Studie vhodných řezných nástrojů pro vrtání

(1)

Studie vhodných řezných nástrojů pro vrtání do kompozitních materiálů zpevněných uhlíkovými vlákny

Diplomová práce

Studijní program:

Studijní obor:

Autor práce:

Vedoucí práce:

N2301 – Strojní inženýrství

2301T048 – Strojírenská technologie a materiály Bc. Dominik Nejman

doc. Ing. et Ing. Štěpánka Dvořáčková, Ph.D.

Liberec 2018

(2)

Study of suitable cutting tools for drilling of composite materials reinforced by carbon fibers

Master thesis

Study programme:

Study branch:

Author:

Supervisor:

N2301 – Mechanical Engineering

2301T048 – Engineering Technology and Materials Bc. Dominik Nejman

doc. Ing. et Ing. Štěpánka Dvořáčková, Ph.D.

Liberec 2018

(3)

(4)

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje 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 diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tom- to případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Diplomovou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé diplomové práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

(5)

ANOTACE:

Předkládaná diplomová práce poskytuje informace o obrábění kompozitního materiálu na bázi reaktoplasů.

Hlavním cílem předkládané práce je výběr vhodného nástrojového materiálu pro obrábění epoxidové pryskyřice plněné uhlíkovými vlákny.

Nezbytné základní pojmy týkající se řešené problematiky jsou uvedeny v teoretické části práce. Do této části práce jsou zahrnuty informace o kompozitních materiálech na bázi reaktoplastů, obrábění reaktoplastů a technologii vrtání.

Dosažení cíle je věnována kompletně celá experimentální část, která obsahuje informace o metodice a realizaci experimentu.

Klíčová slova: kompozitní materiál, epoxidová pryskyřice, vrtání

ANNOTATION:

This diploma thesis provides information about machining of composite materials, which composition are based on thermosetting plastics.

Main goal of this work is the selection of suitable tool material, which could be use for machining of carbon fiber-filled epoxy resins.

The basic concepts regarding to solved issues are mentioned in theoretical part of thesis. This theoretical chapter includes knowledge about composite materials based on thermosets, machining of thermosetting plastics and the technology of drilling.

Experimental part is completely dedicated to a realization of the measurements, methods of measurements and so on.

Key words: composite materials, epoxide resins, drilling

(6)

Katedra obrábění a montáže

Evidenční číslo práce: KOM 1294

Jméno a příjmení: Dominik Nejman

Vedoucí práce: doc. Ing. Štěpánka Dvořáčková, Ph.D Konzultant: Ing. Miloslav Ledvina, Ph.D

Počet stran: 139

Počet příloh: 3

Počet tabulek: 114

Počet obrázků: 64

Počet diagramů: 0

(7)

PODĚKOVÁNÍ

Tímto děkuji vedoucí diplomové práce paní doc. Ing. Štěpánce Dvořáčkové, Ph.D a konzultantovi panu Ing. Miloslavu Ledvinovi, Ph.D za cenné připomínky a odborné rady při vypracování této diplomové práce.

(8)

8

Obsah

1. ÚVOD ... 11

2. ROZBOR SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ ... 12

2.1 Shrnutí dosavadních poznatků o kompozitních materiálech a obrábění těchto materiálů ... 12

2.1.1 Kompozitní materiály s matricí na bázi reaktoplastů ... 13

2.1.2 Struktury vláknových kompozitních materiálů ... 14

2.1.3 Výroba uhlíkových vláken pro kompozitní materiály ... 15

2.1.4 Vlastnosti kompozitních materiálů ... 15

2.2 Problematika při obrábění kompozitních materiálů ... 16

2.2.1 Volba materiálu řezných nástrojů pro obrábění kompozitů ... 17

2.3 Vrtání kompozitních materiálů ... 18

2.4 Technologie vrtání ... 20

3. METODIKA MĚŘENÍ ... 22

3.1 Příprava směsi a odlití vzorků pro experiment ... 22

3.2 Obrobení vzorků pro experiment vrtání ... 25

3.3 Obráběcí stroj ... 26

3.3 Použité nástroje ... 27

3.4 Elektrický odporový dynamometr ... 28

3.5 Laboratorní profilometr MITUTOYO SV-2000N2 SURFTEST ... 30

3.6 Dílenský mikroskop ZEISS ... 31

3.7 Měření teploty ... 32

3.8 Dutinový mikrometr ... 33

3.8 Přehled metodiky měření ... 34

4 EXPERIMENT ... 35

4.1 Řezná síla a krouticí moment při konstantních řezných podmínkách (experiment 1) ... 35

(9)

9

4.2 Řezná síla a krouticí moment při ideálních řezných podmínkách (experiment

2) ………...50

4.3 Opotřebení řezného nástroje VB (Experiment 3) ... 66

4.4 Teploty při vzniklé při vrtání (experiment 4) ... 75

4.5 Měření drsnosti po procesu vrtání při konstantních řezných podmínkách (experiment 5) ... 76

4.6 Měření drsnosti po procesu vrtání při ideálních řezných podmínkách (experiment 6) ... 98

4.7 Rozměrová stabilita vyvrtaných otvorů za konstantních a ideálních řezných podmínek (Experiment 7) ... 119

4.8 Tvorba třísky (Experiment 8) ... 121

5 DISKUZE ... 123

6 ZÁVĚR ... 130

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 133

PŘÍLOHY ... 134

1 ChS Epoxy 520 – materiálový list ... 134

2 Carbiso^TM MF – recyklovaná uhlíková vlákna – materiálový list ... 136

3 Tabulky rozměrová stabilita (cd) ... 139

(10)

10 Seznam použitých zkratek a symbolů

F [N] svislá řezná síla

Ff [N] složka posuvové řezné síly

Mk [Nm] krouticí moment

Mv [Nm] řezný moment

n [m/min] otáčky

f [mm/ot] posuv na otáčku

vc [m/min] rychlost hlavního řezného pohybu x, y, z [-] osy souřadného systému

Ra [µm] průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu

Rz [µm] největší výška profilu

Rt [µm] celková drsnost

VB [mm] opotřebení břitu

HSS [-] rychlořezná ocel

HSSCo [-] rychlořezná ocel s obsahem cobaltu

HSS + TiN [-] rychlořezná ocel s titan-nitridovým povlakem

SK [-] slinutý karbid

SK + TiN [-] slinutý karbid s povlakem

(11)

11

1. ÚVOD

Snaha o zhotovování lehkých konstrukcí a výhodné vlastnosti vláknových kompozitů vedou k rozšiřování těchto materiálů mimo letecký a automobilový průmysl.

