SLABŠANJE ORODJA - PRAKTIČNI MODELI

SLABŠANJE ORODJA Praktični modeli

Patrick De Vos

SECO TOOLS AB

Založnik: PROFIDTP d.o.o. Škofljica, 2019

Naslov publikacije:

TOOL DETERIORATION – Practical Models SLABŠANJE ORODJA – Praktični modeli

Avtor:

Patrick De Vos

Prevod knjige:

Marko Oreškovič

Lektoriranje besedila:

Poceni lektoriranje Grega Rihtar, s. p.

Prelom in priprava za tisk:

PROFIDTP, d. o. o., Škofljica

Založnik in izdajatelj:

PROFIDTP, d. o. o., Škofljica

Naklada:

150 izvodov

Tisk:

Camera, d. o. o., Ljubljana

Cena:

25,00 EUR

Leto izida:

2019

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 621.9.02:620.193.95(075) DE Vos, Patrick Slabšanje orodja : praktični modeli / Patrick De Vos ; [strokovni prevod knjige Marko Oreškovič]. - Škofljica : Profidtp, 2019 Prevod dela: Tool deterioration – Practical models ISBN 978-961-94025-5-9 298532864

Patrick De Vos patrick.de.vos@secotools.com SECO TOOLS AB Fagersta, Sweden, 2014

Predgovor Seco je v sodelovanju s prof. Ståhlom na Univerzi v Lundu izdal učbenik Metal Cutting, Theories and Models (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije in modeli), v katerem so podrobno opisane fizikalne osnove procesa odrezavanja kovin. Pozneje je izdal knjigo Metal Cutting, Theories in Practice (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije v praksi). Modeli, predstavljeni v prvi knjigi, so bili tam prvič osvetljeni tudi z vidika praktične uporabe v delavnici. Pričujoča tretja knjiga Tool Deterioration, Practical Models (Slabšanje orodja, praktični modeli) je posvečena le enemu praktičnemu vidiku – slabšanju in obrabi orodja. Knjiga izčrpno obravnava praktične modele za spremljanje in analizo slabšanja in obrabe orodja pri vseh glavnih postopkih obdelave kovin z odrezavanjem. Avtor ne zatrjuje, da bi bilo obravnavane modele in načela v povezavi s privzetimi domnevami mogoče ubraniti pred vsako kritiko, izpeljano na podlagi druge literature s tega področja.

Knjiga podaja celovit pregled različnih vidikov slabšanja in obrabe orodja pri obdelavi kovin z odrezavanjem ter osnovne mehanizme, povezane s temi procesi. Vključenih je tudi več praktičnih modelov in smernic, ki jih je mogoče uporabiti na obravnavanih področjih. Cilj je čim boljše razumevanje pojava slabšanja orodja in procesov obrabe pri obdelavi z odrezavanjem. V zadnjem poglavju je izoblikovana povezava med slabšanjem orodja in ekonomiko proizvodnje.

Predstavljen je praktični model za produktiven in donosen proces obdelave kovin z odrezavanjem. Večina opisanih relacij, modelov in smernic je bila tudi eksperimentalno preverjena, modeli pa so predstavljeni na način, ki najbolje ustreza potrebam prakse.

Seco že od nekdaj kot pomemben del svoje strategije tehničnega trženja izvaja tudi izobraževanje, usposabljanje in obveščanje kupcev o kar najučinkovitejši in najuspešnejši uporabi rezalnih orodij. Osnovno izhodišče pri tem pristopu je namreč naše prepričanje, da je »rezalno orodje dobro le toliko kot oseba, ki ga uporablja«. Seco je v zadnjem desetletju vložil veliko sredstev v razvoj izobraževalnih programov STEP (programi tehničnega izobraževanja Seco) za naše kupce po vsem svetu.

Programi STEP so namenjeni strokovnjakom v kovinskopredelovalni industriji, vključujejo pa izobraževanja in usposabljanja za učinkovito in donosno uporabo rezalnih orodij. Uporabniki tam izvedo, »kaj delati« in »kako delati«, da bodo procesi obdelave kovin z odrezavanjem zanesljivi, produktivni in donosni.

Ta knjiga skupaj s pripadajočim izobraževalnim paketom STEP zagotavlja podporo pri šolanju strokovnjakov za odrezavanje kovin in predstavlja vir dopolnilnih informacij. Seco jo uporablja pri šolanju strokovnjakov po vsem svetu, da lahko bolje razumejo procese obdelave kovin z odrezavanjem.

