Seminarski Rad Tribologija

7/25/2019 Seminarski Rad Tribologija

1/24

1. UVOD

Danas se prilikom obrade odvajanjem estica eli postii to vea preciznost, bolja mehanika

svojstva uz to krae vrijeme za izradu. Meutim najveu ulogu u obradi odvajanjem estica

ima materijal. Da bi se ovaj proces odvijao u to kraem vremenu obrada materijala

odvajanjem estica danas ima vrlo veliko znanje. ostupci su raznovrsni iako nisu uvijek

najekonominiji. !jima se mogu postii najvee tonosti i najbolja kvaliteta povrine obratka.

"dabir naina na koji emo provesti operaciju obrade odvajanjem estica ovisi o materijalu

kojeg obraujemo, sloenosti izratka, zahtjevu tonosti izrade, ekonomskom parametru i o

raznolikosti i sloenosti odreenih postupaka. #ako tehnologija obrade odvajanjem estica

svakodnevno napreduje, jo uvijek postoje odreeni problemi koji spreavaju potpunu

automatiziranost procesa, a time i viestruko poveanje produktivnosti. !ajei takviproblemi su troenja i puknua reznih alata. $roenje alata je rezultat mehanikih i kemijskih

interakcija izmeu rezne otrice i obratka kod kojeg dolazi do uklanjanja odreenog udjela

materijala s rezne otrice odnosno alata. riroda mehanizama troenja je vrlo sloena i ovisi o

mnogo parametara, te ju je vrlo teko opisati jednostavnim jednadbama i modelima. #ako je

cijena zamjene alata relativno niska u odnosu na proizvodnju dijelova loe kvalitete ili ak

karta, ipak je potrebno uloiti dragocjeno vrijeme u taj proces zamjene to rezultira veim

potrebnim vremenom za plasman proizvoda na trite, a samim time i manjomkonkurentnou na tritu. %bog toga se sve vie razvijaju razliiti oblici nadzora troenja

alata s kojima bi se omoguio uvid u trenutno stanje alata te se reagiralo po potrebi.


2/24

2. TROENJE ALATA

&ezni alati su tijekom obrade izloeni velikim silama i udarcima, a samim time toplinskim i

mehanikim naprezanjima. 'posobnost alata da ostane im due u zahvatu s materijalom od

velike je vanosti u dananje vrijeme u kojem se zahtjeva to bra, tonija obrada i to manje

vrijeme proizvodnje. $roenje alata takoer uvelike utjee na tonost obrade pa je bitno na

vrijeme prepoznati i odrediti stupanj istroenosti alata, koji bi mogao prouzroiti nepravilnosti

tijekom obrade, kako bi se sprijeila daljnja obrada koja bi rezultirala kartom. %bog izrazito

promjenjivih uvjeta tijekom obrade vrlo je teko odrediti trenutni stupanj oteenja, odnosno

istroenosti alata. Do promjenjivih uvjeta dolazi zbog razliitih brzina i dubina rezanja,

razliitih tvrdoa materijala, nepravilnosti unutar mikrostrukture obraivanog materijala,

razvoju topline, odnosno izvedbi hlaenja i odvoenja odvojene estice. roblemi koji sejavljaju zbog troenja alata uzrokuju kanjenja u proizvodnji zbog zamjene alata ili

smanjivanja brzine obrade, a sve to se oituje u vremenima proizvodnje i plasiranju proizvoda

na trite. 'toga treba djelovati preventivno na troenje alata odnosno potreban je nadzor

troenja alata kako bi se u to kraem vremenskom roku sprijeila pojava oteenja ili ak

puknua alata zbog prekomjernog troenja. "snovna povezanost izmeu troenja alata i

vremena obrade moe se vidjeti na slici (. "vaj nain usporedbe moe se koristiti i za razliite

vrste troenja alata kao to su troenje prednje povrine, troenje stranje povrine ili bilo kojedrugo troenje koje uzrokuje promjenu dimenzija i oblika alata. roces troenja moe se

podijeliti u tri ne jednakomjerna perioda troenja. rvi period troenja, ili period uhodavanja,

oznaava vrijeme u kojem se novi alat poinje brzo troiti do odreenog iznosa intenziteta

istroenosti kojega je mogue de)inirati kao normalnu istroenost alata. * tom trenutku

poinje drugi period ili period normalnog troenja koji traje due vrijeme i u kojem se

istroenost alata ne mijenja u mjeri da bi moglo doi do velikih dimenzijskih nepravilnosti

alata ili obratka. !akon dueg vremena obrade, istroenost alata dostie kritinu vrijednostnakon koje poinje drastino poveanje troenja. $o podruje oznaava poetak brzog

propadanja alata. * tom podruju dolazi do poveanja temperatura prilikom obrade, sila i

momenata to naposljetku moe dovesti do loma alata. * zadnjem periodu, promjene u

dimenzijama i obliku alata su najvie izraene pa to dovodi do netonosti obrade. %bog toga

je potrebno promijeniti alat nakon to se primijeti da je istroenost dostigla zadnji period.


3/24

'lika (. +ijek trajanja alata

2.1. Taylor-ov princip troenja alata

"snovni oblik $alor-ove jednadbe predstavlja postojanost otrice de)iniranu vremenom

koje alat moe provesti u obradi. #z jednadbe se moe vidjeti kako poveanje brzine rezanja

uzrokuje smanjenje vijeka trajanja alata. %a de)iniranje postojanosti alata sve vie se koristi

postojanost de)inirana duljinom puta u smjeru posminog gibanja. $aj postupak se najvie

primjenjuje kod buenja jer sami parametri buenja i nain gibanja alata uvelike pomau kod

odreivanja prijenog puta. od ovog postupka se kao mjerilo vijeka trajanja svrdla ne uzima

vrijeme, ve put /. ostupak odreivanja jednadbe za ovakav nain de)iniranja postojanosti

glasi0

/) 1 )2 $

)1 ) 2 n

n 1c

D


4/24

#z ove tri jednadbe dobije se0

$ 1 /)2D

v c f

c 2 3 /) 2D

v c f 4m1 5$

c(-m2 /) m 1 5$3

f

D 4m

5$1

1m 3f

D 4m

1m 15/)

gdje je0

vc6 brzina rezanja, m7min

Lf6 duljina buenja u smjeru posminog gibanja, m

mf - $alor-ov eksponent

5/)- $alor-ova konstanta

8izikalni smisao konstante 5/) je brzina rezanja pri kojoj bi postojanost alata iznosila jedan

metar puta u smjeru posminoga gibanja. "va jednadba je slina $alor-ovoj jednadbi za

trajanje rezne otrice kod drugih konvencionalnih metoda, ali su vrijednosti konstanti m i CL

razliite. !a taj nain umjesto zavisnosti t-vc kao kod na primjer tokarenja, dobijemo

zavisnostL-vc. !a temelju eksperimentalnih mjerenja dolo se do zakljuka da konstanta mf

poprima vrijednost izmeu 9,(:; i 9,


5/24

'lika :. =ra)iki prikaz $alor-ove jednadbe za postojanost de)iniranu duljinom puta

'kraeni oblik $alor-ove jednadbe glasi0

c2 $m

1 5$

gdje je0

vc - brzina rezanja, m7min

T6 vijek trajanja alata, min

m6 eksponent postojanosti

CT6 $alorova konstanta 3ovisi o materijalu obratka i alata, posmaku i dubini rezanja4

8izikalni smisao konstante CTje da predstavlja brzinu pri kojoj bi postojanost alata iznosila

jednu minutu, odnosno jednu vremensku jedinicu. =ra)iki prikaz te konstante moe se vidjeti

na slici >.


6/24

'lika >. =ra)iki prikaz $alor-ove jednadbe

2.2 Uroci i !e"ani!i troenja

rilikom kontakta s povrinom drugog materijala rezni alati su izloeni veoma visokim

iznosima trenja tj. veoma visokim iznosima sila i toplini koja proizlazi iz toga. %bog toga je

nemogue izbjei troenje alata. $roenje alata se oituje kao gubitak materijala na samom

alatu te promjena oblika alata to rezultira promjenom i samog oblika obraivanog proizvoda

odnosno tonosti. "sim mehanikim i toplinskim naprezanjima rezni alat je takoer izloen i

kemijskim djelovanjima. *zroci troenja odnosno mehanika, toplinska i kemijska naprezanja

uzrokuju razliite mehanizme troenja odnosno razvijanje tribolokih procesa na reznomdijelu alata. Mehanizmi troenja su abrazija, di)uzija, oksidacija, zamor materijala i adhezija.

*djeli mehanizama troenja u samom procesu troenja nisu uvijek isti te ovise o imbenicima

kao to su0 vrsta obraivanog materijala, materijal i oblik alata. !a slici


7/24

'lika


8/24

.

'lika ;. #. )aza abrazijskog troenja

* drugoj )azi dolazi do istiskivanja materijala u obliku estica 3oznaka na slici 4 troenja

pod utjecajem tangencijalne komponente optereenja.

'lika @. ##. )aza abrazivnog troenja

"visno o strukturi abrazija se moe pojaviti u dva oblika0

2 ?brazija u dodiru dvaju tijela

2 ?brazija u dodiru triju tijela


9/24

'lika A. Mogui oblici abrazije0 a4 abrazija u dodiru dvaju tijela, b4 abrazija u dodiru triju

tijela

od abrazije u dodiru dvaju tijela imamo dva )unkcionalna dijela, abrazivno tijelo i abrazijsko

protutijelo. od abrazije u dodiru triju tijela imamo dva )unkcionalna dijela, abrazivno tijelo i

protutijelo te meutijelo, a to su estice koje se gibaju slobodno izmeu )unkcionalnih

dijelova i djeluju abrazijski. "visno o meusobnom djelovanju izmeu abrazijskih estica i

troene povrine abrazija moe biti0

2 Mikrobrazdanje

2 Mikrorezanje

2 Mikronaprsnua

2 Mikroumor

"visno o meusobnom odnosu tvrdoa abraziva i materijala mogua su tri praktina sluaja0

2 Bista abrazija

2 'elektivna abrazija

2 !ulta abrazija

"tpornost na )azu mehanizma abrazije 3prodiranje abraziva u povrinu materijala4 odreena je

s vie utjecajnih imbenika, a najznaajniji je meusobni omjer mikrotvrdoe abraziva i

materijala troene povrine. "tpornost na ##. )azu mehanizma abrazije najutjecajniji imbenik

je nain napredovanja pukotine koji openito moe biti0


10/24

2 duktilni

2 krhki

2 umor 3povrine4

'lika C. rimjer abrazivnog troenja otrice alata

2.2.2. Adhezija

?dhezijsko troenje karakterizira prijelaz materijala s jedne klizne plohe na drugu pri

relativnom gibanju, a zbog procesa zavarivanja krutih )aza. ?dhezija je posljedica djelovanja

meuatomskih7meumolekulskih sila u tokama dodira tijela i )ormiranje mikrozavara, koji

se raskidaju pri uzajamnom gibanju tijela uz preraspodjelu materijala. ao i abrazija, proces

adhezije se moe opisati u vie )aza. * prvoj )azi dolazi do nastajanja adhezijskog spoja

razliitog stupnja jakosti na mjestima dodira izboina.

'lika E. #. )aza adhezije


11/24

* drugoj )azi adhezije dolazi do raskidanja adhezijskog sloja, a estica troenja ostaje

spontano FnalijepljenaG na jednom lanu kliznog para.

'lika (9. ##. )aza adhezije

* treoj )azi adhezije dolazi do otkidanja estice 3eventualno4. "blik estica ovisi o uvjetima,

a uglavnom je listiast.

'lika ((. ###.)aza adhezije

"tpornost na adhezijsko troenje ovisi o sklonosti stvaranju mikrozavarenih spojeva kliznog

para i jakosti uspostavljenih adhezijskih veza. "snovni kriterij za ocjenu otpornosti na

adhezijsko troenje materijala tribopara je njihova triboloka kompatibilnost. $riboloka

kompatibilnost je prikladnost za rad u kliznom paru i bolja je za materijale koji nisu skloni

mikrozavarivanju u meusobnom dodiru. 'uprotna je metalurkoj kompatibilnosti tj.

uzajamnoj topljivosti metala u krutom stanju.


