Abrazivn­ metody dokonovn­ povrch¯

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Abrazivn­ metody dokonovn­ povrch¯

  • INVESTICE DO ROZVOJE VZDLVN

    Frantiek Holeovsk

    Abrazivn metody dokonovn povrchMetodick pruka

  • Prof. Dr. Ing. Frantiek Holeovsk Abrazivn metody dokonovn povrch Metodick pruka Vydalo Centrum pro studium vysokho kolstv, v.v.i. , Praha, 2015 Nvrh oblky Radka ebkov slo projektu CZ.1.07/2.3.00/45.00 29 Publikace vznikla jako vsledek projektu Vda pro ivot, ivot pro vdu (V). Projekt byl een v rmci programu Vzdlvn pro konkurenceschopnost, prioritn osa Tercirn vzdlvn, vzkum a vvoj, v obdob bezen 2014 a erven 2015.

    ISBN 978-80-86302-68-3

  • 2

    Dokonovac metody obrbn

    Brouen

    Prvn zmnka o brouen je zaznamenna v obdob kolem 200 let p.Kristem, kdy v ecku a msk i zaali lid bn pouvat elezn pilnky pro uhlazovn eleza. V obdob 600 let p.Kristem jsou zaznamenny pokusy o brouen drahokam, kdy tato technologie byla kolem roku 532 zdokonalena matematikem, vynlezcem a technikem Theodorosem. elezn nstroje se vyrbly kovnm, poslze byly broueny brusnmi kameny a v zvru pilovny. Brusn kameny tvoily prodn materily z Krty a Lakedonie. Technologie brouen pat k nejstarm zpsobm obrbn. Z archeo-logickch nlez bylo prokzno, e brouen se pouvalo ji ped 40 tis. lety pro osten nstroj, zbran a podobn. Brousic nstroje byly vyrobeny z prodnch materil - pskovce, kemene, smirku a dalch. Nen prokzna doba potku pouit brousicho rotujcho kamene - kotoue, ale byly nalezeny nvrhy stroje na vybruovn vlc od Leonarda da Vinci piblin z roku 1500. Uml brousic kotou je datovn do poloviny 19.stol., kdy o nco pozdji byla sestrojena tak prvn universln bruska (1860). V roce 1891 se podailo provst syntzu uhlku a kemku za vzniku karbidu kemku SiC. V roce 1893 byl tento produkt vyroben v Bentkch nad Jizerou. Velk rozvoj v oblasti materil pro obrbn a tedy i brouen nastal po 2.sv.vlce. V tto dob se zaaly vyuvat nov druhy velmi tvrdch keramickch materil odolnch proti opoteben zejmna pro brouen oxid hlinku ( Al2O3 ) - dnes uml korund. Roku 1955 byly ve Spojench sttech

    poprv synteticky vyrobeny prmyslov diamanty velikosti 0.01 a 1.2 mm k prmyslovmu vyuit.

    Vvoj brouen se nezastavuje ani v poslednch destkch let, objevuj se nov materily, roste pracovn rychlost nstroje, roste pesnost brouench povrch.

    CO JE A K EMU SLOU BROUEN ?

    Brouen je obrbn mnohobitm nstrojem s odlinou geometri jednotlivch bit. Bity jsou vytvoeny hranami zrn brusnho material. Jednotliv zrna nstroje jsou zafixovna v pojcm materilu. Brouen je pro nkter materily jedinou technologi, protoe je jinm zpsobem lze patn nebo vbec obrbt (kalen oceli, nstrojov ezn materily, sklo atd.). Vzhledem k nepravideln geometrii zrn, vysok ezn rychlosti a malmu prezu tsek je dosahovno vysok pesnosti geometrickho tvaru, rozmr a vysok jakosti povrchov vrstvy.

    Pi pohybu nstroje vi brouen ploe (rotan hlavn pohyb, psuv ppadn posuv jako vedlej pohyby) dochz k pti typm psoben nstroje na brouen povrch:

  • 3

    - Elastick deformace obrbn plochy.

    - Plastick deformace povrchu (hrnut materilu) bez odbru tsky.

    - Plastick deformace obrbn plochy s nslednm odznutm tsky (ezn).

    - Ryt povrchu (odbr tsky pi jej tlouce velikosti m).

