Struktura

Chlazení a mazání při obrábění


Chlazení a mazání při obrábění

Chlazení nástrojů se provádí přívodem tzv. řezných kapalin do místa řezu.

Řezné kapaliny nejen chladí, ale působí také svým mazacím účinkem. Tak zmenšují tření mezi čelem nástroje a třískou, mezi hřbetem nástroje a obrobenou plochou i mezi jednotlivými elementy třísky.

Z funkce řezných kapalin vyplývá, že by měly mít velkou měrnou tepelnou kapacitu, velkou tepelnou vodivost, velký součinitel přestupu tepla a dobrou mazivost. Neexistuje ale kapalina, která by současně splňovala všechny tyto požadavky.

U některých kapalin převažuje jejich chladicí schopnost, u jiných schopnost mazací.

Řezná kapalina má za úkol:

  • odvádět teplo z místa řezu,

  • snížit práci vlivem tření,

  • snížit intenzitu otupování nástroje,

  • zlepšit kvalitu obrobené plochy,

  • odvádět třísky z místa řezu.

Nejčastěji používanými řeznými kapalinami jsou:

Vodní roztoky uhličitanu, křemičitanu nebo dusičnanu sodného. Dobře chladí, jejich mazivost je nepatrná. U těchto kapalin vzniká nebezpečí rozmnožování anaerobních bakterií, které způsobují tvorbu kalů a nepříjemný zápach. Používáme je tam, kde potřebujeme vidět na proces obrábění. Především se hodí pro dokončovací operace, např. broušení.

Roztoky mýdel (draselného, sodného) a olejů (alizarinového) ve vodě. Dobře chladí, mazací účinek mají malý. Použití je podobné jako u vodních roztoků.

Emulze, tj. směsi minerálních olejů, mýdla, alkoholu a vody. Dobře chladí a mají dobrý mazací účinek; jsou nejrozšířenější řeznou kapalinou. Emulzní kapaliny spojují do určité míry přednosti vody a mazacích olejů. Je to směs vody a jemně rozptýlených olejů (asi 3 – 10 %). Se zvyšující se koncentrací oleje klesá chladicí účinek. Schopnost ochrany proti korozi závisí na hodnotě pH. Pro ocel se hodnota pH pohybuje 8 – 9.

Řezné oleje minerální, živočišné a rostlinné; mají vysokou schopnost mazací, ale menší schopnost chladicí. Používají se tam, kde potřebujeme dosáhnout vysoké kvality povrchu obrobené plochy, částečně zmenšují i opotřebení nástroje. V praxi se řezné oleje používají při obrábění ozubených kol, protahování, řezání závitů apod.

V případě, kdy při obrábění použijeme vhodnou chladicí kapalinu, můžeme docílit až několikanásobné zvýšení trvanlivosti ostří z rychlořezné oceli, slinutých karbidů, můžeme navýšit řeznou rychlost, a tím zrychlit a zlevnit výrobu. Při výběru řezné kapaliny je nutné zvážit způsob obrábění, druh obráběného materiálu, geometrii nástroje, druh řezného materiálu apod.

Přívod řezné kapaliny do místa řezu

Způsob přívodu řezné kapaliny do zóny řezání významně ovlivňuje parametry řezného procesu, zejména trvanlivost břitu nástroje a jakost oborobené plochy.

Přívod řezné kapaliny do místa řezu může být realizován:

  • standardním chlazením

  • tlakovým chlazením

  • podchlazením řezné kapaliny

  • vnitřním chlazením.

Standardní chlazení

Tento způsob přívodu řezné kapaliny nevyžaduje žádnou úpravu přívodního potrubí a vystačí si s běžným standardním zařízením dodávaným výrobcem obráběcího stroje. Toto zařízení je tvořeno: nádrží, řeznou kapalinou, čerpadlem a rozvodným potrubím. Množství dodávané řezné kapaliny je dáno typem čerpadla a škrcením průtoku výstupním kohoutem. [1]

Chlazení nástroje

Obr. 1: Chlazení nástroje

Tlakové chlazení

Řezná kapalina je přiváděna do místa řezu pod vysokým tlakem. Průměr výstupní trysky je 0,3 – 1 mm, tlak 0,3 – 3 MPa. Řezná kapalina je přiváděna na břit nástroje ze spodu, přímo do místa řezu. Tento způsob chlazení se používá tam, kde vzniklé teplo negativně působí na trvanlivost nástroje. Množství přiváděné kapaliny se pohybuje od 0,5 – 2 litrů za minutu. Nevýhodou je rozstřik řezné kapaliny do okolí a tvorba mlhy, proto musí být pracovní prostor uzavřen, aby nedocházelo ke znečišťování okolí stroje. [1]

Podchlazení řezné kapaliny

Podchlazení řezné kapaliny na teplotu nižší než je teplota okolí, přispívá ke zvýšení trvanlivosti nástrojů. Běžné řezné kapaliny můžeme podchladit na 5 – 7 °C, olej na 15 – 20 °C. Snížení teploty řezné kapaliny pod bod mrazu může přinést další zvýšení výkonu obrábění, ale je nutné použít řeznou kapalinu se speciálním složením[1]

Vnitřní chlazení

Přináší výrazné zvýšení výkonu obrábění, můžeme navýšit řezné rychlosti o 5 – 15%. Tlak řezné kapaliny přiváděné do místa řezu vede ke zvýšení výkonu obrábění a k lepšímu odvodu třísek z místa řezu. Tato metoda je vhodná pro nástroje s vyměnitelnými břitovými destičkami, pro vrtáky (monolitní, s výměnnými břitovými destičkami) k vrtání hlubokých děr a děr do těžkoobrobitelných materiálů. [1]

K chlazení můžeme také používat:

  • pasty

  • plyny

  • mlhy.