Zahvaljujem se vsem sodelavcem, ki so prispevali svoje dragoceno strokovno znanje in izkušnje, zbrane med dolgoletnim delom po vsem svetu. Knjiga brez njihovih prispevkov ne bi bila tako bogata s praktičnimi nasveti in smernicami, kako obvladati razne pojave slabšanja orodja, s katerimi se srečujemo pri odrezavanju kovin. Posebna zahvala gre prof. Ståhlu z Univerze v Lundu: njegovi modeli so znanstvena osnova za tukajšnje praktične modele. Hvala tudi Agnes den Besten za pripravo slikovnega gradiva.

Patrick De Vos

Uvod Knjiga je bila pripravljena z namenom oblikovanja koherentnega opisa različnih pojavov slabšanja orodja pri obdelavi kovin z odrezavanjem. Uspešnost vsakega obdelovalnega procesa je rezultat soodvisnosti med obliko in lastnostmi materiala obdelovanca, geometrijo rezalnega orodja in lastnostmi rezalnega materiala, lastnostmi obdelovalnega stroja ter pogoji pri odrezavanju. Za opis teh soodvisnosti in njihovega vpliva na slabšanje rezalnega roba je nujna opredelitev pogojev procesa, ki se razvijejo med obdelovancem in rezalnim robom. Te okoliščine določa in opisuje kombinacija mehanskih, toplotnih, kemičnih in triboloških obremenitev.

Od interakcije med obremenitvami pri procesu odrezavanja in lastnostmi rezalnega orodja je odvisno obrabljanje orodja, ki določa obstojnost orodja oziroma količino materiala, ki ga lahko rezalni rob odstrani z obdelovanca pri danih pogojih procesa. Iz teh pogojev izhaja tudi čas obdelave, ki je potreben za dokončanje obdelovanca z zahtevano kakovostjo in od katerega so odvisni proizvodni stroški.

VSE PRAVICE PRIDRŽANE. Nobenega dela te publikacije ni dovoljeno reproducirati, prenesti v sistem za shranjevanje ali posredovati v kakršnikoli obliki in na kakršenkoli način – elektronsko, mehansko, s fotokopiranjem, snemanjem ali drugače – brez predhodnega pisnega dovoljenja izdajatelja in nosilca avtorskih pravic Seco Tools AB. Vsebina te knjige je izobraževalne narave ter podaja splošne smernice za analizo in vrednotenje postopkov obrabe in slabšanja orodja, oblikovana pa je na podlagi dolgoletnih izkušenj družbe Seco na področju proizvodnje rezalnih orodij in odpravljanja težav z obrabo in slabšanjem orodja za naše kupce po vsem svetu. Pri tem ne gre za toge prakse, saj niso vsa rezalna orodja izdelana po enakih standardih kot naša, dejanski rezultati pa so lahko odvisni od stanja obdelovalnih strojev, kakovosti rezalnih orodij, pravega postopka izbire orodij ter od splošnih pogojev, v katerih delujejo rezalna orodja.

Zgornji diagram prikazuje popoln pregled nad današnjim stanjem na področju obdelave kovin z odrezavanjem, ki ga Seco razkriva v svojih knjigah: poglavja 1–9 v učbeniku Metal Cutting, Theories and Models (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije in modeli) na znanstven način opisujejo proces obdelave kovin z odrezavanjem. Knjiga Metal Cutting, Theories in Practice (Obdelava kovin z odrezavanjem, teorije v praksi) gradi most med znanstvenimi modeli ter praktično tehnološko in inženirsko dejavnostjo v sodobnih delavnicah. V pričujoči tretji knjigi Tool Deterioration, Practical Models (Slabšanje orodja, praktični modeli) pa je predstavljena uporaba modelov obrabe in slabšanja orodja iz prvih dveh knjig v vsakodnevni praksi.

Vsebina PREDGOVOR ......................................................................................................................................

UVOD ................................................................................................................................................

VSEBINA ............................................................................................................................................