Další oblastí využití kompozitních materiálů je stále vetší uplatnění výroby dílů pro větrné elektrárny, výrobě nádob pro chemický průmysl a v neposlední řadě výroba vybavení pro volný čas. Jednou z předností kompozitních materiálů ve srovnání s ocelí nebo hliníkovými a titanovými slitinami, je jejich nízká hmotnost. Tato vlastnost je činí nesmírně zajímavými.

Proti výhodám, kterými kompozity disponují, však stojí odlišné a náročné požadavky na obrábění. Nejčastějšími způsoby třískového obrábění kompozitních dílů jsou vrtání, frézování a řezání. Je však nutné ctít požadavky výrazně odlišné od těch, které je nutno respektovat při opracování kovových materiálů. V případě nedodržení požadavků může dojít k degradaci opracovávaného materiálu a neuspokojivých výsledkům z hlediska kvality. [9]

Diplomová práce je zaměřena na studii vhodných řezných nástrojů pro vrtání do kompozitních materiálů zpevněných uhlíkovými vlákny.

Hlavním cílem předkládané práce je zjištění opotřebení řezného nástroje, teplot a sil při obrábění, tvorby třísky, drsnosti povrchu, rozměrové stability obráběného materiálu a celkové integrity obrobeného povrchu při vrtání do kompozitních materiálů zpevněných uhlíkovými vlákny.

Pro úspěšné dokončení práce jsou nezbytné teoretické znalosti dané problematiky, které jsou uvedeny v teoretické části této práce.

(12)

12

2. ROZBOR SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ

Uvedené informace týkající se obrábění kompozitních materiálů a související problematiky v této kapitole jsou obecně známé. Z hlediska řešení předkládané práce je však vhodné uvést alespoň v nezbytné míře základní informace vztahující se ke kompozitním materiálům na bázi reaktoplastů, nástrojovým materiálům pro obrábění těchto kompozitních materiálů a problematice jejich obrábění pro lepší přehlednost čitatele z hlediska řešené problematiky.

Uvedené informace týkající se obrábění kompozitních materiálů na bázi reaktoplastů v této podkapitole jsou klíčové pro kapitolu 4.

2.1 Shrnutí dosavadních poznatků o kompozitních materiálech a obrábění těchto materiálů

Kompozitní materiály s matricí na bázi pryskyřice nebo polymeru patří do skupiny materiálů se specifickými vlastnostmi, jejichž použití spolu s požadavky na nástroje neustále vzrůstá. Obrábění kompozitních materiálů je obtížné a volba vhodných řezných nástrojů vyžaduje zpravidla selektivní postup a velkou pečlivost.

K nejrozšířenějším obráběcím operacím při zpracování těchto materiálů patří řezání (dělení), soustružení, frézování a zejména vrtání (výroba děr pro různé spojovací součásti).

Nejčastěji obráběné kompozitní materiály obsahují vlákna uhlíková, skelná nebo aramidová, která jsou vázána organickým polymerem, epoxidovou nebo fenolovou pryskyřicí.

Vzájemnou kombinací matrice a vyztužujících vláken lze dosáhnout rozdílných mechanických vlastností, které je nutno zohlednit při volbě řezného nástroje. Zatímco například kompozitní materiály zpevněné uhlíkovými vlákny jsou velmi abrazivní, a tudíž je vyžadován co nejvíce odolný nástrojový materiál, tytéž materiály vyztužené aramidovou tkaninou kladou velké nároky především na správnou geometrii břitu, protože jsou měkké a lehce se poddají tlaku nástroje. Pro tyto materiály byly vyvinuty speciální nástroje, které vlákno nejprve předepnou a potom čistě oddělí a odstraní z pracovního prostoru.

Kromě nástroje samotného mají hlavní vliv na kvalitu obrábění kompozitních materiálů i řezné podmínky. Záleží na správně zvoleném posuvu, na otáčkách a na

(13)

13

zajištění dokonalého řezu, to znamená na zamezení tření nástroje o povrch obrobku.

Neřeže-li nástroj správně, dochází k delaminaci materiálu nebo k lomu vláken. [3]

2.1.1 Kompozitní materiály s matricí na bázi reaktoplastů

Jsou to takové materiály, jejichž matrice je tvořena organickými materiály nejčastěji epoxidové nebo fenolické pryskyřice.

Epoxidové pryskyřice se používají, jako matrice kompozitu využívaného výhradně pro aplikace v leteckém průmyslu. Vyznačují se dobrou kohezní pevností a adhezí k většině vláken. Vytvrzování probíhá už za nízkých teplot a tlaků. Běžná vytvrzovací teplota je okolo 125 °C. V důsledku vytvrzovací reakce nevznikají vedlejší produkty, dochází tedy k polymeraci. Dále dochází k malému smrštění, vzniku malých vnitřních tlaků. Naopak bude materiál disponovat teplotní stálostí do 200 °C a chemickou odolností. Vlastnosti lze měnit různou kombinací pryskyřice a tvrdidla.

Fenolické pryskyřice se používají výhradně tam, kde se vyžaduje dobrá odolnost proti hoření a současně nedochází k vývinu kouře. Oproti epoxidům dosahují nižších mechanických vlastností. Teplotní stálost materiálu dosahuje 280°C za sucha.

Vytvrzovací reakcí vznikají vedlejší produkty ve formě vody, ta má za následek vznik bublin, popřípadě mohou vzniknout trhliny.

Další v kategorii reaktoplastů jsou bismaleimidy, které mají opět velké uplatnění v leteckém průmyslu. Jsou teplotně stálé i za vyšších teplot. Teploty se pohybují okolo 230 °C ve vlhku a 250 °C za sucha. [1]

Poslední v kategorii jsou polyamidy, jejichž teplotní stálost je nejvyšší. Snášejí teploty do 250 °C ve vlhku a až 315 °C za sucha. Oproti výše zmíněným materiálům jsou extrémně drahé. [1]

(14)

14

Tab. 1 Základní vlastnosti reaktoplastových pryskyřic.

Typ pryskyříce ρ g/cm³ RM Mpa

E Gpa

Tažnost

%

Fenolická 1,4 - 7,0 0,5

Epoxidová 1,15 – 1,45 50 – 95 2,0 – 3,5 2,0 – 7,0 Polyesterová 1,40 40 – 85 2,0 – 3,0 1,0 – 25 Bismaleimidová 1,22 – 1,35 45 – 90 3,0 – 4,5 1,5 – 6,0 RDA polyimidy 1,30 55 – 80 3,9 1,1

Kondenzační

polyimidy 1,30 – 1,40 70 – 180 3,5 – 4,0 1,0 – 60

2.1.2 Struktury vláknových kompozitních materiálů

Kompozitními materiály jsou tvořeny minimálně dvěma výrazně fyzikálně a chemicky odlišnými složkami (komponentami). Kompozitní materiály mají ve srovnání s jednotlivými komponentami výrazně lepší vlastnosti. V současné době je dostupná velká škála kompozitních materiálů odlišujících se pojivem, typem a charakterem výztuží a způsobem výroby. Je nespočet možností, jak lze jednotlivé složky v kompozitu uspořádat. Zatímco pojiva mohou být v daném objemu materiálu plynule rozmístěná, výztuž vytváří geometricky ohraničenou oblast.

Kompozity s kontinuálními vlákny mohou mít výztuž orientovanou jednosměrně, dvouose, víceose nebo nahodile uspořádanou. Také krátká vlákna a whiskery mohou být orientovány přednostně nebo nahodile. Základní typy vláknových kompozitů jsou znázorněny na obr. 1. Obrázek prezentuje za a) jednosměrně orientovaná vlákna, b) tkanina, c) rohož, d) víceosá výztuž z kontinuálních vláken, e) krátká vlákna jednosměrně orientovaná a f) krátká vlákna s nahodilou orientací. [8]

Obr. 1 Typy vláknových kompozitů [8]

(15)

15

Prostorové uspořádání vláknových kompozitů je ukázáno na obr. 2. Na obrázku jsou vidět za a) jednosměrná dlouhá vlákna, c) dvousměrná vyztužená, d), f) náhodná orientovaná krátká vlákna. [1]

Obr. 2 Prostorové uspořádání vláknových kompozitů [1]

2.1.3 Výroba uhlíkových vláken pro kompozitní materiály

Výroba kompozitních vláken spadá do kategorie pokročilých výrobních technologií. Výchozí materiál (prvek nebo sloučenina) je často odlišná od finálního materiálu. Musí však obsahovat chemické prvky finálního produktu.

Uhlíkové vlákno se vyrábí pyrolýzou polyakrylonitrilových vláken PAN. Vlákna jsou nejdříve ohřáta a protahována, aby bylo dosaženo požadované orientace molekul.

Poté následuje stabilizace při teplotě 220 – 230 °C, doba výdrže je až 10 hod. Následně se pokračuje grafitizací v inertní atmosféře při 1000 – 1500 °C a dochází k dalšímu protahování. Posledním technologickým krokem je grafitizace v inertní atmosféře, za teplot 2500 – 3000 °C pod napětím. Výsledkem je značná anizotropie materiálových charakteristik. Jiný způsob výroby uhlíkového vlákna využívá jako výchozí surovinu dehtovou smolu. Vnější povrch se upravuje okysličením, aby se zvýšila adheze na polymerní matrici. [2]

2.1.4 Vlastnosti kompozitních materiálů

Velmi nízká tepelná vodivost obráběného materiálu způsobuje, že vzniklé teplo přechází do obráběného materiálu a třísky pouze v zanedbatelném rozsahu, a musí být tedy v maximální míře odvedeno nástrojem, případně řeznou kapalinou (pokud vůbec může být použita). Nadměrné tepelné zatížení nástroje tak velmi výrazně zvyšuje intenzitu jeho opotřebení.

(16)

16

Kompozity mají nízkou tepelnou odolnost. V důsledku vyšších teplot, která se pohybuje v rozmezí 100 – 300 °C, klesá stálost. Proto je důležité zvolit vhodné řezné podmínky tak, aby nedošlo k překročení kritické teploty, kdy dochází k degradaci pryskyřičné matrice.

Dále se kompozity vyznačují vysokou tepelnou roztažností, oproti kovovým materiálům až několikanásobně. Roztažnost způsobuje poměrně velkou změnu rozměrů součásti během obrábění nebo i po skončení procesu.

Proces tvoření třísky v daleko větší míře ovlivňuje integritu obrobené plochy (při nevhodných řezných podmínkách může dojít k popraskání obrobené plochy nebo z povrchu obrobku vystupují chuchvalce vláken a pryskyřice; při soustružení a vrtání se na nástroj namotávají pramence nedělené třísky). V důsledku mechanického a tepelného namáhání může v oblasti řezu docházet ke vzniku trhlin a k delaminaci obráběného materiálu.

Vzhledem k nasákavosti kompozitů nelze při jejich obrábění většinou aplikovat obvyklé řezné kapaliny (někdy lze použít čistou vodu s inhibitorem koroze, olejové emulze jsou doporučovány pouze výjimečně). Nevhodná řezná kapalina může do značné míry snížit pevnost obráběného materiálu.

Hodnoty koeficientu tření mezi obráběným kompozitním materiálem a hřbetem nástroje nebo třískou a čelem nástroje (0,15 – 0,30) jsou pro všechny nejužívanější nástrojové materiály (rychlořezné oceli, SK, řeznou keramiku, diamant) nižší než při obrábění kovových materiálů.

Hodnoty měrných řezných sil jsou mnohem nižší než při obrábění kovů – tím se snižují řezné síly a potřebný příkon obráběcího stroje. [3]

2.2 Problematika při obrábění kompozitních materiálů

Kompozitní materiály jsou většinou vyráběny do téměř finálních rozměrů (dáno typem výroby), zvyšující se požadavky na jakost funkčních a estetických vlastností výrobků vedou k nutnosti aplikovat technologii obrábění. K nejrozšířenějším obráběcím operacím při výrobě dílců z vláknově vyztužených kompozitů patří soustružení, frézování, řezání (dělení), broušení (dokončování ploch různého tvaru a výroba závitů) a zejména vrtání, sloužící k výrobě děr pro různé spojovací součásti (šrouby, nýty, kolíky atd.). [4]

(17)

17

Většina poznatků z obrábění kovových materiálů je na obrábění vláknových kompozitů nepřenositelná; požadavky na správný způsob obrábění vyplývají z uvedeného stručného nástinu jejich vlastností.

Je nutné, aby řezný nástroj kompozit včetně vláken výztuže skutečně řezal;

nesmí tedy dojít k vylamování či vytahování vláken z matrice a k roztřepení okraje obrobené plochy. V řezné zóně ani v jejím okolí nesmí být překročena mezní teplota, při níž dochází k teplotní degradaci matrice. Břit řezného nástroje musí být proto ostrý, s hladkým povrchem s nízkým koeficientem tření, aby v místě řezu nedocházelo k nežádoucímu zvýšení teploty.

