statistické a spektrální hodnocení nerovnosti povrchu. Dotykový profilometr má 2 základní části: mechanickou a elektronickou.

Obr. 4.8 – Dotykový profilometr [19]

 Bezdotykovou metodou se měří za pomocí světelného řezu. Pro určování drsnosti touto metodou se nejčastěji používá dvojitý mikroskop Schmaltz.

Velmi tenký paprsek dopadá na měřený povrch pod úhlem 45°. Odrazem od nerovnosti vzniká obraz profilu v poli mikroskopu. Následně se měřený profil vyhodnocuje a odečítají se jednotlivé parametry. Bližší informace měření se liší podle použitého zařízení.“ [13]

4.5 NÁRŮSTEK

Při obrábění houževnatých kovů se za určitých řezných podmínek tvoří na čele nástroje zpevněná vrstva kovu, která je přichycena v okolí ostří. Tzv. nárůstek vzniká periodicky s frekvencí od 10² až do 10⁴ Hz a má negativní vliv na podmínky obrábění. Nárůstek ovlivňuje převážně pracovní plochy nástroje (způsobuje vylamování materiálu z řezné hrany a tím zvyšuje opotřebení řezné části), zhoršuje drsnost (poškozuje obrobenou plochu při odlamování z řezné části břitu), mění geometrii břitu, a tím mění rozměr obrábění součásti.

Při obrábění se na řezné části břitu (obr. 4. 9) vytváří nárůstek. Při dalším obrábění se nárůstek zvětšuje, nebo zmenšuje až do doby, než se odlomí. Odlomená část nárůstku poškozuje obrobený povrch (obr. 4. 10). Odlamovaná část nárůstku se odlamuje z řezné části břitu, kde se může odlomit i s částí břitu, jinak řečeno nárůstek vylomí část břitu (obr. 4. 11). Břit je nevratně poškozen a na základě tohoto poškození se nepříznivě mění i řezné vlastnosti.

Obr. 4. 9 [12] Obr. 4. 10 [12] Obr. 4. 11 [12]

Z těchto hledisek je nárůstek nežádoucí a snažíme se vzniku nárůstku zamezit.

„Nárůstku je možno se vyhnout použitím:

 procesního média s chladícím a procesním účinkem, který posune vznik nárůstku do oblasti vyšších řezných rychlostí,

 pozitivnější geometrie břitu (větší úhel čela, menší úhel řezu); od určité velikosti úhlu čela se nárůstek již netvoří,

 ostré hrany, ta zmenší velikost tlaku a tím i pravděpodobnost vzniku nárůstku,

 vyšší řezné rychlosti od 180 m/min a výše, při vyšších řezných rychlostech se nárůstek netvoří. Dosáhnout vyšších řezných rychlostí (za stávající trvanlivosti) umožňuje u slinutého karbidu systém tenkých vrstev. Tento sytém tenkých vrstev ochraňuje břit před opotřebením a také často snižuje tření mezi čelem a třískou, což má opět pozitivní vliv na zamezení tvorby nárůstku;

 snížení řezné rychlosti pod 90 m/min, kdy nejsou dosaženy dostatečně velké tlaky a teploty pro vznik váznoucí vrstvy,

 jiného řezného materiálu, než je slinutý karbid, nabízí se cermet, řezná keramika nebo kubický nitrid bóru, tyto řezné materiály umožňují nastavit vysoké řezné rychlosti, a tím zcela zamezit tvorbě nárůstku, ale jejich částečnou nevýhodou je jejich křehkost.“ [6]

5 NÁVRH METODIKY EXPERIMENTŮ PRO ZKOUMÁNÍ VLIVU PROCESNÍCH KAPALIN NA DRSNOST POVRCHU PŘI SOUSTRUŽENÍ NEREZOVÝCH OCELÍ V LABORATOŘI KOM FS TUL

5.1 NÁVRH OBRÁBĚCÍHO STROJE, ŘEZNÉHO NÁSTROJE A PŘÍPRAVA MATERIÁLU NA OBRÁBĚNÍ

Podle velikosti a materiálu obrobku stanovíme stroj a následně i jeho upnutí, které bude vhodné pro obrábění. Stroj musí mít schopnost obrobit požadovaný materiál, musí splnit parametry pro upnutí a musí mít dostatečný výkon pro tento experiment.

Řezný nástroj se určuje dle materiálu obrobku. Důležitou podmínkou je, aby řezný materiál byl tvrdší nežli obráběný materiál, a to z důvodu odebírání třísky na obrobku.

Následuje příprava obrobku pro upnutí do univerzálního sklíčidla a koníku. Dále univerzální sklíčidlo musí přenést požadovaný výkon na obráběnou součást bez vzniku prokluzu.

5.2 ZJIŠTĚNÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK PRO ZKOUMÁNÍ ŘEZNÝCH KAPALIN

Abychom zjistili, jaký mají vliv procesní kapaliny na soustružení korozivzdorného materiálu, musíme stanovit takové podmínky, při kterých bude největší drsnost povrchu a bude se vytvářet maximální nárůstek. Nejprve zjistíme drsnost povrchu při narůstající řezné rychlosti a při třech různých posuvech při obrábění bez použití procesní kapaliny (tedy za sucha). Cílem této činnosti je získat takové podmínky, při kterých bude mít procesní kapalina největší vliv na odbourání vznikajícího nárůstku na řezné části nože. Na základě těchto podmínek obrobíme řezným nástrojem testovaný materiál.

5.2.1 Hloubka záběru – ap [mm]

Podstatným parametrem je také hloubka odebírané třísky. Pokud by se drsnost povrchu neměnila s hloubkou odebírané třísky, jinak řečeno pokud drsnost povrchu nebude závislá na hloubce odebírané třísky, bylo by pro náš experiment vhodné

nákladů na tento experiment. Tím se sníží i opotřebení řezného nástroje a zároveň i teplota v místě obrábění.

5.2.2 Posuv – f [mm/ot]

Posuv je parametr, který zásadně ovlivňuje drsnost povrchu při obrábění menšími rychlostmi v řádech do 15 m/min na obrobku, vytváří povrch, a tím vzniká šroubovice (pro představu je podobná závitu), která svým stoupáním (velikost posuvu na otáčku) značně ovlivňuje drsnost povrchu. Při stejné řezné rychlosti a při použití stejného řezného nástroje bude jakost povrchu lepší tam, kde bude menší posuv. Pro lepší zhodnocení experimentu zvolíme dva různé posuvy, které můžeme porovnat s obráběním za sucha. U jednotlivých posuvů bude rozdílný vliv procesní kapaliny na jakosti výsledného povrchu. U menšího posuvu vliv procesní kapaliny bude větší a u většího posuvu bude vliv procesní kapaliny menší. Toto je způsobeno velikostí posuvu a geometrií řezného nástroje.

5.2.3 Řezná rychlost – vc [m/min]

Od řezné rychlosti se odvíjí i kvalita obrobeného povrchu. Čím větší jsou řezné rychlosti, tím je kvalitnější povrch. Při vysokých otáčkách, neboli obráběcích rychlostech, je kvalita povrchu podobná, a nezáleží tudíž na velikosti posuvu, či zda obrábíme s procesními kapalinami. Rozdíly jsou zanedbatelné, proto musíme stanovit optimální řeznou rychlost, při které bude rozdíl patrný. Není účelem stanovit takové podmínky, kdy bude povrch obrobené součásti nejkvalitnější, ale snažíme se stanovit takové podmínky, kdy bude možné posuzovat vliv jednotlivých řezných kapalin při obrábění korozivzdorných ocelí, a to je při vzniku nejhorší kvality povrchu, protože vytvářený nárůstek je velký, a má též velký vliv na drsnost povrchu.

5.2.4 Zhodnocení obrobených ploch součásti dle naměřených hodnot

Jak bylo již výše vylíčeno, drsnost povrchu je možno měřit více způsoby, a to porovnávací metodou, dotykovou metodou a bezdotykovou metodou. Na základě vybavenosti laboratoří byla zvolena dotyková metoda. Tato metoda je pro toto měření dostačující, neboť měřicí přístroj (Mitutoyo surftest SV– 2000) je schopen měřit v tisícinách mikrometrů a tato přesnost plně postačuje pro měření drsnosti

povrchu. Naměřené výsledky se zprůměrňují, vyhodnotí do tabulky a následně jsou plně použitelné pro vytvoření grafu. Z grafu zjistíme optimální řeznou rychlost i posuv, při kterých se budou posuzovat vlivy procesních kapaliny.

5.3 PŘÍPRAVA PROCESNÍCH KAPALIN

Procesní kapaliny jsou dodávány v 100% koncentraci. Při experimentu se používá rozředěný koncentrát. Koncentrát je ředěn vodou na 4 %. Pro přípravu této koncentrace byl použit refraktometr. Refraktometr umožňuje jednoduše a rychle změřit koncentraci ve vodě mísitelných procesních kapalin. Na hranol refraktometru se nanese zkoumaná kapalina (jedna či dvě kapky) a okamžitě se dá odečíst hodnota ze zabudovaného okuláru, tedy kolika procentní je roztok. Čtení se provádí pomocí hranice mezi bílou a modrou zónou na váze. Rozsah nástroje je 0 – 30 %. Přístroj je bezúdržbový, avšak při nanášení jednotlivých kapalin musí být hranol vždy čistý.

Pravidelně kontrolujeme kalibraci refraktometru s čistou vodou.

Obr. 5.1 – Refraktometr [20]

5.3.1 Druhy procesních kapalin

Pro uskutečnění experimentálního měření byly vybrány následující kapaliny, které budou podrobněji představeny. Procesní kapaliny jsou dodané firmou PARAMO a.s.

Všechny tyto kapaliny jsou vodou mísitelné a kromě vody se vždy jedná o hořlavou kapalinu IV. třídy a zároveň je u těchto kapaliny nutná odborně likvidace. Tyto kapaliny jsou představeny na základě poskytnutých informací dodávající firmy PARAMO a.s.

 Olej emulgační PARAMO ERO SB

Tato kapalina tvoří s vodou mléčnou emulzi, která se nadále používá jako procesní kapalina při obrábění kovů a jako těžko hořlavá kapalina pro některé nenáročné hydrostatické mechanismy. Doporučená koncentrace je 3 – 8 % dle podmínek obrábění. Při dlouhodobém styku s touto kapalinou se doporučuje použít ochranné pomůcky.

 Olej emulgační PARAMO ERO SB Plus

Tato kapalina má shodné specifické vlastnosti jako u předešle zmiňované kapaliny ERO SB.

 Olej emulgační PARAMO EOPS 1030

Tato kapalina tvoří s vodou stabilní mikroemulzi s dobrou ochrannou schopností proti mikrobiálnímu napadení, atmosférické korozi, a s nízkou pěnivostí, která se používá jako procesní kapalina při obrábění kovových i nekovových materiálů a jako těžko hořlavá kapalina pro nenáročné hydraulické mechanismy. Doporučené koncentrace jsou 3 % až 10 % dle způsobu použití.

Při delším styku s touto kapalinou se doporučuje použít ochranné pomůcky – rukavice a ochranný štít.

 Olej emulgační PARAMO EOPS 2040

Tato kapalina tvoří s vodou vysoce stabilní mikroemulzi s obsahem vysokotlaké přísady a 40% ropného oleje. Používá se jako kapalina při obrábění kovů se zhoršenou nebo velice špatnou obrobitelností. Vedle běžných obráběcích operací je vhodná i pro složité obráběcí operace. Při aplikaci vyniká výraznou účinností mazacího filmu, smáčecími a oplachovacími schopnostmi.

Doporučená koncentrace je 5 – 10 % dle podmínek obrábění.

Při delším styku s kůží může vyvolat senzibilizaci a podráždění, doporučují se používat ochranné pomůcky

 Olej emulgační PARAMO LACTIC

Tato kapalina tvoří s vodou stabilní emulze s dobrou ochrannou schopností proti atmosférické korozi a s nízkou pěnivostí. Používá se jako procesní

kapalina při obrábění kovů a jako těžko hořlavá kapalina pro nenáročné hydraulické mechanismy. Při dlouhodobém styku s touto kapalinou se doporučuje použít ochranné pomůcky.

 Syntetická obráběcí kapalina PARAMO SK 220 (varianta C)

Tato kapalina s vodou vytváří roztok, v koncentraci 3 – 5 % se používá jako obráběcí kapalina při broušení železných i neželezných kovů. Roztok se vyznačuje vysokou stálostí a bio–rezistencí. Neobsahuje komponenty z upotřebených olejů. Při práci s koncentrátem je nutné použít ochranné rukavice, nekouřit a vyhýbat se přímému styku s kůží, jelikož může dojít k podráždění pokožky

 VODA

Jakožto procesní kapalina se používá upravená voda (pitná voda), která se dále již s ničím nemíchá. Voda svými vlastnostmi ovlivňuje železné kovy, zejména způsobuje na povrchu korozi a při jejím použití vznikají vyšší síly při tření nežli u kapalin na olejové bázi. Po obrábění s touto kapalinou je třeba ošetřit povrch obráběcího stroje, jelikož tato kapalina neobsahuje látky, které by obráběcí stroje ochránily, anebo vytvořily ochranný film, který chrání železné části před následnou oxidací. Vlastnosti vody jsou ovlivněny následujícími faktory: tvrdostí vody (vodní kámen, minerály obsažené ve vodě, hlavně vápník a hořčík atd.), Ph vody rozlišuje, zda vodný roztok reaguje kysele (Ph<7), či naopak zásaditě (Ph>7). Čistá voda má Ph=7.

5.4 STANOVENÍ VLIVU PROCESNÍCH KAPALIN

Za zjištěných podmínek, při dvou různých posuvech, ale při stejně veliké řezné rychlosti byla korozivzdorná ocel soustružena s konstantním přívodem procesních kapalin. Následně zhotovený povrch byl vyhodnocen v laboratoři pro měření drsnosti povrchu.

Na základě naměřených výsledků byl vyhodnocen vliv procesních kapalin při obrábění korozivzdorné oceli. Výsledky jsou vyhodnoceny v grafech a v závěru práce budou určeny kapaliny, které nějak podstatněji ovlivňují svými vlastnostmi obráběný materiál.

6 REALIZACE EXPERIMENTŮ

6.1 ZVOLENÍ STROJE, ŘEZNÉHO NÁSTROJE A PŘÍPRAVA MATERIÁLU NA OBRÁBĚNÍ

6.1.1 Materiál

Obráběným materiálem jsou tři válcové tyče o délce 0,6 m a Ø 30 mm, z korozivzdorné ocele těchto tří různých typů ČSN 17 022, ČSN 17 240, ČSN 17 255.

Bližší parametry a vlastnosti jednotlivých ocelí jsou uvedeny v následujících bodech.

Korozivzdorná ocel ČSN 17 022

 „Martenzitická nerezová ocel ČSN 17 022 (X20Cr13) označení AISI 304,

 Legování: Cr 12 – 14 %, C < 0,16 – 0,25 %. Přísada Ni 6 % dovoluje zvýšit Cr až na 16 – 18 %, pak jsou dosaženy lepší mechanické vlastnosti oceli.

 Mechanické vlastnosti:

- Tažnost A80mm min. 13 % - Žíhací teplota 750 – 820 °C - Pevnost v tahu Rm ≤ 760 N/mm²

- Mez průtažnosti (kluzu) Rp 0,2 min. 500 N/mm² - magnetická

- běžnými způsoby svařitelná - Tvrdost HB ≤ 230

- Kalitelná

- Feromagnetická

- Max. teplota při odolnosti vůči korozi při použití na vzduchu je 600 °C - Martenzitické oceli jsou omezeně svařitelné do obsahu C 0,20 %.

 Odolnost

Dobrá odolnost proti korozi v mírně agresivním prostředí. Odolnost proti médiím obsahující mýdla, rozpouštědla a organické kyseliny. Není odolný proti mezikrystalové korozi a ve svařovaném stavu.“ [15]

Korozivzdorná ocel ČSN 17 240

 „Austenitická chrom niklová nestabilizovaná nerezová ocel ČSN 17240 (X5CrNi18–10) označení AISI 304

 Legování: Cr 17 – 19,5 %, Ni 8 – 10,5, C < 0,07 %

 Mechanické vlastnosti

- Tažnost A80mm min. 45 % - Žíhací teplota 1000 – 1100 °C - Pevnost v tahu Rm 520 – 720 N/mm²

- Mez průtažnosti (kluzu) Rp 0,2 min. 210 N/mm² - Nemagnetická

- Nekalitelná

- Má sklon ke zpevňování za studena

- Je svařitelná, ale v oblasti svaru náchylná k mezikrystalické korozi.