1

2 3

4

5

6

7

8

9

PROGRAMI TEHNIČNEGA IZOBRAŽEVANJA SECO (STEP).............................................................. 1 1.1 Programi tehničnega izobraževanja Seco (STEP) .......................................................................... 1 1.2 Kompleksnost procesov odrezavanja kovin .................................................................................. 2 1.3 NEXT STEP, zveza z ekonomiko proizvodnje ................................................................................. 3 1.4 V znanju je moč ............................................................................................................................. 6 SPLOŠNI UVOD .......................................................................................................................... 7 LASTNOSTI OBDELOVANEGA MATERIALA IN SLABŠANJE ORODJA ............................................. 11 3.1 Koncept odrezovalnosti in njegova kompleksnost ..................................................................... 11 3.2 Nekatere značilnosti materiala in njihov vpliv na proces odrezavanja ....................................... 12 3.3 Prikaz materialnih dejavnikov v polarnem diagramu ................................................................. 13 3.4 Lastnosti materiala, rezalni parametri in lastnosti rezalnega orodja ......................................... 14 3.5 Lastnosti materiala ter obraba in slabšanje orodja .................................................................... 14 3.6 Polarni diagrami, izbira orodja in rezalnih parametrov ter obraba orodja ................................. 15 PRVE MISLI O SLABŠANJU IN OBRABI ORODJA .......................................................................... 19 4.1 Osnovne vrste slabšanja rezalnega orodja ................................................................................. 19 4.2 Kriteriji obstojnosti in obrabe orodja .......................................................................................... 23 4.3 Slabšanje orodja v povezavi z obrabo ......................................................................................... 24 4.4 Plastične deformacije.................................................................................................................. 26 4.5 Zlom in nastanek razpok ............................................................................................................. 27 VZDRŽEVANJE ORODJA ............................................................................................................ 31 5.1 Uvod ............................................................................................................................................ 31 5.2 Skladiščenje rezalnega orodja ..................................................................................................... 32 5.3 Delovni pogoji za rezalno orodje ................................................................................................ 32 5.4 Splošne smernice za ravnanje s ploščicami ................................................................................ 34 5.5 Vpenjanje orodja in ploščic ......................................................................................................... 35 5.6 Smernice za vzdrževanje orodja ................................................................................................. 39 UVOD V OSNOVNE VRSTE OBRABE........................................................................................... 43 6.1 Uvod ............................................................................................................................................ 43 6.2 Glavne osnovne vrste obrabe ..................................................................................................... 43 PROCESI ODREZAVANJA KOVIN IN SLABŠANJE ORODJA ............................................................ 47 7.1 Uvod ............................................................................................................................................ 47 7.2 Nekateri osnovni pojavi obrabe .................................................................................................. 48 7.3 Analiza obrabe ............................................................................................................................ 49 OBRABA IN OBSTOJNOST ORODJA ........................................................................................... 57 8.1 Uvod ............................................................................................................................................ 57 8.2 Praktični primer .......................................................................................................................... 58 8.3 Taylorjev model za določanje obstojnosti orodja ....................................................................... 60 8.4 Coldingov model za določanje obstojnosti orodja...................................................................... 65 PREGLED OSNOVNIH VRST OBRABE ORODJA PRI ODREZAVANJU KOVIN ................................... 67 9.1 Uvod ............................................................................................................................................ 67 9.2 Osnovni vzroki obrabe orodja ..................................................................................................... 67 9.3 Obraba proste ploskve ................................................................................................................ 67 9.4 Obraba v obliki kotanje ............................................................................................................... 68 9.5 Obraba zaradi nalepka ................................................................................................................ 68 9.6 Krušenje rezalnega roba ............................................................................................................. 69 9.7 Toplotne razpoke ........................................................................................................................ 69 9.8 Plastične deformacije (PD) rezalnega roba ................................................................................. 70 9.9 Zarezna obraba ........................................................................................................................... 70

9.10 Lom orodja .................................................................................................................................. 71 9.11 Poškodbe rezalnega roba zaradi udarcev odrezkov ................................................................... 71 9.12 Nekaj praktičnih smernic ............................................................................................................ 72 10 OBRABA ORODJA PRI STRUŽENJU ......................................................................................... 73 10.1 Uvod ............................................................................................................................................ 73 10.2 Pregled glavnih težav pri splošnem struženju ............................................................................ 73 10.3 Optimizacija oblikovanja odrezkov ............................................................................................. 74 10.4 Optimizacija obrabe orodja ........................................................................................................ 74 10.5 Praktični pripomočki za optimizacijo procesov splošnega struženja .......................................... 75 10.6 Struženje utorov in odrezovanje ................................................................................................. 77 10.7 Večsmerno struženje (MDT) ....................................................................................................... 78 11 OBRABA ORODJA PRI FREZANJU (FREZALA Z OBRAČALNIMI PLOŠČICAMI) ............................. 81 11.1 Uvod ............................................................................................................................................ 81 11.2 Obraba na prosti ploskvi ............................................................................................................. 82 11.3 Zarezna obraba ........................................................................................................................... 83 11.4 Obraba v obliki kotanje ............................................................................................................... 83 11.5 Toplotne razpoke ........................................................................................................................ 84 11.6 Krušenje ...................................................................................................................................... 85 11.7 Popolna porušitev orodja............................................................................................................ 85 11.8 Nalepek ....................................................................................................................................... 86 11.9 Druge značilne težave ................................................................................................................. 88 12 OBRABA ORODJA PRI FREZANJU (FREZALA IZ KARBIDNE TRDINE) .......................................... 89 12.1 Uvod ............................................................................................................................................ 89 12.2 Obraba in lastnosti orodja .......................................................................................................... 90 12.3 Obraba proste ploskve ................................................................................................................ 92 12.4 Obraba v obliki kotanje ............................................................................................................... 93 12.5 Krušenje rezalnega roba ............................................................................................................. 94 12.6 Obraba zaradi nalepka ................................................................................................................ 95 12.7 Oblikovanje zarez na rezalnem robu .......................................................................................... 95 12.8 Obraba zaradi težav pri odvajanju odrezkov .............................................................................. 96 12.9 Popolna porušitev frezala ........................................................................................................... 96 12.10 Obraba in obnova ....................................................................................................................... 96 12.11 Vpliv strategije obdelave........................................................................................................... 100 12.12 Pregled pogostih težav in ukrepi za odpravo ............................................................................ 102 13 OBRABA ORODJA ZA IZDELAVO NAVOJEV ........................................................................... 103 13.1 Uvod .......................................................................................................................................... 103 13.2 Osnovni mehanizmi in značilnosti obrabe ................................................................................ 103 13.3 Struženje navoja – idealna obraba............................................................................................ 103 13.4 Struženje navoja – krušenje ali luščenje rezalnih robov ........................................................... 104 13.5 Struženje navoja – obraba v obliki kotanje ............................................................................... 104 13.6 Struženje navoja – obraba v obliki kotanje in krušenje ............................................................ 105 13.7 Struženje navoja – plastične deformacije ................................................................................. 105 13.8 Pregled najpogostejših težav in ukrepi za odpravo .................................................................. 106 13.9 Frezanje navoja ......................................................................................................................... 108 13.10 Frezanje navoja – idealna obraba in obraba proste ploskve .................................................... 109 13.11 Frezanje navoja – krušenje rezalnih robov ............................................................................... 110 13.12 Frezanje navoja – obraba zaradi nalepka na rezalnih robovih ................................................. 110 13.13 Frezanje navoja – vibracije........................................................................................................ 111 13.14 Frezanje navoja – plastične deformacije .................................................................................. 111 13.15 Frezanje navoja – druge značilne težave .................................................................................. 111 13.16 Značilni vzorci obrabe navojnih svedrov ................................................................................... 112 14 SLABŠANJE VRTALNEGA ORODJA ........................................................................................ 115 14.1 Uvod .......................................................................................................................................... 115 14.2 Splošna navodila za vrtanje....................................................................................................... 116

