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

    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
    Teleskopické kryty s rodným listem

    Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.Moderní obráběcí stroje jsou sofistikované mechatronické celky, kde pohyb jednotlivých částí stroje zajišťují pohybové osy (lineární a rotační) vybavené vedením, zpětnovazebně řízeným pohonem a vhodným krytem. Ačkoliv kryty nejsou vnímány jako klíčový komponent stroje, díky zajištění ochrany osy před nepříznivými vlivy okolí a znečištěním od výrobního procesu pomáhají zajistit spolehlivost chodu celého stroje. Krytování však působí v rámci pohybové osy jako přidaná hmota a zdroj pasivních odporů. Tím jsou negativně ovlivněny vlastnosti osy (např. dynamika a přesnost pohybu) a množství energie, nutné pro vyvození pohybu.

    Japonské brousicí stroje

    Japonská společnost Okamoto působí na trhu již necelých sto let. Za dobu své existence vyprodukovala mnoho typů strojů, všechny však brousicí. Následující článek představuje historii tohoto tradičního japonského výrobce a průřez portfoliem brousících strojů.

    Alternativa k aditivním technologiím

    Kdo rychle potřebuje nějaký prototyp, tomu doporučuje výrobce strojů Röders z německého Soltau místo výroby s následným leštěním vyfrézovat model z celého bloku hliníku. "To jde mnohem rychleji," říká vedoucí prodeje Dr.-Ing. Oliver Gossel. Jak lze tímto způsobem vyrobit držák na mobil za 30 minut - a to dokonce s vysoce lesklým povrchem - demonstruje Röders na svém stroji RXP601 s použitím 6 mm diamantové frézy od firmy Horn.

    Související články
    Nový rekord v HPC frézování

    Společnosti Chiron a Gühring, výrobce strojů a specialista na nástroje, společně dosáhly významného rekordu v oblasti vysokovýkonného frézování: 1 000 cm3 oceli (16MnCr5) bylo obrobeno za 60 sekund. To představuje úběr osmi kilogramů oceli za minutu. A také extrémní třískový objem v čase a enormní posuv.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Nástroje ve znamení podnikové mantry

    Tento článek si klade za cíl představit zajímavé nástroje, z nichž některé se dokážou sami ohlásit k údržbě, některé se dokážou třeba i samostatně nastavit. Vše je inspirováno dnešní podnikovou mantrou jednoduché obsluhy, procesní spolehlivosti a úspory vedlejších časů a tím i nákladů.

    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.

    Manipulační systém HS flex heavy

    Firma Hermle se již téměř dvacet let zabývá automatizací svých obráběcích center a jako pokračování tohoto vývoje nyní uvádí na trh výkonný, kompaktní a rovněž cenově mimořádně atraktivní automatizační nástroj - manipulační systém HS flex heavy.

    Bezobslužná výroba forem rychle a přesně

    Požadavky na výrobce nástrojů pro vstřikování plastových dílců rostou kontinuálně, současně se zvyšuje tlak na ceny ze zemí s nízkými mzdami. Pro výrobu těchto nástrojů jsou proto vyžadovány obráběcí stroje, které jsou vysoce produktivní i velmi přesné, aby bylo možné snížit náklady na opravu zmetků a rychle splnit přání zákazníků. Kromě toho musí "ladit" podpora ze strany výrobce stroje.

    Vysoce výkonné vrtání kovaných dílů

    Kované ocelové díly se často používají v aplikacích s vysokými požadavky na pevnost a spolehlivost, jako jsou např. oka ojí pro zemědělské stroje. U těchto dílů jsou kladeny požadavky na vysokou pevnost a tvrdost, což kovaná ocel splňuje. A pro obrábění těchto materiálů jsou samozřejmě třeba vysokovýkonné stroje.

    Řídicí systém z vlastní dílny, 3. díl: Pokročilé technologické aplikace

    Třetí díl našeho seriálu o řídicím systému OSP - P300A firmy Okuma navazuje na dvě předchozí kapitoly, ve kterých jsme stručně představili architekturu systému a inteligentní funkce, které podstatně navyšují přesnost stroje, kvalitu obráběného povrchu i hospodárnost a bezpečnost stroje. Tato část série bude o technologických aplikacích implementovaných do OSP k jednoduchému použití operátorem.

    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.

    Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

    Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

    Hybridní obráběcí stroje

    Hybridní obráběcí stroje představují snahu o sdružení několika různých technologií do jednoho obráběcího stroje a tím zkrácení nevýrobních časů a tedy i zkrácení výrobního cyklu na minimum. V širším obecném pohledu můžeme říci, že každé současné obráběcí centrum je hybridní stroj, ve kterém jsou sdruženy různé technologie třískového obrábění, např. frézování a vrtání. Většinou však je pod pojmem hybridní stroj myšlen stroj sdružující technologie založené na rozdílných principech.

    Kde se svět točí kolem kotouče

    Moderní výrobní závody sázejí na stroje, které vyžadují minimální počet manuálních operací a nepříliš intenzivní personální dohled. Pojmem, který symbolizuje optimální propojení nejmodernější technologie s výkonností, je automatizace.

    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