Mi az a tribológia és mi a forgácsolás során betöltött szerepe

A tribológia a különböző, egymáshoz képest elmozduló és érintkező felületek viselkedését és mozgási viszonyaikat kutató tudományág. Lényegében a tribológia foglalkozik a kopással, a súrlódással és az e jelenségeket kiküszöbölő kenéssel.

A tribológia viszonylag új megközelítése a forgácsolási folyamatok vizsgálatában, kiváltképp a különböző súrlódó felületek vizsgálatában, például a forgács és a szerszám anyaga közötti súrlódásban, különböző hőmérsékleteken és terheléseken. Vizsgálatának célja, például, hogy meghatározza az élfelrakódás negatív hatását, illetve olyan módszerek keresése, mellyel a megmunkálási folyamatokra gyakorolt hatása csökkenthető.

A tribológia tudományának felvetése szerint a forgácsképződés nem pusztán az alapanyag folyamatos nyírásából származik. A valóságban a forgácsképződés és –vezetés során másodlagos jelenségek fellépnek, mely a forgács szakaszos elnyírásából és letapadásából áll. Amint a forgács el kezd nyíródni a szerszám élcsúcsán, a szerszám homlokfelületéhez adhéziósan kötődik, majd a forgács továbbhaladásával már nem az alapanyagtól nyíródik el, hanem a szerszám felületéről. A folyamatos adhéziós kötés-kialakulás, majd az adhéziós kötés elnyíródása okozza a szerszámok kopását főleg, és nem a forgács száraz súrlódása.

Az élfelrakódás (más néven élrátét) akkor keletkezik, amikor a leváló forgács adhéziós kötését kialakítja a szerszám homlokfelületével, majd az adhéziós kötés elnyíródása a forgácsban történik részlegesen, így egy minimális rétegvastagság marad a szerszám homlokán, az élcsúcs környezetében. Ez a nagyon vékony alapanyag-réteg a folyamatos adhéziós kötés-nyírási folyamatok ismétlődése során felgyülemlődhet, idővel megváltoztatva a szerszám geometriáját. A felgyülemlett anyagmennyiség, az élrátét egy adott vastagság után letörhet a szerszámról, mely vagy a szerszám élét rongálja, vagy a megmunkált munkadarab felületi minőségében okoz inhomogenitást, továbbá csökkenti a szerszám élenkénti élettartamát. Az élrátét képződés kialakulásának veszélye az alábbi anyagok esetében különösen magas: alacsony széntartalmú acélok, alumínium, titán, nikkel-alapú ötvözetek és hőálló ötvözetek többsége.

A kutatások eredményeképpen már tudjuk, hogy az alábbi tényezők befolyásolják az élrátét képződését: az megmunkálandó anyag rideg-képlékenyalakíthatóságának mértéke, az adhéziós jellemzők, az abrazív jellegű kopás mértéke, a forgácsképződési folyamat során képződő hő és szerszámra ható nyomás mértéke, illetve a forgácsolandó anyag hővezetési képessége. Továbbá a forgácsolószerszám-tervező mérnökök tapasztalatai alapján tudjuk, hogy a jelenség mértéke csökkenthető a felületek közötti adhézió csökkentésével (például bevonatok alkalmazásával), illetve a szerszám-forgács közötti kontakt idő csökkentésével.

A legközvetlenebb megoldás a vágósebesség növelése, továbbá élesebb szerszámok alkalmazása (élcsúcs rádiuszának csökkentése). A magasabb vágósebességnek köszönhetően a szerszám homlokfelülete és a forgács rövidebb ideig érintkezik egymással-kisebb az adhéziós kötés kialakulásának valószínűsége, továbbá a nagyobb vágósebesség miatt keletkező hőmennyiség többlet bizonyos anyagminőségeknél csökkenti az adhéziós tulajdonságokat. A szerszám élének élességének növelésével az élcsúcsnál lévő elsődleges homlokszög pozitív irányban nő (szerszámgeometria függő), így a forgács gyorsabban távozik a szerszámtól.

Új kutatási trend manapság az élrátét képződés folyamatának eltüntetése és csökkentése helyett az élfelrakódási folyamat forgácsolás közbeni szabályozása, így elérve, hogy pozitív hatással legyen a forgácsolási folyamatra. Például, bizonyos esetekben, egy vékony, felrakódott alapanyagréteg csökkenti a szerszám élének a kopását, így csökkentve az elhasználódást. Az alkalmazás kulcsa –a kutatók véleménye szerint- a felrakódott anyagmennyiség megfelelő rétegvastagságának meghatározása, és a megmunkálás során történő megtartása úgy, hogy nem szakad ki a homlokfelületből.

Talán manapság a tribológia nem azon tudomány-területek közé tartozik, melyet a gyakorló mérnökök nap mint nap alkalmaznak, de egy érdekes perspektívát nyújt, hogy megértsük a forgácsolási folyamatok lényegét, illetve felkészüljünk a jövőbeli kihívásokra.