Bezpečnost HSC a HPC frézovacích nástrojů

Technologie HSC (High Speed Cutting, vysokorychlostní obrábění) a HPC (High Performance Cutting, vysokovýkonné obrábění) znamená nejen výrazné zvýšení produktivity práce, ale i podstatně vyšší namáhání frézovacích nástrojů, a to nejen řeznými, ale i odstředivými silami. Vyplývá to ze zvýšených provozních otáček nástroje v důsledku vysokých řezných rychlostí a absolutním zvýšením řezných sil působících na nástroj v důsledku většího průřezu třísky. Zkoumal se poměr mezi namáháním nástroje odstředivými silami a řeznými silami. Přestože jde o záležitost vysoce individuální, zjistilo se, že v leteckém průmyslu, kde se opracovávají především lehké slitiny vysokými rychlostmi, absolutně převažuje namáhání odstředivými silami. Naproti tomu při výrobě forem je průměrný nástroj namáhán především řeznými silami a nebezpečí destrukce odstředivými silami není tak vysoké. V automobilovém průmyslu je namáhání nástroje řeznými silami a odstředivými silami víceméně vyvážené. K dispozici dosud není spolehlivé řešení vlivu interakce odstředivých a řezných sil na nástroj, mimo jiné i proto, že řezná síla je dynamický faktor. Z hlediska bezpečnosti je třeba mít na vědomí, že největší riziko představuje kinetická energie části nástroje, uvolněné jeho destrukcí. Uvolněná VDSK má v tomto případě energii střely z pistole ráže 9 mm. Proto se věnuje pozornost zajištění dostatečné provozní bezpečnosti nástrojů pracujících za vysokých otáček. Povinné zkoušky předepisuje norma EN ISO 15641, jsou rozhodující pro udělení certifikace nástroji; výpočetní metody stanovení bezpečnosti obsahují normy DIN 8030 a DIN 8029. Při destruktivních zkouškách se otáčky nástroje zkoumají až do výše kdy dojde k poruše nástroje. Poté se s použitím bezpečnostního koeficientu stanovují maximální přípustné otáčky. Výhodou zkoušek je vysoká vypovídací schopnost, spolehlivost a jistota výsledku. Nevýhodou časová náročnost a především vysoké náklady. V případě drahého jednoúčelového nástroje zhotoveného na zakázku je potřeba vyrobit ještě jeden pro zkoušky. I proto se v poslední době věnuje zvýšená pozornost metodice a vypovídacím schopnostem zkoušek nedestruktivních. Při nedestruktivních zkouškách se stanovují přímo maximální provozní otáčky metodou zkoumání pružných a plastických deformací, resp. změny polohy řezné hrany nástroje. Celková deformace, skládající se z deformace plastické a elastické, se měří po zatížení nástroje mezními otáčkami, deformace plastická potom za klidu, po zatížení mezními otáčkami. Při zkouškách je problémem měřit zkoumané veličiny s dostatečnou přesností a spolehlivostí, protože na tom závisí použitelnost získaných výsledků. Při měření změny v radiálním směru na fréze průměru 125 mm při 24 000 ot.min-1 je třeba pracovat s rozlišením 311 ?m při frekvenci 3 MHz. Podobné parametry jsou již mimo schopnosti současných senzorů a jsou zatížena velkou chybou. Proto se přistupuje k měření tagenciálnímu pomocí laserového můstku, kde postačující frekvence se pohybují v řádu 100 MHz. Prokázalo se, že u frézy průměru 125 mm je při max. povolených otáčkách celková deformace 125 ?m. Výpočetní metody maximálně přípustných otáček se podařilo stanovit na experimentálním základě a pro různé typy nástrojů jsou obsaženy v normě DIN 8030. Upevnění nástrojových komponentů na základní těleso nástroje řeší norma DIN 8029. Přesto, že dosud nejsou k dispozici výpočtové metody pro všechny typy nástrojů, a jednotlivé metody vykazují značný rozptyl výsledků, lze je považovat jako dostatečné vodítko pro konstruktéra ještě ve fázi návrhu, kdy nelze nástroj hodnotit podle EN ISO 15641. Hodnocení dle EN ISO 1564 je pro udělení certifikace rozhodující. Současné úsilí výzkumných pracovišť se věnuje především rozšiřování metodiky nedestruktivních zkoušek a výpočetních metod s cílem zvýšit bezpečnost nástrojů, rozšířit paletu způsobů, pro které jsou metody použitelné a snížit jak časovou, tak nákladovou náročnost zkoušek. /bor/