Dołącz do czytelników
Brak wyników

Artykuły

26 sierpnia 2015

Trybologiczna analiza zużycia

0 75
Jest to czwarty z serii artykułów dotyczących stosowania narzędzi do skrawania metali i obciążeń generowanych w procesach obróbki skrawaniem. W pierwszym artykule skupiono się na podstawowych pojęciach związanych ze skrawaniem metali oraz na zależności pomiędzy geometrią narzędzia, prędkościami posuwu i obciążeniami mechanicznymi w operacjach toczenia.

Jest to czwarty z serii artykułów dotyczących stosowania narzędzi do skrawania metali i obciążeń generowanych w procesach obróbki skrawaniem. W pierwszym artykule skupiono się na podstawowych pojęciach związanych ze skrawaniem metali oraz na zależności pomiędzy geometrią narzędzia, prędkościami posuwu i obciążeniami mechanicznymi w operacjach toczenia. W następnych dwóch artykułach przeanalizowano mechaniczne i termiczne obciążenia występujące podczas frezowania. W obecnym artykule objaśniono wzajemne oddziaływanie pomiędzy skrawanym wiórem a narzędziem za pomocą teorii trybologii — względnie nowej dziedziny analizy obciążeń występujących podczas skrawania metali. W trybologii badane i analizowane jest wzajemne oddziaływanie stykających się powierzchni poddanych określonym naciskom w pewnych temperaturach.

Teorie zużycia narzędzia
W operacji skrawania metalu narzędzie odkształca materiał elementu obrabianego i ścina go w postaci wiórów. Proces odkształcania generuje ciepło i nacisk, tj. obciążenia, które w końcu powodują zużycie lub uszkodzenie narzędzia. Tradycyjna teoria zużycia głosi, że uszkodzenia są spowodowane tarciem pomiędzy wiórem a narzędziem, które stykają się ze sobą, ale nie są ze sobą połączone.

Jednak ostatnie badania mechanizmów uszkodzeń narzędzi skrawających ujawniły, że wielkość nacisków i temperatur wytwarzanych podczas skrawania metali (zwłaszcza skrawania materiałów wysokiej jakości) jest taka, iż procesy zachodzące na styku wióra i narzędzia nie mogą zostać w pełni opisane przez tradycyjną teorię zużycia.

Badania trybologiczne wykazały, że proces skrawania nie składa się tylko z pojedynczego zdarzenia ścinania i następującego po nim rozłączenia wióra i narzędzia. W rzeczywistości dochodzi także do drugiego i trzeciego połączenia i rozłączenia. Wiór zostaje ścięty, potem przywiera do powierzchni natarcia, a następnie zostaje ścięty ponownie zanim ostatecznie ześlizgnie się z narzędzia. Głównym mechanizmem zużycia jest kilkakrotne ścinanie, a nie tarcie.

Rysunki 1 i 2 ilustrują proces skrawania metalu opisany za pomocą trybologii. Na rysunku 1 pokazano wstępne odkształcenie materiału elementu obrabianego w strefie 5. Strefa 3 jest strefą rozdzielania, nazywaną także punktem stagnacji, ponieważ względne przemieszczenie materiału i narzędzia w tym obszarze jest w gruncie rzeczy zerowe. Początkowe ścinanie odbywa się w głównej strefie ścinania 1, w której odrywa się materiał i tworzy się wiór. Następnie w dodatkowej strefie ścinania 2 wiór styka się z powierzchnią natarcia. Wysokie naciski powodują przywarcie wióra do powierzchni natarcia narzędzia.

HQ_ILL_Preliminary_Deformation_In_Zone_5.jpg

Na rysunku 2 można bliżej przyjrzeć się procesowi zachodzącemu w strefie 2. W strefie A materiał elementu obrabianego napiera na krawędź skrawającą z ekstremalną siłą i zaczyna przylepiać się do narzędzia. W strefie B materiał przywiera do powierzchni natarcia. W strefie C wiór zostaje ścięty przy powierzchni natarcia i przesuwa się po niej, po czym przestaje się stykać z narzędziem.

HQ_ILL_Different_Wear_Phenomena.jpg

Na rysunku 1 pokazano także dodatkowe ścinanie zachodzące na powierzchni przyłożenia narzędzia w strefie 4. Ta sama sekwencja ścinania i przywierania odbywająca się w strefie 2 na powierzchni natarcia zachodzi także na powierzchni przyłożenia. Proces odbywający się w strefie 4 powoduje zużycie powierzchni przyłożenia, które jest bardziej przewidywalne niż zużycie powierzchni natarcia w strefie 2 i jest względnie nieszkodliwe. Jednak w przypadku niektórych obrabianych materiałów ścinanie odbywające się na powierzchni przyłożenia skutkuje utwardzeniem powierzchniowym lub umocnieniem niekorzystnie wpływającym na narzędzie skrawające i element obrabiany.

Narost na krawędzi
Przywieranie materiału elementu obrabianego do powierzchni natarcia narzędzia rozpoczyna się od cienkich warstw, na których następnie gromadzą się kolejne. Proces ten może prowadzić do negatywnego zjawiska zwanego narostem na krawędzi. Jeśli znaczna ilość materiału nagromadzi się na narzędziu, może zmienić się profil krawędzi skrawającej. Nagromadzony materiał może się również odrywać i uszkadzać krawędź. W prawdopodobnie najgorszym przypadku narost na krawędzi może osadzić się na elemencie obrabianym. W każdej z tych sytuacji narost na...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy