Vezba Br. 03 Habanje Reznog Alata

Grujić Vlada – Vežbe – Tehnologija obrade

VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA

ČAČAK – VJ LAZAREVAC

Tehnologija obrade- 3 Vežba -

HABANJE REZNIH ALATA

Student:

Grujić Vlada

br. indeksa: 1407/14

1


VEŽBA br. 3

- Habanje reznih alata - tribologija rezanja -

Tribologija rezanja

Tribološki procesi odvijaju se pri međusobnom kretanju dve površine pri čemu nastaju fizičke i hemijske promene zavisno od ulaznih podataka. Tokom vremena tribološki procesi dovode do promene u geometriji, sastavu materijala i energetskim izlaznim efektima: trenje, habanje, brzina, temperatura i dinamičko ponašanje. U ulazne podatke ubrajaju se geometrija kontakta, osobine materijala (hemijski sastav, struktura) elemenata u kontaktu, parametri okoline, radne karakteristike – energy input (normalno opterećenje, brzina, tangencijalna sila, temperatura)

U tribologiji se srećemo sa fenomenima trenja i habanja. Trenje predstavlja tangencijalni otpor relativnom kretanju dva tela koja su u međusobnom kontaktu. Habanje je definisano kao progresivan gubitak supstance sa površine kao posledica relativnog kretanja između površina. Trenje i habanje su najverovatnije rezultat istih triboloških procesa koji se odvijaju u kontaktu dva tela.

Osnovni tribološki sistem u obradi metala rezanjem čine: rezni alat (1), predmet obrade (2) i sredina, koju najčešće čini sredstvo za hlađenje i podmazivanje (3).Tribomehanički sistem ima dva kontaktna para:

prvi - kontakt grudne površine reznog klina alata i strugotine i drugi - kontakt leđne površine reznog klina alata i obrađene površine predmeta obrade.

Slika 10. Tribomehanički sistem u obradi metala rezanjem i kontaktni parovi

2


Tribološki procesi na kontaktnim površinama grudne površine alata i predmeta obrade utiču na: karakter i intenzitet habanja alata, kvalitet obrađene površine, tačnost obrade, sile rezanja itd. Kontakt strugotine i grudne površine odlikuje: promenljiv kvalitet površina kontakta, neravnomernost naprezanja (napona) i izmena temperature kontakta u širokim granicama od sobne do temperature topljenja. To znači da se klizanje strugotine duž grudne površine odvija u različitim uslovima, od graničnog trenja (veoma retko, skoro nikada) do potpunog mikrozavarivanja kontaktnih površina.

Slika 11. Kretanje masa u procesu ostvarivanja kontakta

U uslovima visokih toplotnih i mehaničkih opterećenja dolazi do razvoja procesa formiranja i raskidanja frikcionih veza (zavarenih spojeva) između materijala alata I predmeta obrade. Otuda se priroda trenja u procesu rezanja može razjasniti čestom pojavom i raskidanjem frikcionih veza - zavarenih spojeva. Posledica ovih pojava je gubitak energije, utrošak rada na raskidanje veza i generisanje toplote. Pored toga u procesu ostvarivanja kontakta nastaje i kretanje masa između elemenata tribomehaničkog sistema (odlazak čestica alatnog materijala sa strugotinom i obrađenom površinom predmeta obrade). Odlazak čestica alatnog materijala dovodi do habanja reznih elemenata alata.

3.1.Habanje reznih elemenata alata

Mehanizmi habanja reznih elemenata alata se mogu podeliti na: mehaničko habanje: abrazivno habanje i mikrorezanje fizičko-hemijsko habanje: tribohemijsko habanje, atheziono habanje, difuziono habanje, oksidno

habanje i habanje usled zamora.

Abrazivno habanje (2) je mikrorezanje površinskih slojeva reznog klina alata. Mikrorezanje se javlja u uslovima pojave tvrdih čestica (uključaka, karbida, oksida) u zoni rezanja. Tvrde čestice mogu biti i: delići strugotine, produkti habanja, produkti sagorevanja legirajućih elemenata u sredstvu za hlađenje i podmazivanje i sl.

Tribohemijsko habanje je rezultat hemijskog dejstva sredstva za hlađenje I podmazivanje, uticaja okoline, različitih procesa između materijala predmeta obrade I alata i sl. Aktivne komponente, u tečnom i gasovitom stanju, dovode do formiranja prevlake na površinskim slojevima reznog klina alata. Razaranjem prevlake nastaje I habanje alata. Najčešći vid tribohemijskog habanja je oksidno habanje (4) nastalo kao rezultat difuzije ili athezije kiseonika u površinske slojeve. Poseban vid tribohemijskog habanja je

3


koroziono habanje. Jedan od oblika tribohemijskog habanja je i difuziono habanje (1) nastalo kao rezultat međusobne difuzije pojedinih legirajućih elemenata materijala predmeta obrade i alata (ugljenika, volframa, kobalta).

Slika 12. Osnovni mehanizmi habanja reznog klina alata

Atheziono habanje (3) je proces nastanka i razaranja frikcionih veza – zavarenih spojeva na površinama u kontaka alata i strugotine. Atheziono habanje je prisutno na svim temperaturama, a njegov intenzitet raste sa porastom temperature rezanja, posebno u uslovima pojave naslage.

Zamorno habanje nastaje u uslovima dinamičkih opterećenja. Manifestuje se pojavom mikropukotina koje prerastaju u makropukotine i dovode do odvajanja sitnih delića alatnog materijala. Odvajanjem delića stvaraju se karakteristične jamice i krateri ("pitting"). Dinamička opterećenja su rezultat nedovoljne krutosti i stabilnosti elemenata tehnološkog sistema, neravnomernosti dubine rezanja, nehomogenosti strukture materijala predmeta obrade i sl.

Habanje reznih elemenata alata predstavlja gubitak rezne sposobnosti alata i rezultat je: plastičnog deformisanja reznog vrha alata, krzanja, odlamanja ili razaranja reznog klina alata i habanja reznog klina alata.

Slika 13. Osnovni oblici gubitka rezne sposobnosti alata

4


Plastično deformisanje reznog klina nastaje pri visokim toplotnim i mehaničkim opterećenjima i manifestuje se izmenom oblika kontaktnih površina alata (povijanje grudne i pojava ispupčenja na leđnoj površini reznog klina alata).

Krzanje, odlamanje i razaranje reznog klina je nepovoljan oblik trošenja alata, jer dovodi do brzog otkaza alata. Krzanje je odvajanje čestica dimenzija do 0,3 mm, odlamanje odvajanje čestica dimenzija 0,3 - 1 mm i razaranje odvajanje čestica dimenzija iznad 1 mm. Javlja se, uglavnom, kod krtih alatnih materijala (rezna keramika, tvrdi metali na bazi TiC i sl.) i nije funkcija vremena rada. Odlazak čestica alatnog materijala sa strugotinom, obrađenom površinom i sredstvom za hlađenje i podmazivanje dovodi do promene oblika reznog klina alata (habanja alata. Ta promena se manifestuje preko pojave: kratera na grudnoj i pojasa habanja na leđnoj površini reznog klina alata. Četiri osnovna oblika habanja reznih alata su:

intezivno habanje isključivo po grudnoj površini reznog klina alata a slabo po leđnoj površini. Karakteristično je za obradu alatima od brzoreznog čelika bez primene sredstva za hlađenje i podmazivanje,

intezivno habanje isključivo po leđnoj površini reznog klina alata u vidu pojasa habanja odgovarajuće širine a slabo po grudnoj površini. Karakteristično je za završnu obradu i

opšti oblik habanja (habanje i po leđnoj i po grudnoj površini reznog klina alata). Karakteristično je za obradu krtih materijala, čelika sklonih pojavi naslage, obradi većim dubinama rezanja i pri primeni sredstva za hlađenje i podmazivanje i sl.

Zaobljenje vrha noža

Slika 14. Oblici habanja reznih elemenata alata

5


Slika 15. Oblici habanja reznih alata

Pored osnovnih javljaju se i drugi oblici habanja kao što su: zaobljenje reznog vrha, radijalno habanje, koncentrisano habanje na leđnoj površini reznog klina itd.

Koncentrisano habanje se manifestuje pojavom niza žljebova, najčešće u zoni prelaza sa pomoćne na glavnu reznu ivicu.

Slika 16. Koncentrisano i radijalno habanje reznog klina alataProces habanja reznih elemenata alata može se pratiti brojnim parametrima koji se dele na:

direktne i indirektne parametre habanja.

6


Direktni parametri habanja su parametri kojima se prati promena oblika reznog klinaalata. To su:

linijski ili jednodimenzionalni, površinski ili dvodimenzionalni i zapreminski ili trodimenzionalni.

Linijski parametri su osnovni parametri habanja. Njima se prate promene dimenzija kratera na grudnoj površini reznog klina alata (a, b) i/ili širine pojasa habanja na leđnoj površini (h).

Slika 17. Linijski, površinski i zapreminski parametri habanja reznog klina alata

Površinski parametri habanja su: površina poprečnog preseka kratera na grudnoj površini Ag i površina poprečnog preseka pojasa habanja na leđnoj površini Ap.Zapreminski parametri habanja su zapremina pohabanog materijala sa grudne (Vg) i leđne površine reznog klina (Vp). Parametar habanja može biti i masa pohabanog materijala: sa grudne površine reznog klina, sa leđne površine ili ukupna masa pohabanog materijala.Indirektni parametri habanja (slika 3.27) su parametri koji se odnose na praćenje promena na predmetu obrade, promena u procesu rezanja i sl. kao što su promene: hrapavosti obrađene površine, dimenzija predmeta obrade (tačnosti obrade), otpora rezanja, temperature rezanja i sl.

Slika 18. Indirektni parametri habanjaZa praćenje habanja reznih elemenata alata koriste se: direktne i indirektne metode. Direktne

metode praćenja habanja reznih elemenata alata su metode koje obezbeđuju merenje parametera habanja reznih elemenata alata. To su: masene, mikroskopske, metode otisaka i radioaktivne metode.Indirektne metode su metode praćenja promene: parametara hrapavosti obrađene površine, dimenzija predmeta obrade, otpora rezanja, temperature rezanja i sl., sa vremenom. To su metode praćenja promena na predmetu obrade i u procesu rezanja. Retko se primenjuju i ne mogu obezbediti praćenja procesa habanja, već samo mogu ukazati na momenat zatupljenja alata. Tri osnovne promenljive koje utiču na habanje alata

7


su: krive habanja, intenziteta i otpornosti na habanje. Razvoj procesa habanja reznih elemenata alata sa vremenom se prikazuje, najčešće, krivom promene širine pojasa habanja na leđnoj površini reznog klina alata, poznatom pod nazivom kriva habanja (slika 3.28). Kriva habanja ukazuje na tri karakteristične zone habanja reznih elemenata alata i to zone:

I. inicijalnog (početnog) ili ubrzanog habanja,II. ustaljenog ili normalnog habanja iIII. naglog porasta širine pojasa habanja ili katastrofalnog habanja.

U zoni inicijalnog habanja intenzitet habanja je prouzrokovan visokim specifičnim toplotnim i mehaničkim opterećenjima, nastalim kao posledica relativno male mase reznog klina alata, jer je alat potpuno oštar. U drugoj fazi alat poprima drugi oblik tako da je masa reznog klina veća. To prouzrokuje smanjenje specifičnih opterećenja, kako toplotnih tako i mehaničkih. Posledica je usporavanje intenziteta razvoja procesa habanja i pojava zone ustaljenog ili normalnog habanja.

Slika19. Principijelni oblik krive habanja

U trećoj fazi (katastrofalno habanje) dolazi do naglog porasta širine pojasa habanja. Rezni klin alata se menja, pa može doći do pojave krzanja, međukristalnih promena i sl., odnosno do trajne neupotrebljivosti alata. Alat, zbog pojave kritične vrednosti parametra habanja, gubi rezne sposobnosti i postaje neupotrebljiv, tako da bi dalji rad značio, po pravilu, i njegov lom.

Vreme rezanja u toku koga se parametar habanja promeni za jedinicu dužine predstavlja otpornost na habanje.

Slika 21. Kriva habanja i otpornosti na habanje reznih elemenata alata

Za dati kriterijum zatupljenja hk, na bazi krive otpornosti na habanje, može se odrediti postojanost alata T, jer ista predstavlja površinu ispod krive. Kriterijum zatupljenja alata definiše trenutak prekida

8


procesa rezanja i zamene alata novim ili preoštrenim. Kod utvrđivanja kriterijuma zatupljenja alata treba: izbegavati nepotrebna oštećenja alata - krzanje ili lom alata (nastaje pri visokom stepenu pohabanosti alata); obezbediti zahtevani kvalitet obrade (tačnost obrade i kvalitet obrađene površine); obezbediti maksimalnu ekonomičnost i proizvodnost obrade i sl. Izbor alata za konkretne uslove obrade rezanjem podrazumeva izbor: vrste, oblika, dimenzija, i materijala alata, uz poznavanje I karakteristika (kvaliteta) alata.

Slika 22. Krive habanja pri primeni različitih alata

Osnovni parametric postojanosti alata na habanje su:1. Efektivno vreme rezanja (vreme između 2 oštrenja)2. Količina skinute strugotine u kg ili tonama3. Broj obrađenih komada4. Ukupna dužina rezanja (u kilometrima)

Temperature u zoni rezanja

9


Nastaje zbog visokih pritisaka I trenja u zoni rezanja kada se određeni deo mehaničke energije pretvara u toplotnu energiju. Temperatura za visi od mnogo faktora a najbitniji su:

- Brzina rezanja- Vrsta alata- Vrsta materijala alata I obratka- Načina hlađenja I podmazivanja

Temperatura pospešuje process habanja alata a negativno utiče i na tačnost obrade. Da bi se smanjili problem koji nastaju zbog povećanja temperature u zoni rezanja koriste se sredstva za hlađenje.

Sredstva za hlađenje i podmazivanje

Sredstva za hlađenje i podmazivanje predstavljaju bitan element u obradi rezanjem. Primena SHP počela je još u ranim fazama razvoja procesa obrade metala rezanjem sa ciljem da se oblivanjem prostora u kome se izvodi proces rezanja prvenstveno odvede generisana toplota, a zatim smanji trenje na kontaktnim površinama alata t.j. habanje alata.

10


Slika 24. Dovođenje SHP i hlađenje alata i predmeta obrade

Uklanjanje viška materijala sa predmeta obrade, bilo kojom vrstom obrade metala rezanjem, ostvaruje se u uslovima koje karakterišu visoke temperature rezanja i visoki pritisci na kontaktnim površinama alata i predmeta obrade. Procesi koji se u ovakvim uslovima razvijaju dovode do intenzivnog trošenja alata i pojave velikih neravnina na obrađenoj površini. Intenzitet razvoja tih procesa je rezultat, pored ostalog, i količine generisane toplote koja se razvija u zoni rezanja i pritiska između kontaktnih površina. Zato su osnovni zadaci, mehanizmi dejstva i uloga (time I karakteristike) SHP:♦ sposobnost hlađenja - toplotna provodljivost,♦ sposobnost podmazivanja - sposobnost smanjenja trenja i♦ zaštitna sposobnost - sprečavanje neželjenih pojava u procesu obrade.

U procesu rezanja prisutni su i drugi mehanizmi dejstva SHP kao što su: mahaničko dejstvo, difuziono dejstvo i spirajuće dejstvo. Oblivajući strugotinu, alat i predmet obrade, SHP odvodi deo generisane toplote u zoni rezanja, smanjujući temperaturu rezanja. Efekat hlađenja zavisi od načina dovođenja, vrste i kvaliteta SHP itd.

Mehanizam podmazivanja kontaktnih površina alata, pri primeni SHP, je još uvek nedovoljno razjašnjen. Smanjenje trenja formiranjem nosećeg (uljnog) filma nekog fluida između kontaktnih površina obezbeđuje se kod većine kliznih parova. Eksperimentalna ispitivanja su pokazala da se pri veoma malim brzinama rezanja može formirati noseći film SHP i da se u tim slučajevima intenzitet trenja smanjuje i do 80 %. Međutim, pri porastu brzine rezanja mogućnosti formiranja nosećeg filma su svedene na minimum, zbog pojave visokih temperatura i kontaktnih pritisaka pri kojima se razara noseći film i ostvaruje direktni kontakt alata i predmeta obrade.

Slika 25. Noseći - uljni film u uslovima trenja klizanja i obrade rezanjem

Sredstva za hlađenje i podmazivanje imaju i značajnu zaštitnu ulogu, koja zavisi od njihove zaštitne sposobnosti. SHP treba da: spreče pojavu korozije na elementima tehnološkog sistema, zadrže stabilnost u procesu obrade (ne smeju se razlagati, obrazovati penu itd.), spreče stvaranje otrovnih para i negativne

11


reakcije na koži radnika, ne poseduju neprijatan miris, ne rastvaraju sredstva za podmazivanje (maziva) i ne dovode do drugih negativnih reakcija i sl.

