Technologiczne Przygotowanie Produkcji
zużycie - nóż tokarski z płytką skrawającą

Zużycie narzędzi skrawających – ocena stanu

Zużycie narzędzia, a precyzując ostrza narzędzia skrawającego rozpoczyna się wraz z rozpoczęciem zabiegu skrawania. Ostrze narzędzia podczas procesu skrawania pracuje przy znacznych obciążeniach mechanicznych oraz termicznych. Efektem takich warunków są zmiany właściwości materiału narzędziowego oraz zużycie ostrza (ostrzy w przypadku frezów), a więc następuje pogorszenie właściwości skrawnych. Następuje zmiana geometrii w wyniku ubytku materiału oraz zmianach właściwości fizykochemicznych (warstwa wierzchnia) jako efekt oddziaływania wysokich temperatur. W procesach zużycia główną  rolę odgrywają zużycia adhezyjne i dyfuzyjne. Wyróżnia się także inne rodzaje zużycia: ścierne, zmęczeniowe oraz chemiczne. Z uwagi na specyficzne i trudne warunki procesu skrawania (duże naciski jednostkowe i wysoka temperatura w strefie skrawania) przebiegi zużywania się ostrza mają charakter złożony. W zależności od dominującego zjawiska w trakcie procesu skrawania wyróżnia się następujące rodzaje zużycia (ilustracja 1):

  • mechaniczne: ścierne oraz wytrzymałościowe – pole 1.;
  • adhezyjne – pole 2.;
  • dyfuzyjne – pole 3.;
  • utlenianie – pole 4.;
  • odkształcenia plastyczne – pole 5.

Ilustracja 1 przedstawia zależność różnych rodzajów zużycia od prędkości skrawania przy zachowanym stałym czasie skrawania.

zużycie - Ilustracja 1. Zależność zużycia od prędkości skrawania przy stałym czasie skrawania.

Ilustracja 1. Zależność zużycia od prędkości skrawania przy stałym czasie skrawania.

Ścieranie mechaniczne

Wiór trący o powierzchnię natarcia oraz materiał przedmiotu obrabianego trący o powierzchnię przyłożenia powodują usuwanie cząstek materiału ostrza. Zjawisko to jest szczególnie zauważalne przy obróbce materiałów twardych oraz zawierających twarde wtrącenia. Ścieranie zarówno na powierzchni natarcia jak i przyłożenia.

Adhezja

Narost powstaje poprzez przyspawanie cząsteczek materiału przedmiotu obrabianego do powierzchni ostrza. Siła wiązania jest tak duża, że podczas odrywania narostu wyrywany jest również materiał ostrza. Oderwane twarde cząsteczki przemieszczające się wraz z wiórami oraz pomiędzy narzędziem a powierzchnią przedmiotu obrabianego zarysowują powierzchnie natarcia oraz przyłożenia. Zjawisko adhezji występuje przy niewielkich posuwach i prędkościach skrawaniach (narzędzia ze stali szybkotnącej).

Dyfuzja

W wyniku oddziaływania wysokich temperatur następuje przemieszczanie cząsteczek i atomów z jednego materiału do drugiego (strefa skrawania, powierzchnia natarcia). Wiór , który trze o powierzchnię natarcia przy wysokiej temperaturze i znacznych naciskach bardzo silnie przywiera do tej właśnie powierzchni. Następuje dyfuzja atomów materiału ostrza w kierunku wióra. W kierunku przeciwnym dyfundują atomy materiału przedmiotu obrabianego, zmniejszając tym samym odporność na zużycie.

Utlenianie

Szczególnie podatne w przypadku narzędzi skrawających są takie pierwiastki jak żelazo (stale szybkotnące), kobalt i wolfram (płytki skrawające z węglików spiekanych). Tlenki z reguły są porowate i miękkie co ułatwia ich przenoszenie przez wióry. Utlenianie zachodzi na granicy kontaktu wióra z materiałem ostrza (wysoka temperatura, dostęp powietrza). Powstaje zużycie wrębowe (wąskie wyżłobienia na powierzchni natarcia oraz przyłożenia, które są prostopadłe do krawędzi skrawającej. Spieki ceramiczne z natury swojego składu są odporne na tego typu zużycie.

Deformacje plastyczne

Przy dużych prędkościach skrawania występują wysokie temperatury. Uwzględniając znaczne naciski oraz wykorzystywanie dużych posuwów roboczych należy liczyć się z możliwością wystąpienia tzw. deformacji plastycznych narzędzia (stale szybkotnące). W mniejszym stopniu tego typu zużycie spotykane jest w przypadku węglików spiekanych (możliwe pęknięcia, wyłamania).

Do typowych objawów zużycia ostrza narzędzia należą:

  • krater na powierzchni natarcia;
  • starcie powierzchni przyłożenia;
  • wręby.
Zużycie bezpośrednie

Ilustracja 2 przedstawia wybrane wskaźniki zużycia bezpośredniego:

  • VBB – szerokość starcia na powierzchni przyłożenia w strefie środkowej,
  • VBC – szerokość starcia na powierzchni przyłożenia w rejonie naroża,
  • VBN – wyżłobienie,
  • KT – głębokość żłobka mierzona w najgłębszym miejscu prostopadle do powierzchni natarcia,
  • KF – położenie żłobka, mierzone jako odległość jego brzegu od pierwotnego położenia krawędzi skrawającej,
  • KB – szerokość żłobka, mierzoną jako odległość jego dalszego brzegu od pierwotnego położenia krawędzi skrawającej.
Zużycie - Ilustracja 1. Wybrane wskaźniki zużycia bezpośredniego.

Ilustracja 2. Wybrane wskaźniki zużycia bezpośredniego.

Zużycie zmęczeniowe

Istotnymi czynnikami są zagadnienia wytrzymałościowe wpływające na zużycie narzędzia, a które objawiają się następującymi formami:

  • Pęknięcia ostrza – w przypadku obróbki przerywanej (np. frezowanie głowicą kiedy poszczególna ostrza cyklicznie zagłębiają się w materiał przedmiotu obrabianego i z niego wychodzą).
  • Drobne wykruszenia krawędzi ostrza – miejscowo zostaje przekroczona wytrzymałość doraźna ostrza (w przypadku znacznego ujemny kąt natarcia).
  • Wyłamanie ostrza – źródłem tego typu zużycia jest przekroczona wytrzymałość doraźna ostrza (podobnie jak w przypadku drobnego wykruszenia krawędzi ostrza) lecz objętościowo jest to większy zakres.

Dobór wskaźników zużycia może być różny w zależności od analizowanych rodzajów zużyć, czy dostępnego oprzyrządowania metrologicznego. Za najważniejsze należy uznać te wskaźniki, które decydują o jego stępieniu (zakończeniu okresu trwałości, utracie przydatności do dalszej pracy).

Pośrednimi wskaźnikami zużycia są zmiany wielkości fizycznych (jakość powierzchni obrobionej, kształt i kolor wiórów, siły skrawania, drgania, hałas, emisja akustyczna i inne).

Źródła
  • Jemielniak K., Obróbka skrawaniem, OWPW 1998
  • Materiały informacyjne firmy SANDVIK

About author

morek

Rocznik 1973. W 1993 skończyłem Technikum Elektryczne Nr 1. W 1998 roku Wydział Mechaniczny Technologiczny i Automatyzacji (obecnie WIP) PW. 1997-2000 konstruktor narzędzi skrawających w F.W.P. VIS S.A. 2004 – doktorat z technologii kół zębatych. Technologie wytwarzania i procesy technologiczne to moja pasja.

Related Articles

Leave a reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

YouTube

Kategorie