Témata
Reklama

Odolnost slinutých karbidů proti teplotním a mechanickým rázům

Význam odolnosti slinutých karbidů proti zatížení (namáhání) břitu vyměnitelných břitových destiček teplotními a mechanickými rázy je velký. Slinuté karbidy jsou charakterizovány nižší houževnatostí oproti např. rychlořezným ocelím. Příčinou tohoto jevu je podstatně větší podíl vlastní řezné složky - karbidů - v poměru k obsahu pojící fáze. Odolnost materiálu vyměnitelných břitových destiček proti teplotním a mechanickým rázům je stejně důležitým ukazatelem jakosti, jako je otěruvzdornost

K porušení břitu lomem nebo vydrolením dochází v důsledku cyklického namáhání, které můžeme pozorovat nejen při "klasickém" přerušovaném řezu (frézování nebo soustružení ploch přerušených např. drážkou nebo otvorem), ale i při nepřerušovaném řezu.
I za podmínek plynulého řezu dochází v důsledku periodického kolísání hlavní složky řezné síly k cyklickému zatížení břitu. V tomto případě je frekvence závislá především na charakteru vzniklé třísky, resp. na velikosti elementu třísky. Zkušenosti ukazují, že zejména u těžkoobrobitelných materiálů, např. austenitických ocelí, dochází zejména při vyšších řezných rychlostech k lokalizaci plastické deformace ve smykové rovině a ke vzniku výrazněji oddělených elementů plynulé třísky. Následkem toho kolísá řezná síla v podstatně větší míře než u jiných druhů ocelí. Větší amplituda hlavní složky řezné síly zvyšuje tudíž nebezpečí vzniku únavového lomu, ale za určitých podmínek roste i intenzita a mění se charakter jeho opotřebení otěrem nebo se může projevit jako mikroskopické vydrolení břitu.
Reklama
Reklama
Reklama

Mechanický ráz při vnikání břitu do obrobku

Při vniknutí břitu do obrobku dochází ke krátkodobému nárůstu především hlavní složky řezné síly. Tento nárůst může dosáhnout v některých případech až násobku její střední hodnoty po vřezání břitu do obrobku. Velikost tohoto nárůstu je závislá na době vniknutí břitu do obrobku, tj. době, za kterou se od prvního kontaktu "vřeže" břit na plný průřez třísky. Doba vnikání závisí na vzájemné poloze povrchu obrobku a čela nástroje. Jestliže dojde k prvnímu kontaktu mezi břitem v celém průřezu třísek najednou, je doba vnikání teoreticky nulová a nárůst řezné síly způsobený rázem dosáhne maxima. Čím pozvolnější je vřezávání břitu na plný průřez třísky, tím menší je nárůst řezné síly. Pro křehké porušení břitu je však důležité místo na čele vyměnitelných břitových destiček, ve kterém dojde k prvnímu dotyku s obrobkem. Pokud dojde k prvnímu dotyku na špičce nebo na ostří, může jít z hlediska křehkého porušení břitu o nebezpečnější případ.
V horní části obrázku jde o případ, kdy při úhlu záběru (z = 0° došlo ke vniknutí břitu v celém průřezu třísky naráz. Spodní průběh poté ukazuje stav, kdy došlo k postupnému vnikání po dobu tv = 0,00244 s. (Řezná rychlost vc = 70 m.min-1, f = 0,5 mm.ot-1, ap = 5 mm, ocel 12060.1.) V prvním případě dosáhla v okamžiku vnikání složka FC více než dvojnásobku normální hodnoty a v druhém případě došlo k nárůstu síly podstatně menšímu. Mechanický ráz byl podstatně vyšší v prvním případě než ve druhém.