    - V dsledku nkterho z tchto jev ke ten zrna o materil za vzniku tepla.

    Jak se li od bnho obrbn ?

    a) Geometrie bit, pestoe je nepravideln, meme urit rozsahy nkterch .hl (obr.1). Uhel ezu 0 je vdy vt 90, hel hbetu 0 = 5 a 20, hel ela

    0 = -30 a -60, je zporn.

    Obr.1 Zbr brousicho zrna

    b) ezn rychlost - vzhledem k malmu prezu tsek a ke kvalit eznho materilu se pohybuje od 15 do 50 m.s-1, vjimen i vce.

    c) Vysok ezn rychlost je pinou vysokho vzniku tepla v mst ezu. Vtina tepla pechz do obrobku, st do chladcho prosted (10 20%), zbytek do tsky a do nstroje.

    Tab.I Odlinosti technologi s definovanou a obtn definovatelnou geometri ost

    Parametr technologie Technologie s definovanou geometri bitu

    Brouen

    Poet pracovnch bit jednotky destky

    Velikost tsky mm2 m2

    ezn rychlost m.min -1 m.s-1

    Geometrie ost definovan nedefinovan

    Povrch obrobku pravideln stopy nstroje nepravideln stopy

  • 4

    Opoteben bitu otr, plastick deformace, kehk lom lom, vylomen zrn, otr

    Rychlost deformace 10-2 s-1 106 - 109 s-1

    Brouen je, vzhledem ke svoj sloitosti a vznamu, charakterizovno adou dalch faktor, kter se postupn vyvjely a byly ureny rznmi autory. Pat sem nap. koeficient brouen, objemov br, mrn energie brouen. Mezi dleit charakteristiky pat dlka styku nstroje a obrbnho povrchu.

    V ppad brouen dochz k odlinmu rozloen celkov ezn sly vzhledem k velikosti jednotlivch sloek. Ve smru ezn rychlosti psob ten sloka ezn sly Fc, kolmo k brouen ploe psob nejvt sloka pasivn sla Fp, ve smru podlnho posuvu potom psob nejmen posuvov sla Ff.

    Vzhledem k velkmu mnostv faktor, kter psob pi brouen (zpsob brouen, prez tsky, zrnitost a druh brusiva, druh a vlastnosti pojiva, otupovn zrna atd.), lze velikost ezn sly stanovit velmi obtn. Je mon vychzet z experimentlnch vztah, nap.pro axiln brouen vnjch rotanch ploch:

    25. .

    ,.

    , (2.2)

    astji a snadnji lze velikost ezn sly stanovit pomoc mrn ezn sly:

    . D (2.3)

    V ppad brouen rotanch ploch potom:

    . . .

    . (2.4)

    A v ppad brouen rovinnch ploch:

    . . .

    . (2.5)

    fa axiln posuv (mm.ot-1), ae radiln zbr (mm), kc mrn ezn sla, AD jmenovit

    plocha ezu (mm2), vw - obvodov rychlost obrobku u rotanho brouen nebo posuvov rychlost obrobku u brouen rovinnch ploch (m.min-1)

    K emu brouen pouvme ?

    Zpsoby brouen, kinematika nstroje a obrbnho materilu jsou dny tvarem a poadovanou kvalitou brouen plochy. Dleit je monost upnut obrobku pro zajitn poadovan pesnosti.

    Brouen vnjch rotanch ploch - brouen se provd obvodem brousicho kotoue, vedlej podln pohyb vykonv stl nebo vetenk, pn pohyb potom brousic vetenk. Velmi efektivnm zpsobem je zapichovac brouen. Obvod kotoue m tvar brouen plochy a pi jeho psuvu k obrobku dochz k odebrn materilu a brouen povrchu. Odpad podln pohyb obrobku. Obrobek je upnut mezi hroty nebo ve sklidle, ppadn kombinac a rotuje.

  • 5

    Hloubkov brouen je metoda pi n je brousic kotou nastaven na rozmr obrobku a k odbrouen celho pdavku materilu dojde pi jednom podlnm zdvihu stolu. Metoda se pouv pro mal pdavky na brouen. Z metody vznikla progresivn metoda bru velkho mnostv materilu pi jednom zbru kotoue. Tato metoda vyaduje speciln tuh stroje s vysokm pkonem elektromotoru.

