Chlazení nástrojů: stále aktuální problém

Při obrábění je břit řezného nástroje namáhán řeznými silami a teplem. Velikost řezných sil je dána odporem materiálu proti porušení.

Materiálové inženýrství vyvíjí a k dispozici konstruktérům dává stále nové druhy materiálů. Nové materiály jsou určeny především pro letecký a automobilový průmysl. Jejich použití je však také v medicíně, při výrobě lodí a v dalších oblastech průmyslu.

Jde o materiály, které mají vysokou pevnost (mnohdy vyšší než ocel), ale menší hmotnost, jsou odolné proti teplotám a opotřebení. Konkrétně to jsou nové kompozitní materiály, keramika vyztužená vlákny, titanové slitiny a slitiny, které mohou pracovat za vysokých provozních teplot. Jejich nevýhodou je však špatná obrobitelnost daná především malou tepelnou vodivostí a vysokou pevností.

Dosavadní způsoby chlazení

U těchto materiálů jde vyvinuté teplo především do břitu nástroje a částečně odchází s třískou. Tato skutečnost nutí technology řešit především otázku chlazení břitu nástroje. Nejznámějším a dosud v praxi nejpoužívanějším způsobem chlazení je povodňové chlazení. Tento způsob má poměrně omezený účinek daný především tím, že se chladicí tekutina nedostane do místa vzniku a odvodu třísky, kde jsou velké kontaktní tlaky a také nejvyšší teploty. Dostatečný chladicí efekt má při menších řezných rychlostech a při obrábění běžných konstrukčních materiálů. Chlazení mlhou dává poněkud lepší výsledky. Chladicí tekutina je zde ve formě kapiček, které mají možnost vlivem kapilárních sil proniknout i do bezprostřední blízkosti styku třísky a čela nástroje.

Směrové chlazení

Ještě lepších výsledků se dosahuje chlazením tlakovým proudem tekutiny nasměrovaným do místa řezu. Tento způsob má dvě výhody. Za prvé se chladicí tekutina dostane ještě více do styku třísky a čela nástroje než u chlazení mlhou a za druhé tlaková tekutina pomáhá při správném nasměrování proudu k lepšímu utváření třísky nebo přímo k usnadnění obrábění. Možnost přívodu chladicí tekutiny pod tlakem přímo do místa vzniku třísky a současně zlepšení oddělování třísky je na obrázku 1. Tato úprava nástroje je podrobně popsána v užitném vzoru číslo 17715 „Řezný nástroj využívající externí zdroj energie pro zvýšení řezného výkonu“. Pro obrábění se zde využívá kombinace oddělování materiálu (třísky) tlakem břitu nástroje a současným působením kapaliny o vysokém tlaku. Nástroj je konstruován tak, že v jeho tělese je vytvořen jeden nebo více kanálků (případně otvorů), uspořádaných tak, aby bylo možné jimi přivést tlakovou chladicí tekutinu. Nástroj usnadňuje obrábění těžkoobrobitelných materiálů jak kovových, tak také plastů, kompozitů apod.

Chlazení pod břitem

Všechna dosud popsaná řešení se snaží provádět chlazení z vnějšku vyměnitelné břitové destičky, tedy z čelní strany břitu. Jiné řešení je uvedeno v autorském osvědčení AO 251 342 „Břitová destička“. Zde je navržena dutá vyměnitelná břitová destička, která umožňuje chlazení dna břitové destičky bezprostředně pod činným (obrábějícím) břitem. Chladicí tekutina je přiváděna tělesem nástroje přímo pod obrábějící břit destičky, kde probíhá chlazení. Chladicí tekutina se přivádí jedním kanálkem vytvořeným v tělese nástroje pod břitovou destičku, odtud odchází druhým kanálkem zpět do chladicího systému stroje (obr. 2).

Jiné možné provedení obsažené ve výše uvedeném autorském osvědčení: prostor vytvořený v břitové destičce je z části vyplněn tekutinou, která má vysokou tepelnou vodivost. Tato tekutina se vlivem rozdílu teplot pod činným břitem a ostatními částmi destičky pohybuje, a tím dochází k ochlazování. Prostor uvnitř destičky může být také vyplněn tuhým materiálem, který má velkou tepelnou vodivost, čímž se dosáhne rovněž intenzivního teplotního spádu, a tím i chlazení břitu.


Výhodou těchto provedení je, že chlazení probíhá v bezprostřední blízkosti zdrojů tepla, aniž by bylo nutné překonávat poměrně vysoké kontaktní tlaky mezi třískou a čelem nástroje. Zvýšení intenzity chlazení a tedy snížení teploty na břitu vede ke snížení opotřebení břitu nebo naopak je možné obrábět při vyšších řezných rychlostech.