Obsah: Vše, co potřebujete vědět o obrábění
- Co je to obrábění?
- Které materiály lze obrábět?
- Nejdůležitější procesy obrábění
- Rozhodující faktory pro dokonalé obrábění
- Důležité nástroje při obrábění
- Jakou roli hraje chladicí mazání?
- HSC vs. HPC obrábění
- Technologické trendy v obrábění
- Výzvy při obrábění
Co je to obrábění?
Obráběním se rozumí zpracování materiálů odebíráním materiálu. K tomu se používají nástroje, které mají obvykle ostré břity. Cílem je dát součásti požadovaný tvar, velikost a kvalitu povrchu. Zvláštností obrábění je, že jako odpadní produkt procesu vznikají třísky.
Které materiály lze obrábět?
Obrábět lze téměř všechny pevné materiály, např.
- Kovy: hliník, ocel, titan, měď, mosaz
- Plasty: termoplasty, termosety
- Kompozitní materiály: CFRP (plast vyztužený uhlíkovými vlákny), GFRP (plast vyztužený skleněnými vlákny)
- Keramika: Vysoce výkonná keramika pro speciální aplikace
Výběr materiálu ovlivňuje parametry zpracování, nástroje a požadavky na stroje.
Nejdůležitější procesy obrábění
Rozmanitost obráběcích procesů umožňuje obrábět širokou škálu materiálů - od měkkého hliníku až po vysokopevnostní titan. Zde je přehled nejdůležitějších procesů:
Soustružení
Při soustružení se obrobek otáčí, zatímco nehybný nástroj odebírá materiál. Je ideální pro výrobu rotačně symetrických součástí, jako jsou hřídele, nápravy nebo pouzdra.
Typické aplikace: Šrouby, hřídele motorů, ložiska.
Frézování
Zde se nástroj pohybuje, zatímco obrobek je obvykle v klidu. Frézování je velmi flexibilní a používá se k výrobě složitých tvarů, kapes, drážek nebo otvorů.
Podkategorie:
- Čelní frézování: Vytváření hladkých povrchů.
- Frézování profilů: Tvarování složitých geometrických tvarů.
- Vysokorychlostní frézování (HSC): Maximální přesnost při minimálních ztrátách materiálu.
Vrtání
Vrtání se používá k vytváření válcových otvorů v obrobcích. Je to jedna z nejběžnějších technik obrábění a často je prvním krokem při obrábění obrobku.
Broušení
Broušení se používá pro jemné obrábění s cílem dosáhnout dokonalé kvality povrchu a extrémní rozměrové přesnosti. Materiál se odebírá pomocí brusného kotouče.
Rozhodující faktory pro dokonalé obrábění
Úspěch při obrábění závisí na několika faktorech, které na sebe plynule navazují:
Materiál
Vlastnosti materiálu do značné míry určují způsob jeho obrábění. Tvrdé materiály, jako je kalená ocel nebo titan, vyžadují speciální nástroje a stroje.
Nástroje
Nástroj musí být dokonale přizpůsoben materiálu. Rozhodující roli hrají parametry, jako je geometrie břitu, vlastnosti materiálu (např. karbid, CBN) a povlaky (např. PVD).
Chladicí maziva
Chladicí maziva minimalizují tření, chladí nástroj i obrobek a prodlužují životnost řezných hran.
Parametry stroje
Rychlost, posuv a hloubka řezu jsou pro proces obrábění zásadní. Nesprávné nastavení může způsobit zlomení nástroje nebo špatnou kvalitu povrchu.
Důležité nástroje v procesu obrábění
Soustružnické nástroje: přesnost při soustružení
Soustružnické nástroje se používají při soustružení k odebírání materiálu z rotujícího obrobku. Existují různé varianty, například hrubovací dláta pro hrubý úběr materiálu, dokončovací dláta pro hladké povrchy nebo dělící dláta pro dělení obrobků. Soustružnická dláta jsou často vybavena karbidovými nebo keramickými břity, které mají vysokou odolnost proti opotřebení a zůstávají stabilní i při vysokých teplotách
Frézy/frézovací nástroje: Všestrannost při tvarování
Frézy se používají při frézování k vytváření složitých geometrií, kapes nebo kontur v obrobcích.
Typy:
- Spirálová fréza: Pro frézování hlubokých kapes a přesných hran.
- Čelní frézy: Ideální pro rovinné obrábění a frézování kontur.
- Mušlové frézy: Používají se k obrábění velkých ploch.
Vysoce výkonné frézy jsou často vyrobeny z tvrdokovu nebo rychlořezné oceli (HSS) a mohou být opatřeny povlaky, jako je TiAlN nebo TiCN, které zvyšují životnost nástroje.