12/24

'lika (:. rimjer adhezijskog troenja otrice alata

2.2.3. Oksidacija

"ksidacija i redukcija su kemijske reakcije pri kojima tvar to se oksidira otputa elektrone, atvar koja se reducira prima elektrone. rvotno se oksidacijom nazivalo spajanje nekog

elementa s kisikom 3npr. hranje eljeza, izgaranje ugljena4, a redukcijom oduzimanje kisika

3npr. pri dobivanju kovina iz njihovih oksida4. oslije se znaenje tih pojmova proirilo tako

to se pod oksidacijom razumijevalo i oduzimanje vodika 3npr. pri prevoenju alkohola u

aldehid4, a pod redukcijom i primanje vodika 3npr. prevoenje sumpora u sumporovodik4.

Danas se u kemijskom smislu oksidacijom naziva otputanje, a redukcijom primanje

negativnog elektrinog naboja. $e pojave se ostvaruju prijelazom valentnih elektrona s atoma,

iona ili molekula druge tvari 3redukcija4, bilo izravno, bilo na elektrodama galvanskoga

lanka ili elektrolitske elije. rema tome, kisik i vodik ne moraju uope biti sudionici tih

reakcija. $akve se reakcije nazivaju oksidoredukcijskim reakcijama ili skraeno redoks

reakcijama. 'pojevi koji lako podlijeu oksidaciji nazivaju se reducirajuim agensima. $e su

dvije reakcije nuno povezane i uvijek se zbivaju istodobno, npr. 0

%n H %n:I I :e-, oksidacija

5u:I I :e- H 5u, redukcija

%n I 5u:I H %n:I I 5u, ukupna reakcija

"ksidacija je izravna kemijska reakcija izmeu metala i kisika iz atmos)ere. &azliiti su

mehanizmi nastajanja oksidne prevlake na metalima, a uobiajeno se dijele prema procesu

di)uzije kroz nastalu prevlaku. %a neke metale sloj oksida prua zatitu od daljnjeg okolinog

utjecaja dok kod ostalih metala oksidna prevlaka puca i ljuti se pa nije zatitna. Metali i

njihove slitine, izloeni zraku na povienim temperaturama, tvore stabilne oksidne spojeve.


13/24

ostoji svega nekoliko izuzetaka od ovog pravila kao npr. zlato. !a stabilnost oksida metala

ukazuje njihova razmjerno visoka temperatura taljenja u odnosu na talite istog metala.

?luminij se tali na @@9J5, a talite aluminijevog oksida ?l:"> je na :9;< J5. $anki

povrinski sloj oksida na nekim metalima moe nastati ak na sobnoj temperaturi. "va

kemijska reakcija s kisikom iz atmos)ere 3oksidacija4 moe za neke metale biti glavno

ogranienje njihove tehnike primjene. Druge metale tanki povrinski sloj 3)ilm4 oksida titi

od daljnjeg okolinog utjecaja.

2.2.4. Difuzija

Di)uzija je pojava premjetanja tvari u plinovitom, tekuem i vrstom stanju. remjetanje

tvari je kretanje ili zamjena mjesta atoma, iona ili molekula u plinovima tekuinama i krutini.

!ajzanimljivija je di)uzija atoma u vrstom stanju. !a osnovi odreenih injenica di)uzija bi

trebala biti nemogua u savrenom kristalu, jer u vrstim tijelima svaki atom, odnosno ion,

ima dobro de)inirano mjesto u kristalnoj reetkiK a toplinsko gibanje sastoji se samo od titranja

oko )iksnog ravnotenog poloaja u reetki. okusi pokazuju da i u vrstim tijelima dolazi do

di)uzije iako u manjoj mjeri u usporedbi s tekuinama. ?ko se npr. mehaniki spoje dva bloka

metala, recimo olova i zlata, prethodno dobro oienih povrina, i grije nekoliko dana na

temperaturi od oko >999 J5, uoava se ulazak olovnih atoma u zlato i obrnuto. #ako je sloj

penetracije manji od mikrometra, neupitno je da je proces di)uzije bio u toku. $o meutim nije

mogue ako pokus pokuamo napraviti s ?l i bK dakle i u kristalnom stanju postoje materijali

koji se mijeaju 3meusobno su topivi4 i materijali koji se ne mijeaju 3nisu meusobno

topivi4. * krutini kretanje atoma u kristalima moe biti na0

2 'upstitucijski nain 3'lika (>4

2 #ntersticijski nain 3'lika (


14/24

'lika (>. 'upstitucijski mehanizam kretanja atoma

od supstitucijskog naina dolazi do izmjene mjesta izmeu atoma i vakancije 3praznog

mjesta4. *koliko dolazi do izmjene mjesta izmeu vlastitih atoma i vakancija govori se o

samodi)uziji koja je prisutna kod istih metala. od legura mjesta mogu izmjenjivati atomi

primjese i vakancija u osnovnom metalu.

