Současný tlak na zvyšování efektivnosti konečných produktů spolu s nutností šetřit přírodní zdroje vede k masivnímu rozšiřování nových a nekonvenčních materiálů, které svými vlastnostmi pomáhají konstruktérům lépe plnit požadované parametry nových výrobků. Tyto nové materiály, pro konstruktéry přitažlivé, představují však pro technology výzvu. Jejich třískové opracování je náročné a vyžaduje splnit náročné řezné podmínky. Nevhodná volba řezných podmínek snižuje životnost řezného nástroje, ohrožuje kvalitu obrobku, zatěžuje stroj i nástroj vysokými silami a zhoršuje spolehlivost, produktivitu a ekonomickou efektivnost procesu. Obrábění těžkoobrobitelných materiálů se proto stává předmětem základního i aplikovaného výzkumu. Komple xní přístup k problematice Výzkum a vývoj technologie obrábění se řeší především v souboru pracovního balíčku WP02 Maximalizace výkonu a jakosti řezného procesu projektu Centrum kompetence – Strojírenská výrobní technika. Probíhá v těsné spolupráci s členy řešitelského konsorcia. Náročnost opracování těžkoobrobitelných materiálů si vyžaduje komplexní přístup k řešení celé problematiky. Je nezbytné řešit optimální řezné parametry i volbu řezného prostředí pro každou materiálovou skupinu a v neposlední řadě spolehlivou predikci řezných sil. Zvláště při opracování tenkostěnných obrobků je znalost velikosti a směru působící řezné síly podmínkou k dosažení požadované geometrické přesnosti obrobku. V rámci WP02 vyšla komplexní zpráva Problematika obrábění těžkoobrobitelných, kompozitních, případně dalších materiálů a návrhu způsobu hodnocení produktivity a hospodárnosti obrábění. Popisuje aktivity Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii, které se týkají obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Zpráva specifikuje vlastnosti každé skupiny těchto materiálů (obr. 1), problematiku obrábění jednotlivých skupin materiálů včetně obrobitelnosti a způsobu jejího hodnocení, shrnuje dosud známé i nově získané poznatky a specifikuje další směry výzkumu a vývoje; na vybrané kapitoly navazují úkoly řešené následně. V části věnované kovovým těžkoobrobitelným materiálům jsou souhrnné poznatky včetně specifických vlastností z pohledu obrábění a obrobitelnosti uváděny pro korozivzdorné oceli austenitické, feritické, martenzitické a austeniticko-feritické (duplexní). Dále pro titan a jeho slitiny modifikací α, β a α+β a pro žáruvzdorné a žárupevné niklové slitiny. Zpráva se zabývá vhodnými typy řezných nástrojů a charakteristickými způsoby jejich opotřebení, způsobenými především vysokým tepelným zatížením břitu (obr. 2) nebo místním působením tvrdé třísky, vznikajícím obráběním zpevněného povrchu (obr. 3), a to včetně opatření, jak jim čelit. Popisuje strategie obrábění, zahrnuje rozbor způsobu najíždění do řezu, volbu proměnné hloubky řezu, vliv sousledného frézování, dopady nevhodné velikosti opásání. Obsahuje rovněž doporučení pro optimalizaci příslušné aplikace. Závěrem uvádí verifikovaná doporučení řezných podmínek, geometrie a možných způsobů chlazení břitu nástroje. Obdobně je zpracována problematika obrábění kompozitních materiálů; vzhledem k její odlišnosti budou práce v této oblasti provedené popsány ve zvláštním článku TT. Pro modelování řezného procesu se využil model jeho energetické náročnosti, jehož výhodou je snadné a rychlé zjištění těchto nároků. Výstupy tohoto modelu a související následné hodnocení produktivity a hospodárnosti obrábění jsou zjišťovány pomocí vyvinuté softwarové aplikace (tzv. kalkulačka). Jako vstupy této aplikace se používají údaje o řezném nástroji, řezné podmínky, informace o typu obrábění a použité strategii obrábění, údaje o materiálu a parametry zvažovaného stroje. Výstupy uvedeny ve třech modulech. V prvém se