Životnosť a opotrebenie a nástrojov

Pôsobením materiálu obrobku pri jeho relatívnom pohybe pri styku s nástrojom sa rezný klin opotrebúva. Od rýchlosti opotrebovania nástroja závisí čas použiteľnosti nástroja.

Trenie a opotrebenie sú dva pojmy toho istého javu, ktorý prebieha pri vzájomnej interakcii dvoch telies. Pri skúmaní trenia sledujeme dynamiku tohto procesu, t.j. silové účinky, kým pri skúmaní opotrebenia sa zaoberáme zmenou rozmerov a tvaru dotýkajúcich sa povrchov. Na priebeh opotrebenia rezných nástrojov má výrazný vplyv teplota styku medzi čelom nástroja a trieskou.

Opotrebenie - vzniká účinkom trenia odrezávanej triesky a plôch obrobku o nástroj, mechanizmus opotrebenia je charakterizovaný otieraním drobných častí medzných dotykových vrstiev a ich odstraňovania vo forme produktov opotrebenia zo zóny rezania.

Opotrebenie rozdeľujeme:

- Mechanicko – brúsne opotrebenie - prevláda pri obrábaní materiálov so zvýšenou brúsiacou schopnosťou, napr. hornín, uhlia, plastov s minerálnymi plnivami keramických materiálov, ocelí s okovinami, odliatkov so zapečeným pieskom, materiálov s veľkými zrnami karbidov, nitridov, kremičitanov a pod.

- Molekulárno – adhézne opotrebenie - sa prejavuje za všetkých podmienok. Je hlavným, aj keď nie jediným druhom opotrebenia. Prevláda najmä vtedy, keď sa nízkymi a strednými reznými rýchlosťami obrábajú materiály s nepatrnou alebo malou brúsiacou schopnosťou, napr. plastické kovy a pri chemickej príbuznosti obrábaného a rezného materiálu. Vyskytuje sa ja pri rezaní tvrdých a krehkých materiálov.

- Chemicky – difúzne opotrebenie - prebieha pri určitej vzájomnej rozpustnosti obrábaného a rezného materiálu pri dostatočne vysokých teplotách rezania, keď kinetická energia voľných elektrónov na dotykových povrchoch prevyšuje určitú kritickú hodnotu. Nástrojové ocele nepodliehajú difúznemu opotrebeniu, lebo pri teplotách, ktoré sú na to potrebné, nemajú dostatočnú tvarovú pevnosť. Keramické rezné materiály pri obrábaní ocelí nepodliehajú difúznemu opotrebeniu.

Každý nástroj po určitom čase, resp. počte vykonaných operácií, stráca postupne svoju ostrosť, až sa otupí. Okamih otupenia nástroja charakterizujú určité, vonkajšie príznaky, ktoré sú spojené s procesom opotrebenia rezného klina.

Trvanlivosťou nástroja - čas, za ktorý nástroj pracuje až do svojho otupenia, pričom mierou trvanlivosti nástroja je čas jeho práce.

Životnosť nástroja - súčet trvanlivosti ostria nástroja vrátane jeho opakovaného ostrenia až do jeho úplného vyradenia z práce, pričom mierou životnosti nástroja bude:

Ž = ∑ T . nTp

kde:
n - počet ostrení
Tp - priemerná trvanlivosť.

Rezné materiály

Aby nástroj mal vysokú trvanlivosť a životnosť, treba druh rezného materiálu voliť na základe hlbšieho poznania javov, ktoré prebiehajú v zóne rezania, t.j. mechanické a tepelné namáhanie nástroja, charakter opotrebenia atď.

Nástrojové ocele:

- Uhlíkové ocele - obsahujú 0,6 až 1,5 % C a prvky mangán, fosfor a síru. Tvrdosť uhlíkových nástrojových ocelí sa s obsahom uhlíka nemení. So zväčšením obsahu uhlíka však vzrastá odolnosť proti opotrebeniu. Najvyššiu pevnosť majú uhlíkové ocele s obsahom 1,1 % C.

- Legované ocele - tieto ocele obsahujú 0,8 až 1,2 % C a legovacie prvky (mangán, kremík, volfrám). Ako stály komponent je tu chróm (asi 1 %). Vplyvom chrómu sa docieli úplná prekaliteľnosť. Ocele tohto druhu treba pre nástroje voliť podľa výrobnej technológie. Trvanlivosť legovaných (ako aj uhlíkových) ocelí pri vyšších teplotách nie je vysoká. Obmedzuje sa hranicou 250 až 300°C.

- Rýchlorezné ocele - majú vysokú trvanlivosť pri ohriatí na vysoké teploty a vysokú tvrdosť v zakalenom a popustenom stave. Vysoká tvrdosť po zakalení je dôsledkom martenzitickej štruktúry s dostatočným obsahom uhlíka v roztoku. Vysokú trvanlivosť pri vysokých teplotách možno objasniť tým, že rozpustením karbidov legovacích prvkov a uhlíka vzniká roztok.

Spekané karbidy - rezné vlastnosti spekaných karbidov veľmi závisia od och fyzikálnych a mechanických vlastností. Spekané karbidy obsahujú veľké množstvo karbidov ťažkotaviteľných kovov. Týmito karbidmi sa dosahuje vysoká trvanlivosť a odolnosť proti opotrebeniu pri vysokých teplotách. Štruktúra spekaných karbidov je charakterizovaná priestorovou mriežkou z karbidových kryštálov, ktoré sú spojené spojivom vypĺňajúcim medzery. Spojivo tvorí tuhý roztok karbidov v kobalte. Trvanlivosť a odolnosť proti opotrebeniu spekaných karbidov pri vysokých teplotách rastie so zvyšovaním obsahu karbidov. Rezné vlastnosti spekaných karbidov nezávisia len od chemického zloženia. Podstatne ich ovplyvňuje výrobná technológia, ktorá vplýva na štruktúru a na pórovitosť. Veľký vplyv na kvalitu má zrnitosť suroviny – prášku.

Rezné kvapaliny

Do oblasti rezania privádzame rôzne kvapaliny, plyny alebo nasýtené pary. Účinky, vyvolávajúce kvapalinami:

- Mastiaci účinok prostredia
- Chladiaci účinok prostredia
- Čistiaci účinok prostredia
- Antikorozívne vlastnosti prostredia

Základné vlastnosti rezných kvapalín

- Nesmú vyvolať koróziu.
- Nesmú porušovať nátery strojov.
- Musia byť zdravotne nezávadné.
- Musia mať dobrú chladiacu a mastiacu schopnosť aj pri teplotách rezania.
- Musia si zachovať svoje vlastnosti dostatočne dlhý čas (stabilitu).
- Musia mať malú penivosť.

Druhy rezných kvapalín

- Vodné roztoky - Obsahujú kalcinovanú sódu, nitrid (dusitan) sodný, fosforečnan sodný, silikát sodný a uhličitan sodný. Ich prídavok do vody zabraňuje korózii, zlepšuje zmáčavosť a zvyšuje schopnosť vody prenikať do najmenších trhliniek. Vodné roztoky sú pre svoju veľkú prenikavosť a vysokú chladiacu schopnosť vhodné pre dokončovanie operácie pri nízkych rezných rýchlostiach a malých prierezoch rezu. Pre zvyšovanie mastiacej schopnosti pridávame do vodných roztokov povrchovo aktívne látky, najčastejšie mydlá.

- Emulzie - sú disperzné systémy dvoch navzájom nerozpustných kvapalín, napr. vody a oleja. Olej je rozptýlený vo vode vo forme jemných kvapiek. Aby rozptýlené kvapôčky oleja nesplynuli, pridávame emulgátor, najčastejšie mydlo, ktoré obaľuje kvapôčky oleja.

- Oleje - najčastejšie používame čisté minerálne oleje alebo oleje s prídavkom povrchovo aktívnych látok. Rastlinné oleje a živočíšne tuky používame menej. Chladiaci účinok olejov je malý, a preto ich používame tam, kde vyžadujeme mastiaci účinok.