3.2 Faktory ovlivňující utváření třísky

Při obrábění existuje množství faktorů ovlivňujících, ať už pozitivně či negativně, utváření třísky. Tyto faktory mají svůj význam jedná –li se o správné utváření třísky, nebo-li o tzv. „kontrolovaný odchod třísky“ za různých řezných podmínek. Mezi tyto faktory patří například řezné síly, geometrie nástroje, pevnost nástroje, teploty, vibrace. Další nemalou roli ovlivňující utváření třísky zde hraje materiál obrobku, druh, pevnost, tvrdost, stav, tvar a velikost – všechny tyto složky se projeví na utváření třísky.

3.2.1 Geometrie nástroje

Pro hodnocení geometrického uspořádání ploch na nástrojích dnes používáme mezinárodní normu ČSN 22 0011, ISO 3002/1-77. Základní charakteristikou této normy je pravoúhlý souřadnicový systém, který definuje jednotlivé souřadnicové roviny ve vztahu k rovině základní a jednotlivým plochám na nástroji[18].

Obr. 28 Základní geometrie VBD [18]

Čelo Aγ – plocha, po které odchází tříska

Hřbet (Aα, Aα‘) – plocha, nebo souhrn ploch, které při řezném procesu směřují k ploše obrobku. Hlavní hřbet Aα směřuje k přechodové ploše obrobku, vedlejší hřbet Aα‘ směřuje k obrobené ploše obrobku

Ostří – prvek řezné části nástroje, kterým se realizuje vlastní proces řezání

Hlavní ostří S je část ostří, která začíná v bodě, kde nástrojový úhel nastavení hlavního ostří κr, je rovný nule a která má sloužit k vytvoření přechodové plochy na obrobku.

Vedlejší ostří S‘ je část ostří, kde nástrojový úhel nastavení ostří κr je ve směru od hlavního ostří rovný nule.

Volba nástrojových úhlů je v největší míře ovlivňována fyzikálními a mechanickými vlastnostmi, vlastnostmi nástrojového materiálu, řeznými podmínkami a požadovanou strukturou povrchu obrobku[18].

Obr.29 Nástrojová geometrie soustružnického nože [18]

Významnou roli při utváření třísky hraje při obrábění úhel nastavení hlavního a vedlejšího ostří, obr. 30. Úhel nastavení hlavního ostří ovlivňuje utváření třísky tím, že se tloušťka třísky se zmenšováním úhlu snižuje a šířka třísky narůstá. Utváření třísky je snazší a hladší, je-li úhel nastavení menší (60° - 45°). Proces obrábění s úhlem nastavení hlavního ostří 90° (obr. 30 A) se ukázal jako vhodný pouze pro několik málo operací, jako např. čelní a podélné soustružení. Ve většině případů neprobíhá proces obrábění ortogonálně, ale pod určitým úhlem vůči břitu. Tím se do značné míry mění geometrické podmínky a tím rovněž i směr odchodu třísky. Vznikají tak, mimo klasických tvarů třísky v podobě spirály, i jiné varianty tvarů jako článkovité třísky a třísky ve tvaru šroubovice. Dále zejména úhel nastavení vedlejšího ostří κr‘ ovlivňuje strukturu povrchu obrobku, úhel hlavního ostří pak složky řezné síly, konkrétně poměr posuvové a pasivní síly Ff:Fp.

Obr. 30 Proces obrábění s úhlem nastavení hlavního ostří 90° a 45° [1]

Na směr odchodu třísky má podstatný vliv nástrojový úhel sklonu hlavního ostří λs. Pokud je úhel kladný, znamená to že tříska odchází směrem od obrobku, naopak pokud je záporný, tříska odchází směrem k obrobku. Hodnoty úhlu se pohybují běžně v rozsahu -6° až +6°.

Tvar a směr odchodu třísek se rovněž mění se změnou poloměru špičky břitu[1]. Poloměr špičky břitu je důležitou částí geometrie. Tak jak ovlivňuje směr odchodu třísky úhel nastavení hlavního ostří, stejně působí i poloměr špičky společně s hloubkou řezu. Malá hloubka řezu má za následek kapkovitý tvar třísky s malým úhlem směrem k břitu. U větších hloubek řezu hraje poloměr špičky menší roli, než úhel nastavení, který je směrodatný pro spirálovitou třísku, jejíž spirála směřuje ven (obr. 31). Rovněž velikost posuvu se projevuje v šířce průřezu třísky a působí také na samotný odchod třísky.

Obr. 31 Ovlivnění směru odchodu třísky změnou poloměru špičky / hloubky řezu [1]

Samotné utváření třísky začíná počínajícím zakřivením při zářezu nástroje a je dále závislé na kombinaci řezných podmínek, zvláště posuvu a hloubky řezu, úhlech břitu, na druhu a vlastnostech materiálu obrobku a rovněž na velikosti poloměru špičky. Jakmile dojde k překročení velikosti posuvu nad přípustnou míru, určenou geometrií břitu, přeskočí jednoduše tříska utvářeč a vytváří tvary, jako by se jednalo o obrábění hladkými negativními vyměnitelnými břitovými destičkami, namísto použitých pozitivních geometrií s kontrolovaným odchodem třísky[1].

Třísky článkovité, nebo ve tvaru krátkých šroubovic jsou právě těmi třískami, které by měli být vytvářeny břitem provedeným podle nejnovějšího stavu techniky. Zakřivení, směr, stoupání šroubovice a tvar třísky lze nyní ovlivnit konstrukcí geometrie břitu. Každá vyměnitelná břitová destička je vybavena geometrií, která v rozsahu stanovené oblasti posuvu a hloubky řezu zajišťuje u přiřazených materiálů obrobku kontrolovaný odchod třísky. Destička pro dokončování, u které je v záběru hlavně poloměr špičky, musí být kladen důraz zejména na jasné stanovení geometrie špičky břitu, naopak u hrubovací destičky je pak důležitá geometrie čela.

3.2.2 Řezné podmínky

Řezné podmínky ovlivňují velikost a tvar třísky přímo, přičemž posuv a hloubka řezu se projeví ve větší míře než řezná rychlost.

Na obr.32 a obr.33 je zobrazena závislost utváření třísky na hloubce řezu ap na posuvu f. Třísky ležící mimo tuto oblast se vyskytují buďto jako dlouhé, tenké chomáče, nebo v podobě tlustých přelámaných článků.

Obr. 32 Funkční diagram utváření třísky [1]

Obr. 33 Tvary třísek v závislosti na ap a f [1]

3.2.3 Utvářeče třísek

Velmi vhodným a mnohdy jediným způsobem jak zmenšit objemový součinitel třísek jsou lamače a utvářeče třísek. Provedení utvářečů třísek rozhoduje o schopnosti účinně ovlivňovat tvar třísky při různých rychlostech posuvu. Některá provedení omezují použití břitu na malou oblast pro malé posuvy a hloubky řezů, jiné disponují celou paletou možností utváření třísky. Utvářeč třísky na poloměru špičky může vést také nejmenší třísky, zatímco při vyšších posuvech nejprve přejímá funkci utvářeče hlavní břit a poté u těžkých řezů přejímá funkci utvářeč třísky na čele.

U nožů s pájenými plátky se dociluje oddělení (lámání) třísky právě vybroušením lamačů na čele ve stupňovitém tvaru podél hlavního ostří. U nožů s vyměnitelnými břitovými destičkami se třísky utvářejí příložnými lamači nebo lamači předlisovanými na břitové destičce. Hloubka a šířka lamače se volí podle velikosti nože a podle zkušeností. Zadní hrana lamače může svírat s břitem úhel, který bývá v rozmezí 5° - 15° a ovlivňuje směr odchodu třísky. Lamač třísky se vybrušuje brousícím kotoučem do nástroje. Nejběžnější lamače třísky jsou stupínkové a žlábkové. Rozměry stupínku i žlábku jsou stanoveny v závislosti na posuvu, hloubce řezu a na jakosti obráběného materiálu. Hospodárnějším (nenarušujeme čelo břitu) a univerzálnějším způsobem jsou stavitelné lamače třísek, kterých je mnoho konstrukcí.

Zvlášť důležitou pozornost volbě vhodného utvářeče musíme věnovat u automatických a programově řízených obráběcích strojů. Třísky se v žádném případě nesmí namotávat na obrobek a tím znesnadňovat obráběcí proces.

Určitý typ utvářeče utváří (láme třísku) pouze v určitém rozmezí posuvu a hloubky řezu. Minimální posuv, při kterém začíná utvářeč fungovat, je závislý především na šířce stabilizační fazetky x a na jejím úhlu γx. Maximální posuv při kterém končí funkce utvářeče je závislý u žlábkového utvářeče na vzdálenosti výstupní hrany žlábku od ostří b‘ a na hloubce žlábku h (obr.34)[22].

a) tloušťka odřezávané vrstvy a je výrazně menší než šířka fazetky x, dochází ke kontaktu třísky jen na fazetce a tříska tudíž nemůže být utvářena | b) použijeme-li větší tloušťku odebírané vrstvy a, přičemž x < a, tříska vniká do utvářeče a je jím utvářena – zakřivena pod určitým poloměrem R
Obr. 34 Závislost utváření třísky na geometrii utvářeče [22]

Lámání třísky

Existují rozdílné druhy lomu třísky:

· samočinný lom

· lom třísky na nástroji

· lom třísky při nárazu na obrobek

Obr. 35 Tři způsoby lomu třísky [1] – A) samočinný lom, B) lom třísky na nástroji, C) lom třísky při nárazu na obrobek

Všechny tyto tři alternativy mají svoje výhody a nevýhody. U samočinného lomu hraje rozhodující roli nutnost nalezení správného směru odchodu třísky. V případě lomu třísky na nástroji jsou příčinou kladivovým efektem vyvolaná vysoká zatížení v oblasti břitu[1]. Nekontrolovanému odchodu třísky je nutné zabránit, protože může vést k lomu nástroje, ke špatným výsledkům obrábění, ke vzniku prostojů a poranění obsluhy stroje. K tomu nám slouží právě utvářeče třísky.

U materiálů s krátkou třískou vyžadujeme malou a nebo vůbec žádnou pomoc v podobě utvářeče třísky. Naopak u materiálů vytvářejících dlouhou třísku vyžadujeme utvářeče třísky, které jsou při slinování vytvarovány přímo do čela VBD a které třísky vhodným způsobem usměrňují a nakonec i lámou. Počáteční zakřivení třísky ve většině případů nestačí k odlomení třísky v požadovaných délkách. Lamač třísek ve své nejjednodušší podobě je překážkou vestavěnou do směru odchodu třísky. Tento hrubý způsob má celou řadu nevýhod a působí velmi nepříznivě na výkon stroje. Moderní vyměnitelná břitová destička disponuje komplexní kombinací úhlů, ploch a rádiusů, čímž je umožněno ovlivňovat utváření třísky samotné, ale také kontaktní délku, lom třísky atd.