Témata
Reklama

Mechanizmy opotrebovania nastrojov pri obrábaní

Opotrebovanie je interakciou medzi rezným nástrojom, materiálom obrobku a reznými podmienkami obrábania. Mechanizmus opotrebovania je charakterizovaný oterom elementárnych častíc medzných dotykových vrstiev a ich odstraňovaním vo forme produktov opotrebovania zo zóny rezania. Celkové opotrebovanie reznej hrany je spravidla výsledkom oteru, plastickej deformácie a krehkého porušenia.

Podstata a mechanizmy opotrebovania rezných nástrojov

Moderná tribológia rozlišuje štyri základné mechanizmy opotrebovania podľa DIN 50321.
Mechanizmus opotrebovania abráziou
Predstavuje prenos materiálu v trecej dvojici vyvolaný prítomnosťou "tvrdých častíc". Pri rezaní je "tvrdá častica" produktom vzniku triesky, a preto sa vyskytuje ako:
  • dôsledok technológie výroby a prípravy materiálu obrobku (metalurgia a tepelné spracovanie, karbidické fázy v oceliach apod.) - "tvrdá častica" je produkt vzniku triesky;
  • produkt opotrebovania vytvorený inými mechanizmami (napr. únavou povrchu rezného klina);
  • súčasť trecej dvojice vyvolávajúca abráziu - "tvrdá častica" - je "rezná hrana" pri brúsení a lapovaní.
  • Mechanizmus opotrebovania adhéziou
    Vyskytuje sa pri pohybe dvoch kĺznych plôch, ak pôsobením normálových síl nastáva deformácia v oblasti výšky nerovností. Dôsledkom je vytvorenie mikrozvarov (resp. mikronávarov), ktoré sú okamžite porušené pohybom medzi dvomi kontaktnými plochami. Vytvorenie mikronávaru spôsobuje adhézia a v tom mieste sa časti nerovností povrchov v kontakte prenášajú z jednej trecej plochy na druhú. Porušením mikrozvaru dochádza k rastu koeficientu trenia. Pri rezaní horná časť trecej dvojice predstavuje vytvorenú triesku. Adhézia predstavuje komplexný jav, ktorého vznik podmieňuje:
  • topografia povrchov v kontakte a blokovanie nerovností povrchu pri vzájomnom pohybe;
  • prenos produktov opotrebovania sprevádza difúzia na úrovni atómov medzi trecími plochami;
  • prenos elektrónov a tvorbu dvojitej vrstvy (s rozdielnou pásmovou štruktúrou), adhéziu vyvolávajú elektrostatické sily na tzv. dvojitej vrstve;
  • účinok primárnych a sekundárnych väzieb medzi kontaktnými plochami, sekundárne väzby (napr.van der Waalsova sila) sú vždy slabšie oproti primárnym.
  • Mechanizmus opotrebovania únavou povrchu
    Pôsobí vždy s mechanizmom abrázie a adhézie. Únava povrchu pri trení je dôsledkom sekvenčného účinku pružnej deformácie, spevnenia povrchu trecej dvojice sprevádzaného tvorbou a šírením únavových (mikro)trhlín na alebo pod zaťaženým povrchom. Pri rezaní je účinok nerovností daný vytvorenou trieskou a zaťaženú plochu predstavuje kontakt triesky s rezným klinom. Produkt opotrebovania môže byť častica lístkového tvaru vytvorená únavou povrchu pri opakovanom deformačnom zaťažení trecej plochy. Lístkový, resp. laminárny tvar produktu opotrebovania je typický pre húževnaté nástrojové materiály (od toho termín opotrebovanie delamináciou). Únavu povrchu pri opotrebovaní popisuje delaminačná teória, podľa ktorej k únave povrchu vedie postupnosť alebo nezávislosť následovných javov:
  • nerovnosti kontaktu sa zahladzujú plastickou deformáciou;
  • každý kontakt je vystavený cyklickému zaťaženiu;
  • deformácia subštruktúry vedie k nukleácii trhlín pod zaťaženým povrchom;
  • postupné zoslabenie povrchovej vrstvy mikrotrhlinami vedie k oddeľovaniu produktov opotrebovania lístkového tvaru, alebo lamely.
  • Mechanizmus opotrebovania tribochemickou reakciou
    Je spojený s javom záderu (anglicky termín - the seizure) medzi trecími plochami. Záderom sú vytvorené nové a súčasne chemicky čisté povrchy na oboch trecích plochách, po ktorom dochádza ku reakcii s prostredím. Reakcia chemicky čistého povrchu s prostredím vedie k tvorbe tzv. oxidických vrstiev, ktoré sú postupne odoberané (ako produkt opotrebovania) pohybom trecej dvojice. Opotrebovanie tribochemickou reakciou je dôsledom tvorby, štiepenia, úberu a prenosu oxidických vrstiev a má tri rozlišujúce znaky:
  • tribochemická reakcia je dôsledok adhézie a prejavuje sa porušovaním kovových väzieb medzi nerovnosťami plôch trecej dvojice;
  • štiepenie a porušenie oxidickej vrstvy nastáva v dôsledku tlaku medzi trecími dvojicami;
  • produkt opotrebovania má abrazívny účinok a nadväzujúca tvorba novej oxidickej vrstvy.
  • Členenie mechanizmov opotrebovania podľa DIN 50 321 možno adaptovať na rezanie pri modelových predstavách. Problémom môže byť otázka, ako podľa DIN zaradiť difúzne, oxidačné, resp. iné druhy alebo mechanizmy opotebovania. Difúzny mechanizmus môžeme považovať za aktiváciu adhézie pôsobiacej pri únave povrchu čelnej plochy rezného klina.
    Ak členenie podľa panov Nam P. Suha a B. Kramera uvažuje únavu povrchu formou delaminácie, potom je opotrebovanie spolu s pôsobiacimi mechanizmami súčasťou celkového poškodenia rezného klina deformáciou a lomom.
    Každé opotrebovanie rezného klina sa vyznačuje:
  • zmenou charakteristického rozmeru,
  • hmotnostnou stratou,
  • ktoré vyjadruje charakteristická krivka opotrebovania na obrázke.
    Pretože rezné nástroje sú opotrebované zrýchlenou formou, potom mechanizmus opotrebovania je čiastočne rozlíšený priebehom charakteristickej krivky. Abrazívny mechanizmus neumožňuje rozlíšiť pásma zábehu, normálneho a zrýchleného opotrebovania (typické pre rozmer VBB - nem. Verschleissmarkenbreite - zóna opotrebovania na chrbtovej ploche rezného klina v oblasti B, vysoké rezné rýchlosti). Predmetné pásma opotrebovania rozlišujú adhézia a tribochemické reakcie (typický rozmer VBB a stredné rezné rýchlosti). Únava povrchu nerozlišuje zábeh, iba nadmerné opotrebovanie (typický rozmer KT - nem. Kolktiefe, hĺbka žliabku na čelnej ploche rezného klina).
    Charakteristické krivky opotrebovania s členením podľa pôsobiaceho mechanizmu - J. Beňo: Teória rezania kovov
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Opotrebovanie rezných nástrojov v praxi

