Obrada odvajanjem čestica

OBRADA ODVAJANJEM ČESTICA ili OOČ

OOČ -niz postupaka kod kojih od osnovnog volumena određenim postupcima i alatom odstranjujemo određenu količinu materijala

- projektiranje obradnih sustava - povećanje kvalitete proizvoda uz sve strože zahtjeve na kvalitetu - veća produktivnost i ekonomičnost proizvodnje

Značaj tehnologije obrade odvajanjem čestica - značajan udio proizvoda obrađivan postupcima OOČ - Posebnosti izrade oblika (oštri rubovi, glatke površine, unutarnje, vanjske površine), materijala (zakaljeni, krti materijali), veličina serija (mala)

Prednosti obrade odvajanjem su -Postizanje točnosti, uskih tolerancija i dobre kvalitete obrađene površine, često bez potrebe za naknadnim obradama. - Oblikovanje oštrih rubova, ravnih površina, te unutarnjih i vanjskih profila (često jedini (a svakako najbolji) način oblikovanja) . - Primjena kod gotovo svih materijala poznatih svojstava. - Oblikovanje otvrdnutih (kaljenih) i krtih materijala.

- Moguće su obrade u širokom rasponu dimenzija (od turbina i aviona do micro obrada). - Uzrokuje vrlo male promjene (oštećenja) u materijalu obratka (samo tanki sloj; HAZ,). - Jednostavnost automatiziranja.

- Ekonomičnost i produktivnost (jeftinija i brža) kod maloserijske i pojedinačne proizvodnje.

Nedostaci obrade odvajanjem čestica su - stvara odvojene čestice i za okolinu opasne tvari (otpadna ulja , emulzije) - Ponekad je za obradu jednog obratka (tolerirani provrti, utori, ...) potrebno primjeniti više postupaka obrade i više alatnih strojeva - Geometrija nekih proizvoda se može izraditi isključivo na CNC strojevima

- Alatni strojevi i potreba za rukovanjem alatima i obracima zahtijevaju velik prostor.

- Mikroklima je pod jakim utjecajem obradnih procesa (toplina, buka, rashladne tekućine, ulja, ...).

- Veliki udio pomoćnih i pripremnih vremena (vrijeme zahvata alata i obratka je često manje od 2% ukupnog vremena protoka pozicije).

podjela: ručna i strojna obrada konvencionalni postupci nekonvencionalni postupci

GEOMETRIJA ALATA I OBRADKA

Rezni klin alata

Parametri obrade Dubina rezanja a, mm - vrijednost debljine sloja materijala koji se skida u procesu rezanja -Posmak fn, fz – veličina puta glavne oštrice alata u pravcu posmičnog kretanja za jedan okret radnog predmeta ili alata [m], odnosno za jedan radni hod alata [m/hod], ili za jedan zub alata [m]. -Brzina odvajanja čestica vc=D·π·n [m/s] – put koji prijeđe glavna oštrica alata u odnosu prema obrađivanoj površini u jedinici vremena. -

Brzina posmaka vf = f*n

Nastajanje odvojene čestice

OBLICI ODVOJENIH ČESTICA

Kidani oblik odvojenih čestica nastaje pri obradi krtih metala ( SL, tvrde bronce, itd.). Odvojene čestice su bezoblični komadi a imaju hrapavu površinu sa strane noža i glatku sa suprotne strane.

Rezani oblik odvojenih čestica nastaje pri obradi srednjim brzinama (čelika srednje tvrdoće ili vučenog mesinga). Odvojene čestice rezanog oblika su glatke sa strane koja je klizila po prednjoj površini noža, a stepenaste sa suprotne strane.

Trakasti oblik odvojenih čestica nastaje pri obradi mekih i žilavih materijala (mekog čelika, mesinga, aluminija) pri velikim brzinama rezanja. Odvojena čestica trakastog oblika ima glatku površinu sa strane noža, a sa suprotne strane su vidljive znatne neravnine. Ove neravnine su utoliko veće ukoliko je veća i površina presjeka odvojene čestice. Najčešće je odvojena čestica trakastog oblika u vidu dugačke, jake spiralne trake.