Vrtáky/vrtací nástroje: přesné a všestranné obrábění otvorů
Vrtáky se používají k vytváření otvorů a jsou nepostradatelným nástrojem při téměř každém obrábění. Pracují na základě řezání materiálu ostrými břity s vysokou přesností. Patří mezi ně
- Krouticí vrtáky
- Stupňovité vrtáky
- Vrtáky pro hluboké otvory
- Záhlubníkové vrtáky
Brusné kotouče: Pro přesnou povrchovou úpravu
Brusné kotouče se používají k opracování a tvarování povrchu. Patří do kategorie brusných nástrojů a používají se v bruskách. Jsou ideální pro:
- Jemné dokončování obrobků
- Vyhlazování povrchů
- Odstraňování otřepů nebo nerovností
PCD a CBN nástroje: Pro obzvláště tvrdé materiály, jako je kalená ocel
Tyto nástroje se používají především při frézování, soustružení nebo vrtání a patří do kategorie vysoce výkonných řezných nástrojů.
- PCD (polykrystalický diamant): Vysoce výkonné nástroje pro nekovové materiály, jako je hliník, kompozitní materiály a grafit.
- CBN (kubický krystalický nitrid bóru): Speciálně navržený pro obrábění extrémně tvrdých materiálů, jako je kalená ocel nebo litina.
Volba nástroje přímo ovlivňuje účinnost, přesnost a životnost obrábění.
Jakou roli hraje mazání při chlazení?
Chladicí maziva plní hned několik funkcí:
- Chlazení: Zabraňuje přehřátí nástroje a obrobku.
- Mazání: Snižuje tření a opotřebení.
- Odvod třísek: Odvod třísek z oblasti obrábění.
- Kvalita povrchu: Zlepšení povrchu obrobku.
Volba správného chladicího maziva je rozhodující pro stabilitu procesu a šetrnost k životnímu prostředí.
Obrábění HSC vs. HPC
Volba mezi HSC a HPC závisí na aplikaci, materiálu a požadovaných výsledcích.
- HSC (High-Speed-Cutting): Vysokorychlostní řezání zahrnuje práci při extrémně vysokých řezných rychlostech. Výhodou je nižší produkce tepla a vynikající kvalita povrchu. Je vhodné zejména pro filigránské součásti.
- HPC (High-Performance Cutting): Vysoce výkonné obrábění se naopak zaměřuje na rychlý úběr materiálu. Používají se zde nástroje s optimalizovanou geometrií a výkonné stroje.
Technologické trendy v obrábění
Obrábění prochází neustálými změnami, které jsou dány technologickými inovacemi a požadavky Průmyslu 4.0:
Digitalizace a optimalizace na bázi umělé inteligence
Se zaváděním internetu věcí (IoT - Internet of Things) a chytrých CNC strojů je obrábění stále efektivnější. Senzory zaznamenávají parametry, jako je teplota, vibrace a opotřebení nástrojů, v reálném čase, aby bylo možné optimalizovat procesy.
Hybridní procesy prostřednictvím aditivní výroby a obrábění
Aditivní procesy (např. 3D tisk) a obrábění se stále více doplňují. To znamená, že složité součásti se nejprve vyrábějí aditivním způsobem a poté se finalizují obráběním.
Udržitelnost a ekologická výroba
Zaměřujeme se na snižování spotřeby energie a odpadu. Nové přístupy, jako je mazání minimálním množstvím (MQL) nebo používání recyklovaných materiálů, jsou na vzestupu.
Vysoce výkonné obrábění
Materiály jako CFRP nebo superslitiny vyžadují nové nástroje a technologie. Vysoce výkonné obrábění se opírá o speciální povlaky a optimalizované stroje, které umožňují efektivní obrábění těchto materiálů.
Velmi přesné obrábění
Významným trendem v oblasti obrábění je ultrapřesné obrábění, které představuje revoluci ve výrobě součástí s extrémně malými tolerancemi a zrcadlově hladkými povrchy díky použití nejmodernějších technologií a vysoce přesných strojů, zejména v odvětvích, jako je lékařská technika, optika a mikroelektronika, kde je nezbytná maximální přesnost.
Výzvy spojené s obráběním
Přes veškerý dosažený pokrok zůstává obrábění náročnou disciplínou:
- Tvrdost materiálu: Obrábění obtížně řezatelných materiálů, jako jsou slitiny titanu nebo vysokopevnostní oceli.
- Opotřebení nástroje: Opotřebení je velkým problémem, zejména u tvrdých materiálů.
- Náklady: Vysoce přesné stroje a nástroje jsou nákladné.
- Nedostatek kvalifikovaných pracovníků: Provoz moderních technologií obrábění vyžaduje dobře vyškolené techniky.
- Přesnost: Stále přísnější tolerance u stále složitějších součástí.
- Udržitelnost: Minimalizace odpadu a spotřeby energie.
Závěr: Přesnost v dokonalosti
Obrábění je a zůstává klíčovou technologií ve výrobě. Spojuje v sobě tradici s inovacemi a stanovuje standardy přesnosti a kvality. S postupující digitalizací a novými technologiemi je ideálně vybaveno pro výzvy budoucnosti.
Každý, kdo ovládá obrábění, má pod kontrolou jeden z nejdůležitějších nástrojů moderní výroby. Ať už se jedná o výrobu leteckých turbín, automobilových komponentů nebo velmi složitých forem - umění obrábění je nepostradatelné.
