PREDIKCIA VYBRANÝCH ASPEKTOV K OBRÁBATEĽNOSTI NEHRDZAVEJÚCICH OCELÍ

Transcription

1 Technická univerzita v Košiciach Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove Bayerova 1, Prešov, tel.: , fax: , PREDIKCIA VYBRANÝCH ASPEKTOV K OBRÁBATEĽNOSTI NEHRDZAVEJÚCICH OCELÍ Tézy inauguračnej prednášky doc. Ing. Jozef JURKO, PhD. Kľučové slová: proces rezania, zóna rezania, obrábateľnosť (rezateľnosť) materiálu, nehrdzavejúca oceľ, opotrebovanie nástrojov, ploughing effect Abstrakt: Vývoj nových materiálov pre súčiastky a vývoj nových rezných materiálov si vyžaduje ich výskum v procese rezania. V súčasnosti sa zvyšujú technické a ekonomické požiadavky na výrobu súčiastok (napr. zvýšenie produktivity) z ťažko obrábateľných materiálov, s cieľom zvýšiť efektívnosť procesu rezania. Hľadanie príčin a definovanie podmienok pre efektívny proces rezania nehrdzavejúcich ocelí je obsahom inauguračnej prednášky. Prednáška je zameraná na vybrané aspekty obrábateľnosti nehrdzavejúcich ocelí a v praktických príkladoch poukazuje na dôsledky neriešenia týchto negatívnych javov.

2 CIEĽ INAUGURAČNEJ PREDNÁŠKY Cieľom prednášky je oboznámiť Vás s podstatnými negatívnymi javmi obrábateľnosti nehrdzavejúcich ocelí TÉZA č.1: Interakcia rezný nástroj - obrobok Podstata procesu rezania je v tom, že dochádza k úplnej plastickej deformácii oddeľovaného materiálu (vo forme triesky) pri interakcii nástroja (T) a obrobku (W), pri definovaných podmienkach a definovanej technologickej sústave stroj (M) a prípravky (F). Rezná hrana nástroja je veľkou silou vtláčaná do materiálu obrobku, ktorý je plasticky deformovaný a oddeľuje sa od matrice materiálu vo forme triesok (obrázok 1). Výsledkom procesu rezania je opracovaný povrch, ktorý má spĺňať definované požiadavky stanovené technickou dokumentáciou od zákazníka. Podstatu javov v procese rezania skúmame v zóne rezania podľa obrázka 1-b a obrázka 1-d. a) b) c) d) Obrázok 1 Zóna rezania a-proces rezania, b-koreň triesky, c-deštrukcia materiálu obrobku pred rezným klinom v zóne rezania, d-model tvorenia triesky 2

3 TÉZA č.2: Ako definovať pojem obrábateľnosť (rezateľnosť) materiálu? Termín obrábateľnosť materiálu sa veľmi často používa ako charakteristika materiálu, napriek tomu nie je doposiaľ dostatočne objasnený jeho plný význam. Do súčasnosti bolo prezentovaných niekoľko definícií a charakteristík (podľa tabuľky 1), čo je obrábateľnosť materiálu, ale ani jedna z nich sa zatiaľ nepoužíva ako exaktný pojem. Každá z definícií vyjadruje entitu, ktorá platí, ale vždy sa potvrdzuje jej obmedzenie dané napr. podmienkami procesu rezania, chemickým zložením materiálu, atď. Prečo sa nepodarilo zatiaľ definovať túto vlastnosť jednoznačne? Proces rezania je veľmi zložitý proces, ktorý je ovplyvňovaný mnohými faktormi. Získať ideálne podmienky je takmer nemožné. Jednou z príčin je aj to, že väčšina javov v procese rezania ešte neboli exaktne vysvetlené. Mnohé výsledky z experimentov tieto javy vysvetľujú a často sú prezentované pre určitý interval podmienok, pre ktoré platia. Obrábateľnosť nehrdzavejúcich ocelí je rozdielna (nie nižšia alebo horšia) v porovnaní s konštrukčnými oceľami (napr. oceľ DIN ). Obrábateľnosť nehrdzavejúcich ocelí je podstatne ovplyvnená týmito vlastnosťami materiálu: ťažnosť, spevnenie, tepelná vodivosť, tvrdosť a abrazívnosť, podľa [1], [11]. Pre hodnotenie obrábateľnosti nehrdzavejúcich ocelí sa často aplikuje hodnota PRE (Pitting Resistance Equivalent) index. PRE index sa určí podľa rovnice 1. Čím je hodnota indexu menšie číslo, tým je materiál lepšie obrábateľný, [16]. PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 13 x %N (1) Ak chceme vyjadriť (kvantifikovať) obrábateľnosť materiálu, môžeme pre hodnotenie využiť niekoľko parametrov napr. index obrábateľnosti materiálu (ako priemerná hodnota vybraného parametra uvedená porovnaním s referenčným materiálom), životnosť reznej časti nástroja (ako čas aplikácie nástroja do jeho úplného poškodenia, pre stanovené rezné podmienky, alebo odobratý objem resp. hmotnosť materiálu), parametre kvality obrobenej plochy pre stanovené rezné podmienky, rezné sily a výkon, teplota, tvarovanie triesky, životné prostredie, atď. Z hľadiska kvalitatívnych ukazovateľov môžeme hodnotiť pozitívne obrábateľnosť materiálu podľa týchto kritérií napr. minimálne náklady na energiu, minimálne opotrebovanie nástroja (t.z.maximálna životnosť), minimálne rezné sily, požadovaná kvalita povrchu, atď. 3