    Bezhrot brouen je technologi, kdy je soust podepena pravtkem, stroj m dva kotoue brousic a podvac. Podvac kotou pitlauje soust k brousicmu kotoui a v ppad prbnho brouen udluje sousti roubov pohyb. Ten umouje vyklonn podvacho kotoue o hel 2 10o.

    Brouen vnitnch rotanch ploch - pi brouen vnitnch rotanch ploch dochz k rotaci brousicho kotoue a v opanm smyslu se ot obrobek. Brousic kotou souasn vykonv podln pohyb a kolm psuvov pohyb pro br materilu o velikosti ae. Prmr brousicho kotoue je 0,7 0,9 nsobek velikosti dry. Vzhledem k nepznivm podmnkm brouen s dlouhm stykovm obloukem mus bt kotou asto orovnvn, zrno CBN se rychle opotebovv. Vzhledem k malmu prmru nstroje je poadavek na vysok otky vetene pro dosaen poadovan rychlosti brouen. Rychlostn pomr q by ml mt hodnotu 60-100. Pi podlnm brouen dry by ml bt pebh na ob strany 0,3-0,5 zbrov dlky brousicho kotoue, v jinm ppad dochz k podln deformaci vlcovho profilu dry.

    Pro bezhrot brouen jsou pouvny speciln stroje, kter maj podvac kotou a dva oprn kotoue, kter pitlauj soust k oprnmu kotoui. Metodu lze pout pouze u soust s vnjm vlcovm povrchem souosm s vnitn drou. Brousic kotou pi bezhrotm brouen vykonv rotan a pohyb a psuv k odebrn tsky. Pi podlnm brouen zajiuje podln pohyb podvac kotou.

    Planetov brouen - brouen dr v soustech, kter nelze upnout na bn brusky, se provd planetovm brouenm na planetovch bruskch. Veteno brusky s brousicm kotouem se ot kolem sv osy obvodovou rychlost a souasn obh kolem osy brouen dry. Pi podlnm brouen vykonv axiln pohyb ve smru dry.

    Brouen rovinnch ploch - brouen rovinnch ploch se provd obvodem nebo elem kotoue. Pmoar pohyb vykonv nstroj. Obrobek me bt upnut na kruhovm stole a potom vykonv rotan pohyb.

    Brouen obvodem kotoue - brousic kotou se ot obvodovou rychlost a vykonv psuv do ezu, obrobek zajiuje podln vratn pohyb nebo rotan pohyb pi upnut na kruhovm stole. Kotou se pisouv do zbru v jedn nebo obou krajnch polohch.

    Brouen elem kotoue - brouen elem kotoue je vkonnj v porovnn s brouen jeho obvodem. K brouen elem kotoue se pouvaj kotoue prstencov, hrncovit, talov a pedevm segmentov. Segmentov kotoue maj men stykovou plochu, dochz k nimu vvinu tepla, do msta styku se lpe dostv procesn kapalina a tak dochz i k lepmu odstraovn tsek. Hrncovit, talov, prstencov kotoue se asto vyklnj o hel 2-4o, aby se otevela stykov plocha, lpe dochzelo k vyplachovn msta vzniku tsky, eliminuje se hrozba vzniku opal. Dochz vak ke zhoren dosaen rovinnosti plochy.

  • 6

    Progresivn metody brouen

    Vysokorychlostn brouen (brouen vysokou obvodovou rychlost nstroje) probh pi rychlosti 100 m.s-1 a vy. V souasn dob jsou vjimen na trhu nabzeny stroje s rychlost do uveden hranice. Limitujcm faktorem je uloen konstrukce vetene brousicho nstroje. Pestoe bylo experimentln prokzno, e vysok rychlosti jsou pnosem pro aplikaci brouen, nelze je v souasn dob vce vyut. Uritou roli hraje i bezpenostn riziko a pouit nstroj s kovovm tlesem, vzhledem k velkm odstedivm silm, kter na nstroj psob. Pnos vysok rychlosti brouen meme vidt na ve uvedench grafech. Pi pouit vysokch eznch rychlost dosahujeme vy kvality povrchu. Problmem je pouit procesnch kapalin, kdy vzhledem k dynamice procesu se jev pouit oleje lep cestou oproti emulzm.

    a) b)