Témata
Reklama

Zvyškové napätia po brúsení niklovej zliatiny EI 698

Žiarupevné zliatiny na báze niklu sú materiály, ktoré sa používajú prevažne na najviac namáhané časti leteckých motorov. Ich veľká húževnatosť, pevnosť i tvrdosť, ktoré si dokážu udržať aj pri vysokých teplotách, sú na jednej strane vhodné čo sa týka ich použitia, avšak na strane druhej sú tieto vlastnosti spolu s nízkou tepelnou vodivosťou vážnou prekážkou produktívneho obrábania.

Vzhľadom na ich mechanické a tepelné vlastnosti sú operácie obrábania charakteristické značným zvýšením zložiek reznej sily, teploty v zóne rezania, intenzívnym spevňovaním obrábaných povrchov, ako aj oveľa intenzívnejším opotrebovaním rezných nástrojov v porovnaní s klasickými konštrukčnými materiálmi. Podstatne odlišný je tiež mechanizmus opotrebenia pri brúsení žiarupevných niklových zliatin. Častice obrábaného materiálu sa pomerne rýchlo nalepujú na vrcholky brúsnych zŕn, ale póry rezného povrchu zostávajú nezaplnené, ako je tomu pri brúsení napríklad ocelí.
Pri odstránení nalepeného kovu z brúsneho zrna je možné zistiť, že brúsne zrná sú síce otupené, ale vrcholky zŕn nie sú zaoblené a majú vytvorenú rovinnú plôšku. Rýchle otupenie brúsnych zŕn je sprevádzané zvýšeným trením a nárastom teploty v kontakte zrno - obrobok. Silná adhézia obrábaného materiálu však neovplyvňuje len samotnú teplotu kontaktu, ale viac či menej aj silové pomery a chvenie, drsnosť povrchu či zvyškové napätia po brúsení. Zníženie vplyvu opísaného mechanizmu otupenia brúsnych zŕn a jeho dôsledkov je možné použitím vhodnej reznej kvapaliny.
Ako uvádzajú viacerí autori, rezná kvapalina je schopná vytvoriť účinnú bariéru medzi brúsnym zrnom a brúseným materiálom. Okrem jej mastiaceho účinku je rovnako významný aj je chladiaci účinok a čistiaci účinok, a to predovšetkým v prípade brúsnych kotúčov na báze KNB a diamantu. Význam aplikácie reznej kvapaliny v procese brúsenia žiarupevných niklových zliatin je možné dokumentovať na základe experimentálneho štúdia viacerých parametrov. Jedným z najvýznamnejších, čo sa týka kvality povrchu, sú zvyškové napätia, ich veľkosť smer a rozloženie.
Reklama
Reklama

Materiál a experimenty

V experimentoch bola použitá žiarupevná niklová zliatina EI 698, ktorej chemické zloženie je uvedené v tabuľke. Mechanické vlastnosti: Rm= 1167 MPa, Rp0,2 = 705 MPa, 354 HB, A10= 17 %.
Brúsne kotúče použité pri experimentoch:
  • Elektrit A99 60 LVS 175-16-51;
  • Urdiamant K100 Z-160/125 2-175-12, B-VIII;
  • Boronit K100 Z-160/125 2-175-20, B-VIII.
  • Rezné podmienky: ap= 0,03 mm, vw= 4 m/min, vc= 25 m/s, rezná kvapalina - Emulzín H (2% koncentrácia).
    Zvyškové napätia boli merané prostredníctvom elektrolytického odleptávania povrchových vrstiev a súčasného merania deformácie, ktorá je spôsobená odstránením zvyškových napätí v týchto vrstvách obsiahnutých.
    Namerané zvyškové napätia poukazujú na nevyhnutnosť aplikácie reznej kvapaliny pri brúsení žiarupevnej niklovej zliatiny, predovšetkým pri použití brúsnych kotúčov na báze KNB a diamantu. Pokiaľ u brúsneho kotúča na báze KNB dochádza k výraznému zníženiu veľkosti zvyškových napätí po brúsení, u kotúča na báze diamantu dochádza dokonca k zmene smeru týchto napätí a namiesto nežiadúcich ťahových napätí v prípade bez aplikácie reznej kvapaliny zostávajú v povrchu tlakové napätia pri jej aplikácii.
    Vznik zvyškových napätí, ich veľkosť, smer i rozloženie pri operáciách brúsenia, ale aj všeobecne pre operácie obrábania, sú dané zmenou štruktúry povrchových vrstiev, mechanickým a tepelným účinkom. Dominancia mechanického účinku vedie k zvyškovým napätiam tlakového charakteru, a naopak prevládajúci tepelný účinok má väčšinou za následok vznik ťahových zvyškových napätí, ako je tomu obvykle pri brúsení. S výsledkami priebehov zvyškových napätí korelujú aj namerané teploty kontaktu brúsny kotúč - obrobok, merané poloumelým termočlánkom navrhnutým Peklenikom, ktorý je možné použiť nielen pri brúsení, ale aj pri frézovaní a vŕtaní.
    Zníženie tepelnej expozície brúseného povrchu má priaznivý vplyv na veľkosť a smer zvyškových napätí po brúsení. V porovnaní s bežnými kalenými ložiskovými oceľami je možné konštatovať, že zvyškové napätia po brúsení žiarupevných niklových zliatin za rovnakých podmienok sú oveľa vyššie, predovšetkým pre kotúč na báze KNB. V prípade brúsneho kotúča na báze Al2O3 ani aplikácia reznej kvapaliny nepriniesla výrazné zníženie veľkosti ťahových zvyškových napätí, či dokonca zmenu smeru, ako je tomu niekedy pri brúsení napríklad 14 209.4. Jednou z možností, ako dosiahnuť priaznivé tlakové napätia, je potom aplikácia tvárnenia brúseného povrchu (napríklad valčekovania( ako ďalšej operácie. Na obr. 5 je priebeh zvyškových napätí po brúsení a nasledovnom valčekovaní pre kotúče na báze diamantu a Al2O3.