Teplo z místa řezu se odvádí především nástrojem, a také proto jsou výhodnější nástroje zhotovené ze slinutého karbidu pro jeho vyšší tepelnou vodivost proti rychlořezné oceli. Oddělený materiál má drobivý charakter a nikoli tvar třísky, proto musí mít nástroje dostatečné třískové mezery, aby nedocházelo k městnání odděleného materiálu v pracovní zóně, které by mohlo rovněž její teplotu zvýšit.

Je žádoucí, aby složka řezné síly působící kolmo na jednotlivé vrstvy kompozitu nezpůsobila separaci těchto vrstev, tzv. delaminaci, která je spolu s vylamováním vláken nejčastějším typem poškození.

U kompozitů s dlouhými, jednosměrně orientovanými vlákny je vhodné zvážit směr působení řezné síly s ohledem na orientaci vláken tak, aby eventuálně vzniklá porucha směrovala do míst, která budou odstraněna dalším opracováním. Dominantním způsobem opotřebení řezných nástrojů je abraze, daná vysokou tvrdostí vláken; teplotní zatížení nástroje iniciuje oxidační a difuzní mechanismy opotřebení, zatímco vliv adheze je zanedbatelný. [9]

2.2.1 Volba materiálu řezných nástrojů pro obrábění kompozitů

Pro obrábění kompozitních materiálů lze použít nástroje z rychlořezné oceli, ale je nutné brát v úvahu nižší hodnoty trvanlivosti a s tím spojenou častou výměnu a ostření nástroje. Rychlořezné oceli v porovnání s ostatními řeznými materiály nedosahují takové tvrdosti a z toho důvodu mají nižší abrazivní odolnost. Dalším nedostatkem rychlořezné oceli je relativně nízká tepelná vodivost, která je 3 – 4 krát nižší než u slinutých karbidů a vysoké teploty v oblasti ostří nástroje snižují trvanlivost břitu. Tepelná vodivost je pro obrábění kompozitních materiálů důležitá, protože vzniklé teplo je v maximální míře odváděno z místa řezu nástrojem. Odolnost proti opotřebení a tím i trvanlivost nástroje lze zvýšit použitím různých otěruvzdorných

(18)

18

povlaků. I při použití povlaků je intenzita opotřebení stále výrazná, z toho lze usoudit, že povlak není příliš významný.

Nástroje ze slinutých karbidů oproti nástrojům z rychlořezné oceli dosahují výrazně lepších výsledků a to zejména díky lepším mechanickým vlastnostem. Ty závisí zejména na velikosti zrna karbidické fáze a obsahu pojiva. Tvrdost nástroje lze zvýšit jemnějším zrnem karbidické fáze. Hrubší zrna a vyšší podíl pojiva naopak zvyšují houževnatost. Proto se při obrábění kompozitních materiálů vyztužených vlákny používají jemnozrnné slinuté karbidy. Stejně jako u nástrojů z rychlořezné oceli, lze využít různé druhy povlaků, které zvýší odolnost proti opotřebení. Povlaky mohou být na bázi karbidů, nitridů, oxidů nebo diamantu. Při obrábění je však nutné zohlednit nižší hodnoty houževnatosti nástroje, zejména pokud dochází k dynamickému zatížení břitu.

Při obrábění kompozitních materiálů dosahují nejlepších výsledků nástroje z polykrystalického diamantu. Vyznačuje se zejména vysokou tvrdostí, která dokáže odolávat vysokému abrazivnímu účinku. Dále vynikající tepelnou vodivostí, díky ní dochází k rychlému odvodu tepla z místa řezu, to je předpokladem pro výbornou kvalitu obrobeného povrchu a dlouhou trvanlivost nástroje. Trvanlivost nástrojů je mnohonásobně vyšší než u nástrojů ze slinutých karbidů. Vhodnou aplikací nástroje při obrábění kompozitů je možné zvýšení produktivity o 50 – 100% a to v důsledku zvýšení řezných podmínek zejména řezné rychlosti. [3]

2.3 Vrtání kompozitních materiálů

Z dosavadní praxe se doporučuje pro obrábění kompozitních materiálů předepsaná geometrie vrtáků, která je znázorněna na obrázku 3. Vrtáky s běžně ostřenou špičkou (obr. 3a) by měli mít pokud možno, co nejmenší velikost příčného ostří.

Velikost příčného ostří má negativní vliv na proces řezání, protože v důsledku negativního úhlu čela a nízké řezné rychlosti se materiál spíše vytlačuje než řeže.

Negativní úhel čela a nízká rychlost může vést až ke vzniku delaminace materiálu.

Proto se pro vrtání používají především vrtáky se speciální úpravou ostří, které zabraňují vzniku delaminace. Speciální úprava ostří na obrázku 3 (b, c). [8]

(19)

19

Obr. 3 Typy vrtáků pro obrábění vláknových kompozitů [8]

Delaminace vzniká jak při vnikání vrtáku do materiálu, tak i při výstupu vrtáku z materiálu. Dochází k odlupování povrchové vrstvy nebo odlupování neobrobené vrstvy pod nástrojem. Vznik delaminace a fáze delaminace znázorněny na obrázku 4 a 5. [4]

Obr. 4 Vznik delaminace [4] Obr. 5 Fáze delaminace [4]

Na obrázku 6 je znázorněn vzhled vyvrtané díry v kompozitním materiálu z epoxidové pryskyřice vyztužené uhlíkovými vlákny. Obrázek 6a ukazuje viditelnou výraznou delaminaci, naopak obrázek 6b prezentuje vyvrtanou díru bez delaminace.

(20)

20

Obr. 6 Vrtané díry s delaminací (a), bez delaminace (b) [3]

2.4 Technologie vrtání

Vrtání se řadí do třískového obrábění, kterým lze zhotovit průchozí či neprůchozí otvory požadovaného průměru v různých materiálech.

Pro proces vrtání se používá nástrojů vrtáků a zařízení vrtaček. Vrtáky volíme podle druhu operace a druhu materiálu, který vrtáme. Pro kvalitní a přesné vrtání je nutné zkontrolovat kvalitu vrtáku (nabroušení vrtáku a uchycení vrtáku). [5]

Nástrojů pro vrtání je v dnešní době obrovská škála. Vrtáky můžeme rozdělit na několik základních druhů, jsou to vrtáky šroubovité, kopinaté, dělové, středící, korunkové a trojhranné. [6]

Stroje pro vrtání se nazývají vrtačky. Vrtačky dělíme na ruční, elektrické přenosné, pneumatické, stolní, stojanové (přenosné a stabilní).

