UPORABNA FIZIKA ODREZAVANJA KOVIN Dobre prakse
Patrick De Vos
SECO TOOLS AB
V sodelovanju s
profesorjem Jan‐Ericom Ståhlom
SECO TOOLS AB Fagersta, Švedska, 2016
Naslov publikacije:
UPORABNA FIZIKA ODREZAVANJA KOVIN – Dobre prakse
Avtor:
Patrick De Vos
Strokovni prevod knjige:
Marko Oreškovič
Lektoriranje besedila:
Kristina M. Pučnik
Prelom in priprava za tisk:
PROFIDTP, d. o. o.
Založnik in izdajatelj:
PROFIDTP, d. o. o.
Naklada:
150 izvodov
Tisk:
Camera, d. o. o., Ljubljana
Cena:
25,00 EUR
Leto izida:
2017
CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 53:546.3/.9:621.9 DE Vos, Patrick Uporabna fizika odrezavanja kovin : dobre prakse / Patrick De Vos ; v sodelovanju z Jan-Ericom Ståhlom ; [prevod Marko Oreškovič s.p.]. - Škofljica : Profidtp, 2017 ISBN 978-961-94025-1-1 289204480
Patrick De Vos patrick.de.vos@secotools.com SECO TOOLS AB Fagersta, Sweden
Predgovor Seco je v sodelovanju s prof. Ståhlom na Univerzi v Lundu izdal učbenik Metal Cutting, Theories and Models (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije in modeli), v katerem so podrobno opisane fizikalne osnove procesa odrezavanja kovin. Pozneje je izdal knjigo Metal Cutting, Theories in Practice (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije v praksi). Modeli, predstavljeni v prvi knjigi, so bili prvič osvetljeni tudi z vidika praktične uporabe v delavnici. Tretja knjiga Tool Deterioration, Practical Models (Slabšanje orodja, praktični modeli) je posvečena le enemu praktičnemu vidiku – slabšanju in obrabi orodja. Četrta knjiga Applied Metal Cutting Physics, Best Practices (Upo‐ rabna fizika odrezavanja kovin, dobre prakse), podaja praktične modele za nadzorovanje in ana‐ liziranje pojavov, na katere naletimo v praksi med procesom obdelave kovin z odrezavanjem. Avtor ne zatrjuje, da bi bilo obravnavane modele in načela v povezavi s privzetimi domnevami mogoče ubraniti pred vsako kritiko, izpeljano iz druge literature s tega področja. Pričujoča knjiga podaja celovit pregled različnih fizikalnih modelov, s katerimi opisujemo in ana‐ liziramo obdelovalni proces ter osnovne mehanizme, povezane z njim. Na kratko je opisanih tudi precej praktičnih modelov in smernic za boljše razumevanje obdelovalnega procesa. V zadnjem poglavju je izoblikovana povezava med tehnologijami strojne obdelave in ekonomiko proizvod‐ nje. Glavni namen te knjige je predstavitev praktičnih modelov za produktiven in donosen proces obdelave kovin z odrezavanjem. Večina opisanih relacij, modelov in smernic je bila preizkušena tudi eksperimentalno. Seco že od nekdaj kot pomemben del svoje strategije tehničnega trženja izvaja tudi izobraževa‐ nje, usposabljanje in obveščanje kupcev o kar najučinkovitejši in najuspešnejši uporabi rezalnih orodij. Osnovno izhodišče pri tem pristopu je namreč naše prepričanje, da je »rezalno orodje dobro le toliko kot oseba, ki ga uporablja«. Seco je v zadnjem desetletju vložil veliko sredstev v razvoj izobraževalnih programov STEP (programi tehničnega izobraževanja Seco) za naše kupce po vsem svetu. Programi STEP so namenjeni strokovnjakom v kovinskopredelovalni industriji, vključujejo pa izo‐ braževanja in usposabljanja za učinkovito in donosno uporabo rezalnih orodij. Uporabniki izvejo, »kaj delati« in »kako delati«, da bodo procesi obdelave kovin z odrezavanjem zanesljivi, produk‐ tivni in donosni. Ta knjiga skupaj s pripadajočim izobraževalnim paketom STEP zagotavlja podporo pri šolanju strokovnjakov za odrezavanje kovin in predstavlja vir dopolnilnih informacij. Seco jo uporablja pri šolanju strokovnjakov po vsem svetu, da lahko bolje razumejo najrazličnejše procese obdela‐ ve kovin z odrezavanjem. Zahvaljujem se vsem sodelavcem, ki so prispevali svoje dragoceno strokovno znanje in izkušnje, zbrane med dolgoletnim delom po vsem svetu. Knjiga brez njihovih prispevkov ne bi bila tako bogata s praktičnimi nasveti in smernicami, kako obvladati raznorazne pojave, s katerimi se sre‐ čujemo pri odrezavanju kovin. Posebna zahvala gre prof. Ståhlu z Univerze v Lundu: njegovi mo‐ deli za popis procesov odrezavanja so znanstvena osnova za tukajšnje praktične modele. Hvala tudi Agnes den Besten, Jannici Ståhl in Yvonne Duesterhus za dragoceno pomoč pri grafičnem opremljanju knjige.