Glavni izvori topline: Deformacija i trenje na prednjoj i stražnjoj površini alata

Posljedice akumulirane topline, odnosno posljedice unosa energije: Pojava visokih temperatura: - Uzrokuje dimenzijske promjene u obratku - Toplinsko oštećenje obrađene površine - Utječe na čvrstoću, tvrdoću i otpornost na trošenje alata - Eventualno utječe na deformacije alatnog stroja Istrošeni alati stvaraju toplinu zbog trenja po površini obratka

Sredstvo za hlađenje i podmazivanje mora udovoljiti sljedećim zahtjevima: -povećanje postojanosti alata -dobivanje odgovarajuće kvalitete obrađene površine -smanjenje sile rezanja -odvođenje čestica iz zone rezanja -smanjenje toplinskih deformacija obratka -ne smije djelovati štetno na zdravlje ljudi -ne smije štetno djelovati na okoliš -mora lako isparavati -mora dobro prijanjati na metalne površine ali ne smije imati korozivno djelovanje

Vrste SHIP a Sredstva koja imaju primarno svojstvo hlađenja, a sekundarno svojstvo podmazivanja Vodene emulzije Sredstva koja imaju primarno svojstvo podmazivanja a sekundarno svojstvo hlađenja Mineralna, biljna i životinjska ulja

Komprimirani zrak ili magla

Način dovođenja SHIPa Slobodni mlaz Hlađenje mlazom prednje površine alata u količini do 18 l/min- najrašireniji postupak Efekti: brzina odvajanja čestica se povećava u prosjeku za 30%, Vijek trajanja alata je dvostruko duži, Srednja temp. u zoni rezanja se snižava za 30 - 100°C Točnost obrađene površine se povećava za 1 – 2 klase Sile rezanja se smanjuju za 15-20%

Pod visokim tlakom Hlađenje tekućinom dovedenom pod visokim tlakom (15 – 30 bara) i kroz mlaznicu promjera 0,25 – 0,7 mm na prednju ili stražnju površinu alata. Ovaj postupak je prikladan kod teško obradivih materijala. -

U struji zraka (MQL) Hlađenje rasplinutom tekućinom u obliku magle na stražnju površinu alata (magla se stvara u komorama u koje se dovodi zrak pod tlakom 2 – 6 bara i mješa sa tekućinom za podmazivanje u omjeru 7-10 grama zraka na 1 gram tekućine) koja izlazi brzinom od 200 – 300 m/s -

Rezultati primjene SHIPa ovise o načinu dovođenja tekućine u zonu odvajanja čestica. Utjecaj rashladne tekućine na vijek trajanja alata ovisi o postupku obrade i načinu rashlađivanja. Duži vijek trajanja alata možemo očekivati kada su ispunjeni uvjeti: 1. Rashladnu tekućinu treba dovoditi ravnomjernim mlazom, kod tokarenja npr. To je 8-12 litara u minuti. Ukoliko tekućinu dovodimo u malom mlazu to znači da se temp. alata stalno mijenja pa zbog toga materijal alata stalno puca 2. Mlaz tekućine treba usmjeriti na mjesto rada prije početka rada jer može nastupiti preveliko zagrijavanje prije početka rashlađivanja pa iznenadno rashlađivanje može uzrokovati pukotine u alatu. 3. Mlaz tekućine treba usmjeriti u smičnu zonu, zbog stvaranja najviše topline.

Obrada bez SHIPa: -

-

povećanje trenja kut ravnine smicanja se povećava smična naprezanja rastu tanje odvojene čestice pojava naljepka ukupna energija raste, raste temperatura, lošije obrađena površina veće trošenje alata

Ispitivanja su usmjerena na tendenciju smanjenja količine SHIPa radi smanjenja zagađenja okoline.

MQL MQL je metoda ubrizgavanja ulja pod visokim tlakom pri čemu se ulje fino raspršuje po

kontaktnim površinama i na taj se način smanjuje trenje a time i temperatura.

U obradi odvajanjem čestica količina SHIPa manja od 120 l/h smatra se ralativno malom količinom. Kod MQLa se radi o cca 50 ml/h.

PREDNOSTI PRIMJENE MQL-A Prednosti primjene MQL-a u usporedbi s obradama s primjenom SHIP-a: -kod MQL se koriste biljna ulja ili esteri -imaju izvrsnu funkciju podmazivanja i lako se razgrađuju -ne štete okolišu -manja je potrošnja ulja i energije -zdraviji okoliš -veća postojanost alata i manji troškovi održavanja alatnog stroja

usporedba obrade primjenom SHIPa i MQLa

Usporedba trošenja reznih vrhova alata

Jeste li znali da nijedan komad četvrtastog, suhog papira ne može biti savijen na pola više od 8 puta? Jeste li znali da je kofein najpopularniji svjetski stimulant? Jeste li znali da je najjači mišić u ljudskom tijelu jezik? Jeste li znali da komarci imaju zube?

Jeste li znali da je na redu pauza od 15 minuta ?

Trošenje oštrice alata 1. Plastična deformacija alata uslijed djelovanja temperature uzrokovane prelaskom topline 2. Mehaničko trošenje na prednjoj i stražnjoj površini 3. Pucanje oštrice uslijed periodično promjenjivog opterećenja u pojedinim fazama stvaranja odvojene čestice 4. Odvaljivanje pojedinih dijelova alata kod periodičnog kidanja naljepka

1. Trošenje stražnje površine 2. Kratersko trošenje 3. Zarezno trošenje 4. Trošenje stražnje površine 5. Oksidacijsko zarezno trošenje

6. Plastična deformacija 7. Naljepak (BUE) 8. Toplinska napuknuća 9. Uzdužna napuknuća 10. Razgradnja oštrice 11. Lom oštrice

Praćenje istrošenja (monitoring)

-Stalno (kontinuirano) – rijetko -Povremeno (ciklički) – (mikroskop, vaga, radioaktivna) -Kriterijski (sile, hrapavost, vrijeme)

Hrapavost obrađene površine Površinska hrapavost su mikrogeometrijske nepravilnosti

na površini nekog obratka. One su standardizirane. Oblik neravnina se mjeri na nekom presjeku obratka. Promatra se samo određeni dio koji je definiran referentnom dužinom mjerenja l.

Linija m predstavlja srednju crtu profila tako da zbroj kvadrata udaljenosti svih tocaka od srednje crte m bude minimalan.

Prosjecno odstupanje profila Ra je aritmeticka udaljenost profila od srednje linije m. Najveca visina neravnina Rmax je udaljenost izmeu najviše i najniže tocke profila na referentnoj dužini.

Što je radijus vrha alata veći, veća je i kontaktna površina između alata i obratka, time povećavamo postojanost i trajnost alata, te obradu možemo vršiti sa većim brzinama,posmacima i silama, samim tim povećanjima, ali i većom silom trenja potreban nam je jači i veći stroj.

Obradivost - machinability ehnološki pokazatelj kojim se definira prikladnost (pogodnost) primjene postupka obrade odvajanjem čestica u obradi materijala. Fc

Fr1 Fr2

?

Kraće vrijeme obrade – veća proizvodnost, korištenje većih mogućnosti strojeva i alata

Manje resursa– manje energije, manji broj potrebnih alata, jeftiniji strojevi, manje SHIP-a (Ekonomično) Bolja kvaliteta obrađene površine – makro i mikro odstupanja

Opseg ispitivanja (poboljšanja) obradivosti F.W. Taylor

Trajanje ispitivanja: 26 godina Broj eksperimenata: 30000 utrošeno : 400 tona odvojenih čestica. Cilj : odrediti uvjete za sigurnu i uspješnu obradu F.W. Taylor Trajanje ispitivanja: 26 godina Broj eksperimenata: 30000 utrošeno : 400 tona odvojenih čestica. Cilj : odrediti uvjete za sigurnu i uspješnu obradu

