Izbor režima obrade

Izbor režima obrade kod tokarenja podrazumijeva izbor vrijednosti sljedećih parametara:

brzine rezanja v_c (m/s),
posmaka f (mm/min),
dubine rezanja a_p (mm).

Glodanje je postupak strojne obrade skidanjem čestica kod kojeg alat obavlja glavno gibanje.

Uzdužno tokarenje je osnovna operacija tokarenja.

Brzina rezanja je brzina kojom se materijal (obradak) kreće u odnosu prema oštrici reznog alata prilikom rezanja.

Posmak ili posmična brzina pri gruboj obradi je vezan uz geometriju pločice i dubinu rezanja. Posmak ne treba biti veći od pola (1/2) polumjera vrha pločice (na primjer tokarskog noža). Pri finoj (čistoj) obradi posmak (mm/okr) je određen zahtijevanom kvalitetom hrapavosti obrađene površine.

Dubina rezanja što je veća, broj prolaza će biti manji, a time i vrijeme izrade kraće.

Vrijednosti se biraju na osnovi:

vrste materijala obratka,
vrste materijala reznog alata i geometrije alata (kutovi, izmjere ili dimenzije, polumjer vrha pločice),
tipa operacije i vrste strojne obrade (gruba, čista ili fina obrada),

uvažavajući ograničenja vezana uz:

kvalitetu obrade (tolerancije, hrapavost površine),
stroj (snaga, okretni moment, najveća brzina vrtnje i najveći posmak),
sigurnost (brzina vrtnje povezana sa stezanjem obratka, nebalansiranost stegnutog obratka),
tehničko-ekonomske kriterije (troškovi proizvodnje, produktivnost) koji ovise o životnom vijeku alata, a time i o odabranim parametrima obrade.

Određivanje vrijednosti parametara obrade može se temeljiti na:

iskustvu tehnologa obrade odvajanjem čestica;
priručnicima i katalozima proizvodača alata;
računalnim sustavima za određivanje parametara obrade.^[1]

Optimalna brzina rezanja

Za dani materijal i dani skup uvjeta rezanja postoji najbolja (optimalna) brzina rezanja. Glavni čimbenici na osnovi kojih se računa optimalna brzina rezanja jesu:

vrsta materijala koji se obrađuje, to jest rezljivost materijala; materijali s većim otporom za rezanje razvit će više topline, a time će temperatura i alata i obratka biti veća;
vrsta materijala alata, to jest sposobnost alata da izdrži toplinu bez gubitka reznih svojstava;
vrsta obrade (fina ili gruba obrada);
ekonomični životni vijek alata (trošak oštrenja ili nabave novog alata s obzirom na količinu proizvedenih proizvoda). Na životni vijek alata neposredno utječe toplina koja se razvija pri obradi (proizvedena toplina ne predstavlja problem, ako se može odvoditi jednako brzo kao što se i stvara).

Materijali koji se koriste za izradu alata imaju neku graničnu temperaturu nakon koje se oštrica brzo zatupljuje. Prosječne vrijednosti tih temperatura dane su u tablici:

Prosječne temperature nakon koje se oštrica brzo zatupljuje
Materijal alata	Granična temperatura (°C)
Visokougljični čelik	150
Brzorezni čelik (HSS)	600
Legure	700
Volframovi karbidi i titanijevi karbidi	870
Oksidna keramika	1 150

Brzina rezanja se računa pod pretpostavkom da su ispunjeni optimalni uvjeti rezanja što podrazumijeva:

stalno i dobro hlađenje;
optimalna količina odvojenog materijala;
odgovarajuću krutost sustava obradak - alat – stroj;
neprekinuti rez (u usporedbi s prekinutim kada se tokari pravokutni pripremak);
povoljnu strukturu materijala (bez otvrdnutih dijelova, uključaka pijeska (nakon lijevanja), ogorine i slično).

Ograničavajući čimbenici pri odabiru najveće brzine rezanja mogu biti:

svojstva stroja (snaga, okretni moment, najveća brzina vrtnje i najveći posmak);
tehničko stanje stroja (starost stroja, održavanje i slično).

Prevelika brzina rezanja može uzrokovati preveliko trošenje alata, lom alata ili odvajanje dijelova alata i to dovodi do mogućih opasnih uvjeta rada. Također može dovesti i do pregrijanja izratka što dovodi do njegovog znatnijeg širenja. Nakon hlađenja takav obradak će imati manje izmjere (dimenzije) od potrebnih. Jednako tako, pregrijavanje nekih materijala može dovesti do strukturnih promjena u površinskom sloju, mijenjajući mu na taj način svojstva.

Brzina vrtnje vretena kod tokarenja

Na osnovu brzine rezanja v_c (na primjer preporuke proizvođača alata) računa se broj okretaja vretena n (okr/s):

n={\frac {v_{c}}{\pi \cdot d}}

ili n (okr/min):

n={\frac {60\cdot v_{c}}{\pi \cdot d}}

gdje je: d - promjer obratka u metrima, v_c - brzina rezanja u m/s.

Kako brzina rezanja direktno utječe na vrijeme obrade, a značajno utječe i na veličine pri stvaranju odvojene čestice i pri trošenju oštrice reznog alata te na ostvarenje odgovarajuće kvalitete obrađene površine, potrebno ju je optimirati. U primjeni su najčešće dva kriterija optimiranja:

najkraće vrijeme obrade jednog komada (najveća produktivnost),
najniži trošak obrade jednog komada (najveća ekonomičnost).

