Efektivní obrábění nových keramických materiálů

Abstract

Pokročilá keramika se dlouhodobě drží na předních příčkách seznamů perspektivních materiálů pro high-tech aplikace. Nejčastějším problémem jsou vysoké náklady na design, výrobu a opracování keramických dílů. Hlavním smyslem rozvoje technik zpracování keramiky je tedy cenově přijatelná, velkoobjemová výroba. Disertační práce je zaměřena na broušení karbidu křemíku SiC. Jedná se o materiál, který díky svým vynikajícím vlastnostem, nachází uplatnění při konstrukci strojních součástí. Hluboká znalost procesu broušení diamantovými kotouči je důležitá proto, že se jedná o jednu z dokončovacích metod obrábění a má tedy přímý vliv na kvalitu a pevnost dílů vyrobených z SiC. Stěžejní je zde otázka celkové kvality povrchu součástí po broušení diamantovým kotoučem a znalost faktorů, které mají na kvalitu povrchu vliv. Mezi tyto faktory patří zejména vibrace při broušení. Hlavním smyslem práce je vytvoření systému konkrétních vědecko-technických informací, které umožní aplikovat optimální technologické postupy při zpracování keramických součástí. Teoretická část práce obsahuje rozbor současného stavu poznání v oblasti obrábění keramiky, detailní rozbor procesu broušení keramiky diamantovými kotouči, teorii zpracování signálu a rozbor metod hodnocení kvality povrchu. Experimentální část obsahuje analýzu a diskuzi výsledků získaných při monitorování procesu broušení karbidu křemíku diamantovým brousicím kotoučem. Různými diagnostickými metodami byla potvrzena přítomnost kmitání o frekvenci blízké otáčkové frekvenci nástroje, které mělo zásadní, negativní vliv na kvalitu povrchu vzorků. Vibrační diagnostikou byl lokalizován konkrétní zdroj kmitání (upnutí obrobku) a následně byl odstraněn.

Advanced ceramics have long held the front of the list of promising materials for high-tech applications. The most common problem is the high cost of design, production and machining of advanced ceramics parts. The main sense of advanced ceramics processing techniques development is affordable, high-volume production. The dissertation is focused on SiC silicon carbide grinding. SiC is used in the design of machine parts due to its excellent properties The deep knowledge of the diamond wheel grinding process is important because it is one of the finishing methods and therefore has a direct impact on the quality and strength of the SiC parts. The key issue here is the overall surface quality of the parts after diamond wheel grinding and the knowledge of the factors that influence the surface quality. These include, in particular, grinding vibrations. The main purpose of the thesis is to create a system of specific scientific and technical information, which will allow applying optimal technological procedures in the processing of ceramic components. The theoretical part of the thesis contains an analysis of the current state of the art in the advanced ceramics machining area, detailed analysis of the ceramics grinding with diamond grinding wheels, signal analysis theory and analysis of surface quality assessment methods. The experimental part contains analysis and discussion of the results obtained during the monitoring of the silicon carbide grinding process with a diamond grinding wheel. Various diagnostic methods have confirmed the presence of vibrations at a frequency close to the speed frequency of the grinding wheel, which had a significant, negative effect on the samples surface quality. Vibration diagnostics has identified a specific source of vibration (clamping of the workpiece) and it has been removed subsequently.