Teplotní ráz při výstupu břitu z obrobku

V důsledku rychle se měnící fáze řezání, při kterém dochází k ohřevu břitu a jeho následnému ochlazení při výstupu z řezu, je břit vystaven dalšímu cyklickému namáhání teplotními rázy. Teplotní rázy jsou příčinou střídavého tahového a tlakového napětí v povrchových vrstvách vyměnitelných břitových destiček. Cyklické změny napětí mohou být příčinou vzniku mikroskopických trhlinek v oblasti ostří. Tyto trhlinky mohou svým vrubovým účinkem způsobit křehké porušení břitu.
Břit se ve fázi vnikání (vřezávání) do obrobku ohřeje, čímž teplota povrchových vrstev velmi rychle vzrůstá. Sousední vrstvy ležící dále od povrchu jsou chladnější a brání povrchovým vrstvám v prodloužení, které by odpovídalo jejich ohřevu. Tím vznikne na povrchu tlakové napětí, které přechází v určité vzdálenosti od povrchu v napětí tahové. V okamžiku, kdy vyjde břit ze záběru, dojde k intenzivnímu ochlazování povrchových vrstev. Protože pokles teploty vrstev vzdálených od povrchu neprobíhá tak rychle, vznikne tím v povrchové vrstvě tahové napětí, které se v určité vzdálenosti od povrchu mění v tlakové. Toto kolísání napětí může superpozicí s napětím vzniklým mechanickým rázem způsobit vznik trhlin a následného křehkého porušení břitu.
Z teorie pružnosti a pevnosti je znám vztah pro výpočet napětí způsobeného tepelnou roztažností. Napětí je úměrné součinu E.(.(t. Z tohoto vztahu vyplývá, že čím větší je modul pružnosti E, součinitel tepelné roztažnosti ( a teplotní gradient (t, tím větší je tepelné napětí. Zvýšení odolnosti břitu proti teplotním rázům napomáhá vysoká pevnost v tahu, vysoká tepelná vodivost (která vede k menším teplotním gradientům), nízký modul pružnosti a nízký součinitel tepelné roztažnosti.
Z uvedeného výkladu vyplývá, že mechanickým rázem může dojít k destrukci břitu při vnikání do obrobku. Při výstupu břitu je pro eventuální destrukci břitu rozhodující teplotní ráz.

Hodnocení odolnosti slinutých karbidů proti teplotním rázům

V minulosti se vyskytly snahy o určení tzv. čísla odolnosti proti teplotním rázům s přihlédnutím k některým fyzikálním a mechanickým vlastnostem materiálu určenými laboratorními zkouškami. Na základě měření modulu pružnosti E, součinitele tepelné roztažnosti (, tepelné vodivosti ( a pevnosti Rm byl sestaven empirický vztah pro výpočet čísla odolnosti teplotním rázům O.
Možnost hodnocení odolnosti SK proti teplotním rázům byla experimentálně ověřena ve VÚOSO Praha. Tato metoda rozlišila materiály SK s různým obsahem pojící fáze, tedy materiály skupin P10, P20, P30, P40.
Tento způsob hodnocení odolnosti SK proti teplotním rázům nenašel širší použití. Stanovení vstupních hodnot je pracné a časově náročné. Navíc nemůže výpočet hodnoty O vzít v úvahu homogenitu břitu v oblasti ostří. Nehomogenita břitu má v tomto případě větší negativní vliv než základní fyzikální a mechanické vlastnosti slinutých karbidů při odolnosti proti rázům. Zejména povlakování vyměnitelných břitových destiček a další úpravy břitu (broušení) mohou rozhodovat o homogenitě ostří takovou měrou, že výsledná skutečná odolnost proti teplotním rázům může být zásadně odlišná.
Proto se jako efektivní ukazují technologické zkoušky soustružení s přerušovaným řezem nebo frézováním, které umožňují měnit poměr doby záběru k době přerušení řezu a frekvenci mechanických a teplotních rázů v širokém rozmezí. Rozhodující je v tomto případě tvar zkušebních obrobků.
Hodnocení odolnosti vyměnitelných břitových destiček ze slinutých karbidů proti rázům se provádí některou z následujících technologických zkoušek na různých obrobcích:
  • podélné soustružení zkušebního obrobku (válce), který má v podélných drážkách ocelové desky - lopatky;
  • podélné soustružení válce s podélnými drážkami;
  • čelní soustružení zkušebního obrobku s válcovými čepy;
  • čelní frézování zkušebního obrobku se silně přerušovaným řezem.
  • Jednotlivým typům technologických zkoušek se budeme věnovat v další části našeho příspěvku k problematice teplotních a mechanických rázů.
    Pokračování příště
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 40401
    Datum: 14. 04. 2004
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    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.

    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.

    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
    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.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    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.

    Československá stopa u nového rekordu

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

    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.

    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.

    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.

    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.

    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.

    Efektivní likvidace obráběcích kapalin

    Obráběcí emulze jsou klíčovým prvkem celé řady obráběcích procesů. Emulze zajišťují chlazení, odvod vznikajících třísek, dočasně pasivují obrobky v průběhu operací a mají spoustu dalších funkcí. Na konci životnosti emulze je nutné zajistit jejich likvidaci. Vyčerpané emulze jsou klasifikovány jako nebezpečný kapalný odpad, takže je nelze jednoduše vylít do kanalizace. Článek pojednává o možnostech likvidace obráběcích kapalin.

    Multifunkční obráběcí centra

    Tento typ obráběcích center patří do bouřlivě se rozvíjející skupiny CNC obráběcích strojů. Představuje typ obráběcího stroje, který reflektuje rostoucí požadavky uživatelů na obrobení součásti při jednom upnutí. Ve své podstatě jde o CNC stroje sdružující dvě základní operace třískového obrábění, a sice soustružení a frézování, do jednoho stroje. Kromě tohoto atributu mají tyto stroje i jiné vlastnosti, které budeme dále diskutovat.

    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