Speciální technologie ● Ing. Oskar Zemčík, Ph.D. VUT Brno ● obrábění a technologie obrábění ● výrobní proces ● technologické dokumenty ● speciální technologie obrábění technologie (z řeckého základu techné – dovednost, logus - nauka) Technologie má více než jednu definici. Jedna z nich říká, že technologie je vývoj a použití nástrojů, strojů, materiálů a procesů k řešení problémů při lidské činnosti. Technologie je nauka o výrobě materiálů a výrobků z daných surovin. Z hlediska technologie nemusí nezbytně používat vědecké objevy či inženýrské konstrukce, může být podložena čiste empiricky. (empirie - odvozené ze zkušeností) Příklad: kolo ● objev kola odhadem 5000 let p.n.l. ● přitom hodnota ¶ byla na 4 desetiná místa určena až Archimedem ze Syrakus který žil v období 287 - 212 př. n. l. Příklad: dioda ● Inženýrství používá technologie k převedení vědeckého objevu do praxe. ● objev vlastností přechodu mezi dvěma typy polovodičů ● dioda, tranzistor ● způsob jejich výroby (Nejrozšířenější výrobní technologií je planární technologie. Tranzistor při ní vzniká v tenké destičce vyříznuté z monokrystalu křemíku s vodivostí např. typu N. V destičce se postupnými operacemi (oxidace povrchu na , leptání a difúze příměsí, při níž se mění typ vodivosti) vytváří struktura tranzistoru) obrábění ● Technologický proces, kterým se vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu (obrobku), v daných rozměrech a v daném stupni přesnosti. ● U třískového obrábění toho docilujeme pomocí břitu, který vniká do obrobku a odděluje od něj část materiálu, tzv. třísku. břit, řezný klín ● princip řezného klínu je člověku znám již od pravěku. (první nástroje ve tvaru pěstního klínu z kamene jsou staré více než 1milion let)
Transcript
Speciální technologie
● Ing. Oskar Zemčík, Ph.D. VUT Brno
● obráb ění a technologie obráb ění● výrobní proces● technologické dokumenty● speciální technologie obráb ění
technologie (z řeckého základu techné – dovednost, logus - nauka)
Technologie má více než jednu definici. Jedna z nich říká, že technologie je vývoj a použití nástrojů, strojů, materiálů a procesů k řešení problémů při lidské činnosti.
Technologie je nauka o výrobě materiálů a výrobků z daných surovin.
Z hlediska technologie nemusí nezbytně používat vědecké objevy či inženýrské konstrukce, může být podložena čiste empiricky. (empirie - odvozené ze zkušeností)
Příklad: kolo● objev kola odhadem 5000 let p.n.l.
● přitom hodnota ¶ byla na 4 desetiná místa určena až Archimedem ze Syrakus který žil v období 287 - 212 př. n. l.
Příklad: dioda
● Inženýrství používá technologie k převedení vědeckého objevu do praxe.
● objev vlastností přechodu mezi dvěma typy polovodičů
● dioda, tranzistor● způsob jejich výroby (Nejrozšířenější výrobní technologií je
planární technologie. Tranzistor při ní vzniká v tenké destičce vyříznuté z monokrystalu křemíku s vodivostí např. typu N. V destičce se postupnými operacemi (oxidace povrchu na , leptání a difúze příměsí, při níž se mění typ vodivosti) vytváří struktura tranzistoru)
obráb ění
● Technologický proces, kterým se vytváří požadovaný tvar obráběného předmětu (obrobku), v daných rozměrech a v daném stupni přesnosti.
● U třískového obrábění toho docilujeme pomocí břitu, který vniká do obrobku a odděluje od něj část materiálu, tzv. třísku.
břit, řezný klín
● princip řezného klínu je člověku znám již od pravěku. (první nástroje ve tvaru pěstního klínu z kamene jsou staré více než 1milion let)
řezný klín
● Je obsažen prakticky v každém řezném nástroji, jedná se o základní prvek řezného nástroje vykonávající vlastní oddělování třísky z obrobku, tvoří břit, určený úhly čela, břitu a hřbetu a má charakteristický tvar.
● Můžeme popsat jako soubor na sobě nezávislých činností, při kterých se přetváří výchozí materiál v hotový výrobek.
● Realizujeme ho pomocí technologického postupu.
● Technologický postup pak určuje:- výrobní prostředky- sled operací a jejich popis- technologické podmínky- operační rozměry- členění času a odměny za vykonanou práci- počet vyráběných kusů
Technologické dokumenty
● Slouží k vlastnímu popisu výrobního postupů– základní
● všeobecné (např. tech. postup)● speciální (např. návodka pro ob. na revolverovém
soustruhu)– pomocné (např. pro přípravu a realizaci tp.)
( Technologický postup, list náčrtků, technologický předpis, montážní rozpiska, soupiska průběhu výroby, seznam technologického nářadí, materiálový list, soupiska technologických dokumentů, technicko-normovací list, návodka, typová návodka, operační návodka, typová operační návodka, list technologického postupu kontroly výrobků atd.)
● v tištěné podobě● v elektronické podobě
Příklady technologických dokument ů(technologický postup pro sériovou výrobu)
Příklady technologických dokument ů(technicko-normovací list pro operaci)
Členění technologického postupu
● Operace (obvykle na jednom stroji na jedno seřízení stejným pracovníkem, např „soustružit vnější tvar“)– úsek (obvykle za stejných podmínek, např soustružit ф40 v délce
100mm na ф40 40.3-0.1)● úkon (jedna organizačně nedělitelná činnost např. „upnout součást“ či
„spustit stroj“)– pohyb (nejmenší měřitelný prvek operace např. „natáhnout ruku
● minimální pracnost, respektive náklady na výrobu
Co spadá do speciální technologie obráb ění?
● technologie které nelze označit za obvyklé, pracující často za, z určitého hlediska, neobvyklých podmínek.– technologie nové, nově zaváděné– technologie s vyjímečným zastoupením– extrémně náročné technologie (technicky ekonomicky)
● z hlediska– materiálu– velikosti– přesnosti– rychlosti– efektivity
Přesnost rozm ěrů
– délkové rozměry– úhlové rozměry
Nepředepsané mezní úchylky ČSN ISO 2768.
Soustava tolerancí a uložení ISO 286.
tolerance toleranční poleIT01 až IT18 A > ZC (pro díru)
a < zc (pro hřídel)IT 01 a IT0 – výjimečně přesné stupně
IT (ISO 286)
IT01 až IT6 pro výrobu kalibrů a měřidelIT5 až IT12 pro uložení v přesném a všeobecném strojírenstvíIT11 až IT16 pro výrobu polotovarůIT16 až IT18 pro konstrukceIT11 až IT18 pro stanovení mezních úchylek netolerovaných rozměrů
● šířka daného tolerančního pole
(pro rozměry do 500mm)
přičemž k je počet tolerančních jednotek určený pro každou skupinu IT (např. pro IT5 k=7i, IT6 k=10i atd.) IT01 až IT jsou definovány zvlášť.
i=0.45×3D0.001D
T=k×i
extrémn ě přesné tolerance IT01 a IT0
Přesnost v řádu desetin mikrometrů.
Přesnost a vliv teploty
● pro IT1 až 4 se pohybujeme v řádu jednotek µm. Pro IT01 a IT0 ve stovkách nanometrů.
● Obvykle se rozměry měří při teplotě 20˚C.
Pro soustružení hřídele Φ30mm z uhlíkové oceli při rozdílu 3ºC, :
Srovnat s teplotami během obrábění....
D=Do××T
D=30×0.000012×3=0.00108mm
=0.0000120K−1
Hospodárné p řesnosti jednotlivých metod obráb ění
Tolerance tvaru a polohy
● tolerance přímosti● tolerance rovinnosti● tolerance kruhovitosti● tolerance válcovitosti● tolerance profilu podélného řezu● tolerance rovnoběžnosti● tolerance kolmosti● tolerance sklonu● tolerance souososti● tolerance souměrnosti● tolerance jmenovité polohy prvku● tolerance různoběžnosti os● tolerance obvodového házení● tolerance házení v daném směru● tolerance úplného obvodového házení● tolerance úplného čelního házení● tolerance tvaru daného profilu● tolerance tvaru dané plochy
Charakteristiky zp ůsobů výroby
Přesnost vyráb ěných sou částí
Má na ní vliv zejména:Z hlediska stroje● tuhost ● dynamická stabilita● teplotní stabilitaZ hlediska pracovního prostředí● seřízení nástroje● řízení stroje● okolní prostředí● technologické podmínky
Tuhost strojestroj-nástroj-obrobek
● Dochází k předávání energie mezi jednotlivými částmi stroje a mezi nástropjem a obrobkem.
● Přivedená energie se mění v řeznou práci.A = F . v. t [ J]
● Na stroj pak působí • Řezné síly• Tíhové síly• Pasívní odpory• Moment hnacího členu• Setrvačné síly (rozjezd a brzdění)• Rozběhové a doběhové momenty pohonu
uváděná přesnost stroje
● programovatelná přesnost (často i na desetitisíciny mm)
● mechanická přesnost stroje (obvykle setiny mm)
● změna přesnosti během životnosti stroje
příklad p řesnost vedení kuli čkových šroub ů
● přesnost stoupání závitu kuličkového šroubu
● tuhost jednotlivých částí (litina pro rám stroje, ložisková ocel 14109 či 14209 pro kuličkové šrouby atd)
● tepelná roztažnost jednotlivých částí stroje
Speciální technologie velikost (stroje nástroje či obrobku)
● obrábění extrémně velkých obrobků (tělesa turbín)
● obrábění extrémně malých obrobků (např. v elektronickém průmyslu)
● obrábění extrémně malých prvků obrobku (na obrobku obvyklé velikosti)
Příklad mikrofrézování a vrtání
● KERN Pyramid Nano
Stroj německé firmy Kern a příklad součástíUváděná přesnost nastavení je 0.3µm a
drsnost Ra 0.05µm
Příklad soustružení rozm ěrných sou částí
● obří karusel firmy ČKD Blansko
Umožňuje obrábět součásti do hmotnosti 60tun a průměru přes 4m.
SKD 40/47D
Těžko obrobitelné materiály
● kovové materiály (velmi tvrdé či houževnaté) (nerezové oceli, austenitické či feritické/Cr/, austenitické
oceli /Cr, Ni/, niklové slitiny, kalené materiály, titan atd.● nekovové materiály (keramika, sklo, kámen atd..)● kompozity (specifické, pro každý druh kompozitu)
Příklad obrobitelných nekovových materiál ů
● Nitrid boru, Macor(skleněná keramika), PTFE (Teflon), Pyrophillit (AlSi2O5OH), Shapal-M (obrobitelné forma AlN)& ZSBN (kompozitní materiál s obsahem nitridu boru)
● AlN● Al2O3● BeO (Keramika na bázi oxidu berilia)● Porcelán● Pyrophillite● Křemenec● Safír● Karbid křemíku● Nitrid křemíku● ULE● kubický ZrO2
kompozity
● heterogenní materiály tvořené dvěma či více materiály nestejného chemického složení složení.
● skládají se z matrice a zpevňující fáze
podle tvaru matrice je dělíme na:•Kompozity s částicovými vyztužujícími fázemi•Kompozity s vyztužujícími vlákny•Kompozity vrstvené
dělení kompozit ů
● podle druhu vyztužující složky– vyztužené kovovou fází– vyztužené skleněnou fází– vyztužené keramickou fází– ostatní (například přírodními vlákny či vláknovými
monokrystaly ● podle materiálu matrice
– s kovovou matricí– s polymerní matricí– s keramickou matricí
● podle tvaru výztuže– vlákna– textura– disperze
ukázka problém ů při obráb ění kompozit ů
Vliv opotřebení vrtáku na delaminaci kompozitu
vysoké rychlosti p ři obráb ění
● vysoké řezné posuvy(velké nároky na tuhost stroje, rázy způsobené
velikostí třísky, vliv na životnost stroje)● vysoké řezné rychlosti (velké nároky na výkon stroje, na konstrukci vřetene,
výjimkou nejsou stroje s 40000ot/min)
Kromě stroje vyžaduje rovněž odpovídající nástroje z moderních materiálů.
Teorií se zabývá tzv. HSC obrábění.
optimalizace technologických podmínek
● Za optimální pokládáme takové hodnoty řešení problému, které za daných podmínek vedou k maximální či minimální hodnotě zadaného kritéria.
● Předpokládáme, že optimalizované veličiny nejsou pevně dány a mohou se pohybovat v určitém rozsahu.
optimalizované veli činy a kriterium optima
● pro třískové obrábění obvykle hodnota řezné rychlosti vc [m.min-1] a posuvu f [mm.ot-1] .
● případně vztažené veličiny jako otáčky [n-1], minutový posuv f
min, posuv na zub f
z atd...
● dále je možné měnit hloubku záběru, způsob chlazení atd...
● Jako kriterium optimalita pak nejčastěji volíme, nejmenší náklady, případně maximální výrobnost.
