Stále se rozšiřuje používání nových
materiálů, splňujících vysoké
požadavky kladené na výrobky,
které se z nich zhotovují (korozní
prostředí, vysoké teploty, snaha
o úspory hmotnosti atd.). Jejich
vlastnosti jsou dány obsahem legujících
prvků, tepelným zpracováním,
anebo tím, že se jedná
o neželezné kovy či materiály nekovové
se zcela atypickými vlastnostmi.
Pro velmi hrubé porovnání bude
pro každou skupinu uveden rozsah
tvrdosti a měrné řezné síly, což je
síla působící ve směru obrábění,
nutná k oddělení třísky o průřezu
1 mm2 a tloušťce 1 mm. Vlastnosti
materiálů třídy P – uhlíkových
a nízkolegovaných ocelí – jsou obráběčům
důvěrně známé; ty ostatní
však vyžadují jiné podmínky
obrábění a těm je věnována tato
kapitola.
MATERIALY TŘIDY M –
KOROZIVZDORNE OCELI
AUSTENITICKE A FERITICKOAUSTENITICKE
Austenitické oceli jsou běžným
typem korozivzdorných ocelí s obsahem
chromu 12 – 30 % a niklu 7
- 25 %; korozivzdorné oceli feriticko
– austenitické (duplexní) mají obsah
chromu 22 – 25 %, niklu 4 -7 % a přísady
molybdenu a dusíku; oba typy
mají velmi malý obsah uhlíku. Mají
sklon k vytváření dlouhé, obtížně
dělitelné třísky a k mechanickému
zpevnění povrchu; proto je žádoucí,
aby řez probíhal pod mechanicky
zpevněnou vrstvou. Jejich tvrdost se
pohybuje mezi 200 – 300 HB a měrná
řezná síla v rozmezí 1800 – 2400
N/mm2.
Při soustružení se doporučuje
vždy použít řeznou kapalinu, která
snižuje vliv účinků tepla a opotřebení
ve tvaru žlábku; pro zamezení
vzniku otřepů či nárůstku je vhodné
použít geometrii s pozitivním úhlem
čela a ostré břity. Duplexní oceli,
které mají vyšší mechanickou pevnost,
se hůře obrábí, vyžadují proto
břitové destičky s dobrou pevností
břitu i malé úhly nastavení. Při hrubovacím
frézování se pro eliminaci
vzniku nárůstku doporučují vysoké
řezné rychlosti (150 až 250 m/min)
a pro vyloučení tepelných trhlin je
na rozdíl od soustružení vhodná práce
za sucha.
Je-li nutné použít při dokončovacím
frézování pro lepší kvalitu povrchu
řeznou kapalinu, pak je vhodné
využít olejovou mlhu nebo systém
MMS. Při vrtání mohou vzniknout
problémy s odváděním třísky, proto
je třeba pečlivě volit řeznou geometrii
nástroje.
MATERIALY TŘIDY K – LITINY
Litiny mají vysoký obsah uhlíku –
minimálně 2 % - , který je v základní
matrici obsažen v různé formě a tím
ovlivňuje jejich základní vlastnosti.
Mají velký rozsah tvrdostí (180
– 450 HB) i měrné řezné síly (700
– 1600 N/mm2); vytvářejí krátkou
třísku. Při obrábění se používají velmi
vysoké řezné rychlosti v rozsahu
250 – 800 m/min, avšak povrchové
vměstky písku způsobují velké abrazivní
opotřebení řezného nástroje.
Abrazivní opotřebení hřbetu a tepelné
trhliny jsou hlavními typy opotřebení
řezných nástrojů při opracování
litiny. Použitý karbidový substrát
by proto měl být tvrdý a mít povlak
se silnou vrstvou Al2O3. Pro vysokovýkonné
soustružení se používají
řezné materiály na bázi PCB a řezné
rychlosti dosahující hodnot 1000 –
1800 m/min při posuvech 0,4 mm/ot
a hloubce řezu do 3 mm (obr. 1),
Ceramtec, destičky WBN 100 až
120). Dochází-li k vydrolování povrchu
obrobku, je vhodné snížit posuv,
aby se zmenšila tloušťka třísky.
Běžně se obrábí zasucha, v některých
případech, zejména pro snížení
prašnosti nebo při soustružení spojitých
řezů, se volí obrábění zamokra.
Při vrtání nevznikají problémy s odváděním
třísek a charakteristickým
způsobem opotřebení je opotřebení
vnějšího rohu břitu nástroje.
