obr

V súčasnosti sú na rezné kvapaliny kladené vysoké požiadavky z hľadiska zabezpečenia stability obrábacieho procesu a dosiahnutia ich optimálnej prevádzkovej životnosti [2, 5]. Významnou úlohou reznej kvapaliny je jej chladiaci účinok, pretože životnosť nástroja ovplyvňuje najmä teplota.

 

Mnohé výskumy preukázali, že znížením teploty o 25 °C sa životnosť nástroja predĺžila až trojnásobne. Zároveň sa na rezné kvapaliny kladie požiadavka multifunkčného účinku, t. j. rezný, mazací, čistiaci a emulgačný, s dostatočnou odolnosťou voči korózii, mikrobiálnemu rozkladu (baktériám, plesniam, hubám) a  nízkou agresivitou voči jednotlivým častiam stroja. Z toho logicky vyplýva, že ak má daná rezná kvapalina spĺňať všetky tieto požiadavky, nemôže ísť o jednoduchú látku, ale o synergickú zmes viacerých zložiek, ktoré zabezpečujú jej požadovaný multifunkčný účinok [1]. Pretože pri obrábaní sa časť reznej kvapaliny vyparuje, resp. vynáša ako kvapalinový film na povrchu obrobku, je potrebné priebežne ju dopĺňať.

V závislosti od veľkosti úbytku reznej kvapaliny, prípadne nerovnomerného úbytku jej niektorých zložiek, dochádza k zmene koncentrácie, čo môže mať za následok zhoršenie jej vlastností, ktoré môžu mať negatívny vplyv na stabilitu procesu obrábania [3]. Predpísaná koncentrácia reznej kvapaliny sa môže zmeniť aj vplyvom jej dopĺňania. Mnohé výskumy preukázali aj podstatný vplyv reznej kvapaliny na odstraňovanie triesok a zlepšenie ich lámavosti, čo prispieva k dosiahnutiu vyššej kvality obrobeného povrchu.

Cieľom príspevku je popísať vplyv koncentrácie reznej kvapaliny JCK Hbs + H2O na tvorbu vhodnej triesky pri čelnom frézovaní a zároveň aj dosiahnutie priaznivej kvality obrobeného povrchu pri obrábaní konštrukčnej ocele EN C45 (STN 12 050).

Aplikácia reznej kvapaliny pri frézovaní

Frézovanie je spôsob trieskového obrábania, pri ktorom nositeľom hlavného rezného pohybu rotačného je nástroj – fréza a nositeľom posuvu je obrobok [6]. Na chladenie a zníženie trenia medzi nástrojom a obrobkom sa pri frézovaní často využíva rad rezných kvapalín na báze oleja, vody a emulgátora [4].

Keďže tieto emulzie sú zmesou viacerých kvapalín s predpísaným vzájomným pomerom, najčastejšie sa predpisuje percento olejovej zložky, ktoré sa pohybuje v intervale 2 % – 10 %, pričom zmena ich vzájomného pomeru má podstatný vplyv na jej výsledné vlastnosti. Zmenou koncentrácie emulzie aplikovanej do miesta rezu možno modifikovať účinky reznej sily od reznej hrany nástroja. Výsledkom modifikácie môže byť lepšia kvalita obrobenej plochy, vyššia produktivita, menej vynútených prestojov, napríklad z dôvodu potreby výmeny opotrebovaného nástroja a podobne [7].

Trecí uzol v mieste rezu predstavuje obrobená plocha a trieska, ktorá je tvorená hlavnou reznou hranou nástroja podľa obr. 1. Práve trenie triesky po čele reznej hrany nástroja spôsobuje nadmerné zaťaženie rezného klina.

obr1

Materiál a podmienky experimentu

Experiment bol vykonávaný pri obrábaní konštrukčnej ocele EN C45 (STN 12 050). Ide o ušľachtilú uhlíkovú oceľ vhodnú na zušľachťovanie a povrchové kalenie s pevnosťou 590 ÷ 710 MPa a tvrdosťou v stave žíhanom na mäkko max. 200 HB s dosiahnuteľnou tvrdosťou  po kalení 62 HRC, ktorej chemické zloženie uvádza nasledujúca tab. 1.

tab1

Ako nástroj bola použitá čelná valcová fréza so stopkou zobrazená na nasledujúcom obr. 2.

obr2

Nasledujúca tab. 2 uvádza základné parametre čelnej valcovej frézy so stopkou, ktorá bola použitá pri experimente.