14.3 Svedri s ploščicami – obraba proste ploskve na obodni ploščici .............................................. 117 14.4 Svedri s ploščicami – krušenje obodnih ploščic ........................................................................ 117 14.5 Svedri s ploščicami – krušenje sredinskih ploščic ..................................................................... 118 14.6 Svedri s ploščicami – obraba zaradi nalepka............................................................................. 118 14.7 Svedri s ploščicami – privarjanje odrezkov na telo svedra ....................................................... 119 14.8 Svedri iz karbidne trdine – obraba proste ploskve ................................................................... 119 14.9 Svedri iz karbidne trdine – krušenje in obraba vrha svedra ..................................................... 120 14.10 Svedri iz karbidne trdine – obraba v obliki kotanje v središču svedra ...................................... 120 14.11 Svedri iz karbidne trdine – krušenje obodnih vogalov in rezalnega roba ................................. 121 14.12 Svedri iz karbidne trdine – obraba faze hrbtne ploskve ........................................................... 121 14.13 Svedri iz karbidne trdine – obraba in rahlo krušenje faze hrbtne ploskve ............................... 121 14.14 Svedri iz karbidne trdine – močno krušenje faze hrbtne ploskve ............................................. 122 14.15 Svedri iz karbidne trdine – obraba zaradi nalepka.................................................................... 122 14.16 Pregled glavnih težav pri svedrih s ploščicami .......................................................................... 123 14.17 Pregled glavnih težav pri svedrih iz karbidne trdine ................................................................. 124 14.18 Pregled glavnih težav pri svedrih Crownlock ............................................................................ 125 15 SLABŠANJE ORODJA ZA IZSTRUŽEVANJE.............................................................................. 127 15.1 Uvod .......................................................................................................................................... 127 15.2 Nekaj splošnih priporočil .......................................................................................................... 127 15.3 Pregled glavnih težav pri glavah za grobo izstruževanje .......................................................... 128 15.4 Pregled glavnih težav pri glavah za fino izstruževanje .............................................................. 129 16 SLABŠANJE ORODJA ZA POVRTAVANJE ............................................................................... 131 16.1 Pregled glavnih težav pri povrtalih ........................................................................................... 133 17 SLABŠANJE ORODJA IZ NAPREDNIH REZALNIH MATERIALOV ............................................... 135 17.1 Uvod .......................................................................................................................................... 135 17.2 Rezalni materiali PCBN .............................................................................................................. 136 17.3 Rezalni materiali PCBN – zlom rezalnega roba ......................................................................... 139 17.4 Rezalni materiali PCBN – zlom polnih ploščic ........................................................................... 139 17.5 Rezalni materiali PCBN – krušenje rezalnega roba ................................................................... 139 17.6 Rezalni materiali PCBN – luščenje rezalnega roba pri neprekinjeni obdelavi........................... 140 17.7 Rezalni materiali PCBN – luščenje rezalnega roba pri obdelavi s prekinitvami ........................ 140 17.8 Rezalni materiali PCBN – obraba na prosti ploskvi ................................................................... 140 17.9 Rezalni materiali PCBN – obraba v obliki kotanje ..................................................................... 140 17.10 Rezalni materiali PCBN – zarezna obraba ................................................................................. 141 17.11 Rezalni materiali PCBN – kemična obraba ................................................................................ 141 17.12 Rezalni materiali PCBN – nekaj praktičnih nasvetov................................................................. 142 17.13 Rezalni materiali PKD ................................................................................................................ 142 17.14 Rezalni materiali PKD – obraba proste ploskve ........................................................................ 143 17.15 Rezalni materiali PKD – nalepek ............................................................................................... 143 17.16 Rezalni materiali PKD – krušenje rezalnega roba ..................................................................... 143 17.17 Rezalni materiali PKD – druge značilne težave ......................................................................... 144 17.18 Rezalna keramika ...................................................................................................................... 144 17.19 Rezalni materiali PCBN – pregled glavnih težav........................................................................ 146 17.20 Rezalni materiali PKD – pregled glavnih težav .......................................................................... 147 17.21 Rezalna keramika – pregled glavnih težav ................................................................................ 148 18 SLABŠANJE DRŽAL ORODJA................................................................................................. 149 18.1 Uvod .......................................................................................................................................... 149 18.2 Dobre prakse vzdrževanja držal orodja..................................................................................... 150 18.3 Nekaj praktičnih smernic za kakovostno vzdrževanje .............................................................. 153 19 SLABŠANJE ORODJA IN ANALIZE V PRAKSI .......................................................................... 155 20 EKONOMSKI VIDIKI PROCESOV ODREZAVANJA ................................................................... 157 20.1 Klasični model gospodarnosti proizvodnje ............................................................................... 161 SKLEP ........................................................................................................................................... 165

1 Programi tehničnega izobraževanja Seco (STEP) Procesi obdelave z odrezavanjem predstavljajo eno izmed glavnih skupin postopkov, ki jih uporabljamo v proizvodnji kovinskih izdelkov. V to skupino med drugim spadajo struženje, izstruževanje, vrtanje, frezanje, izvlačenje in povrtavanje. Cilj vseh teh procesov je, da je proizvod izdelan kar se da učinkovito, z zahtevano ravnjo kakovosti, v želenem času in za primerno ceno. Razvoj tehnologije odrezavanja kovin je usmerjen predvsem v izboljševanje učinkovitosti proizvodnje in zmogljivost različnih procesov odrezavanja kovin ter išče možnosti za zvišanje kakovosti, skrajšanje obdelovalnega časa in zmanjšanje stroškov obdelave.

Vsem postopkom odrezavanja je skupna uporaba rezalnega roba, ki deformira in odstranjuje material z obdelovanca v obliki odrezkov. Nastavitve proizvodne opreme, torej hitrosti, temperature itd., imenujemo procesni pogoji, pogoji pri odrezavanju pa tvorijo podmnožico procesnih pogojev. Odrezovalnost materiala nam pove, kako lahko se material obdelovanca obdeluje z nekim postopkom.

Slika 1:1 Osnovni princip obdelave kovin z odrezavanjem

1.1 Programi tehničnega izobraževanja Seco (STEP) STEP (programi tehničnega izobraževanja Seco, angl. Seco Technical Education Programmes) je niz izobraževalnih paketov, oblikovanih za ustvarjanje boljšega vpogleda v postopke odrezavanja kovin in različne vrste nalog, kjer se uporabljajo struženje, frezanje, vrtanje, izstruževanje in povrtavanje. STEP se osredotoča na osnovne pojave, ki jih lahko spremljamo med procesom.

Glavni cilj paketov STEP je ponuditi tehnologom in upravljavcem strojev vpogled v teoretične in še posebej praktične modele za opis postopkov odrezavanja kovin in interakcij med vsemi vključenimi dejavniki.

Programi STEP so oblikovani za učenje o različnih elementih, ki so pomembni za postopke odrezavanja kovin. Med drugim pojasnjujejo njihov vpliv na rezultate obdelave, kakovost dokončanega izdelka in interakcije med vsemi elementi.

Ta spoznanja omogočajo boljše razumevanje procesa in uvajanje ustreznih ukrepov, da bi proces postal bolj zanesljiv, obvladljiv in predvidljiv.

Glavni cilj je ustvarjanje pogojev za učinkovitejšo izbiro postopkov in strategij odrezavanja, boljšo izbiro rezalnih orodij in točnejšo določitev pogojev pri odrezavanju. Vse to pa končno vodi do produktivnejše in stroškovno učinkovitejše proizvodnje. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 1

Slika 1:2 Programi STEP pojasnjujejo in demistificirajo tehnologijo obdelave kovin z odrezavanjem.

1.2 Kompleksnost procesov odrezavanja kovin Procesi odrezavanja kovin so vsekakor zelo kompleksni. Pri tem ima pomembno vlogo veliko dejavnikov: - obdelovanec (material in geometrija), - obdelovalni stroj (moč, podajanje in hitrosti, stabilnost …), - okolje, v katerem poteka proces (hlajenje, stabilnost …), - sistem vpenjanja obdelovanca in rezalnega orodja, - rezalno orodje in pogoji pri rezanju, - znanje, izkušnje in usposobljenost upravljavca stroja.

Ključno vlogo v procesu ima rezalno orodje. Prav na rezalnem robu se namreč prepletajo vplivi vseh naštetih dejavnikov in na njem poteka dejanska interakcija med obdelovancem (materialom in obliko) in proizvodnim sistemom (obdelovalni stroj, rezalno orodje ...).

Po eni strani obremenitve iz okolja delujejo na rezalni rob, po drugi strani pa ta ponuja določeno obremenljivost. Prav ravnovesje med obremenitvami in obremenljivostjo je odločilno za produktiven in stroškovno učinkovit proizvodni proces.

Obremenitve iz okolja izhajajo iz pogojev procesa (obdelovalni stroj, vpenjalni sistemi, hladilni sistemi …), uporabljenih rezalnih parametrov (rezalne hitrosti, podajanja in globina rezanja), zasnove orodja (trdnost, stabilnost …) ter materiala in geometrije obdelovanca.

Obremenljivost rezalnega roba je odvisna od rezalnega materiala (substrat in prevleka) ter od geometrije rezil (na mikro- in makroravni). K zagotavljanju obremenljivosti je mogoče pristopiti na dva načina. Prilagoditev spremenjenim delovnim pogojem z izbiro drugega rezalnega materiala je razmeroma pasiven ukrep. Naloge se bolj proaktivno lotimo s prilagoditvijo rezalne geometrije: rezalni rob z drugačno geometrijo bo primernejši za dano nalogo, obenem pa bo vplival tudi na sam proces.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 2

Slika 1:3 Kompleksnost procesov odrezavanja kovin

Rezalni rob je izpostavljen različnim obremenitvam in odziv orodja nanje je odvisen od njegove obremenljivosti. Posledično se na njem pojavijo različni vzorci obrabe in slabšanja.