Patrick De Vos
Uvod Potek vsakega obdelovalnega procesa je rezultat soodvisnosti med obliko in lastnostmi materia‐ la obdelovanca, geometrijo rezalnega orodja in lastnostmi rezalnega materiala, lastnostmi obde‐ lovalnega stroja in pomožne opreme ter pogoji pri odrezavanju. Za razumevanje procesa odre‐ zavanja kovine in interakcij med vsemi njegovimi različnimi dejavniki je nujno poznavanje okoli‐ ščin, ki se v procesu izoblikujejo med obdelovancem in rezalnim robom. Te okoliščine določa in opisuje kombinacija mehanskih, toplotnih, kemičnih in triboloških obremenitev. Od interakcije med obremenitvami pri procesu odrezavanja in lastnostmi rezalnega orodja je odvisno tudi obrabljanje orodja, ki določa obstojnost orodja oziroma količino materiala, ki ga rezalni rob lahko odstrani z obdelovanca v danih pogojih procesa. Iz teh pogojev izhaja čas obde‐ lave, ki je potreben za dokončanje obdelovanca z zahtevano kakovostjo in od katerega so odvi‐ sni proizvodni stroški.
Vsebina te knjige je izobraževalne narave ter podaja splošne smernice za analizo in vrednotenje postopkov odrezavanja kovin, oblikovana pa je na podlagi dolgoletnih izkušenj družbe Seco na področju proizvodnje rezalnih orodij in odpravljanja težav pri obdelavi za naše kupce po vsem svetu. Pri tem ne gre za toge prakse, saj niso vsa rezalna orodja izdelana po enakih standardih kot naša, dejanski rezultati pa so lahko odvisni od stanja obdelovalnih strojev, kakovosti rezalnih orodij, pravega postopka izbire orodij ter od pogojev, v katerih delujejo rezalna orodja.
VSE PRAVICE PRIDRŽANE. Nobenega dela te publikacije ni dovoljeno reproducirati, prenesti v sistem za shranjevanje ali posredovati v kakršnikoli obliki in na kakršenkoli način – elektronsko, mehansko, s fotokopira‐ njem, snemanjem ali drugače – brez predhodnega pisnega dovoljenja izdajatelja in nosilca av‐ torskih pravic SECO TOOLS AB.
Vsebina
PREDGOVOR UVOD VSEBINA PROGRAMI TEHNIČNEGA IZOBRAŽEVANJA SECO (STEP) ..................................................... 1 1.1 Programi tehničnega izobraževanja Seco (STEP) ............................................................ 1 1.2 Kompleksnost procesov odrezavanja kovin .................................................................... 2 1.3 NEXT STEP, zveza z ekonomiko proizvodnje ................................................................... 4 1.4 V znanju je moč ............................................................................................................... 7 KINEMATIKA PROCESA ODREZAVANJA KOVINE.................................................................. 9 2.1 Uvod ................................................................................................................................ 9 2.2 Odrezavanje in različni materiali obdelovancev ............................................................. 9 2.3 Idealiziran model procesa odrezavanja kovine ............................................................. 10 2.4 Spremenljivke v procesu odrezavanja kovine ............................................................... 13 SPLOŠEN OPIS ORODJA ZA ODREZAVANJE KOVIN ............................................................ 17 3.1 Uvod .............................................................................................................................. 17 3.2 Izbira orodja ................................................................................................................... 18 3.3 Osnovne definicije geometrijskih značilnosti rezalnega orodja .................................... 19 3.4 Pozitivna in negativna rezalna orodja ........................................................................... 21 3.5 Vpliv mikrogeometrije ................................................................................................... 22 3.6 Rezalni parametri .......................................................................................................... 24 MODEL ODREZOVALNOSTI ............................................................................................... 29 4.1 Uvod .............................................................................................................................. 29 4.2 Različni pristopi k odrezovalnosti .................................................................................. 30 4.3 Lastnosti obdelovanega materiala in odrezovalnost .................................................... 32 MODELI OBLIKOVANJA ODREZKOV .................................................................................. 37 5.1 Uvod .............................................................................................................................. 37 5.2 Lastnosti obdelovanega materiala in oblikovanje odrezkov ......................................... 37 5.3 Razvrstitev osnovnih oblik odrezkov ............................................................................. 39 5.4 Elementi, ki vplivajo na tvorbo odrezkov ...................................................................... 40 5.5 Splošen opis osnovnih vrst odrezkov ............................................................................ 41 5.6 Geometrije lomilcev odrezkov ...................................................................................... 43 MODELI REZALNIH SIL ...................................................................................................... 49 6.1 Uvod .............................................................................................................................. 49 6.2 Merjenje rezalnih sil ...................................................................................................... 49 6.3 Izkustvene povezave med pogoji pri odrezavanju in rezalnimi silami .......................... 52 6.4 Empirično modeliranje sil pri rezanju............................................................................ 54 6.5 Eksponencialni model za analizo sil pri rezanju (Kienzlejev model) ............................. 55
6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13