Pasty se používají převážně pro dokončovací způsoby obrábění (leštění, lapování apod.), kde nemůžeme použít řezné kapaliny (kvůli rozstřiku). Mají větší hustotu a viskozitu. Jsou  vhodné pro použití v místech, kde dochází k velkému tření. Často jsou v nich přimíseny brousicí prvky (brusná zrna), které vykonávají obrábění.

Plyny se běžně nepoužívají, protože mají malý chladicí účinek, problematický čisticí účinek a žádný mazací účinek. Některé obráběné materiály, případně nástrojové materiály, chladíme vzduchem přiváděným pod tlakem do místa řezu. K chlazení používáme též stlačený plyn CO2, používá se pro obrábění těžkoobrobitelných materiálů. Bohužel je zde mnoho nevýhod, vysoká cena plynu, nebezpečí pro obsluhu stroje při jeho používání, nutnost dokonalého odsávání a větrání pracoviště.

Zvláštním případem aplikace plynného prostředí je tzv. suché obrábění, kdy řezným prostředím je atmosférický vzduch. Používá se při obrábění novými řeznými materiály, které nevyžadují chlazení, a přesto jsou schopny výkonně a efektivně obrábět.

"Mlha je řezná kapalina rozptýlená tlakem vzduchu vytékajícího z trysky rychlostí až 300 m.s-1 a nasměrovaná přímo na řeznou část nástroje před jeho najetím do řezu. Má velmi dobrý odvod tepla z místa řezu."  [1]

Obr. 2: Chlazení nástroje mlhou

Příklady provedení chladících systémů při obrábění

Vnitřní chlazení

"Výrazně zvyšuje výkon obrábění. U vrtáků je vnitřní chlazení upraveno tak, že je řezná kapalina přiváděna centrálními otvory v tělese nástroje až do místa řezu. Mimo vrtáků s vyměnitelnými břitovými destičkami je vnitřní chlazení používáno i u klasických šroubovitých vrtáků vyrobených z monolitních slinutých karbidů i rychlořezné oceli. Tento způsob chlazení se též využívá při vrtání těžkoobrobitelných materiálů. Zvýšení tlaku řezné kapaliny, přiváděné do místa řezu vede ke zvýšení výkonu obrábění a případně k lepšímu odvodu třísek". [1]

Obr. 3: Vnitřní chlazení vrtáku s vyměnitelnými břitovými destičkami

 

Obr. 4: Vnitřní chlazení soustružnické zapichovacího nože - schéma

Zdroje

  • [1] - BRYCHTA, Josef, Robert ČEP, Jana NOVÁKOVÁ a Lenka PETŘKOVSKÁ. Technologie II - 1. díl. 1. vyd. Ostrava: VŠB - TU Ostrava, 2007. ISBN 978-80-248-1641-8
  • DRIENSKY, Dušan, Pavel FÚRIK, Terézia LEHMANOVÁ a Josef TOMAIDES. Strojní obrábění I. 1. vyd. Praha: SNTL, 1986. 424 s.

Obrázky:

  • Obr. 2, 3, 4: BRYCHTA, Josef, Robert ČEP, Jana NOVÁKOVÁ a Lenka PETŘKOVSKÁ. Technologie II - 1. díl. 1. vyd. Ostrava: VŠB - TU Ostrava, 2007. ISBN 978-80-248-1641-8.
  • Pokud není uvedeno jinak, autor obrázků je Ing. Antonín Adamec

Video:

  • Autorem videa je Bc. Martin Krbec, DiS. (natočeno ve společnosti Klein & Blažek spol. s r.o. Štíty)

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Video č. 1: Příklad chlazení v pracovním prostoru obráběcího stroje

Kontrolní otázka

Tyto otázky jsou vhodné i pro žáky ZŠ

  1. Jaký má úkol řezná kapalina?
  2. Které řezné kapaliny se nejčastěji používají?
  3. Co je to vodní roztok?
  4. Co víte o emulzi?
  5. Jaké je použití řezných olejů?
  6. Jak je realizován přívod řezné kapaliny do místa řezu?
  7. Co je to standardní chlazení?
  8. Co víte o tlakovém chlazení?
  9. Co víte o vnitřním chlazení?
  10. Kde se budou používat pasty?
  11. Jaké je použití plynů při chlazení?
  12. Co víte o použití mlhy při obrábění?

Otázky pro žáky SŠ

  1. Vysvětlete, jaký je úkol řezné kapaliny.
  2. Vyjmenujte, které řezné kapaliny se nejčastěji používají.
  3. Vysvětlete pojem vodní roztok.
  4. Vysvětlete pojem emulze.
  5. Vysvětlete použití řezných olejů.
  6. Vyjmenujte a popište, jak je realizován přívod řezné kapaliny do místa řezu.
  7. Vysvětlete proces standardního chlazení.
  8. Popište tlakové chlazení.
  9. Popište vnitřní chlazení.
  10. Vysvětlete, kde se používají pasty.
  11. Vysvětlete použití plynů při chlazení.
  12. Vysvětlete použití mlhy při obrábění.
  13. Kde se používá podchlazené řezné kapaliny?
Logolink