tab2

Nasledujúca tab. 3 uvádza rozsah základných technologických parametrov, ktoré boli použité pri experimentálnom vyhotovení vzoriek.

tab3

Nasledujúci obr. 3 uvádza jednotlivé spôsoby frézovania, pri ktorých boli experimentálne vzorky vyhotovené.

obr3

Ako rezná kvapalina bola použitá emulzia JCK HBs na báze vody a oleja, ktorej základné vlastnosti uvádza nasledujúca tab. 4.

tab4

Analýza vplyvu koncentrácie emulzie na morfológiu a tvorbu triesky pri čelnom frézovaní

Možnosti modifikácie účinku reznej sily od reznej hrany nástroja na tvorbu triesky a  výslednú tvorbu a morfológiu povrchu odobratej triesky zmenou koncentrácie reznej kvapaliny JCK HBs+H2O na báze emulzie v rozsahu 5 % až 40 % pri rôznych spôsoboch frézovania konštrukčnej ocele EN C45 (STN 12 050) je zobrazené na nasledujúcom obr. 4.

Na obr. 5 je na porovnanie uvedený charakter povrchu triesky pri chladení miesta rezu vodou a prúdom vzduchu pri rôznych spôsoboch frézovania s identickým nastavením technologických parametrov ako boli použité pri experimentálnom vyhotovení vzoriek s použitím reznej kvapaliny s rôznou koncentráciou.

obr4

Ako možno pozorovať z obr. 4 a 5, rozdiely v tvorbe a morfológii povrchu triesok v závislosti od spôsobu chladenia a koncentrácie použitej reznej kvapaliny JCK HBs+H2O na báze emulzie olej – voda sa významne líšia pri dodržaní konštantných technologických parametrov počas experimentálneho vyhotovenia všetkých vzoriek. Ak vychádzame z predpokladov, že charakter a kvalita obrobenej plochy do určitej miery je závislá aj na tvare povrchu triesky možno konštatovať, že so zvyšujúcou sa koncentráciou emulzie možno dosiahnuť vyššiu kvalitu obrobenej plochy.

Záver

Cieľom príspevku bolo na základe experimentálnych pozorovaní poukázať na príklade obrábania konštrukčnej ocele EN C45 (STN 12 050) pomocou čelnej valcovej frézy na dôležitosť dodržiavania predpísaných koncentrácií reznej kvapaliny JCK HBs+H2O na báze emulzie olej-voda s priamym dopadom na charakter tvorby a morfológiu povrchu triesky, čo sa nesporne odzrkadlí aj na kvalite obrobenej plochy. Z toho dôvodu je potrebné na zabezpečenie stability rezného procesu pri obrábaní nevyhnutné pravidelne vykonávať kontrolu stavu koncentrácie reznej kvapaliny a udržiavať jej hodnoty na predpísanej úrovni.

Literatúra:

[1] ČILLIKOVÁ, M.; PILC, J.; STANČEKOVÁ, D.: Rezné kvapaliny a ich aplikácie, ŽU, Žilina, 2005 150 s., ISBN 80-8070-428-7.

[2] FABIAN, S.; STRAKA, Ľ.: Prevádzka výrobných systémov, 1. Vyd., FVT TU, Prešov, 2008, 252 s., ISBN 978-80-8073-989-8.

[3] LIPA, Z.; JANÁČ, A.: Dokončovacie spôsoby obrábania. STU. Bratislava 2000.

[4] MIHALČOVÁ, J.; STRAKA, Ľ.: Meranie chemických prvkov v oleji. In: Strojárstvo, roč. 12, č. 9 (2008), s. 198/12-199/13, ISSN 1335-2938.

[5] STRAKA, Ľ.: On-line diagnostický systém pre sledovanie prevádzkových stavov.In: DIAGO 2009, VŠB-TU Ostrava, 2009,p. 283-288, ISSN 1210-311X.

[6] VASILKO, K.; MÁDL, J.: Teorie obrábění, Ústí nad Labem: Univerzita J. E. Purkyně, 2012, 526 s., ISBN 978-80-7414-460-8.

[7] VASILKO, K.; VASILKOVÁ, D.: Metódy zlepšenia morfológie povrchov súčiastok. Prešov. FVT, 2000, 120 s., ISBN 80-7099-95-2.

 

TEXT/FOTO doc. Ing. Ľuboslav STRAKA, PhD., Ing. Marek HRABČÁK, Fakulta výrobných technológií, Prešov, Technická univerzita, Košice