Ruční elektrické akumulátorové se používají tam, kde není přívod elektrické energie, nebo pro vrtání malých otvorů. Elektrické přenosné jsou velmi rozšířené, mají velké uplatnění v denní praxi (umožňují změny otáček). Stolní vrtačky dosahují vyšší přesnosti vrtání oproti ručním vrtačkám, nabízejí možnost nastavení otáček vrtáku a nastavení dorazu. Sloupové umožňují stabilnější a přesnější vrtání, dále je možné nastavení otáček a samoposuvu vrtáku s možností automatického mazání. [5]

Řezné podmínky se při vrtání pohybují v širokém rozsahu a jsou závislé zejména na druhu vrtáku.

Hloubka záběru při vrtání do plného materiálu je dána poloměrem nástroje, v případě vrtání do předvrtaných otvorů je určena rozdílem poloměru otvoru před a po obrábění. Jestliže požadujeme otvor s vyšší přesností a jakostí obrobené plochy, je nutno zajistit pro jednotlivé operace dostatečný přídavek na obrábění.

(21)

21

Posuv na otáčku se pohybuje obvykle v rozsahu 0,05 až 1,1 mm/ot. Velikost posuvu závisí zejména na druhu nástroje a obráběném materiálu.

Řezné rychlosti jsou v porovnání se soustružením a frézováním nižší v důsledku nepříznivých podmínek, ve kterých nástroj pracuje. Hlavním důvodem nižších pracovních rychlostí je špatný odvod tepla z místa řezu. To vede ke značnému tepelnému zatížení břitu, proto se v naprosté většině případů používá chlazení chladicí kapalinou. Řezné rychlosti se zpravidla pohybují v rozsahu 10 až 300 m.min^-1. [6]

Řezná rychlost pro obrábění kompozitů je volena o 25–30 % nižší než jsou hodnoty pro ocel. Naopak posuv je volen o 15–20 % vyšší. Vyšší posuvy a nižší řezné rychlosti jsou voleny z důvodů zamezení vzniku problémů při obrábění, zejména tavení a vytahování vláken z matrice. [8]

Tabulka 2 Řezné podmínky při vrtání Řezná podmínky při vrtání

Posuv 0,05 – 1,1 mm / ot Řezná rychlost 10 – 300 m / min

Proces vrtání je charakterizován především posuvovou silou Ff = F [N], rovnoběžnou s osou vrtáku a řezným momentem Mv = Mk [Nm], který působí v rovině kolmé k ose vrtáku. Velikost posuvové síly se vypočítá podle rovnice:

F_f = C_f * D^z *f^y *HBⁿ [Nm] [6] (2-1)

kde: F_f … posuvová složka řezné síly C_f … konstanta pro výpočet Ff

D …průměr vrtáku [mm]

f … posuv vrtáku [mm / ot]

HB … tvrdost podle BRINELLA

(22)

22

3. METODIKA MĚŘENÍ

Metodika měření obsahuje informace týkající se přípravy směsí a odlití vzorků pro experiment, obrobení vzorků pro experiment vrtání, popis obráběcího stroje, použité nástroje, popis elektrického odporového dynamometru, profilometru pro určení drsnosti, dílenského mikroskopu pro určení opotřebení a zařízení pro určení teploty vzniklé během procesu vrtání.

Veškeré použité stroje a zařízení, které byly použity pro realizaci experimentu jsou součástí vybavení laboratoře katedry obrábění a montáže na Technické univerzitě v Liberci.

3.1 Příprava směsi a odlití vzorků pro experiment

Pro experimentální část byly vytvořeny vzorky vyztužené uhlíkovými vlákny o rozměrech: ⌀ 40 × 30 mm. Do vzorků byly vrtány díry o průměru 6 mm.

Jako matrice pro výrobu vzorků byla použita epoxidová pryskyřice, která byla bez plnění či plněná uhlíkovými vlákny v plánovaném poměru 10, 20, 30, 40 dsk.

Zkratka dsk udává poměr pryskyřice a plniva, konkrétně do 100g pryskyřice je vloženo 10 g plniva, tedy 10 dsk.

Tab. 3 Značení vzorků pro experimenty Označení vzorků pro experimenty Množství plniva Označení vzorků

Čirý (bez plniva) 0

10dsk 10

20dsk 20

30dsk 30

40dsk 40

Pro vzorky vzorky byla použita epoxidová pryskyřice CHS-EPOXY 520 (EPOXY 15), která se výhradně používá pro odlévání, zalévání a lepení v průmyslových odvětví. Tato pryskyřice má následující vlastnosti: viskozita se pohybuje v rozmezí 12 - 14,5 Pa.s při laboratorní teplotě 23 ± 2°C, obsah epoxidových

(23)

23

skupin 5,2-5,5 mol.kg^-1, epoxidový hmotnostní ekvivalent 182-192 g.mol^-1 a vyznačuje se nažloutlou barvou.

Pro vytvrzení pryskyřice bylo zvoleno tvrdidlo P11 v poměru 100 : 11 (pryskyřice : tvrdidlo) při hmotnostním poměru. Tvrdidlo P11 se vyznačuje kratší

dobou zpracovatelnosti je tzv. rychlé tvrdidlo s menší dobou zpracovatelnosti a typickým dolepem na povrchu vzorku, který se snadno odstraní omytím vzorku v 3 % roztoku kyseliny citronové, následným omytím vodou a osušením. Další podrobnější a doplňující údaje týkající se materiálových parametrů a zpracování pryskyřice jsou uvedeny v materiálovém listu v příloze 1.

Jako plnivo byla použita recyklovaná uhlíková vlákna Carbiso^TM MF od výrobce Easy Composites Ltd. Vlákna mají tyto parametry: vynikají dobrou adhezí k polymerní matrici, obsahují velmi malé množství nečistot, dosahují střední délky 100 µm a jejich průměr činní 7 µm. Další doplňující údaje jsou uvedeny v materiálovém listu v příloze 2.

Postup výroby vzorků s epoxidové pryskyřice plněné uhlíkovými vlákny:

 byla smíchána epoxidová pryskyřice s uhlíkovými vlákny a to v přesně odváženém množství,

 míchání probíhalo ručně zhruba 5 minut dokud nebylo docíleno homogenní struktury,

 poté byla směs na 24 hodin odstavena, aby unikly bubliny vzniklé během míchání,

 následně do směsi přidáno tvrdidlo P11 v odpovídajícím množství dle doporučení výrobce,

 směs opět zamíchána,

 takto připravená směs byla odlita do formy.

Připravená směs byla nalita do očištěné dutiny formy tak, aby materiál sahal mírně přes okraj, aby bylo zabráněno vzniku zmetků v důsledku nedolití formy.

