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.
1. A tribológiáról
A tribológia viszonylag új megközelítés a forgácsolási folyamatok – 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 módszereket keressen, melyekkel csökkenthető annak megmunkálási folyamatokra gyakorolt hatása.
2. Forgácsképződés
A tribológia tudományának felvetése szerint a forgácsképződés nem pusztán az alapanyag folyamatos nyírásából származik. A valóságban a forgácsképződés és -vezetés során olyan másodlagos jelenségek is fellépnek, melyek a forgács szakaszos elnyírásából és letapadásából erednek. Amint a forgács elkezd nyíródni a szerszám élcsúcsán, a szerszám homlokfelületéhez adhéziósan kötődik, majd a forgács továbbhaladásával már nem az alapanyagtól, hanem a szerszám felületéről nyíródik. A szerszámok kopását tehát főként a folyamatos adhéziós kötés-kialakulás, majd az adhéziós kötés elnyíródása okozza, és nem a forgács száraz súrlódása.
3. Élfelrakódás
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. Ez 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 kutatásoknak köszönhetően ma már tudjuk, hogy az alábbi tényezők befolyásolják az élrátét képződését:
- a megmunkálandó anyag rideg-képlékeny alakíthatóságának 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.
A forgácsolószerszám-tervező mérnökök tapasztalatai alapján tudjuk továbbá, hogy a jelenség mértéke csökkenthető a felületek közötti adhézió csökkentésével (például bevonatok alkalmazásával), illetve a szerszám-forgács közötti kontakt idő csökkentésével.
4. Megelőzés
4.1. Vágósebesség növelése, élesebb szerszámok alkalmazása
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, így kisebb az adhéziós kötés kialakulásának valószínűsége. A nagyobb vágósebesség következtében emellett hőmennyiség többlet is keletkezik, ami 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.
4.2. Élrátét folyamatközi szabályozása
Új kutatási trend manapság az élrátét képződés folyamatának eltüntetése és csökkentése helyett az élfelrakódási folyamat forgácsolás közbeni szabályozása. Bizonyos esetekben például egy vékony, felrakódott alapanyagréteg csökkenti a szerszám élének a kopását, pozitív hatást gyakorolva az elhasználódás folyamatára. 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 tudományterületek közé tartozik, melyet a gyakorló mérnökök nap mint nap alkalmaznak, de tagadhatatlan, hogy egy érdekes perspektívát nyújt, a forgácsolási folyamatok lényegének megértéséhez, illetve a jövőbeli kihívásokra való felkészülséhez.