4 Tabuľka 1 Prehľad definícií a charakteristík pojmu obrábateľnosť materiálu AUTOR, ROK Veska (1963, [23]) Hrubec (1968, [10]) Bumbálek (1974, [5]) Cook (1975, [6]) Tipnis,Joseph (1975, [21]) Buda, Békés (1976, [3]) Czichos (1978, [7]) Mikovec (1982, [15]) Přikryl, Musilková (1982, [19]) Buda,Souček,Vasilko (1983, [4]) SANDVIK Coromant (1997, [20]) Hrubec,Janáč,Lipa (2000, [9]) SECO Tools (2006, [24]) Jurko (2012) Definícia - charakteristika Obrábateľnosť sa mení pri rôznych technologických metódach obrábania. Obrábateľnosť materiálu je ovplyvňovaná týmito faktormi: smerné chemické zloženie, chemické vlastnosti, fyzikálno- tepelné vlastnosti, tepelné spracovanie, rezné podmienky a rezné prostredie. Obrábateľnosť materiálu definujeme ako základnú vlastnosť materiálu z hľadiska obrábania. Hodnota obrábateľnosti charakterizuje podmienky, pri ktorých bude dosiahnutý maximálny úber, pri vyhovujúcej trvanlivosti, presnosti, kvality a čo najmenších nákladoch. Obrábateľnosť materiálu je vlastnosť materiálu, ktorá vyjadruje schopnosť opracovať obrobok z hľadiska jeho funkčných vlastností. Obrábateľnosť materiálu je vyjadrená ako vlastnosť materiálu, ktorá je definovaná stavom povrchu po reze, tvorením a tvarovaním triesok, účinkom rezných síl a trvanlivosťou reznej hrany. Obrábateľnosťou materiálu sa rozumie kvalitatívny stav materiálu z hľadiska jeho spôsobilosti poddávať sa účinkom reznej hrany. Obrábateľnosť materiálov podstatne ovplyvňuje chemické zloženie, fyzikálne a mechanické vlastnosti materiálu, štruktúra, spôsob výroby polovýrobku a tepelné spracovanie materiálu. Obrábateľnosť materiálu je pojem, ktorý vyjadruje nestálosť, zmenu a má viacstranný význam. Vlastnosti materiálu obrobku, ktoré určujú vhodnosť alebo spôsobilosť tohto materiálu k obrábaniu reznými nástrojmi, a ktoré majú vplyv na náklady obrábania, sa označuje ako obrábateľnosť materiálu. Obrábateľnosť materiálu vyjadruje súhrnný vplyv fyzikálnych vlastností a chemického zloženia kovov na priebeh, a na ekonomické, prípadne kvalitatívne výsledky procesu rezania. Obrábateľnosť materiálu vo všeobecnosti treba chápať ako kvalitatívny stav materiálu z hľadiska jeho spôsobilosti poddávať sa účinkom rezného klina. Obrábateľnosť materiálu je súhrn vlastnosti obrábaného materiálu z hľadiska jeho vhodnosti na výrobu súčiastok obrábaním. Obrábateľnosť materiálu je súhrn vlastnosti obrábaného materiálu z hľadiska jeho vhodnosti pre výrobu súčiastok konkrétnym spôsobom obrábania. Obrábateľnosť materiálu nie je definovaná jeho vlastnosťami, s ktorými vstupuje do procesu obrábania, ale je určená vlastnosťami materiálu, s ktorými sa v procese obrábania prejavuje. Obrábateľnosť nie je nejakou konštantou materiálu ale premennou veličinou, ktorá je daná zmenou termodynamického stavu materiálu v oblasti plastických deformácií. Na obrábateľnosť materiálu majú vplyv tieto faktory: materiál obrobku, rezné nástroje, rezné podmienky, obrábací stroj, upnutie obrobku a nástrojov, spôsob chladenia, odborné znalosti technológov, atď. Obrábateľnosť materiálu je komplexná vlastnosť, ktorá sa hodnotí na základe integrácie výsledkov hodnotiacich parametrov z procesu rezania, ktoré sú definované na základe požiadaviek zákazníka. K požiadavkám zákazníka môžeme zahrňovať: technické podmienky, materiálové podmienky, prevádzkové podmienky a ekonomické podmienky. Smerovanie výskumu v hodnotení obrábateľnosti je zamerané na určenie intervalu podmienok procesu rezania pre definované metódy procesu rezania, s cieľom zabezpečiť tzv."ideálny proces rezania". 4

5 TÉZA č.3: Charakteristika nehrdzavejúcich ocelí a ich aplikácia v priemysle Nehrdzavejúce ocele sú ocele, ktoré sú odolné proti korózii. Odolnosť proti korózii vzniká rozpúšťaním stanoveného % obsahu chrómu v železe. Minimálny obsah chrómu je 10,5 % podľa [17], [18]. V súčasnosti sa nehrdzavejúce ocele rozdeľujú na: feritické, austenitické, feriticko-austenitické a martenzitické. Najvyššiu úroveň húževnatosti majú austenitické nehrdzavejúce ocele. Pre nehrdzavejúce ocele je charakteristická nízka tepelná vodivosť, ktorá závisí predovšetkým od ich chemického zloženia. Nehrdzavejúce ocele sa aplikujú hlavne v energetike, automobilovom priemysle, v chemickom priemysle, petrochemickom priemysle a v potravinárskom priemysle. Základné charakteristiky nehrdzavejúcich ocelí sú uvedené v tabuľke 2. Hlavné zliatinové prvky Tabuľka 2 Základné charakteristiky nehrdzavejúcich ocelí [17] Cr Cr,Ni Cr, Mn Obsah C [%] > 0,12 < 0,12 > 0,02 asi 0,03 > 0,02 Obsah Ni [%] - - > 7,0 % < 7,0 % - Zliatinové prvky Mo,Ni Mo Mo,Cu,Ti,Nb Mo,Cu,Ti,N 2 Mo,N 2 Štruktúra Martenzit Ferit Austenit Austenit - Ferit Austenit Tepelné spracovanie Kaliteľné Nekaliteľné Nekaliteľné Nekaliteľné Nekaliteľné Magnetické vlastnosti Feromagnetické Feromagnetické Feromagnetické Paramagnetické Paramagnetické Obrábateľnosť podľa obsahu - Cr zhoršená z dôvodu spevnenia povrchu Martenzitické nehrdzavejúce ocele obsahujú 11,5 až 18,0 % chrómu pri obsahoch uhlíka 0,12 % až 1,0 %. Feritické nehrdzavejúce ocele obsahujú 18,0 až 30,0 % chrómu, 1,0 až 4,0 % molybdénu a 2,0 až 4,0 % niklu, a minimálne obsahy uhlíka a dusíka. Nová generácia feritických ocelí sa označuje ako super ferity. Austenitické ocele sú najrozšírenejšou skupinou nehrdzavejúcich ocelí. Hlavným predstaviteľom austenitických nehrdzavejúcich ocelí je oceľ Cr18Ni9 alebo Cr18Ni8. Dvojfázové nehrdzavejúce ocele so štruktúrou (austenit a ferit) predstavujú určitý kompromis medzi požiadavkami pevnostných vlastností a odolnosti proti korózii. 5