Optimalni posmak

Najveće vrijednosti posmaka u ovisnosti o polumjeru vrha pločice tokarskog noža dane su u tablici niže:

Polumjer vrha pločice (mm)	0,4	0,8	1,2	1,6	2,4
najveći posmak (mm/okr)	0,13 - 0,25	0,25 - 0,50	0,35 - 0,70	0,5 - 1,0	0,7 - 1,5

Posmak se bira tako da se postigne najveće volumno odstranjivanje materijala za danu krutost sustava obradak-stroj-alat te raspoloživu snagu stroja.

Pri finoj obradi posmak (mm/okr) je određen zahtijevanom kvalitetom hrapavosti obrađene površine.

Hrapavost površine			Polumjer vrha pločice (mm)
Stare oznake	R_a	R_t	0,4	0,8	1,2	1,6
Stare oznake	R_a	R_t	Posmak (mm/okr)
N6	0,8	1,6	0,07	0,1	0,12	0,14
N7	1,6	4	0,11	0,16	0,19	0,22
N8	3,2	10	0,17	0,15	0,30	0,35
N9	6,3	16	0,22	0,32	0,39	0,45

Za postizanje vrlo male hrapavosti R_a < 0,8 μm veliki utjecaj ima i stanje rezne oštrice alata.

Na osnovu odabranog posmaka može se izračunati brzina posmaka v_f (mm/min):

v_{f}=f\cdot n

Dubina rezanja

Pri gruboj obradi dubina rezanja ograničena je dodatkom za obradu i snagom stroja, a povezana je s brzinom rezanja i posmakom. Što je veća dubina rezanja, broj prolaza će biti manji, a time i vrijeme izrade kraće.

Pri finoj obradi dubina rezanja je mala kako bi se dobila dobra kvaliteta obrade:

0,2 mm < a_p <0,5 mm.

Količina odvojenog materijala

Nakon određivanja parametara v_c, f i a_p, može se izračunati količina odvojenog materijala Q (mm³/min):

Q=a_{p}\cdot f\cdot v_{c}

Primjer izbora režima obrade

Materijal obratka		Vrsta reza¹⁾	Nož				Brzina rezanja⁴⁾ v_c240 (m/min)
vrsta	čvrstoća R_m (N/mm²)		tvrde kovine²⁾	kutovi na alatu³⁾			pri posmaku f (mm/okr)
vrsta	čvrstoća R_m (N/mm²)		tvrde kovine²⁾	γ (˚)	γ_f (˚)	λ (˚)	0,1	0,2	0,4	0,8	1,6
čelični lijev	< 520	m v	P 10 P 30	6 6	- - 5	0 - 4 5 - 10	135 -	110 -	95 40	80 32	- 27
	520 - 700	m v	P 10 P 30	6 6	- - 5	0 - 4 5 - 10	110 -	90 -	75 30	65 25	- 22
	> 700	m v	P 10 P 30	6 6	- - 7	0 - 4 5 - 10	70 -	60 -	50 20	45 17	- 14
meki čelik	< 520	m v	P 10 P 30	15 12	- - 3	0 - 4 5 - 10	250 -	210 -	180 85	150 70	- 60
polutvrdi čelik	500 - 700	m v	P 10 P 30	12 10	- - 3	0 - 4 5 - 10	220 -	185 -	155 65	130 55	- 45
tvrdi čelik	700 - 1000	m v	P 10 P 30	10 8	- - 3	4 - 6 5 - 10	165 -	135 -	110 45	85 35	- 25
legirani čelik	400 - 1000	m v	P 10 P 30	6 6	0 - 7	0 - 4 5 - 10	85 -	65 -	55 22	45 18	- 14
legirani čelik	1400 - 1800	m v	K 10 K 10	4 4	0- 3 - 7	0 - 4 5 - 10	-	30	25	15	-
Mn tvrdi čelični lijev	-	m s	K 10 K 10	0 0	- - 5	0 - 4 5 - 10	-	18	15	-	-
Mn tvrdi čelik kovani	-	m s	P 20 P 20	4 4	- - 5	0 - 4 5 - 10	-	18	15	-	-
nehrđajući čelik lijevani	600 - 700	m s	K 10 K 10	6 6	- - 5	0 - 4 5 - 10	30	25	20	15	-
nehrđajući čelik kovani	600 - 700	m s	P 10 P 20	12 12	- 0	0 - 4 5 - 10	80 -	65 40	50 30	45 25	-
alatni čelik	1500 - 1800	m s	K 10 K 10	0 0	- - 5	3 - 5 3 - 5	23	18	15	12	-

Napomena:

1) m - mali presjek, neprekinuti rez s dubinom rezanja do 3 mm i posmakom do 0,3 mm;
- s - srednji presjek, prekinuti rez s dubinom rezanja do 6 mm i posmakom do 0,6 mm;
- v - veliki presjek, prekinuti rez s dubinom rezanja do 10 mm i posmakom do 1,5 mm;
2) Vrste tvrdih kovina.
3) Kutovi na alatu: γ_f je kut fasete na prednjoj plohi, širokoj od 0,5 do 2 posmaka; α = 8˚. Kut fasete na stražnjoj plohi α_f = 8˚.
4) v_c240 brzina rezanja za postojanost T = 240 minuta. Za drugačiju postojanost alata vrijede omjeri:
- v_c60 : v_c240 : v_c480 = 1,26 : 1 : 0,89^[2]

Izvori

↑ Mladen Bošnjaković: ”Numeričko upravljani alatni strojevi “, Školska knjiga, 2016.
↑ "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.

[1] Mladen Bošnjaković: ”Numeričko upravljani alatni strojevi “, Školska knjiga, 2016.

[2] "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.

[1]

[2]