- izbor postupka i parametara obrade (prvi izbor) TEHNOLOGIJA OBRADE **** jedan materijal – različiti uvjeti obrade **** - izbor resursa (opreme) RAZVOJ STROJEVA I REZNIH ALATA

**** jedan materijal / tehnika obrade – različita oprema **** - izbor obradnih materijala (usporedba i rangiranje) KONSTRUKCIJA I RAZVOJ PROIZVODA **** isti uvjeti obrade – različiti materijali ****

Tehnološki efekti ispitivanja obradivosti usvajanje novih tehnologija obrade i mogućnosti obradnih strojeva, razvoj reznih alata i alatnih strojeva,

postizanje optimalnih uvjeta obrade, smanjenje troškova obrade. TiN- prevlaka Beschichtung

Al2O3 - prevlaka Beschichtung TiCN- prevlaka Beschichtung Kobalt Co obogaćen - angereicherte sloj Randzone Substratkern osnova

Poboljšanje obradivosti:1

Suvremena konstrukcija alata – održivost na tržištu reznih alata

Poboljšanje obradivosti:2

Suvremena konstrukcija alata –veći ap, fn

Poboljšanje obradivosti:3 Suvremena konstrukcija alata – uvjeti izmjene pločica

0,1

Nazubljeno ležište dvostruko smanjuje radijalna odstupanja pločica s istom tolerancijom n=40000 min-1

m=0,015 kg v=84 m/s

Ø 40mm E=53 Nm

Visoko precizno aksijalno podešavanje

predpodešavanje pomoću ticala:

mogućnost stroja

Poboljšanje obradivosti:4 Konstrukcija strojeva- održivost na tržištu AS Ziel nove mogućnosti

Porast cijene cijena

VIRTUMAT PTW- Darmstadt

Mehanička svojstva materijala obrade i obradivost Tvrdoća – abrazijsko trošenje alata Čvrstoća – sile rezanja, specifična energija i temperatura rezanja

Rastezljivost – lomljenje i odvođenje odvojenih čestica te kvaliteta obrađene površine rastezljivost

Nepovoljna obradivost

tvrdoća

Obrađena površina i obradivost

Rt

Rt kb

stvarni oblik

konvencionalna obrada

Zaostala naprezanja, MPa

200

160

120

Rtm

Dg=10 mm - promjer alataod udaljenost 0

visokobrzinska obradba

površine, mm

jednostruka fazeta

0,01 0,03 0,04 0,05 0,07 0,08 0,09 0,1

dvostruka fazeta

0

D 2  kb 2 g R D  -400 t g 4

30o

-200

-600

Dg

80

40

traženi oblik

15o Rt

-800 -1000

0 1

2

3 korak brazde

4 kbmm

Rezni alati i obradivost - prevlake Postojanost na trošenje indikacijska

CILJ PREVLAČENJA

Povećati tvrdoću Smanjiti unos topline Smanjiti trenje

Rezni alati i obradivost - WIPER GEOMETRIJA

Kriteriji obradivosti Jedinstveni kriterij obradivosti teško je postaviti

Više različitih tehnoloških kriterija: postojanost alata, hrapavost obrađene površine, sile, utrošena snaga, temperatura alata i oblik odvojenih čestica

Kriterij i prioritet u određivanju indeksa

gruba obrada

1.trajnost alata, 2. sile rezanja, 3. oblik odv. čestica, 4.kvaliteta obrađene površine završna obrada

1.kvaliteta obr.površine, 2. trajnost alata,3. oblik odv. čestica,4. sile rezanja obrada na automatima

1.oblik odv. čestice,2. kvaliteta obr. površine,3. trajnost alata,4. sile rezanja

Odvojene čestice

koč 

Voč Vm

Sljede postupci obrade, malo odmorite