6 TÉZA č.4: Vybrané aspekty k obrábateľnosti nehrdzavejúcich ocelí V prebiehajúcom procese rezania dochádza k javom, ktoré sú charakteristické pre proces rezania nehrdzavejúcich ocelí. Vybrané aspekty k obrábateľnosti nehrdzavejúcich ocelí sú obsahom tejto časti: i.) Dynamika procesu rezania - rezné sily Rezné sily sú limitujúcim faktorom obrábateľnosti materiálu. Veľkosť rezných síl má priamy vplyv na veľkosť spotrebovanej energie. Vysoké hodnoty rezných síl potrebujú vysoký výkon, a jeho veľkosť je obmedzená. Vysoké hodnoty rezných síl spôsobujú väčšie deformácie nástrojov, čo sa prejavuje chvením a často dochádza ku nekontrolovateľnému poškodeniu nástrojov a ku deformácii obrobkov, čo sa prejavuje negatívne pri meraní kvalitatívnych parametrov. Na rezné sily má vplyv hlavne materiál obrobku, geometria reznej časti nástroja a rezné podmienky. Čím je tvrdosť materiálu väčšia, tým sú rezné sily väčšie. Čím je polomer reznej hrany nástroja menší, tým sú rezné sily menšie, pričom je tu dôležitý ešte vplyv uhla čela. Ak je veľmi ostrá rezná hrana, potom je zvýšené riziko vylomenia elementov reznej hrany [11]. Najvýznamnejšou vlastnosťou nástroja je jeho ostrosť. Ostrosť je definovaná uhlom čela, a podľa Kienzle a Victor (1957, [14]) sa uvádza nasledovné: "Rezná sila bude o 1,0 až 1,5 % menšia, ak sa zväčší uhol čela o 1 o, pri zohľadnení mikrogeomerie reznej hrany". Ak je správne navrhnutý interval reznej rýchlosti, je potom vplyv reznej rýchlosti na rezné sily prakticky zanedbatelný, [14]. Tento záver môžeme potvrdiť na základe realizovaných meraní pre ocele DIN , DIN a DIN ii.) Ploughing Effect Tvar reznej časti skrutkovicových vrtákov je definovaný uhlom 2κ r, ktorého veľkosť je doporučovaná pre rôzne materiály. V porovnaní s tvarom reznej časti (klina) pozdĺž hlavnej reznej hrany je uhol rezného klina v definovaných rezoch jednotlivých nástrojových rovín niekoľkokrát menší ako uhol 2κ r. Dĺžka priečnej reznej hrany je závislá od konštrukčnej úpravy, ktorá sa realizuje podbrúsením hlavnej chrbtovej plochy. Z hľadiska výroby dier je najvýhodnejšia úprava s jej minimálnou dĺžkou. Pri priečnej reznej hrane dochádza k premenlivým podmienkam procesu rezania. Základným premenlivým parametrom je rezná rýchlosť, ktorej 6

7 veľkosť sa mení od nuly (pri vrchole skrutkovicového vrtáka) po hodnotu v c π. l cs. nc =. Zvlášť negatívnym javom je plastická deformácia materiálu objektu pod 2000 priečnou reznou hranou. Jedným z najväčších problémov pri vŕtaní je minimalizovať tlak na materiál objektu, čo môžeme eliminovať napr. správnym konštrukčným návrhom úpravy priečnej reznej hrany. Priečna rezná hrana (ako prvok na reznej časti skrutkovicového vrtáka) nereže, len sa zatláča do materiálu obrobku a vykazuje dvojaký účinok pri výrobe dier [2], [11], obrázok 2: časť priečnej reznej hrany s priemerom D a vytvorí v odoberanom materiáli plastickú zónu, ktorá je priečnou reznou hranou zatlačovaná do nedeformovaného materiálu odrezávanej vrstvy, zvyšná časť priečnej reznej hrany pôsobí ako sekundárna rezná hrana, ktorá odoberá odrezávanú vrstvu analogickým spôsobom ako hlavná rezná hrana, Obrázok 2 Ploughing effect pri priečnej reznej hrane skrutkovicového vrtáka iii.) Vytláčanie materiálu Nesprávne navrhnuté podmienky procesu rezania môžu zapríčiniť jav vytláčania materiálu (vznik obruby) ako zobrazuje obrázok 3-a,b, alebo zväčšovanie priemeru obrobku pri sústružení, [11]. Ak pokračujeme ďalej v procese, pri vŕtaní dochádza následne k poškodeniu rezného nástroja tzv. "spálenie pri vrchole", alebo tiež ku katastrofickému poškodeniu reznej hrany tzv. EA (Edge Annihiliation) podľa [13] tak ako je zobrazené na obrázku 3-c. 7