 Odolnost

je odolná proti korozi v prostředí běžného typu (voda, slabé alkálie, slabé kyseliny, průmyslové a velkoměstské atmosféry). Náchylnost k mezikrystalové korozi v oblasti tepelného ovlivnění (např. u svarů – CrC vznikají již od teploty 450°C).“ [16]

Korozivzdorná ocel ČSN 17 255

 „Austenitická chrom niklová nestabilizovaná nerezová ocel ČSN 17 255 (X8CrNi25–21) označení AISI 310S

 Legování: Cr 24 – 26 %, Ni 19 – 22 %, C < 0,1 %, Mn < 2 %, Si < 1,5 %

 Mechanické vlastnosti:

- Tažnost A80mm min. 35 % - Žíhací teplota 1050 – 1150 °C - Nemagnetická

- Žáruvzdorná - Nekalitelná

- Max. teplota při použití na vzduchu 1050 °C - Má sklon ke zpevňování za studena

- Zbytkový magnetismus z vysokých teplot je častý spíše u větších průřezů.

- Při teplotách 600 – 950 °C má slon ke tvorbě CrC a tím ke křehkosti.

 Odolnost

je odolná proti oxidaci vzduchem do teploty 1050 °C. Při jiném prostředí může rychlost oxidace stoupnout a maximální teplota může klesnout na 850 °C.“ [17]

6.1.4 Stroj

„Po zvážení výše zmíněných aspektů jsem zvolil obráběcí stroj SU50/1500.

 Parametry stroje jsou:

- oběžný průměr nad ložem 500 mm - vzdálenost hrotů 1500 mm

- oběžný průměr nad suportem 250 mm - největší váha obrobku 1100 kg

- otáčky vřetena: rozsah otáček 11.2 – 1400 ot/min

- posuvy: podélné v rozsahu 0.027 – 3.8 mm/ot, příčné v rozsahu 0.013 – 1.9 mm/ot

- výkon 2 x 5,5 kW

- otáčky 11,2 – 1400 ot/min“ [18]

6.1.5 Nástroj

Po zvážení všech aspektů měření jsem zvolil nástroj, který se skládá ze dvou částí nožového držáku a břitové destičky, která se do tohoto držáku upevňuje přes palec s imbusovým šroubem. Jednotlivé komponenty nástroje a jejich označení a parametry jsou popsány níže:

 Držák na břitové destičky od firmy PRAMET, neboli nůž pro vnější soustružení. Označení nože je ISO C, CTAPR/L, CTAPR 2020 K 16.

Parametry nože jsou b = 20 mm, l2 max = 32 mm, l1 = 125 mm, f = 20,5 mm, h = h1 = 20 mm

Obr. 6.1 – Nůž Pramet CTAPR 2020 K 16 [21]

 Břitová destička typu: SK (TPUN 160304; S30), která je vyobrazena na obrázku č. 6.2 a 6.3,

Popis břitové destičky: T – tvar břitové destičky (trojúhelníková), P – úhel hřebu hlavního provedení (11°), U – tolerance ±, N – typ břitové destičky, 16 – velikost břitové destičky = délka ostří, 03 – tloušťka břitové destičky v mm, 04 – poloměr zaoblení špičky rε, S30 – materiál destičky. Bližší informace jsou uvedeny v příloze č. 1 a č. 2.

Obr. 6.2 – Geometrie břitové destičky [22] Obr. 6.3 – Břitová destička [22]

Obráběný materiál se nejprve musí upevnit do univerzálního sklíčidla a podepřít koníkem, aby bylo zaručeno, že se součást při obrábění nebude prohýbat nebo se nerozkmitá apod. Materiál musíme navrtat středícím vrtákem v ose obrábění, posléze můžeme upnout materiál do univerzálního sklíčidla a koníku, po správném upnutí nože (do osy obrábění) začneme obrábět jednotlivě všechny tři druhy korozivzdorné oceli.

6.2 ZJIŠTĚNÍ ŘEZNÝCH PODMÍNEK PRO ZKOUMÁNÍ ŘEZNÝCH KAPALIN

Všechny naměřené hodnoty drsnosti (Ra [µm]) jsou uvedeny v tabulkách v příloze č. 2, 3 a 4, kde jsou k nalezení i jednotlivá měření drsnosti pro všechny druhy ocelí i jejich výpočet průměrné drsnosti (ØRa [µm]). V následujících tabulkách (tabulka č.

