Experimentální ověření vlivu tepelných a mechanických rázů na stav ostří při nepravidelném přerušovaném řezu

Adam Janásek

Doctoral thesis

Experimental Influence Verification of Thermal and Mechanical Beats on Edge Status at Irregular Interrupted Cutting

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá experimentálním ověřováním vlivu tepelných a mechanických rázů a jejich následných vlivů na stav ostří při pravidelném nebo nepravidelném přerušovaném řezu. Testovány jsou celkem čtyři druhy keramických vyměnitelných břitových destiček od dvou světových dodavatelů vždy na bázi nitridické nebo oxidové keramiky. Porovnáván byl vždy materiál odlišný svým chemickým složením. Pro testování byla použita běžná ocel typ C45, referenční etanolový materiál pro třídu obrobitelnosti 14b, a ocel typ 14MoV6-3, materiál s vyšší houževnatostí vhodná pro práci za vyšších teplot. Práce se skládá z teoretické části, která souhrnně sumarizuje rozdělení nejčastějších nástrojových materiálů využívaných pro moderní procesy obrábění, detailněji popisuje moderní druhy keramických materiálů, následuje popis procesu vnitřního pnutí vznikajícího při procesu obrábění, metody testování přerušovaným řezem a vliv mechanických nebo tepelných rázů na proces obrábění. V experimentální části je uveden popis a návrh experimentu včetně následného vyhodnocení pro jednotlivá měření. V první fázi jde o měření mechanických rázů pravidelným nebo nepravidelným přerušovaným řezem, který je vyvolaný odlišným počtem upnutých lišt v simulátoru přerušovaného řezu a pro dvě hodnoty posuvů. Dále následuje měření tepelných rázů při nepravidelném přerušovaném řezu, měření opotřebení vyměnitelných břitových destiček, snímání charakteru tvorby třísky a mechanismus tvorby třísky. Postupným prohlubováním znalostí o procesu byla problematika rozšířena také o měření vnitřního pnutí pro všechny hodnoty pravidelného a nepravidelného přerušovaného řezu a všechny použité posuvy. Závěrem byly porovnány nejčastější využívané parametry drsností, jako je průměrná aritmetická odchylka Ra a největší výška profilu Rz, a to při prvotním záběru vyměnitelné břitové destičky. Hlavním cílem práce je ověření odolnosti vytipovaných nástrojových materiálů vůči mechanickým a tepelným rázům, které vznikají během přerušovaného řezu, a jejich vliv na rovnoměrný nebo nerovnoměrný přerušovaný řez. Rozšiřující měření vnitřního napětí se snaží získat nové informace o tlakových nebo tahových napětí při pravidelném a nepravidelném přerušovaném řezu. Měření se také snaží získat podrobnější informace pro proces probíhající během vnitřního pnutí s cílem eliminovat hodnotu napětí, která může vést ke změně v materiálu a to převážně mechanických vlastností tak, aby došlo k optimálnímu rozložení pnutí v celém objemu.

Abstract:

The purpose of this PhD thesis is to investigate the effects of experimental influence verification of the thermal and mechanical beats and their subsequent impact on the edge status at regular or irregular interrupted cutting process. The sample was selected from four type of indexable inserts made of ceramic cutting materials supplied by two leading global manufacturers based on nitride or oxide ceramic compositions. The material distinct in their chemical composition was compared. We tested a popular medial carbon steel grade C45, which is in a 14b class at reference material, and grade 14MoV6-3, which is material with a higher toughness and suitability for higher working temperatures. The theoretical part is an initial attempt to investigate the division of the most common cutting tool material used for modern machining technology for industry, describes the modern ceramic materials, which are classified as advanced ceramic, followed by a description of residual stress created by machining process, method of interrupted cut’s testing and the effect of mechanical and thermal stresses on cutting process. The practical part focuses on description and experimental design, including subsequent evaluation of individual measurements. Firstly was measured mechanical beats by regular or irregular interrupted cut, which was caused by different number of clamped slats in the interrupted cut simulator and two values of feeds. The following chapter is describing the thermal shock measurement at irregular interrupted cut, a digital measuring module for tool wear insert, monitoring of chip’s character in machining and mechanism of chip formation. The residual stress measuring, for all values of regular or irregular interrupted cutting process and for all feeds, was also extended after gradually deepening knowledge about process. Finally, the most commonly used roughness parameter, arithmetic average deviation Ra and maximum height of the profile Rz, was compared at the initial engagement of the cutting inserts. The major objective of this study is to verify a resistance of selected cutting tool materials to mechanical and thermal stresses which are created during interrupted cutting, and their impact on regular or irregular interrupted cuts. In order to get a better comparison, we used others testing method as measurement of residual stresses and analysis of compressive and tensile stresses at regular or irregular cutting process. The measurements are also trying to get more detailed information about process while residual stress in order to eliminate volume of internal forces which might lead to changes in the material, mainly changes in the mechanical properties, and get the optimized stresses over its volume.

Keywords

obrábění, mechanický ráz, tepelný ráz, nepravidlný přerušovaný řez, vyměnitelná břitová destička, keramika

Keywords

machining, mechanical stress, thermal stress, irregular intrrupted cutting, indexable cutting insert, ceramic

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 8. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 29. 10. 2015
• Supervisor: Robert Čep
• Reader: Karol Vasilko, Karel Kouřil, Josef Pilc

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Strojírenská technologie