Takto odlité vzorky mohly být použity pro plánovaný experiment až po dokonalém dotvrzení, které probíhalo při stálé laboratorní teplotě 23 ± 2°C po

(24)

24

dobu minimálně 10 dní. Dotvrzování epoxidové pryskyřice je možné urychlit také zvýšením teploty.

První odlévání vzorků bylo prováděno do jednodílné formy, která byla vyrobena z dvousložkové silikonové pryže Silastic T. Forma měla tvar válce s ⌀ 40 mm × 60 mm.

V důsledku špatného odvodu tepla a rychlého náběhu chemické reakce docházelo ke spálení vzorků. Což můžeme vidět na obrázku 7.

Obr. 7 Spálené vzorky epoxidové pryskyřice neplněné

Z tohoto důvodu byla navržena a následně vyrobena 5-ti dílná forma z duralu, která měla 4 dutiny s ⌀ 60 mm x 50 mm. Materiál formy byl volen kvůli dobrému odvodu tepla, což mělo zamezit vzniku spálení a následnému znehodnocení vzorku.

Bohužel i zde došlo k degradaci vzorku, to je zřetelné na obrázku 8. Forma je zobrazena na obrázku 9.

Obr. 8 Spálené vzorky neplněné a plněné epoxidové pryskyřice

(25)

25

Obr. 9 Forma pro výrobu vzorků

Proto byla následně použita již existující forma, která byla vytvořena pro lití vzorků k operaci soustružení. Jedná se o 4 - dílnou formu z duralu o rozměrech ⌀ 40mm x 100 mm. Tato forma již zajistila dostatečný odvod tepla, a proto nedošlo k degradaci vzorku. Odlité vzorky jsou na obrázku 10.

Obr. 10 Vzorky neplněné a plněné epoxidové pryskyřice

3.2 Obrobení vzorků pro experiment vrtání

Po vytvrzení vzorků bylo nutné jejich obrobení. Obrobením se zajistila rozměrová přesnost všech vzorků pro plánovaný experiment vrtání. Rozměry byly stanoveny na ⌀ 30 × 30 mm.

Nejdříve bylo nutné zbavit odlitky (vzorky) povrchových nerovností na obou stranách. Daná operace byla zajištěna na frézce FNG 32. Ta byla vybavena čelní frézovací hlavou s VBD.

(26)

26

Následně se takto upravené vzorky vložily do pásové pily a byly rozřezány na části se stejnými rozměry. Po rozřezání byly vzorky opět zarovnány na frézce, abychom zajistili požadovanou výšku 30 mm. Proces zarovnání je k nahlédnutí na obr. 11 a finálně upravené vzorky na obr. 12.

Obr. 11 Průběh zarovnání Obr. 12 Finálně upravené vzorky pro vrtaní

3.3 Obráběcí stroj

Veškeré provedené operace obrábění byly provedeny na frézce FNG 32 (obr. 13) od výrobce TOS Olomouc s.r.o. Parametry frézky jsou uvedeny v tabulce 4.

Obr. 13 Frézka FNG 32

(27)

27

Tabulka 4 Parametry stroje Frézka FNG 32

Technické údaje Hodnota Jednotky

Rozměr pracovní plochy 800 x 400 [mm]

Upínací drážky 7 -

Výkon hlavního motoru 4 [kW]

Výkon posuvného motoru 1,1 [kW]

Pracovní zdvih podélný (x) 600 [mm]

Pracovní zdvih příčný (y) 400 [mm]

Pracovní zdvih svislý (z) 400 [mm]

Maximální zatížení stolu 350 [kg]

3.3 Použité nástroje

Pro operaci vrtání byly použity následující nástroje uvedené v tabulce 5 a

zobrazené na obrázku 14. Byly zvoleny vrtáky s válcovou stopkou o průměru 6, s úhlem šroubovice 25 - 30° a úhlem špičky 118°. Vlastnosti použitých nástrojů jsou uvedeny v podkapitole 2.2.1.

Tab. 5 Přehled vrtáků Nástroje pro vrtání Materiál

vrtáku Povlak Obrázek

HSS / 15a

HSSCo / 15b

HSS TiN 15c

SK / 15d

SK TiN 15e

Obr. 14 Použité vrtáky

(28)

28 3.4 Elektrický odporový dynamometr

Elektrický odporový dynamometr je zařízení, u kterého snímání hodnot probíhá v důsledku změny odporu. Změna odporu je způsobena deformací vodiče nebo polovodiče. Tenzometr se deformuje společně s deformovaným elementem. Změna odporu je přímo úměrná deformaci, která vzniká v důsledku působení krouticího momentu na deformovaném elementu. [11]

Elektrický odporový dynamometr (obr. 15) byl použit pro snímání krouticího momentu Mk a svislé řezné síly F při operaci vrtání . Dynamometr byl propojen s PC, který obsahoval software Kromos (obr. 16), který zobrazoval výsledky měření. Před začátkem každého měření bylo nutné provést kalibraci dynamometru z důvodu zajištění správnosti měření. Výstupem měření bylo grafické znázornění působící svislé řezné síly F a krouticího momentu Mk znázorněné na obrázku 17. Výsledné grafické vyhodnocení bylo převedeno do softwaru Excel, kde bylo odčteno 5 hodnot. Hodnoty byly vždy odčítány ve 2, 4, 6, 8 a 10-té sekundě měření. Odčítání hodnot je uvedeno na obrázku 18.

Obr. 15 Elektrický odporový dynamometr

(29)

29

Obr. 16 Kalibrace

Obr. 17 Výstup hodnot ze softwaru Kromos

Obr. 18 Odečtení výsledných hodnot

(30)

30

3.5 Laboratorní profilometr MITUTOYO

SV-2000N2

SURFTEST

Profilometr MITUTOYO SV-2000N2 SURFTEST, zobrazený na obr. 20, je zařízení určené pro měření drsnosti povrchu dotykovou metodou. Profilometr se skládá z mechanické a elektronické části. Mechanická část v podobě diamantového hrotu snímá nerovnosti na povrchu. Vertikální pohyb hrotu je transformován na elektrický signál, který je následně zpracován pomocí softwaru Surfpak v připojeném PC.

Software Surfpak je schopen měřit 26 parametrů drsnosti, které odpovídají normám ISO, DIN, ANSI a JIS. [11]

Profilometr byl použit pro získání paramertů drsnosti Ra, Rz a Rt. Parametry drsnosti byly měřeny na povrchu otvorů po operaci vrtání tak, že zkušební vzorek byl umístěn do držáku. Pomocí otočné kličky byla nastavena poloha diamantového hrotu profilometru tak, aby byl v kontaktu s obrobenou plochou. Naměřené parametry drsnosti byly následně zobrazeny pomocí programu SURFPAK - SV - 1.100 (obr. 21).