    Kvalita povrchu

    Súčiastky vyrábané zo žiarupevných niklových zliatin sú v prevádzke často vystavované únavovému zaťaženiu, a preto je nevyhnutné zaoberať sa kvalitou povrchu po operáciách obrábania. Povrchová vrstva je vo väčšine prípadov miestom nukleácie únavových trhlín, a preto aj jej vlastnosti majú významný účinok na únavovú životnosť.
    Kvalita povrchu rozšírená o ďalšie parametre, ako je drsnosť povrchu a jeho spevnenie, či geometrická presnosť súčiastok ovplyvňujú aj ďalšie funkčné vlastnosti súčiastok. Predovšetkým ich odolnosť voči korózii, trecie vlastnosti alebo celkovú hlučnosť. Zvyškové napätia (čiastočne i spevnenie povrchu( však majú svoje špecifické postavenie vzhľadom k ostatným, vyššie spomenutým parametrom kvality povrchu v prípade brúsenia žiarupevných niklových zliatin. Zvyškové napätia po brúsení žiarupevných niklových zliatin sú výrazne vyššie ako zvyškové napätia po brúsení napríklad 14 209.4 za rovnakých podmienok, zatiaľ čo sa týka drsnosti povrchu, tieto rozdiely sú oveľa menšie.
    Ukazuje sa, že aplikáciou brúsnych kotúčov na báze KNB a diamantu (a súčasného použitia reznej kvapaliny( je možné dosiahnuť vysokoakostné povrchy. Je to dané predovšetkým znížením tepelnej expozície brúsených povrchov. Brúsne zrná KNB a diamantu majú v porovnaní s AL2O3 menšie zaoblenie rezného klina, ako aj uhol rezného klina. Geometrické pomery ovplyvňujú procesy plastickej deformácie v zóne rezania, čo spolu s menším koeficientom trenia vedie k nižším teplotám v kontakte brúsny kotúč - obrobok. Ich použitie však limituje ich vysoká cena.
    Ak operácie brúsenia žiarupevnej niklovej zliatiny majú za následok indukovanie zvyškových napätí ťahového charakteru, je vhodné kombinovať ich s operáciami tvárnenia povrchov, vzhľadom na to, že zvyškové napätia tvárnení povrchov majú tlakový charakter, ako je tomu po brúsení a následnom valčekovaní diamantovými valčekmi.
    Aplikácia technológie valčekovania má okrem priaznivého vplyvu na zvyškové napätia ešte ďalší pozitívny vplyv vzhľadom k únavovým vlastnostiam, a to je zníženie drsnosti povrchu v porovnaní s brúsením. Čím je povrch súčiastky nepravidelnejší a obsahuje viac a účinnejších mikrovrubov, ktoré vznikli pri jeho spracovaní, tým je jeho medza únavy nižšia. Zníženie drsnosti povrchu má vo všeobecnosti za následok zvýšenie medze únavy.
    Reklama
    Vydání #5
    Kód článku: 10501
    Datum: 09. 05. 2001
    Rubrika: Výroba / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Prestižní ocenění Zlatá medaile

    Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

    Mít prostor pro obrábění

    Dosažení dalšího zvýšení produktivity v sériové výrobě. To byl cíl těch, kdo vyvinuli úspěšnou konstrukční řadu strojů Hyperturn. Jejím přesvědčivým pokračovatelem je nový Hyperturn 65 Powermill.

    Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

    Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

    Související články
    Soustruh s ergonomickým deginem

    Na dubnových dnech otevřených dveří mohli zákazníci a obchodní partneři Kovosvitu MAS na montáži poprvé spatřit nový soustruh KL 435. Jde o další stroj z řady KL (Kovosvit Lathe) v níž navazuje na KL 285, který Kovosvit poprvé představil v minulém roce na MSV v Brně. Letos bude mít v Brně výstavní premiéru soustruh KL 435. Výrobní řada KL je evolucí řady produkčních soustruhů SP. Samotný KL 435 tak navazuje na soustruh SP 430. Konstruktéři se při inovaci zaměřili zejména na ergonomii a celkovou přívětivost ovládání stroje.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Produktivní vrtání otvorů do hliníku

    Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

    Od tlakové slévárny až po kompletní výrobu

    Outsourcing u sléváren a kováren nabývá na důležitosti. Přesun obrábění od OEM výrobců do sléváren vedl k tomu, že se řada tlakových sléváren přeorientovala na kompletní výrobu. Příkladem je závod Ljunghäll v České republice, který s podporou firmy Grob rozšířil výrobu z tlakového lití na dodávky komplexních dílů pro automobilový průmysl.

    Úspora vedlejších časů

    V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

    Upínací sady HSK s výměnným kroužkem

    Pro vysoce přesné a spolehlivé upínání nástrojů se používají upínací sady HSK. V tomto prostředí firma Röhm, která se specializuje na upínací technologie a automatizaci, některé z osvědčených výrobků významně optimalizovala.

    Univerzální brusky pro broušení na kulato

    Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

    Automatizovaná upínací technika

    Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

    Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

    Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

    Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

    Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

    Kompletní obrábění v XL

    Po úspěšné orientaci na komplexní obrábění především kusových dílů a malých sérií nyní salcburská společnost GMT Wintersteller vstupuje i do obrábění velkých dílů.

    Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

    Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

    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