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
    Automatizační řešení navzdory překážkám

    Firma Piesslinger se specializuje na povrchovou úpravu hliníku. S automatizací výroby dílů pomohla firma Hermle a prokázala, že různé tolerance a choulostivé povrchy nemusejí být důvodem, proč se vzdát myšlenky bezobslužného obrábění.

    Řídicí systém z vlastní dílny, 1. díl: Filozofie jednoho zdroje

    V sérii navazujících článků se budeme zabývat systémem OSP - P300A, který v současné době završuje řadu řídicích systémů vyvinutých a vyráběných společností Okuma pro řízení CNC obráběcích strojů rovněž původem z Okumy.

    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.

    Související články
    Důležitá je doba chodu vřetena v řezu

    Společnost HZT Honermeier Zerspanungstechnik vyrábí tvářecí nástroje, komponenty, měřidla a prototypy pro strojaře, proto žádné dvě zakázky nejsou stejné. Kvůli flexibilnímu a současně efektivnímu obrábění investovala společnost do pětiosého obráběcího centra s připojenou automatizací od firmy Hermle.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    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.

    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.

    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.

    Automatizované obrábění zápustek

    Díky strategii standardizace a obráběcímu centru C 22 UP Hermle zhospodárnila divize výroby nástrojů a forem ve WMF Group svoji výrobu zápustek a nástrojů a vytvořila tak volné kapacity pro služby externím zákazníkům.

    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.

    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.

    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.

    Automatizovaná výroba implantátů just-in-time

    Pro zakázkovou výrobu vysoce přesných implantátů v časovém limitu 24 hodin vsází švýcarský výrobce a poskytovatel zdravotnických prostředků pro osteosyntézu, firma Medartis, na obráběcí centra a robotické systémy Hermle.

    Vřetena svislých CNC soustruhů - Část 1

    Je-li řídicí systém mozkem obráběcího stroje, pak vřeteno je jeho srdcem. Japonská výrobní společnost Okuma vytváří tyto dva ústřední orgány svých obráběcích strojů s vynaložením veškerého umu, kterého je schopna a s příslovečnou japonskou pečlivostí. Proto si může dovolit se 100% jistotou prohlásit, že její soustružnická i frézovací vřetena budou pracovat bezchybně po dobu 36 měsíců bez omezení a poskytnou uživatelům tříletou záruku.

    Kvalitativní růst díky investicím

    Jak si vysoce specializovaný dodavatel obrobků a konstrukčních celků Feusi, mj. pomocí moderních čtyř- a pětiosých obráběcích center od firmy Hermle, trvale zajišťuje svoji výkonnost a tím i svoji konkurenceschopnost?

    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