zjišťuje charakter velikosti silového zatížení a jeho dopady (velikost a směr působících řezných sil, vznikající krouticí moment, výkon potřebný na vřeteni stroje, zatížení vřetene stroje a porovnání tohoto zatížení s možnostmi zvoleného stroje). V modulu, který se zabývá produktivitou, se zjišťuje čas operace, spotřeba energie a úběr materiálu v cm3/min. A modul, zabývající se hospodárností, poskytuje potřebné strukturované údaje nákladového charakteru. Experimentální ověření výsledků vypočtených touto softwarovou aplikací prokázalo uspokojivou shodu naměřených výsledků s predikcí a tak bylo možno již koncem roku 2015 předat zájemcům k praktickému odzkoušení „kalkulačku“, specifikující silové zatížení, vznikající řezným procesem. Práce realizované ve VCSVTT V návaznosti na úkoly, řešené v rámci výzkumu, a na zkušenosti, které pracovníci Výzkumného centra při jejich řešení a ověřování získali a průběžně získávají, bylo možno přistoupit k řešení konkrétních úkolů, požadovaných přímo zadavatelem. Pro ilustraci jsou dále uvedena některá z nich: Mikroobr ábění korozivzdorné oceli Zákazník požadoval navrhnout takové úpravy kuželového nástroje (minimální ø 0,05 mm) a řezného procesu – gravírování nápisu, které zvýší produktivitu a prodlouží životnost nástroje. Po provedených testech bylo navrženo a ověřeno výrazné zvýšení otáček nástroje ze 14 000 na 80 000 ot/min s použitím vysokootáčkového přídavného vřetena, snížení posuvu na otáčku a doporučena úprava řezné geometrie nástroje. Obr ábění konc ů trubek z duple xní oceli Kvalita svařování tenkostěnných trubek ø 42,3 mm, zhotovených z korozivzdorné duplexní oceli, vyžaduje spolehlivé dodržení přesnosti jejich obrobených konců. Obráběním vznikající řezné síly jsou příčinou nežádoucích deformací, odchylek od kruhovitosti a nedodržení předepsané tolerance 1,5 +/–0,05 mm tloušťky opracované stěny. Po provedených testech a analýze polotovarů trubek bylo z hlediska dosažitelné přesnosti a možnosti automatizace celé operace doporučeno frézování včetně inprocesního proměření vnitřního průměru trubky. Technologie opracov ání dílc ů z materi álu NIMONIC 80A Zadáním úkolu bylo vybrat z trochoidního frézování, zapichovacího frézování a zavrtávání nástroje po spirále optimální technologii pro hrubovací frézování tělesa turbíny (obr. 4), zhotovené z materiálu Nimonic 80A (superslitina na bázi Ni), s přihlédnutím ke kvalitě opracování, silovému zatížení a životnosti nástroje, nákladům a produktivitě procesu. Slitina se vyznačuje velmi špatnou obrobitelností, sklonem k mechanickému zpevnění obrobené plochy, velkou abrazivností a nízkou tepelnou vodivostí, která způsobuje vysoké tepelné namáhání břitu nástroje, je tedy obtížně obrobitelná. Na základě testů a jejich vyhodnocení bylo doporučeno trochoidní frézování nástroji Seco Tribon a zvoleny optimální řezné podmínky. Technologie navařov ání materi álu a jeho opracov ání Tvrdé návarové materiály, používané především pro vytvoření povrchové vrstvy se zlepšenou odolností proti opotřebení, jsou příčinou značných potíží při obrábění. Pro potřeby zákazníka byla provedena analýza návarových materiálů nabízených různými výrobci jak z hlediska jejich vlastností, tak z hlediska obrobitelnosti. Po provedení ověřovacích zkoušek hrubovacím frézováním a broušením nástroji několika výrobců byly výsledky vyhodnoceny z hlediska produktivity, výrobních nákladů (obr. 5), trvanlivosti břitu a jakosti povrchu; zákazníkovi bylo vydáno příslušné doporučení. Závěr Každý obráběč se dříve či později setká s nutností obrábět těžkoobrobitelný materiál. Je dobré vědět, že existují specializovaná pracoviště dostatečně vybavená kompetentními pracovníky, schopnými problémy opracování řešit, kteří mohou nabídnout pomoc. Ing. Petr Borovan