'lika (


15/24

'lika (;. Mehanizmi troenja na alatu tijekom obrade

!a slici (; vide se mjesta na reznom alatu u zahvatu na kojima nastaju pojedini mehanizmi

troenja. !a prednjoj povrini alata najvei utjecaj imaju adhezijsko i di)uzijsko troenje iz

razloga to se na tom mjestu zbog veoma visokih sila trenja javljaju visoke temperature 3slika

(@4 te dolazi do mikrozavarivanja i skidanja estica materijala s alata. !a stranjoj povrini

koja je takoer u dodiru s obratkom ne javljaju se iznimno visoke temperature, ali ipak dolazi

do abrazijskog troenja zbog klizanja alata po obraenoj povrini, a uzrok tome je unos

topline i promjene dimenzije obratka. !a dijelu koji je u dodiru sa zrakom zbog poviene

temperature dolazi do oksidacijskog troenja. #z toga se moe zakljuiti kako je prva skupina

mehanizama troenja, abrazija i adhezija, prisutna uvijek kod obrade i prevladava kod niih

temperatura dok je druga skupina, odnosno di)uzija i oksidacija, karakteristina za poviene

temperature.

'lika (@. $emperature u zoni obrade


16/24

#. O$L%&% TROENJA

$ijekom procesa obrade rezanjem alat je izloen razliitim uvjetima koji uzrokuju razliite

mehanizme troenja na pojedinim dijelovima alata. ako tijekom zahvata postoje razliiti

uvjeti pojavljuju se i razliiti oblici troenja na odreenim mjestima na alatu. &azliiti uvjeti

obrade pojavljuju se zbog razliitih brzina rezanja, promjenjivog kuta rezanja, razliitih

dubina rezanja, oblika reznog alata, vrste odvojenih estica i njenog odvoenja te naina

hlaenja odnosno odvoenja topline. "blici troenja koji se mogu pojaviti prilikom obrade

kod reznih alata mogu biti0

2 $roenje stranje povrine

2 ratersko troenje

2 %arezno troenje

2 lastina de)ormacija

2 !aljepak 3L*4

2 $oplinska napuknua

2 *zduna napuknuca

2 &azgradnja otrice

2 /om otrice

#.1. Troenje 'tra(nje povrine

$roenje stranje povrine uzrokuje prevelika brzina rezanja ili premala otpornost troenju.

Lrzo troenje stranje povrine uzrokuje lou kvalitetu povrine i netonost dimenzija. akobi se troenje stranje povrine smanjilo na im manju mjeru potrebno je smanjiti brzinu

rezanja ili izabrati materijal alata koji ima veu otpornost na troenje.


17/24

'lika (A. rimjer troenja stranje povrine alata

#.2)rater'*o troenje alata

ada tijekom obrade dolazi do previsokih temperatura i pritiska na prednjoj povrini alata

pojavit ce se kratersko troenje alata. ojava kratera uzrokuje slabljenje otrice i lou kvalitetu

obrade. ako bi se sprijeila pojava kraterskog troenja, potrebno je smanjiti brzinu rezanja, a

samim time i temperaturu, smanjiti posmak, izabrati alat vee otpornosti na troenje ili

izabrati alat pozitivne geometrije. !a slici (C moe se vidjeti primjer kraterskog troenja.

'lika (C. ratersko troenje alata

#.# +areno troenje

%arezno troenje uzrokuje prevelika brzina rezanja ili premala otpornost na troenje alata.

%arezno troenje uzrokuje lou teksturu obraene povrine i unosi rizik loma otrice. !aini

na koje se moe smanjiti zarezno troenje su odabir alata sa veom otpornou, manja brzina

rezanja ili smanjenje kuta prednamjetanja alata,kod kaljenih materijala alata.


18/24

'lika (E. %arezno troenje alata

#., Toplin'*a nap*na

"scilacije temperature, prekidni rez i nejednoliki dotok 'N#-a dovode do toplinskih

napuknua na alatu. $o su mala napuknua okomito na otricu koja uzrokuju krzanje i lou

kvalitetu obraene povrine, a primjer takvog troenja moe se vidjeti na slici :9. Mogua

rjeenja za smanjivanje toplinskih napuknua su izbor ilavijeg materijala alata ili suha

obrada.

'lika :9. $oplinska napuknua na alatu

#./ )ranje otrice

?ko imamo krhku ili OpreslabuO otricu alata ili ako se stvorio naljepak na prednjoj povrini

alata moe doci do krzanja otrice kao to je prikazano na slici :(. $akva vrsta oteenja

uzrokuje lou teksturu obraene povrine i preveliko troenje stranje povrine alata. ako bi

se smanjilo krzanje otrice potrebno je odabrati ilaviji i vri materijal alata, poveati brzinu

rezanja, odabrati alat s pozitivnom geometrijom odnosno smanjiti kut, smanjiti posmak na

poetku reza i poveati stabilnost.


19/24

'lika :(. rzanje otrice alata

#.0 Naljepa*

!aljepak na alatu odnosno reznoj otrici, iji se primjer moe vidjeti na slici ::., pojavljuje se

kod preniske temperature rezanja te velikom a)initetu materijala kao to su niskougljini

elici, aluminij i nehrajuci elici. !aljepak uzrokuje lou kvalitetu obraene povrine i

krzanje dijelova alata s otkidanjem naljepka. !aini na koji se moe smanjiti ovakvo troenje

su poveanje brzine rezanja, odabir odgovarajueg alata te pozitivna geometrija alata.

'lika ::. !aljepak na otrici alata


20/24

,. ROJENA RE+NO3 )L%NA

?lati potrebni za obradu odvajanjem estica, imaju u veini sluajeva zajedniki geometrijski

oblik, to znai da im se osnovni elementi 3povrine, kutovi, otrice4 pojavljuju kod svih vrsta

obrade odvajanjem estica bez obzira koliko reznih dijelova ima alat. "snovni oblik svih alata

sa vrstim otricama je klin.

$okarski no sastoji se od dva dijela0 reznog dijela i drke. &ezni dio obavlja proces odvajanja

estica materijala, dok drka slui za prihvat reznog dijela i privrenje alata na stroj, te za

daljnje prenoenje sila na steznu napravu.

'lika :>. "snovni elementi alata za rezanje

&ezni dio alata predstavlja prostorni poloaj radnih povrina alata koje su sastavljene

najmanje od prednje i stranje povrine. rednja i stranja povrina tvore rezni klin alata, a

presjek prednje i stranje povrine predstavlja centralni element reznog alata, a to je rezna

otrica ili otrica alata. rednja i stranja povrina se zovu radne povrine alata zato to one

neposredno sudjeluju u procesu obradeK prednja povrina je u kontaktu sa odvojenom

esticom, a stranja povrina sa obraenom povrinom obratka. rednja povrina i stranja

povrina mogu biti dijelovi ravnih ili zakrivljenih povrina. =lavna i pomona rezna otrica

)ormiraju vrh alata Prkoji moe biti zaobljen, skoen ili otar, slika :>. "blik vrha alata ima

direktan utjecaj na kvalitetu obraene povrine, jer se svojim oblikom direktno reproducira u

obraenu povrinu. "sim toga, vrh alata moe biti najvia ili najnia toka reznog dijela alata,

a s tim u vezi je i kut nagiba rezne otrice Q.


21/24

!a slici :


22/24

6 stranji kutK izmeu stranje povrine alata i obraene povrine 3tangenta4K uvijek

vei od nule da se smanji trenje. %a kutove na reznom alatu vrijedi0 + + 1 E9R.

6 vrni kutK izmedu glavne i pomone otriceK uvijek se mjeri na prednjoj povrini

alataK

6 kut namjetanja glavne otriceK izmeu glavne otrice i povrine obratka u smjeru

obradeK

6 kut nagiba otrice ili kut odvoenja strugotine.

'lika :@. utovi tokarskog noa


23/24


24/24

Seminarski Rad Tribologija

Documents

Transcript of Seminarski Rad Tribologija