2, 3, 4, 5, 6, 7) jsou uvedeny pouze hodnoty průměrné drsnosti z 10 dobrých měření.

Následně jsou tyto hodnoty vloženy do grafu (graf č. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Z těchto hodnot jsou následně určeny řezné podmínky pro obrábění s procesními kapalinami.

Podmínky volíme takové, při kterých vzniká nejhorší drsnost povrchu a největší

nárůstek na břitu nástroje, jelikož za těchto podmínek bude patrný vliv ¨procesních kapalin při soustružení.

Nejprve jsou uvedeny průběhy drsnosti, které jsou ovlivněny hloubkou odebíraného materiálu, poté jsou demonstrovány průběhy drsnosti na vlivu velikosti posuvu a na konec jsou uvedeny průběhy drsnosti, které jsou ovlivněny řeznou rychlostí. Měření je prováděno u třech korozivzdorných ocelí.

6.2.1 Laboratoř pro měření drsnosti povrchu dotykovou metodou

V laboratoři byly naměřeny všechny hodnoty drsnosti, úplný výpis těchto hodnot je možno nalézt v tabulkách, které jsou uvedeny v příloze č. 2, č. 3 a č. 4. V této části práce jsou uvedeny pouze hodnoty průměrné drsnosti, a to z důvodu přehlednosti a také za účelem lepšího zpracování dat.

Laboratoř je vybavena měřícím zařízením Mitutoyo surftest SV–2000. Toto zařízení je schopno měřit v tisícinách mikrometru a tato přesnost plně vyhovuje vyhodnocení jednotlivých měření. „Jakost povrchu obrobené plochy se kontroluje bod za bodem pomocí hrotu přístroje, při jemném posuvu hrotu po povrchu obrobku.

Z naměřených hodnot sám přístroj zaznamená graf povrchu (profilogram) a přístroj udá automaticky výpis všech předem stanovených hodnot. Tyto hodnoty se dají uložit (zálohovat) pro opětovné vrácení k měřeným údajům.“ [14]

6.2.2 Vliv hloubky odebírané třísky na drsnost povrchu a vliv hloubky odebírané třísky na nosný oddíl profilu

V rámci testování kapalin bylo třeba zohlednit i vliv hloubky odebíraného

materiálu na drsnost obráběného povrchu, nebo na nosný podíl profilu, abychom byli schopni zvolit ideální hloubku, při které se budou testovat procesní kapaliny, je třeba provést následující měření. Zkoumání se uskutečnilo při soustružení

korozivzdorného materiálu, kde byl použit tento typ ocele ČSN 17 022 (X20CR13) a zkoumal se při třech různých posuvech, a to při velikosti posuvu f = 0,15 mm/ot; f = 0,1 mm/ot a

f = 0,051 mm/ot, kde byla odebírána hloubka třísky rovna ap = 0,5 mm; ap = 1 mm;

ap = 1,5 mm a ap = 2 mm a řezná rychlost byla vc = 2 m/min.

Byly naměřeny tyto hodnoty, které jsou zaznamenány v tab. č. 2 a č. 3.

Posuv [mm/ot]

Hloubka odebírané třísky ap [mm]

0,5 1 1,5 2

f = 0,15 ØRa [µm] 6,522 6,517 6,525 6,525 f = 0,1 ØRa [µm] 5,877 5,857 5,858 5,854 f = 0,051 ØRa [µm] 5,442 5,450 5,448 5,447

Tabulka č. 2 – Naměřené průměrné hodnoty drsnosti obráběného materiálu ČSN 17 022 (X20CR13) v závislosti na hloubce odebírané třísky

Graf č. 1 – Vliv odebírané hloubky na drsnost povrchu u materiálu ČSN 17 022 (X20CR13)

posuv mm/ot

Hloubka odebírané třísky ap [mm]

0,5 1 1,5 2

f = 0,15 Ctp 50 [µm] 27,732 27,589 28,013 28,157 f = 0,1 Ctp 50 [µm] 24,489 24,721 23,494 25,579 f = 0,051 Ctp 50 [µm] 21,115 21,337 20,149 20,228

Tabulka č. 3 – Naměřené hodnoty nosného podílu u materiálu ČSN 17 022 (X20CR13) v závislosti na hloubce odebírané třísky

Graf č. 2 – Vliv odebírané hloubky na nosný podíl u materiálu ČSN 17 022 (X20CR13)

 Závěr:

Z grafu č. 1 je patrné, že hloubka odebírané třísky je u různé velikosti posuvu konstantní. Na základě těchto faktů můžeme tvrdit, že hloubka odebíraného materiálu tedy má pouze minimální vliv na drsnost povrchu.