- Mehanske obremenitve povzročajo utrujanje, lom in deformacije rezalnih robov.

- Toplotne obremenitve povzročajo visoke temperature in temperaturne gradiente, ki katalizirajo procese obrabljanja in slabšanja orodja.

- Tribološke obremenitve povzročajo trenje, abrazijo, erozijo, adhezijo ...

- Kemične obremenitve so vzrok za oksidacijo, korozijo, difuzijo ...

Slika 1:4 Različne obremenitve, ki delujejo na rezalni rob, povzročajo različne vzorce obrabe in slabšanja orodja.

1.3 NEXT STEP, zveza z ekonomiko proizvodnje Izobraževalni program za tehnologije odrezavanja kovin (STEP) je sam po sebi osredotočen predvsem na tehnološke vidike procesa odrezavanja. Da bi bolje razumeli proces odrezavanja, do podrobnosti razdela vse tehnološke elemente (Slika 1:3). Edini izhodni parameter procesa, ki _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 3

ga upoštevamo na tej stopnji in je bolj splošne narave, je kakovost končnega izdelka (dimenzijske tolerance, tolerance oblike in položaja, hrapavost in tekstura površine).

Postopki odrezavanja kovin se vedno odvijajo v gospodarsko usmerjenem okolju in morajo do končnih izdelkov voditi časovno (produktivnost) in stroškovno učinkovito (ekonomika). Ti vidiki produktivnosti in stroškovne učinkovitosti ter njihova zveza s tehnologijo odrezavanja kovin so predmet izobraževalnega paketa NEXT STEP. Pri analizi produktivnosti (porabljen čas) in stroškovne učinkovitosti (porabljen denar) postopka odrezavanja kovin moramo poleg dejanskega produktivnega časa (čas, ko stroj obdeluje kovino) seveda upoštevati še vse druge operacije na obdelovalnem stroju, npr. premikanje obdelovancev, premikanje in indeksiranje orodij, vzdrževanje, pripravljalni čas stroja in čas za odpravljanje težav. Vse te dejavnosti so neizogibne ter rabijo čas in denar. Izjema je odpravljanje napak: če zmanjšamo obseg težav med odrezavanjem, lahko prihranimo veliko časa in denarja.

Interakcijo med samim tehnološkim procesom in končnim rezultatom procesa – kakovostjo gotovih izdelkov (vseh!), ter čas in denar, ki ju porabimo, da dosežemo ta cilj, prikazuje globalna stroškovna formula na Sliki 1:5. V formuli so zbrani vsi neposredni in posredni (vendar odvisni od procesa odrezavanja) stroškovni dejavniki v proizvodnji serije gotovih izdelkov.

Slika 1:5 NEXT STEP – praktični model zveze med tehnologijo odrezavanja kovin in ekonomiko proizvodnje.

Globalno stroškovno formulo je razvil prof. Ståhl z Univerze v Lundu.

Iz formule na Sliki 1:5 izhaja ugotovitev, da vsaka manipulacija, prekinitev dela ali dodelava obdelovancev prinaša dodatne stroške. Vsak surovec, ki vstopi v proizvodni sistem, ne konča kot potrjeno ustrezen izdelek. Pri nekaterih izdelkih je še možna dodelava (npr. odstranjevanje srha), nekateri pa gredo v škart.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 4

Slika 1:6 NEXT STEP – praktični model, ki povezuje tehnologijo odrezavanja kovin z ekonomiko proizvodnje

Medtem ko je program tehnologij odrezavanja kovin (STEP) osredotočen na eno samo aplikacijo, orodje in nabor pogojev pri odrezavanju, Seco s programom NEXT STEP ponuja vrsto izobraževalnih paketov, ki bodo strokovnjakom v proizvodnji razširili pogled z ožjih postopkov odrezavanja na celotno proizvodno organizacijo. Program NEXT STEP konkretno osvetljuje posledice sprememb v sistemu ena aplikacija – eno orodje – en obdelovalni stroj v širšem kontekstu. Z določeno kombinacijo lastnosti rezalnega orodja in pogojev pri odrezavanju lahko na primer dosežemo proces odrezavanja, ki je sicer v ožjem pomenu optimalen, vendar pri njem nastaja veliko srha. Ta srh moramo nato v naslednjem koraku odstraniti, s čimer se zmanjša celotna produktivnost in se povečajo skupni proizvodni stroški.