8 a) b) c) Obrázok 3 Vytláčanie materiálu po obvode diery pri vŕtaní ocele a-celkový pohľad, b-detail z celkového pohľadu na obvod diery, c-pohľad na rezný nástroj iv.) Nízka tepelná vodivosť nehrdzavejúcich ocelí Pri procese rezania je generované veľké množstvo tepla (hlavne v strižnej rovine, menej trením medzi trieskami, a trením medzi trieskou a čelnou plochou rezného klina). Toto teplo má za následok zvýšenie teplôt jednotlivých prvkov zóny rezania (nástroj, trieska, obrobok) v danom čase a v priestore. Veľkosť a rozloženie teplôt na reznej časti nástroja priamo závisí aj od tepelnej vodivosti materiálu reznej časti a materiálu obrobku, na rezných podmienkach a geometrii reznej časti nástroja. Zmena veľkosti teploty (ako dôsledok generovaného tepla) môže spôsobiť znižovanie životnosti reznej časti nástroja a tiež zmenu štruktúry materiálu obrobku. Preto je potrebné navrhovať podmienky procesu rezania tak, aby maximálne množstvo tepla bolo odvádzané zo zóny rezania, obrázok 4. Ak použijeme rezný nástroj s ostrou reznou hranou, viac odrezávame materiál a menej sa deformuje, tým sa menej generuje teplo. Ak zvolíme vysokú reznú rýchlosť, dochádza k väčšej deformácii materiálu a viac sa generuje teplo. Je potrebné uviesť, že správny návrh intervalu hodnôt reznej rýchlosti má vplyv na nasledovné: väčšia rezná rýchlosť-tvorenie väčšieho objemu triesok-väčšie množstvo tepla je tak odvádzané väčším objemom materiálu (trieskami). Jednou z ciest riešenia je návrh zmeny veľkosti posuvu. Väčšie posuvy vytvárajú triesky s väčším prierezom a väčším objemom materiálu sa bude odvádzať väčšie množstvo tepla. Na jednej strane sa zvyšuje teplota v Heat Affected Zone (HAZ-tepelne ovplyvnená zóna), ale na druhej strane sa znižuje veľkosť Peak Temperature Point (PTP-bod najvyššej teploty) [22], čo má pozitívny vplyv na životnosť reznej časti nástroja. Tento poznatok bol aplikovaný aj pri obrábaní ocelí DIN , DIN a DIN s pozitívnym výsledkom. Tvrdosť je dôležitým 8

9 faktorom, ktorý má vplyv na veľkosť deformácie materiálu a následne na veľkosť generovaného tepla v zóne rezania a zvyšovanie teplôt na reznej hrane. Tento jav môžeme eliminovať znižovaním hodnôt reznej rýchlosti. Okolie 5 až 10 % 430 o C Nástroj 5 až 30 % 342 o C 315 o C 280 o C Trieska % 245 o C 200 o C Objekt 10 až 40 % 160 o C 75 o C Obrázok 4 Podiel tepla odvádzaný prvkami zóny rezania pri vŕtaní v.) Poškodenie rezného nástroja V zóne rezania prebieha proces, kde dochádza ku tribologickým vplyvom medzi čelnou plochou rezného klina a trieskou, k termickým vplyvom generovania tepla v strižnej rovine, k zmene štruktúry a mechanických vlastností (vysoké teploty a spevnenie) a k mechanickým vplyvom (vtláčanie rezného klina cez reznú hranu do materiálu obrobku) rezných síl. Opotrebovaniu nástrojov sa zamedziť nedá, ale vieme navrhnúť tzv. ideálny priebeh opotrebovania určením rezných podmienok. Hlavné oblasti, v ktorých vzniká opotrebovanie sú podľa obrázka 5: (A γ ) čelná plocha, (A α ) hlavná chrbtová plocha, (A α ) vedľajšia chrbtová plocha, (H) hrot, (S) hlavná rezná hrana, (S s )-priečna rezná hrana, [11]. Druhy a priebehy opotrebovania, ktoré vznikli na nástroji, podávajú dôležité informácie o priebehu operácie procesu rezania. V procese rezania nehrdzavejúcich ocelí dochádza ku poškodeniu reznej časti nástroja v rôznych formách, [11]. Ideálny priebeh procesu rezania pre definované intervaly rezných podmienok je zárukou produktívneho procesu rezania. Na základe realizovaných experimentov môžeme definovať oblasti vzniku poškodenia rezných nástrojov v procese rezania (napr. pre sústruženie, vŕtanie) nehrdzavejúcich ocelí, podľa obrázka 6. 9