Rezalne sile pri frezanju................................................................................................. 59 Vibracije pri odrezavanju kovin ..................................................................................... 60 Postopek izbire orodja za frezanje brez vibracij............................................................ 66 Postopek izbire orodja za notranje struženje brez vibracij ........................................... 66 Postopek izbire orodja za struženje brez vibracij .......................................................... 67 Delovanje rezalnih sil na rezalne robove in obstojnost orodja ..................................... 68 Mehanske obremenitve in kakovost obdelane površine .............................................. 69 Iskanje vzrokov vibracij na podlagi hrupa med obratovanjem ..................................... 69
TERMIČNA ANALIZA OBDELAVE Z ODREZAVANJEM.......................................................... 71 7.1 Uvod .............................................................................................................................. 71 7.2 Nastajanje toplote med procesom obdelave z odrezavanjem...................................... 71 7.3 Temperature pri odrezavanju........................................................................................ 72 7.4 Vpliv obdelovanega materiala na temperature pri odrezavanju .................................. 73 7.5 Vpliv rezalnih parametrov na temperature pri odrezavanju ........................................ 75 7.6 Vpliv rezalne geometrije na temperature pri odrezavanju ........................................... 76 7.7 Vpliv obrabe rezalnega roba na temperature pri odrezavanju ..................................... 77 7.8 Splošni premisleki o hladilnih sistemih ......................................................................... 78 SLABŠANJE IN OBSTOJNOST ORODJA ............................................................................... 83 8.1 Uvod .............................................................................................................................. 83 8.2 Analiza obrabe orodja ................................................................................................... 84 8.3 Hitrost obrabljanja in obstojnost orodja ....................................................................... 86 8.4 Nadzorovana obraba orodja.......................................................................................... 88 8.5 Vpliv izbire orodja na obrabo ........................................................................................ 91 8.6 Taylorjev model obstojnosti orodja .............................................................................. 92 8.7 Coldingov model obstojnosti orodja ............................................................................. 96 8.8 Pregled osnovnih vrst obrabe pri odrezavanju kovin .................................................. 106 8.9 Praktične smernice ...................................................................................................... 112 8.10 Praktične smernice za struženje .................................................................................. 112 KAKOVOST OBDELANIH POVRŠIN ................................................................................... 115 9.1 Uvod ............................................................................................................................ 115 9.2 Topografija površine .................................................................................................... 117 9.3 Hrapavost po odrezavanju (tribološki dejavniki)......................................................... 121 9.4 Kinematična hrapavost ................................................................................................ 122 9.5 Dodatni vplivni dejavniki površinske hrapavosti ......................................................... 124 PRIMERI DOBRE PRAKSE PRI OPTIMIZACIJI PROCESOV ODREZAVANJA ....................... 129 10.1 Uvod v odpravljanje napak .......................................................................................... 129 10.2 Predstavitev scenarijev za optimizacijo....................................................................... 129 10.3 Zanesljivost in predvidljivost procesa odrezavanja ..................................................... 133 10.4 Praktična strategija optimizacije ................................................................................. 136 10.5 Prilagoditev pogojev pri obdelavi ................................................................................ 137 10.6 Sprememba rezalne geometrije .................................................................................. 139 10.7 Sprememba rezalnega materiala ................................................................................ 140 10.8 Sprememba celotnega koncepta orodja ..................................................................... 140 10.9 Sprememba geometrije rezalnega roba ...................................................................... 141 10.10 Sprememba tehnike ali postopka obdelave ................................................................ 141
EKONOMSKI VIDIKI PROCESOV ODREZAVANJA ........................................................... 143 11.1 Prekinitve in motnje procesov odrezavanja ................................................................ 143 11.2 Klasični modeli gospodarnosti proizvodnje ................................................................. 148 11.3 Simulacije ekonomike proizvodnje.............................................................................. 150 Časi in zmogljivost pri serijski proizvodnji ............................................................ 150 Časi in zmogljivost pri tekoči proizvodnji.............................................................. 151 Osnovni izračuni proizvodnih stroškov ................................................................. 152 SKLEP.................................................................................................................................... 157 STVARNO KAZALO ................................................................................................................ 159