Pět kroků, jak udržet třísky pod kontrolou

Dobré utváření třísky, které vede ke vzniku třísek spirálového tvaru, zajišťuje dobrou životnost, snadný odvod i odstraňování třísek, stabilní a spolehlivý obráběcí proces, dobrou kvalitu obrobeného povrchu a efektivitu procesu obrábění. 

Utváření třísek ovlivňujeme obvykle úpravou řezných podmínek 

Jaké faktory vstupují do tvorby třísek 

V praxi lze pro ovlivnění utváření třísek využít různé skupiny faktorů, vážících se k obráběcím nástrojům, řezným podmínkám, materiálům a způsobu chlazení. Materiálové faktory zahrnují tvrdost či pevnost v tahu, tažnost i záležitosti struktury konkrétního obrobku. Tyto faktory nelze změnit a dosáhnout tak lepších třísek, obráběči však musí jejich dopad na utváření brát v úvahu. 

Vliv systému chlazení na utváření třísek je spíše jen podpůrný. Pevné vztahy mezi typem systému chlazení a jeho dopadem na utváření třísky je velmi obtížné vysledovat. Jedinou výjimkou jsou takzvané systémy HPDC (High Pressurized Directed Cooling), které jasně přispívají ke vzniku kratších třísek. Takovouto variantu chlazení představuje systém Seco Jetstream tooling. 

Vliv vlastností nástroje na utváření třísek je velmi častým tématem diskuzí. Nejdůležitějšími faktory jsou v této záležitosti úhly čela a nastavení ostří, rádius špičky břitu a geometrie ostří i utvařeče. Větší úhly čela, menší úhly nastavení ostří a větší rádiusy špiček vedou ke vzniku delších třísek. Vliv povlaku na břitech nástrojů není možné ve věci utváření třísek přesně definovat. 

A) Tříska B) Bez utvařeče C) S utvařečem D) Utvařeč třísky E) Nástroj F) Obrobek

Které faktory můžeme ovlivnit 

Nejpraktičtějším způsobem ovlivnění utváření třísek jsou změny řezných podmínek, které lze provádět velmi snadno a mají vysokou účinnost. Základním faktorem je zde práce s tloušťkovým poměrem třísky, tedy její štíhlostí. Je-li tloušťkový poměr třísky příliš malý, vznikají tzv. Čtvercové třísky, které způsobují příliš vysoké namáhání na špičce břitu, a tím významně zkracují jeho životnost. Příliš velký tloušťkový poměr třísky způsobuje vznik štíhlých, páskovitých třísek, které je zase velmi nesnadné dělit na menší části. Tloušťkový poměr třísky je definován jako šířka záběru dělená tloušťkou třísky. Hloubka řezu musí být pro daný posuv dostatečně velká na to, aby zamezila příliš malému či příliš velkému tloušťkovému poměru. Malé hloubky řezu v kombinaci s podobným posuvem vedou ke vzniku čtvercových třísek. Příliš malé posuvy znamenají dlouhé a páskovité třísky, jež prakticky nelze rozdělit. 

V praxi je často hloubka řezu daná. V takové situaci je klíčem k dobrému utváření třísek posuv. Vyhněte se příliš malým posuvům a dlouhým, páskovitým třískám, stejně jako příliš vysokým posuvům a třískám čtvercovým. Komplexnější vliv řezné rychlosti na utváření třísek bude v této kapitole dále pojednán ve větších detailech. 

Obecný popis základních typů třísek 

Aktuální průřez definuje čtyři různé typy třísek: 1) pilovité, článkovité a drobivé třísky, 2) dlouhé třísky s úzkou a přímou primární střižnou zónou, nebo dlouhé třísky se sekundární střižnou zónou na straně třísky směrem k čelu, 3) nárůstkovité třísky a 4) dělené či krátké třísky. 

Všechny třísky mají dva povrchy. Vnější povrch má jasný a lesklý vzhled, neboť klouže – a způsobuje opotřebení – na čele břitu obráběcího nástroje. Každá tříska má samozřejmě i vnitřní povrch, vzniklý z původního povrchu obrobku, s rozeklaným a hrubým vzhledem, daným působícím střihovým mechanismem. 

Příklady utváření třísky (zobrazená geometrie Seco MF2). Vlevo je operace s posuvem f = 0,1 mm/ot; vpravo operace s posuvem f = 0,3 mm/ot.

Neplynulé třísky 

Pilovité či článkovité třísky – zvané též jako neplynulé – jsou částečně spojité třísky s velkými oblastmi malého smyku a malými oblastmi vysokého smyku, to z pohledu lokalizace smykových napětí. Tyto typy třísek vznikají při obrábění materiálů s nízkou tepelnou vodivostí a vysokou tendencí k deformačnímu zpevňování. Pevnost materiálu narůstá se zvyšujícím se působením namáhání v jeho struktuře, zejména v kombinaci s vyššími teplotami, jak je tomu například u titanu. Takové třísky vypadají jako pilové zuby. 

Dlouhé třísky 

Dlouhé třísky vznikají při obrábění materiálů s vysokou tažností, jako jsou měkké oceli, měď a hliník. Plastická deformace tažného materiálu vede k utváření dlouhých, plynulých třísek, příznivých z pohledu řezného procesu, neboť tak vzniká nižší drsnost obrobeného povrchu, klesá spotřeba energie a životnost nástroje je delší. Dlouhé třísky často vznikají v případech, kdy je jejich tloušťka malá, řezná rychlost vysoká, břit nástroje ostrý, úhel čela nástroje velký, povrch čela břitu hladký a systém chlazení účinný. Takové třísky se obtížně ovládají i odstraňují. Mohou se stáčet do velmi dlouhých spirálových či šroubovitých tvarů, namotávají se na obrobek i nástroj a mohou způsobit poranění operátora. Čelo nástroje je s třískou v kontaktu delší dobu, a v důsledku tohoto tření vzniká více tepla. Tento problém může napravit utvařeč. K deformaci dochází podél úzké střižné zóny, která se nazývá primární zónou střihu. U některých dlouhých třísek může docházet ke vzniku sekundární zóny na straně třísky směrem k čelu. Tato zóna se při vzrůstajícím tření rozšiřuje. Dlouhé třísky se objevují i v případech, kdy je primární zóna střihu široká a má silněji zakřivené hranice. Spodní hranice deformační zóny – tzv. side flow efekt – může zasahovat i pod obrobený povrch, což narušuje jeho celistvost a vede ke zhoršení drsnosti. 

Nárůstek na břitu vzniká ve chvíli, kdy se na čelo začnou nalepovat malé částečky materiálu obrobku. K tomu dochází zejména při obrábění měkkých a tažných materiálů a utváření dlouhých třísek. Nárůstek může ovlivnit řeznou činnost nástroje. Materiál nárůstku je velmi tvrdý a křehký, a vlivem ukládání dalších a dalších vrstev ztrácí stabilitu. Když se nárůstek odlomí, část z něj odchází přes čelo nástroje společně s třískou, zbytek pak zůstává zatlačen do obráběného povrchu. Takové útvary narušují celistvost obrobené plochy. 

Utváření nárůstků lze zabránit použitím vyšších řezných rychlostí, větším úhlem čela, ostřejšími břity, chlazením a řezným materiálem, který má nižší chemickou afinitu vůči materiálu obrobku. 

Nespojité třísky 

Dělené třísky nebo krátké třísky – nazývané též nespojité – sestávají ze segmentů, které jsou navzájem oddělené. Takový typ třísek vzniká při obrábění křehkých materiálů, jako jsou bronzy, tvrdé mosazi a šedá litina, nebo u velmi tvrdých materiálů, případně takových, které obsahují tvrdé částice a nečistoty. Křehké materiály postrádají tažnost potřebnou pro příznivou plastickou deformaci třísek. Opakované lomy omezují rozsah deformace třísek. 

Nespojité třísky vznikají při obrábění křehkých materiálů za podmínek, jenž zahrnují velké tloušťky třísek, nízké řezné rychlosti a malé úhly čela. Na obráběcích strojích s nižší stabilitou způsobují krátké třísky potíže s mikro vibracemi, neboť během operace dochází k přerušovanému utváření. Tyto typy třísek však přece jistou výhodu mají: snadný odvod a odstraňování. Utváření takových třísek v křehkých materiálech vede k celkem dobře obrobenému povrchu, spotřebovává méně energie a nástroje vykazují delší životnost. U tažných materiálů ovšem znamenají krátké třísky horší kvalitu obrobeného povrchu a rozsáhlejší opotřebení břitů. 

Geometrie utvařečů třísek 

Dlouhé a plynulé třísky vykazují negativní dopady na efektivitu obrábění, s rizikem poškození nástroje, obrobku i obráběcího stroje. Mohou vést k nežádoucím přerušením výroby, způsobovaným problémy s odstraňováním třísek, a také ohrozit bezpečné pracovní podmínky operátorů. Takové třísky je třeba dělit na menší části pro zachování bezpečnosti, snadné odstraňování a prevenci poškození nástroje, stroje i obrobku. 

Třísky se v průběhu utváření zakřivují či stáčí v důsledku působení následujících faktorů: distribuce napětí v primární a sekundární střižné zóně, tepelné efekty, charakteristika deformačního zpevňování materiálu obrobku, geometrie řezného nástroje, v určité míře systém chlazení. 

Obecně lze říci, že se zmenšováním úhlu čela (negativní nástroje) dochází k těsnějšímu stáčení třísek, což vede k jejich zkracování a lámání. Utvařeče třísek slouží ke snižování poloměru zakřivení a dělení vznikajících třísek na menší úseky. 

Výběr geometrie utvařeče na základě typu operace, kombinace posuvu a hloubky řezu, a také druhu materiálu obrobku. 

Diagram utváření třísky. Jde o grafické vyjádření ukazující limity posuvu a hloubky řezu se zohledněním geometrie destičky, tvaru třísky a řezné síly.