MATERIALY TŘIDY N –
NEŽELEZNE KOVY
Skupina zahrnuje měkké neželezné
kovy o tvrdosti 30 – 130 HB a nízké měrné
řezné síle okolo 300 – 700 N/mm2,
výjimečně vyšší. Největší skupinou
jsou slitiny hliníku s obsahem
křemíku do 12 % , které vytvářejí
dlouhou, relativně snadno kontrolovatelnou
třísku. Vždy se používají
VBD s pozitivní geometrií a ostrým
břitem/břity (obr. 2 – destička
Mitsubishi AXD4000); povlakované
pro hrubování a pro dokončování lze
použít i nepovlakované třídy. Slitiny
Al s vyšším obsahem křemíku jsou
extrémně abrazivní, a proto se k jejich
opracování používají nástroje
na bázi PCD. Problém představuje
tvorba nárůstku, což vede ke vzniku
otřepů nebo zhoršení kvality obrobeného
povrchu – řešením je vyšší
řezná rychlost pro zvýšení teploty
v místě řezu a použití nástroje s ostrým
břitem a pozitivní geometrií.
Při obrábění slitin hliníku je hlavní
funkcí řezné kapaliny znesnadnění
ulpívání částic materiálu na břitu
a odvádění třísek z pracovního prostoru.
Řezné rychlosti při nasazení
nepovlakovaných tříd dosahují 1000
– 2000 m/min, při nasazení PCB až
3000 m/min.
Vysoké řezné rychlosti dovolují
nastavit nízké hodnoty posuvu s cílem
obdržet velmi kvalitní obrobený
povrch, aniž by byla negativně
ovlivněna produktivita procesu. Toho
se s výhodou využívá při opracování
rozměrných odlitků v automobilovém
průmyslu. Na druhé straně,
vysoké řezné rychlosti znamenají
velmi vysoké otáčky fréz, a proto
je nutné respektovat maximální přípustné
otáčky nástroje a dbát příslušných
bezpečnostních předpisů.
Při vrtání mohou vzniknout problémy
s odváděním dlouhé třísky.
MATERIALY TŘIDY S –
SPECIALNI ŽARUPEVNE
SLITINY A SLITINY TITANU
U materiálů této skupiny je nutno
počítat s vysokými řeznými silami
– měrná řezná síla titanových slitin
se pohybuje okolo 1300 – 1400 N/
mm2 a tvrdost od 200 do 400 HB,
u speciálních žáruvzdorných slitin
pak 2400 – 3100 N/mm2, resp. 200 –
300 HB. Vytvářejí obtížně kontrolovatelnou
třísku, vzhledem ke špatné
tepelné vodivosti a vysoké tvrdosti
vznikají při obrábění vysoké teploty.
Mají značnou pevnost za vysokých
teplot a extrémní abrazivní účinky
na břit nástroje; třísky slitin titanu
navíc při velkých řezných rychlostech
chemicky reagují s materiálem
řezného nástroje. Obě skupiny vysoce
namáhají břit – ať již dynamickými
silami, vyvolanými článkovou
třískou nebo řeznou silou, působící
v těsné blízkosti břitu (obr. 3 – destičky
Mitsubishi VFX pro opracování
titanu).
Hlavní druhy opotřebení řezného
nástroje jsou opotřebení ve tvaru
vrubu nebo lom v důsledku chemické
degradace řezného materiálu. Vznik
velkého množství tepla omezuje použitelnou
řeznou rychlost; užívá se
20 – 50 m/min pro opracování titanu
a 10 – 40 m/min pro opracování
žáruvzdorných slitin karbidovými
řeznými destičkami. Doporučuje se
použít menší úhel nastavení nebo
destičky kruhového tvaru.
Je nutné vždy pracovat s řeznou
kapalinou a dát přednost jejímu přívodu
pod vysokým tlakem do těsné
blízkosti břitu. Pro obrábění titanových
slitin není vhodná práce s keramickými
řeznými destičkami. Ty
při obrábění žáruvzdorných slitin
i přes malý doporučený posuv přinášejí
velký nárůst produktivity - lze
nastavit rychlosti 700 – 1000 m/min
pro frézování, resp. 200 – 300 m/
min pro soustružení. Při frézování
keramickými břitovými destičkami,
nesnášejícími tepelné rázy, nelze použít
řeznou kapalinu.
