Měření vybraných parametrů integrity povrchu po obrábění těžkoobrobitelných materiálů

Jan Schiffner

Doctoral thesis

Measuring of Surface Integrity Parameters after Machining of Hard Machinable Materials

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá obráběním těžkoobrobitelných materiálů se zaměřením na superslitiny a dále hodnocením celého procesu. Náročnější materiály vyžadují zavádění nových pokročilých přístupů, progresivních řezných nástrojů a prostor pro inovaci celého procesu. Hlavním cílem práce je otestovat vybrané doporučené řezné nástroje a následně hodnotit celý proces obrábění s ohledem na vlastnosti vybrané slitiny a také přispět k širšímu poznání v oblasti obrábění superslitin v praxi. Dalším cílem práce je analyzovat současný stav poznání ve sféře těžkoobrobitelných materiálů a superslitin se zaměřením na titan a jeho slitiny. Důležité je definovat proces obrábění a následně popsat vliv chování obráběného materiálu na řezné nástroje, jejich opotřebení, tvorbu třísky a vybrané parametry integrity povrchu. Titan a jeho slitiny se během posledních desítek let staly velmi komerčně využívané a významné v mnoho průmyslových odvětvích. Titanové slitiny se často objevují ve strojírenství v oblastech automobilového, leteckého a kosmického průmyslu. Je to zejména z důvodu jeho odolnosti proti korozi a pevnosti v kombinaci s nízkou měrnou hmotností. Titan a jeho slitiny jsou schopny vydržet v mořském prostředí několik desítek let, kde jiné materiály (kovy) mají omezený životnostní cyklus. I přes jeho rozšířenost je cena velmi vysoká. Proces těžby titanu je finančně náročný a to jeho cenu ještě navyšuje. Experimentální činnost je realizována v prostorách VŠB – TU Ostrava, Fakulty strojní ve spolupráci s Žilinskou univerzitou v Žilině a je zaměřena na funkční testy vybraných řezných nástrojů, které byly vyspecifikovány na základě poznatků z teoretické části disertační práce. Titanové slitiny jsou označovány jako materiály, které mají zhoršenou obrobitelnost a z toho důvodu vyžadují dobré znalosti z oblasti procesu obrábění. Výsledky disertační práce budou použity jako základ pro další bádání v této problematice, jako podklady pro tvorbu studií a doplnění aktuálních znalostí či vyvrácení již publikovaných tvrzení.

Abstract:

The presented dissertation thesis deals with the machining of hard-machinable materials with a focus on super-alloys and further evaluation of the whole process. More demanding materials require the introduction of new advanced approaches, progressive cutting tools and room for innovation of the entire process. The main goal of this thesis is to test selected recommended cutting tools and then evaluate the entire machining process with respect to the properties of the selected alloy and to contribute to a broader knowledge in the field of machining super-alloys in practice. Another goal of this work is to analyse the current state of knowledge in the field of hard-machinable materials and super-alloys with a focus on titanium and its alloys. It is important to define the machining process and then describe the influence of the behaviour of the machined material on the cutting tools, their wear, chip formation and selected parameters of surface integrity. Titanium and its alloys have become very commercially used and important in many industries over the last decades. Titanium alloys are often used in engineering (automotive, aerospace industries). It is mainly due to a corrosion resistance and strength combined with low specific gravity. Titanium and its alloys are able to last in the marine environment for several decades, where other materials (metals) have a limited life cycle. Despite its prevalence, the price is very high. The process of titanium mining is financially demanding and this increases its price even more. The experimental activity is carried out at VŠB – TU Ostrava Faculty of Mechanical Engineering in cooperation with University of Žilina, Žilina (Slovakia) and it is focused on functional tests of cutting tools, which were specified on the basis of knowledge from the theoretical part of the dissertation thesis. Titanium alloys are referred to as materials that have impaired machinability and therefore require good knowledge of the machining process. The results of the dissertation thesis will be used as a basis for further research in this area, as a basis for creating studies and supplementing current knowledge or refuting already published statements.

Keywords

Soustružení, titan, opotřebení, tříska, zbytková napětí, drsnost povrchu, deformační zpevnění.

Keywords

Turning, titanium and titanium alloys, wear, chip, residual stresses, surface roughness, strain hardening.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 8. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 5. 11. 2021
• Supervisor: Robert Čep
• Reader: Michal Hatala, Josef Chladil, Dana Stančeková

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Strojírenská technologie