10 H A α,1 S A γ A α,2 A γ S A α A α A α S s H a) b) Obrázok 5 Hlavné oblasti opotrebovania rezných nástrojov a) skrutkovicový vrták, b) VRD pre sústruženie posuv vylamovanie neaktívnej reznej hrany vyštrbovanie a vylamovanie reznej hrany plastická deformácia vrub na reznej hrane ideálny interval rezných podmienok = produktívne obrábanie žliabok na čelnej ploche tvorenie nárastku dlhé triesky abrazívnosť rezná rýchlosť Obrázok 6 Oblasti vzniku formy poškodenia rezných nástrojov v procese rezania nehrdzavejúcich ocelí Na obrázku 7 je zobrazená schéma opotrebovania čelnej a chrbtovej plochy reznej časti nástroja pre oceľ a oceľ Pre obidva materiály sa vyskytuje charakteristický prejav poškodenia a tým je žliabok na čelnej ploche reznej časti nástroja a plôška opotrebovania na chrbtovej ploche reznej časti nástroja. 10

11 h KB KM a) l hc VB KT b) h KM KB hc VB KT l Obrázok 7 Opotrebovanie reznej časti nástroja a) pre oceľ , b) pre oceľ V reálnej praxi v prípadoch kde sa nestanovujú podmienky procesu rezania pre dosiahnutie ideálneho priebehu opotrebovania reznej časti nástroja sa využívajú aj priame informácie z prebiehajúceho procesu, napr.: vyššia spotreba energie, zmena paramertov kvality obrobeného povrchu (napr. rozmer, drsnosť, atď.), ostriny, morfológia makrogeometrie povrchu, vylamovanie elementov rezného klina, rôzne tvarovanie a nesprávne odvádzanie triesky, zvýšenie hlučnosti procesu rezania, chvenie prvkov technologickej sústavy. Pravidelná kontrola reznej časti nástroja a hlučnosti chodu stroja sú jednoduché, ale zaručené spôsoby kontroly. vi.) Nárastok Nárastok môže byť stabilný t.j. po dosiahnutí určitej výšky sa nemení a preberá funkciu rezného klina a čiastočne znižuje intenzitu jeho opotrebovania. Najčastejšie sa tvorí nestabilný nárastok, ktorý sa po dosiahnutí určitej výšky rozpadá. Príklad tvaru nárastku na reznej časti nástroja (čelná plocha) pri sústružení a vŕtaní zobrazuje obrázok 8. 11

12 a) b) Obrázok 8 Nárastok na čelnej ploche reznej časti nástroja a-vrd pre sústruženie, b-skrutkovicový vrták vii.) Deformácia pod obrobeným povrchom - spevnenie Spevnenie, ku ktorému dochádza pôsobením súčtu napätí (vlastných) a pochádzajúcich od vonkajších síl, predstavuje iba prvú počiatočnú etapu procesu únavy, [8]. Tesne pod povrchom vŕtaných dier boli pozorované oblasti tvorené súvislou plasticky deformovanou mikroštruktúrou nerovnomernej hrúbky a oblasti hlbšie pod opracovaným povrchom, v ktorých bola plastická deformácia lokalizovaná do izolovaných zŕn austenitu, obrázok 9. Pod súvislou plasticky deformovanou vrstvou bola pozorovaná lokálna plastická deformácia v rámci jednotlivých zŕn austenitu. V zónach lokálnej plastickej deformácie boli zvýšené hodnoty mikrotvrdosti od 1,5 do 3,5 krát vzhľadom na hodnoty mikrotvrdosti mimo plasticky deformovaných oblastí, [12]. Obrázok 9 Plastická deformácia - spevnenie pod obrobeným povrchom viii.) Tvarovanie triesky Pre výrobu súčiastok z nehrdzavejúcich ocelí je správne, aby triesky mali tvar napr.: krátke skrutkovicové alebo kužeľovité triesky, podľa obrázka 10-a. Ak sa 12