Z grafu č. 2 vyplývá, že nosný podíl profilu je u obrobeného materiálu až na malé odchylky konstantní.

Dále na základě těchto poznatků můžeme následně říci, že vliv řezných kapalin na obrábění korozivzdorného materiálu bude stejný, ať zvolíme větší nebo menší hloubku třísky Z důvodu úspory materiálu a snížení opotřebení břitových destiček a zároveň i úspory nákladů spojených s tímto měření je zvolena hloubku odebírané třísky ap = 0,5 mm.

6.2.3 Vliv velikosti posuvu na drsnost povrchu

Zkoumáním vlivu tří různých posuvů na drsnost povrchu obráběné součásti zjistíme průběh drsnosti na postupně narůstající velikosti posuvu. Nadále budeme schopni určit, který posuv bude nejvhodnější pro zkoumání procesních kapalin. Při obrábění byl použit materiál ČSN 17 022 (X20CR13) a byl obráběn za těchto podmínek. Tři různé posuvy a to f = 0,15 mm/ot; f = 0,1 mm/ot a f = 0,051 mm/ot s odebíranou hloubkou materiálu ap = 0,5 mm a při řezné rychlosti vc = 2 m/min.

Hodnoty jsou zaznamenány v tabulce č. 2.

Graf č. 3 – Vliv hloubky na drsnost povrchu u materiálu ČSN 17 022 (X20CR13)

 Závěr:

Z grafu č. 3 je patrné, že při menším posuvu je drsnost povrchu lepší nežli v případě větších posuvů.

Geometrie řezného nástroje nám spolu s posuvem ovlivňují drsnost povrch obrobené součásti, proto je možné volit velikost zaoblení špičky řezného nástroje.

Pro zkoumání vlivu procesních kapalin je zvolen posuv velikosti f = 0,051 mm/ot a f = 0,15 mm/ot.. Procesní kapaliny budou mít větší vliv na drsnost povrchu u posuvu f = 0,051 mm/ot, protože vliv geometrie řezného nástroje a posuvu bude menší a vliv kapalin bude výraznější než u většího posuvu jako je právě posuv f = 0,15 mm/ot, kde bude vytvořený povrch ovlivněn geometrií a posuvem řezného nástroje.

6.2.4 Vliv řezné rychlosti na drsnost povrchu

Řeznou rychlost vypočítáme z otáček stroje a průměru obráběné součásti. Řezná rychlost se vypočítá ze vzorečku

[m/min]; (7) Ø d = 29 mm a otáčky n ot/min jsou proměnné dle tabulky.

Naměřené hodnoty drsnosti v závislosti na řezné rychlosti jsou uvedeny

materiál: ocel ČSN 17 022 (X20CR13)

Vc n ØRa ØRa ØRa

1,06 11,2 8,128 7,546 6,208

1,32 14 8,859 7,846 6,259

1,70 18 9,417 7,920 5,975

2,11 22,4 9,172 7,639 5,598

2,64 28 8,280 6,767 5,304

3,30 35 7,309 6,238 5,085

4,24 45 6,681 5,937 4,679

5,28 56 5,899 4,764 4,450

6,69 71 4,770 4,111 3,839

8,48 90 4,298 3,193 3,561

10,56 112 3,690 2,880 3,283

13,19 140 2,774 2,405 3,314

16,96 180 2,258 2,090 3,359

21,11 224 1,844 1,834 3,156

Vc [m/min] n [ /ot ] f = 0,15 f = 0,1 f = 0,051 rychlost otáčky posuv posuv posuv

Tabulka č. 4 – Naměřené průměrné hodnoty drsnosti obráběného materiálu ČSN 17 022 (X20CR13) v závislosti na řezné rychlosti

Graf č. 4 – Naměřené hodnoty pro materiál ČSN 17 022 (X20CR13)