    Obrázky dokumentujú vonkajšie prejavy opotrebovania pri axiálnom sústružení ocele 17242 pri rezných podmienkach: sústruženie - nástroj s reznou doštičkou firmy Sandvik Coromant-WNMG 080404-NG, vc = 120 m.min-1 , f = 0,25 mm, ap = 1 mm, a vŕtanie - vc = 25 m.min-1, f = 0,1 mm, ap = 2,75 mm, nástroj firmy Dormer - A520 s TiN. Pre zábehové pásmo (obrázok b) je typické vytvorenie kontaktnej plochy, na vedľajšej chrbtovej ploche je zreteľný oxidický účinok prostredia. Termické zaťaženie kontaktnej plochy je nepriamo určené eliptickým obrysom na oboch chrbtových plochách. Termické zaťaženie opotrebovania pozorujeme aj na čelnej ploche (obrázok a). Opotrebovanie v pásme III podľa obrázka c (s ohľadom na tvar utvárača triesky na reznej doštičke) vykazuje prevládajúci mechanizmus únavy povrchu, pretože plocha kontaktu sa zväčšuje aj napriek prítomnosti drážky umožňujúcej tvarovanie triesky. Rast kontaktnej plochy únavou povrchu sa však dosiahne až pri takom čase rezania, ktorý z hľadiska definovanej operácie obrábania nie je ničím odvôvodnený. Naopak rezanie pri nadmernej únave povrchu čelnej plochy (obrázok d až f) je sprevádzané viacerými negatívnymi javmi (zhoršenie obrobeného povrchu a jeho vlastností, zhoršené tvarovanie triesky ai.), až nakoniec dochádza k vylomeniu častíc reznej doštičky (obrázok g).
    Podobné vonkajšie prejavy opotrebovania boli pozorované aj pri technologickej metóde vŕtanie, s aplikáciou skrutkovicových vrtákov (obrázok h až j). Termické nábehové zaťaženie s oxidáciou povrchu pozorujeme na hlavnej reznej hrane (obrázok i) a na priečnej reznej hrane (obrázok h). Na obrázku j pozorujeme vylomenie častíc, čo je typické pre III. pásmo charakteristickej krivky opotrebovania. Na základe výsledkov z analýzy opotrebovania nástrojov pre obrábanie (sústruženie a vŕtanie) ocele 17242 môžeme konštatovať, že je potrebné dodržať tieto technologické podmienky:
  • aplikovať prednostne spekané karbidy skupiny M;
  • zabezpečiť požadovanú tuhosť technologickej sústavy;
  • pre vnútorné operácie používať chladiace a mazacie médium;
  • voliť minimálny polomer reznej hrany;
  • rezný nástroj vymeniť už pri minimálnom otupení reznej hrany, resp. preostriť reznú hranu;
  • dokladovať obrábaný materiál atestom;
  • vyžadovať technologickú disciplínu od výrobných pracovníkov, technikov a technológov;
  • voliť rezné nástroje pre sústruženie s kladnou geometriou reznej časti nástroja, ak to dovoľuje jej húževnatosť a podmienky obrábania;
  • rezné nástroje voliť s maximálnym prierezom pre zabezpečenie dostatočnej tuhosti a dobrého odvodu tepla nástrojom.
  • Ing. Jozef Jurko
    Reklama
    Vydání #12
    Kód článku: 21207
    Datum: 11. 12. 2002
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Pohodlné upínání magnetem

    Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

    Strojírenské podniky v době pandemie

    Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

    Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

    Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

    Související články
    Kloubový robot uvnitř stroje

    V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Přesnost zvyšující produktivitu

    Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

    Československá stopa u nového rekordu

    Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

    Pro větší efektivitu ve výrobě

    Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

    Vlajková loď pětiosého obrábění

    Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

    Novinka z varnsdorfské líhně

    Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

    Vyvrtávání hlubokých otvorů

    V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

    Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

    Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

    Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

    Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

    CNC řízení pro rychlostní a multifunkční obrábění

    Výsledek obráběcího procesu v parametrech přesnost/rychlost/povrch je dán mnoha faktory na straně stroje, nástrojů, způsobu programování a upínání, přičemž může existovat i více cest k jednomu stanovenému cíli. V tomto článku bychom se chtěli zaměřit na CNC řídicí systém, který je dnes bezpochyby podstatnou a nenahraditelnou složkou tohoto procesu. Řídicím systémem přitom většinou rozumíme jak vlastní řídicí počítač, tak i pohony os a vřeten a systémy odměřování polohy.

    Robot s dvojitým uchopovačem zrychlil obsluhu CNC stroje

    Osvald Jensen A/S je dánská rodinná firma dodávající strojírenské produkty pod vlastní značkou. Ve své továrně v Dánsku firma vyvíjí a vyrábí součástky do převodovek pro široké spektrum využití. Zaměřuje se na produkci vysoce kvalitních šnekových převodovek, převodových ústrojí a ozubených kol nejrůznějších velikostí.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit