Tribológia, avagy, amit a forgácsképződésről, élrátétről és kopásról tudni kell

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

forgacskepzodes

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.

elratet

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.

Megosztás
[
    ]