Vrste SHP

Razvoj SHP zasniva se na stvaranju fluida koji može efikasno da hladi zonu rezanja (odvodi generisanu toplotu), efektivno da podmazuje kontaktne površine alata I predmeta obrade i da pri svemu tome ne utiče negativno na radnika, elemente tehnološkog sistema i okolinu.

Efikasno hlađenje obezbeđuje voda, jer ima visoku termičku provodljivost i specifičnu toplotu. Ali, voda ima izuzetno slaba podmazujuća svojstva, ispira sredstva za podmazivanje elemenata i sklopova, izaziva koroziju i sl. Mineralna ulja imaju izvanredna podmazujuća svojstva, deluju antikoroziono na elemente tehnološkog sistema, podmazuju i klizne parove. Međutim, njihova termička provodljivost i specifična toplota su izuzetno niske, tako da je efekat hlađenja izuzetno mali. Rešavanje ova dva suprotna zahteva dovelo je do razvoja niza SHP, koja se mogu razvrstati u tri grupe:

uljne emulzije, hemijska - sintetička sredstva i čista ulja za rezanje.

Uljne emulzije su mešavina mineralnih ulja, emulgatora i vode. Koriste se u proizvodnim operacijama koje se izvode velikim brzinama rezanja, pri relativno niskim vrednostima otpora rezanja. U ovim uslovima obrade primarna je sposobnost hlađenja (struganje, bušenje, glodanje...). Dele se na:

mlečne - neprozirne emulzije, čiste mlečne, prozirne ili transparentne emulzije i mlečne emulzije sa EP aditivima (aditivi visokog pritiska).

Hemijska ili sintetička sredstva su rastvori neorganskih i organskih materija u vodi saili bez aditiva za poboljšanje triboloških i drugih karakteristika sredstva. Dele se na:

hemijska - sintetička SHP za brušenje i hemijska - sintetička SHP za struganje, bušenje i glodanje.

Polusintetička sredstva sadrže manju količinu mineralnih ulja od uljnih emulzija i veću količinu emulgatora i površinski aktivnih molekula od hemijskih. Uljne emulzije, hemijska - sintetička i polusintetička sredstva sadrže i odgovarajuće dodatke - aditive:

emulgatore (stvaranje kvalitetne emulzije), inhibitore korozije (sprečavanje pojave korozije), antipenušavce (sprečavanje penušanja sredstva), baktericide (sprečavanje biološkog zagađenja sredstva) i EP aditive (obezbeđenje mogućnosti primene sredstva u uslovima obrade

sa visokim kontaktnim pritiscima).

Čista ulja za rezanje su mineralna ulja sa ili bez aditiva. U ovu grupu spadaju i masna ulja. Koriste u proizvodnim operacijama u kojima je bitna sposobnost podmazivanja I antikoroziona stabilnost SHP (provlačenje, izrada zupčanika...). Dele se na:

aktivna sa EP aditivima i neaktivna sa EP aditivima.

Izbor SHP podrazumeva izbor pre svega: vrste SHP, koncentracije SHP, tipa aditiva, I zavisi od: vrste obrade, materijala alata, materijala predmeta obrade i sl. Osnovna veličina kojom se ocenjuju karakteristike SHP je postojanost alata (T). Postojanost alata određena je oblikom i položajem krive habanja i kriterijumom zatupljenja alata.

12


Slika 26. Krive habanja pri primeni različitih SHP

Ekološki aspekti primene SHP

Proizvodne procese, pored izrade delova i proizvoda, prati i pojava različitih tipova otpada kao što su: otpadne vode, ulja i emulzije, hemikalije i drugi vidovi organskih i neorganskih zagađivača životne sredine. Sve vidove otpada treba evidentirati, odložiti i odstraniti, čime se sprečava zagađenje životne sredine i stvaraju podloge za razvoj i izgradnju sistema zaštite životne sredine prema zahtevima standarda upravljanja kvalitetom (standardi ISO 9000 i ISO 14000) i međunarodnih konvencija u oblasti zaštite životne sredine.

13

Vezba Br. 03 Habanje Reznog Alata

Documents

Transcript of Vezba Br. 03 Habanje Reznog Alata