Obr. 20 Profilometr MITUTOYO SV-2000N2

(31)

31

Obr. 21Parametry drsnosti a abbottova křivka

3.6 Dílenský mikroskop ZEISS

Mikroskop ZEISS (obr. 22) je zařízení pro určení velikosti opotřebení nástroje.

Stůl mikroskopu umožňuje vykonávat lineární posuv v osách X, Y. Pohyb stolu je zajištěn pomocí mikrometrických šroubů na vodících lištách. Odečtení hodnot opotřebení je prováděno pomocí mikrometrických hlavic s rozlišením 0,01 mm. Pomocí nitkového kříže je optickým způsobem přes okulár prováděno polohování měřeného vzorku. [11]

Měření opotřebení VB bylo provedeno pomocí dílenského mikroskopu ZEISS a to tak, že po odvrtání stanovené vzdálenosti (210 mm, 420 mm, 630 mm, 840 mm a 1050 mm), byl vrták vyjmut ze stroje. Následně byl upnut do držáku pod mikroskop.

Odečtení hodnot opotřebení bylo zajištěno pomocí mikrometrických hlavic a pomocí nitkového kříže bylo optickým způsobem přes okulár prováděno polohování a odčítání měřeného vzorku.

Obr. 22 Mikroskop ZEISS

(32)

32 3.7 Měření teploty

Pro měření teplot při procesu vrtání bylo využito umělých termočlánků typu K.

Tyto termočlánky snímají teploty od -270°C až do teplot 1372°C (vodiče byly tvořeny z materiálů Ni-Cr (+) a Ni-Al (-)).

Pro zjištění teplot byly použity 3 termočlánky, které byly umístěny k místu řezu (měření teploty) obráběného vzorku. Rozložení termočlánků je znázorněno na obrázku 23. Na obrázku 24 je zobrazen výkres vzorku pro umístění termočlánků.

Obr. 23 Rozložení termočlánků

Obr. 24 Nákres rozložení termočlánků

(33)

33

Pro uchycení termočlánků do obrobku bylo nutné navrtání vzorku (obr. 25), tak aby bylo možné zasunutí termočlánku k místu řezu. K pevnému uchycení termočlánku do vzorku, bylo provedeno nahřátí konce termočlánku. V důsledku nahřátí termočlánku došlo k přitavení ke vzorku. Termočlánky byly dále zapojeny do sběrnice, která převádí mV na °C. Získaná data byla následně ukládána na provozní a řídicí jednotku ve formátu *.csv. Takto zjištěné hodnoty byly dále zpracovány v softwaru Excel. Sběrnice, provozní a řídicí jednotka na obrázku 26.

Obr. 25 Navrtání vzorku pro termočlánky

Obr. 26 Sběrnice, provozní a řídicí jednotka 3.8 Dutinový mikrometr

Pro měření rozměrové stability vyvrtaných otvorů byl použit dutinový mikrometr (obr. 27). Rozsah měření mikrometru je od 5 mm do 25mm a odečet hodnot je možný po 0,01 mm. Rozměrová stabilita byla měřena na každém otvoru. Celkem bylo provedeno 6 měření a naměřené hodnoty byly zaznamenány do tabulky.

(34)

34

Obr. 27 Dutinový mikrometr

3.8 Přehled metodiky měření

Tabulka 6 Přehled metodiky měření

Typ operace Materiál zkušebního vzorku Způsob obrábění vrtání

Epoxid. pryskyřice neplněná Epoxid. pryskyřice s plnivem 10dsk Epoxid. pryskyřice s plnivem 20dsk Opakování exp. 5 Epoxid. pryskyřice s plnivem 30dsk Epoxid. pryskyřice s plnivem 40dsk

Materiál nástroje (vrták) Stroj

HSS

Konzolová frézka svislá

FNG 32 HSSCo

HSS + TiN

SK Výrobce TOS Olomouc

s.r.o.

SK + TiN

Parametry experimentu

Podmínky Otáčky

ideální

Otáčky

konstant. Posuv Procesní kapalina

HSS 1000 1800 1,15 /

HSSCo 1200 1800 1,15 /

HSS + TiN 1400 1800 1,15 /

SK 2500 1800 1,15 /

SK + TiN 3000 1800 1,15 /

Měřené parametry Měřicí přístroje

Svislá řezná síla F [N]

Elektrický odporový dynamometr Krout. moment Mk [Nm]

Drsnost povrchu

Ra [µm]

Profilometr Mitutoyo SV-2000N2 Surftest

Rz [µm]

Rt [µm]

Teplota T [°C] Termočlánek typu K

Opotřebení VB [mm] Dílenský mikroskop ZEISS

Rozměrová

stabilita ^- ^[mm] Dutionový mikrometr

(35)

35

4 EXPERIMENT

V rámci realizace experimentu byla práce rozdělena do 5-ti částí. U každého experimentu jsou v záhlaví tabulky uvedeny řezné podmínky podle tabulky 6. Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 7 až 114. Tabulky a jednotlivé grafy obsahují naměřené hodnoty z realizovaných experimentů zaměřených na řeznou sílu, krouticí moment, teploty, opotřebení nástroje, rozměrovou stabilitu a drsnost povrchu.

4.1 Řezná síla a krouticí moment při konstantních řezných podmínkách (experiment 1)

Pro plánovaný experiment byly použity konstantní řezné podmínky dle tabulky 6. Byla měřena řezná síla F a krouticí moment Mk. Tyto hodnoty byly měřeny na vzorku 0, 10, 20, 30, 40 s použitím řezných nástrojů z HSS, HSSCo, HSS + TiN, SK a SK + TiN.

Pro každý nástroj byla vytvořena tabulka, jejíž výsledky budou zpřehledněny ve výsledném grafu pro každý materiál (po 5-ti nástrojích pro jeden materiál).

Tabulka 7 Řezná síla a krouticí moment (vzorek 0, nástroj HSS) Řezná síla a krouticí moment

vzorek 0, nástroj HSS

v_c = 33,9 m / min, n = 1800 m / min, f = 1,15 mm / ot.

Řezná síla F [N]

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

stat. interval spolehlivosti oblast 1 388,8 350,0 317,8 270,2 255,2 316,40

289,38 ± 23,60 oblast 2 356,7 299,4 258,6 270,7 264,3 289,94

oblast 3 339,9 299,9 271,1 230,3 259,0 280,04 oblast 4 323,1 233,7 233,1 283,1 281,9 270,98 oblast 5 345,6 333,3 270,3 243,3 255,2 289,54

Krouticí moment Mk [Nmm]

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

73,58 ± 17,31 oblast 2 33,3 44,6 68,3 85,8 103,4 67,08

(36)

36

Tabulka 8 Řezná síla a krouticí moment (vzorek 0, nástroj HSSCo) Řezná síla a krouticí moment

vzorek 0, nástroj HSSCo

vc = 33,9 m / min, n = 1800 m / min, f = 1,15 mm / ot.

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

166,48 ± 10,33 oblast 2 254,9 205,9 145,3 169,5 112,8 177,68

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

108,34 ± 18,42 oblast 2 112,0 123,6 86,9 69,6 103,2 99,06

Tabulka 9 Řezná síla a krouticí moment (vzorek 0, nástroj HSS + TiN) Řezná síla a krouticí moment

vzorek 0, nástroj HSS + TiN

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

253,08 ± 33,65 oblast 2 360,8 261,8 22,6 260,5 217,4 224,62

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

74,27 ± 14,04 oblast 2 53,8 43,8 35,8 110,9 83,9 65,64

(37)

37

Tabulka 10 Řezná síla a krouticí moment (vzorek 0, nástroj SK) Řezná síla a krouticí moment

vzorek 0, nástroj SK

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

200,00 ± 19,15 oblast 2 276,3 206,4 164,3 147,8 153,7 189,70

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

83,38 ± 18,16 oblast 2 59,7 78,4 103,5 122,2 102,7 93,30

Tabulka 11 Řezná síla a krouticí moment (vzorek 0, nástroj SK + TiN) Řezná síla a krouticí moment

vzorek 0, nástroj SK + TiN

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

361,49 ± 24,28 oblast 2 444,8 409,3 309,7 297,8 301,1 352,54

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

111,25 ± 47,88 oblast 2 82,4 44,3 76,6 89,5 83,2 75,20

(38)

38

Obr. 28 Výsledné hodnoty F a Mk pro vzorek 0

Z tabulek 7 až 11 a následného grafického zobrazení pro vzorek 0 je patrné, že nejnižší řezné síly bylo dosaženo u řezného nástroje z HSSCo a naopak nejvyšší u nástroje z SK + TiN. Nejmenší hodnota krouticího momentu, pak byla zaznamenána u nástroje z HSS oproti nástroji z SK + TiN, kde byla hodnota krouticího momentu nejvyšší.

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

422,99 ± 96,79 oblast 2 375,3 375,0 390,1 335,3 352,1 365,56

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

114,30 ± 50,52 oblast 2 74,1 154,4 101,2 105,2 81,6 103,30

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500

HSS HSSCo HSS+TiN SK SK+TiN Řezná síla F [N] a krouticí moment Mk [Nmm]

nástrojové materiály

F Mk

(39)

39

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

339,60 ± 128,72 oblast 2 225,1 178,8 197,5 188,3 200,1 197,96

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

114,61 ± 73,27 oblast 2 95,7 55,8 149,8 141,7 95,1 107,62

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr stat. interval spolehlivosti oblast 1 383,0 247,0 218,7 211,0 198,0 251,54

254,56 ± 5,63 oblast 2 379,2 274,4 203,5 217,6 184,9 251,92

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

93,17 ± 30,07 oblast 2 93,6 117,5 98,9 137,6 63,0 102,12

(40)

40

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

221,96 ± 18,24 oblast 2 320,7 297,6 215,8 144,8 194,6 234,70

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

86,60 ± 8,76 oblast 2 73,3 133,7 85,9 101,7 85,5 96,02

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr stat. interval spolehlivosti oblast 1 523,3 473,3 413,5 386,7 371,9 433,74

370,81 ± 80,07 oblast 2 519,8 461,6 252,9 361,7 309,1 381,02

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

86,36 ± 28,03 oblast 2 81,4 62,5 75,5 113,9 56,4 77,94

(41)

41

Z tabulek 12 až 16 a následného grafického zobrazení pro vzorek 10 je patrné, že nejnižší řezné síly bylo dosaženo u řezného nástroje z SK a naopak nejvyšší u nástroje z HSS. Nejnižší hodnota krouticího momentu, byla stejně jako řezná síla zaznamenána u nástroje z SK. Naopak nejvyšší hodnota krouticího momentu byla změřena u řezného nástroje z

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

573,90 ± 173,47 oblast 2 541,0 530,7 447,4 521,7 481,2 504,40

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

122,36 ± 9,79 oblast 2 85,8 151,1 134,4 136,5 105,3 122,62

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500

HSS HSSCo HSS+TiN SK SK+TiN

Řezná síla F [N] a krouticí moment Mk [Nmm]

F Mk

(42)

42

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

426,39 ± 153,04 oblast 2 452,2 404,9 407,1 387,0 342,7 398,78

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

123,92 ± 12,40 oblast 2 97,3 126,1 156,4 132,7 87,6 120,02

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

270,44 ± 38,06 oblast 2 366,1 333,1 233,5 225,5 224,9 276,62

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

125,57 ± 31,74 oblast 2 72,1 155,2 143,4 167,7 131,0 133,88

(43)

43

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

217,07 ± 19,47 oblast 2 269,2 233,7 180,3 151,5 153,6 197,66

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

149,41 ± 8,09 oblast 2 165,8 169,0 152,0 149,9 93,6 146,06

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

425,01 ± 18,47 oblast 2 515,9 476,0 425,0 349,1 333,9 419,98

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

138,62 ± 26,43 oblast 2 189,4 200,0 180,8 172,8 109,9 170,58

oblast 3 143,3 157,,1 150,8 122,7 74,9 122,93 oblast 4 81,3 132,6 139,8 146,4 127,8 125,58 oblast 5 140,9 137,5 173,5 151,2 90,8 138,78

(44)

44

Z tabulek 17 až 21 a následného grafického zobrazení pro vzorek 20 je patrné, že nejnižší řezné síly bylo dosaženo u řezného nástroje z SK a naopak nejvyšší u nástroje z HSS. Nejnižší hodnota krouticího momentu, pak byla zaznamenána u nástroje z HSS oproti nástroji z SK, kde byla hodnota krouticího momentu nejvyšší.

Tabulka 22Řezná síla a krouticí moment (vzorek 30, nástroj HSS) Řezná síla a krouticí moment

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

638,72 ± 162,67 oblast 2 607,3 645,3 586,1 640,7 628,7 621,62

poč.

měření 1 2 3 4 5 arit.

průměr

142,64 ± 21,22 oblast 2 101,9 156,5 189,0 157,1 91,6 139,22

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500

HSS HSSCo HSS+TiN SK SK+TiN

Řezná síla F [N] a krouticí moment Mk [Nmm]

F Mk