MATERIALY TŘIDY H –
ZUŠLECHTĚNE OCELI
S PEVNOSTI NAD 1500 MPa
A KALENE OCELI
Snaha eliminovat operaci broušení
a zvýšit produktivitu vypuštěním
některých navazujících operací vedla
k řešení problematiky opracování
ocelí o velké tvrdosti. Současné
nástroje jsou schopny vyrovnat se
s tvrzenými materiály o měrné řezné
síle 3000 – 4750 N/mm2 a tvrdostech
40 – 70 HRc, což velmi zhruba
odpovídá 370 – 770 HB. Nejčastější
operací bývá dokončování a vznikající
třísky lze dobře kontrolovat;
obrábí se zasucha.
Protože řezný proces charakterizují
vysoké teploty a velké řezné síly,
musí mít použitý řezný materiál vysokou
odolnost proti plastické deformaci,
chemickou stabilitu a odolnost
proti abrazi. Vysoké teploty v místě
řezu snižují řezné síly, a proto příliš
nízké řezné rychlosti zvyšují řeznou
sílu a mohou vést k lomu břitové
destičky.
S výhodou se používá kubický
nitrid bóru (CBN), jehož použití se
však nedoporučuje pro materiály
o tvrdosti nižší než 48 HRc. Užití
karbidických řezných materiálů pro
frézování a vrtání bývá omezeno
tvrdostí opracovávaného materiálu
max. 60 HRc. Protože vznikající
třísky jsou tvrdé, mohou snadno
poškodit opracovaný povrch, je tedy
nutno zajistit jejich řádný odvod –
např. obrácenou montáží nástroje.
Dalším požadavkem, podmiňujícím
úspěch procesu, je eliminace vibrací,
vhodným programováním dráhy
nástroje zajištěný jeho pozvolný náběh
do řezu a jeho opuštění. Proto
pro práci se stopkovými frézami je
záhodno užít trochoidální frézování.
O kvalitě povrchu rozhoduje v neposlední
řadě i optimální volba mikrogeometrie
řezné hrany.
KOMPOZITNI MATERIALY
Základní vlastností kompozitních
materiálů je, že nejsou homogenní.
Sestávají z matrice, vyplněné zesilujícími
částicemi nebo vlákny. Dle
materiálu matrice a materiálu, velikosti,
tvaru a způsobu uložení, resp.
orientace výztužných prvků vyplývá
obrovské spektrum druhů kompozitů
a jejich vlastností, které se výrazně
liší ve směru podél vláken a kolmo
na ně. Pro potřeby tohoto článku
jsou zvažovány kompozitní materiály
s polymerní matricí a uhlíkovými
vlákny. Pevnost v tahu je podél
směru vláken zhruba 1500 MPa
(u oceli 800 – 1100, u Al slitin 400
MPa) ve směru kolmém zhruba třetinová.
Hustota 1875 kg/m3 (u oceli
7850, u Al slitin 2780 kg/m3) a měrná
řezná síla je podstatně menší než
u ocelí.
Tepelná odolnost polymerní matrice
nepřesahuje 300 °C, a proto jsou
omezeny i řezné rychlosti, aby nedošlo
k teplotní degradaci obráběného
kompozitu; hlavní typ opotřebení
řezného materiálu představuje abraze
- z tohoto důvodu se užívají karbidické
řezné materiály s otěruvzdorným
povlakem či materiály na bázi
diamantu. Při obrábění nevznikají
třísky, ale prach - proto se musí nasadit
i výkonné odsávání, poněvadž
se obrábí zasucha. Použité nástroje
musí mít pozitivní geometrii a velmi
ostrý břit, aby nedocházelo k třepení
či delaminaci na styku opracované
a neopracované plochy (obr. 4 – frézy
Mitsubishi DFC). Řezné rychlosti
se volí pro vrtání 20 – 60 m/min
a pro frézování 200 – 500 m/min.;
posuvy v řádu 0,04 – 0,13 mm/ot.
OBRABĚNI GRAFITU
Přírodní grafit je velmi měkký,
materiál pro výrobu elektrod má
však uměle zvýšené mechanické
vlastnosti – přesto je však hlavním
druhem opotřebení řezných nástrojů
abraze. Pro zhotovení subtilních tvarů
se používají především monolitní
stopkové frézy s pozitivní geometrií,
opatřené DLC povlakem proti opotřebení
otěrem. Pracuje se zasucha,
je nutné účinné odsávání a řezné
rychlosti v rozmezí 600 – 900 m/min
a posuvy 0,02 -0,16 mm/zub. Ing. Petr Borovan