13 tvarujú drobné segmenty triesok, potom je to nevýhodné hlavne z dôvodu negatívneho vplyvu týchto segmentov na obrobok a na reznú časť nástroja. Pre nehrdzavejúce ocele je charakteristické tvarovanie triesky nepravidelného tvaru, triesky sú húževnaté a s charakteristickým prierezom, ako je vidno na obrázkoch 10- b,c. Čím je materiál tvrdší, tým sa viac tvoria krátke triesky. Čím je ťažnosť materiálu väčšia, tvoria sa triesky dlhé. Preto pri procese rezania nehrdzavejúcich ocelí sa tvaruje trieska dlhšia ako pri konštrukčných oceliach. a) b) c) Obrázok 10 Tvarovanie a prierez triesky pre nehrdzavejúcu oceľ a-tvar triesky,b-prierez triesky pri sústružení,c-prierez triesky pri vŕtaní 5. ZÁVER Jednou z hlavných úloh procesu rezania materiálov je navrhnúť podmienky procesu rezania tak, aby sme zabezpečili rovnováhu medzi hospodárnosťou výroby (maximálny výkon pri najnižších nákladoch) a nízkymi reznými silami. Ak nemeníme materiál obrobku a rezný nástroj, potom je najdôležitejšie stanovenie rezných podmienok. Pri výrobe súčiastok z nehrdzavejúcich ocelí procesom rezania, je potrebné dodržiavať nasledujúce doporučenia, [11]: aplikovať rezný nástroj s povlakom, aplikovať rezný nástroj s ostrou reznou hranou, aplikovať rezný nástroj s minimálnou dĺžkou priečnej reznej hrany, aplikovať rezný nástroj s hlavnou reznou hranou v tvare krivky, aplikovať rezný nástroj s krátkou dĺžkou reznej časti, voliť rezné podmienky z intervalov, pri ktorých vzniká "ideálny priebeh opotrebovania", aplikovať procesné médium v závislosti na stanovené podmienky, 13

14 TU Košice, 2013 zabezpečiť tuhosť technologickej sústavy, zabezpečiť atest o obrábanom materiáli, zabezpečiť pravidelnú kontrolu reznej časti nástroja, zabezpečiť technologickú disciplínu pracovníkov. Ak sa tieto doporučenia pre proces rezania nehrdzavejúcich ocelí nebudú dodržiavať, potom výsledkom je úplné zničenie reznej časti (podľa obrázka 11-a), alebo ulomenie osového rezného nástroja (podľa obrázka 11-b). Negatívnym javom je často zaklinovanie rezného nástroja v obrobku (podľa obrázka 11-c). Tento problém je zvlášť negatívny v automatizovanej výrobe, čo má za následok zastavenie výroby. a) b) c) Obrázok 11 Ulomenie rezného nástroja a jeho zaklinovanie na obrobku 14

15 V súčasnosti jednou z nákladových položiek, ktorá má vplyv na výrobné náklady pre jeden kus súčiastky je položka: náklady na rezný nástroj. Z výsledkov výskumných prác a realizovaných experimentov vo firmách na Slovensku a v zahraničí, môžeme potvrdiť, že každá firma si do celkových nákladov na výrobu jedného kusa súčiastky definuje rôzne percento nákladov na rezný nástroj. Náklady na rezný nástroj sa podieľajú na celkových nákladoch pre výrobu jedného kusa súčiastky niekoľkými percentami (5 % až 10 %), ale majú významný vplyv hlavne na: proces rezania, dĺžku času zastavenia výrobného procesu, počet potrebných operácií, dĺžku času, ktorý musia súčiastky zotrvať vo firme a na potrebný počet rezných nástrojov. Na záver je uvedený ešte jeden príklad z analýzy nákladov na výrobu výrobkov z nehrdzavejúcich ocelí. Uvažujme ku fixným nákladom: výrobná hala, administratíva, mzdy, laboratória, výrobné stroje a prípravky. Uvažujme ku variabilným nákladom: rezný nástroj, cena za materiál-polovýrobok. Na základe analýzy výsledkov je percentuálny podiel nákladov na jednotlivé položky nasledovný, podľa obrázka 12. Výrobné stroje 20% Laboratória 18% Materiálpolovýrobky 28% Nástroje 5% Budovy, admistratíva, mzdy 29% Obrázok 12 Porovnanie podielu položiek ekonomických nákladov na výrobu výrobkov z nehrdzavejúcich ocelí vo firmách Z výsledkov analýz ekonomických nákladov pri výrobe výrobkov z nehrdzavejúcich ocelí v strojárskych firmách, vyplývajú tieto závery: 40 % zníženie ceny rezných nástrojov prinieslo zníženie celkových nákladov o 1 %, na 1 ks výrobku, 15

16 50 % zvýšenie trvanlivosti rezných nástrojov, prinieslo zníženie celkových nákladov o 1 %, na 1 ks výrobku, 25 % zvýšenie parametrov rezných podmienok, prinieslo zníženie nákladov o 15 %, na 1 ks výrobku. LITERATÚRA Správne stanovenie obrábateľnosti (rezateľnosti) materiálu má významný vplyv na dosiahnutie produktívneho procesu rezania. [1] AGAPIOU,J.S.-STEPHENSON,D.A.: Metal Cutting Theory and Practice. Second Edition, 2005, 864 p. [2] BEŇO,J.: Teória rezania kovov. Košice, VIENALA, 1999, 255 s. [3] BUDA,J.-BÉKÉS,J.: Teoretické základy obrábania kovov. Bratislava:ALFA,1976, 696 s. [4] BUDA,J.-SOUČEK,J.-VASILKO,K.: Teória obrábania. Bratislava : ALFA, 1983, 392 s. [5] BUMBÁLEK,B.: Obrobitelnost téžkoobrobitelných materiálu. In: Obrábanie ťažkoobrobiteľných materiálov a intenzifikácia. Bratislava : Dom techniky SVTS, 1974, s.3-8 [6] COOK,N.: What is machinability. In: International symposium on influence of metallurgy on machinability. Deaborn Ohio, 1975, pp.1-10 [7] CZICHOS,H.: Tribology. Amsterdam - Oxford - New-York : ELSEVIER SCIENTIFIC PUBLISHING COMPANY, 1978 [8] DOLINŠEK,S.: Work-hardening in the drilling of austenitic stainless steels. Journal of Materials Processing Technology 133, 2003, 1.2, pp [9] HRUBEC,J.-JANÁČ,A.-LIPA,Z.:Obrobiteľnosť ťažkoobrobiteľných ocelí a zliatin, jej chemicko-fyzikálna podstata. Strojárstvo, 2000, č.4, s [10] HRUBEC,J.: Silové závislosti pri vŕtaní austenitickej ocele. In: Obrábanie nehrdzavejúcich ocelí. Dubnica nad/váhom, 1968, s [11] JURKO,J.-GAJDOŠ,M.-PANDA,A.-ZABOROWSKI,T.: Progressive Machining - drilling of holes - theory and experience. Gorzów Wlkp. : IBEN, 2012, 190 p. [12] JURKO,J.-DŽUPON,M.-PANDA,A.GAJDOŠ,M.-PANDOVÁ,I.:Deformation of Material under the Machined Surface in Manufacture of drilling Holes in Austenitic Stainless. Chemické listy, 2011, SI, Vol.105, pp [13] JURKO,J.-PANDA,A.-ZABOROWSKI,T.:Study of Evaluation Machinability of a Stainless Steels and Accompanying Phenomena in the Cutting Zone during Machining In:Trends in Vital Food and Control Engineering. Rijeka:InTech, 2012, p. [14] KIENZLE,O.-VICTOR,H.: Spezifische Schnittkraefte bei der Metallbearbeitung [15] MIKOVEC,M.:Obrábění materiálú s velkou pevností a tvrdostí.praha:sntl,1982,200 s. [16] PARO,J. et all.: Tool wear and machinability of X5CrMnN1818 stainless steels. Journal of Materials Processing Technology, 119, 2001, pp [17] PŘIBIL,E. a kol.:korozivzdorné a žaruvzdorné oceli POLDI a jejich použití I. Poldi SONP Kladno, 1989, 240 s. [18] PŘIBIL,E. a kol.: Korozivzdorné a žaruvzdorné oceli POLDI a jejich použití II. Poldi SONP Kladno, 1989, 252 s. [19] PŘIKRYL,Z.-MUSÍLKOVÁ,R.:Teorie obrábění. Praha, SNTL/ALFA, 1982, 240 s. [20] SANDVIK Coromant: Modern Metal Cutting.1997, 900 s. [21] TIPNIS,V.-JOSEPH,R.: Testing for Machinability. In: Proceedings from an International Symposium on Influence of Metallurgy on Machinability. ASM 1975, pp [22] UEHARA,K.-KANDA,Y.: Fundamental Approach to the Thermal Crack of Cermet Cutting Tools. Annals of the CIRP, 30, 1981, 1, pp [23] VESKA,K.: Řezné nástroje pro obrábění děr. Praha : SNTL, 1963,132 s. [24] Katalóg firmy SECO Tools AB, Švédsko,