Diagram utváření třísky 

Diagram geometrie utvařečů vyjadřuje vztah mezi materiálem obrobku, řeznými podmínkami, geometrií utvařeče a utvářením třísky. Tento diagram určuje směr úvah pro volbu hloubky řezu a posuvu, které budou vhodné při obrábění specifického materiálu nástrojem s konkrétní geometrií utvařeče. Vodorovná osa představuje posuv, který musí být vždy větší než určité minimum (šířka fazetky na řezné geometrii) a právě tak zůstat menší než určité maximum (nikdy ne vyšší než polovina velikosti rádiusu špičky). Svislá osa ukazuje hloubku řezu, jež musí být vždy větší než velikost rádiusu špičky, aby docházelo ke správnému utváření třísek a vyloučily se problémy při čtvercovém průřezu. Hloubka řezu navíc nikdy nesmí přesáhnout délku ostří daného nástroje. Je doporučeno zohledňovat přitom i faktory bezpečnosti, které závisí na pevnosti břitu konkrétního nástroje. V případě břitových destiček se tyto faktory mění v rozmezí 75 % (pro čtvercové a rombické destičky) a 20 % (pro kopírovací destičky s malým vrcholovým úhlem) z celkové délky ostří. 

Tloušťkový poměr třísky 

Obě veličiny, posuv i hloubka řezu zároveň – tedy tzv. tloušťkový poměr třísky – musí zůstávat v určité vymezené oblasti. Maximální tloušťkový poměr třísky musí být nižší než určité maximální hodnoty, aby nevznikaly příliš dlouhé páskovité třísky. Tloušťkový poměr třísky musí současně být vyšší než minimální hodnoty, aby nevznikly třísky čtvercové. Minimální a maximální hodnoty tloušťkového poměru třísky závisí na materiálu obrobku. Kvůli riziku zlomení břitu nesmějí být řezné síly přespříliš vysoké. 

Diagram utváření třísky dává do vztahu geometrii utvařečů a jejich využitelnost.

Vztah geometrie utvařečů a jejich využitelnosti 

Podívejme se podrobně na tabulku vztahu geometrie utvařečů a jejich využitelnosti. Vodorovná osa vyjadřuje relativní pevnost břitu. Svislá osa ukazuje typ operace využitelný pro určitou geometrii (F = dokončování; R = hrubování). Různé barvy dle ISO kódování specifických materiálových skupin symbolizují druhy obráběných materiálů, v nichž daná geometrie funguje nejlépe: modrá pro oceli, červená pro litiny, žlutá pro nerezové oceli, hnědá pro superslitiny a šedá pro kalené oceli. Tento diagram řadí různé geometrie utvařečů (Seco značení FF1, FF2, MF1 … RR97) podle relativní pevnosti jejich břitů a jejich využitelnosti. Vodorovná osa představuje relativní pevnost břitu dané geometrie. Do určité míry se dá říci, že vyjadřuje také posuvy využitelné pro tuto geometrii. 

Svislá osa vyjadřuje typ aplikace, s řazením od dokončování (malé hloubky řezu) až po hrubování (velké hloubky řezu). I zde do určité míry platí, že hodnoty vyjadřují využitelnost pro danou geometrii. Konkrétní velikost břitové destičky – tedy délka ostří – také ovlivňuje efektivní hloubku řezu. Různé barvy dle ISO kódování indikují, pro jaký druh materiálu je daná geometrie určená. 

Geometrie umístěná v levé dolní část diagramu je velmi ostrá a utváří krátké třísky, zároveň však má nižší pevnost břitu, což tedy také vyžaduje nastavení příslušně nižších řezných parametrů (hloubek řezů a posuvů). Naproti tomu geometrie v pravé horní oblasti diagramu mají velmi pevné břity a mohou být využívány za vysokých parametrů, mají však tendenci k utváření dlouhých třísek. 

Pět kroků pro bezproblémové utváření třísek

1. Určete prioritní kritérium optimalizace procesu: buď produktivita, nebo efektivita nákladů. 
2. Je-li utváření třísky příznivé, jděte na krok 5. Jsou-li třísky příliš dlouhé, jděte na krok 3. Jsou-li třísky příliš krátké, jděte na krok 4.
3. Je-li důležitá produktivita, zvyšte posuv. Je-li důležitá efektivita nákladů, použijte utvařeč s pevnější geometrií. Udržujte posuv v rozmezí daném pro konkrétní geometrii utvařeče. Jděte na krok 5. 
4. Je-li důležitá produktivita, použijte utvařeč s ostřejší geometrií. Je-li důležitá efektivita nákladů, snižte posuv. Udržujte posuv v rozmezí daném pro konkrétní geometrii utvařeče. Jděte na krok 5. 
5. Je-li prioritou efektivita nákladů, snižte pro její zlepšení řeznou rychlost. Je-li prioritou produktivita, zvyšte pro její zlepšení řeznou rychlost. 

www.secotools.com

foto: Seco Tools