Drug značilen primer je število zavrnjenih izdelkov ob koncu proizvodne serije. Vseh surovcev, ki vstopijo v proizvodnjo, ni mogoče pretvoriti v potrjeno ustrezen izdelek. Nekateri gotovi izdelki ne izpolnjujejo zahtev končne kontrole kakovosti, zato so zavrnjeni. Analiza vzrokov pokaže, da se nezadovoljiva obdelava (ki ne daje ustreznih izdelkov) pojavlja npr. med poskusnimi serijami (z novo ali spremenjeno pripravo), zaradi loma orodja med delom, ki lahko povzroči celo uničenje obdelovancev, ali zaradi spremembe nastavitev obdelave. Vsi ti dogodki neposredno vplivajo na proizvodni čas in na stroške, obenem pa tudi povečujejo posredne stroške in zmanjšujejo produktivnost. Ekonomski izkupiček je mogoče neposredno ali posredno izboljšati z zmanjšanjem poskusnih obdelav na minimum (boljše poznavanje procesa), s preprečitvijo loma orodja (boljši nadzor nad slabšanjem orodja) in z izogibanjem spremembam med proizvodno serijo (boljša priprava procesa).

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 5

Slika 1:7 NEXT STEP – na tveganje zavrnitve končnih izdelkov med kontrolo lahko vplivajo poskusne serije, poškodbe orodja ali spremembe nastavitev procesa med proizvodnjo.

1.4 V znanju je moč Glavno vlogo pri nadzoru v proizvodnih podjetjih imajo ljudje. Ljudje so tisti, ki spremljajo procese in okolje, v katerem potekajo, ter lahko opazijo, da stvari ne gredo po načrtu ali tako, kot je bilo predvideno. Konkurenčnost vsakega proizvodnega podjetja je zato v veliki meri odvisna od usposobljenih, kompetentnih in izkušenih ljudi. Ključni dejavnik za trajno uspešnost podjetja pa je predvsem prisotnost nekaj ljudi z vrhunskimi kompetencami.

Ljudje v proizvodnji morajo imeti dostop do najnovejšega strokovnega znanja in dognanj na področju postopkov in orodij za odrezavanje kovin. S ponudbo Secovih izobraževalnih programov STEP in NEXT STEP je to znanje sedaj na dosegu roke.

Slika 1:8 Pomen znanja in izobraževanja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 6

2 Splošni uvod Glavni dejavnik trajne uspešnosti vsakega sodobnega proizvodnega podjetja je sposobnost ekonomične proizvodnje končnih izdelkov v ustrezni kakovosti. Ena od možnih poti za doseganje tega cilja je z uporabo povečanih rezalnih parametrov. Proizvodna podjetja skušajo z različnimi kombinacijami povečanih rezalnih parametrov doseči optimalno zanesljivost (kakovost končnih izdelkov), hitrost (produktivnost) in stroškovno učinkovitost (ekonomika).

Pri tem se tradicionalno uporabljajo pristopi, kot so npr.: - Visokohitrostna obdelava oz. kombiniranje visokih rezalnih hitrosti z majhnim podajanjem in globino rezanja. Običajno se uporablja za fino obdelavo vseh materialov ali za grobo in fino obdelavo neželeznih materialov. Pojavi slabšanja orodja so povezani predvsem z visokimi temperaturami pri odrezavanju. Za uspeh tega pristopa je ključna uporaba namenskih rezalnih materialov in prevlek.

- Obdelava z visokim podajanjem je inteligentnejša metoda, kjer se visoka vrednost podajanja kombinira z manjšo globino rezanja in zmernimi rezalnimi hitrostmi. Ta pristop zagotavlja boljše ravnovesje med produktivnostjo in stroškovno učinkovitostjo. Pojavi slabšanja orodja so povezani predvsem z večjimi mehanskimi obremenitvami rezalnega roba in glavno vlogo ima izbira prave rezalne geometrije.

- Visokozmogljiva obdelava je najučinkovitejša metoda za optimalno razmerje med produktivnostjo in stroškovno učinkovitostjo. Rezalni rob je izpostavljen velikim mehanskim obremenitvam in zato je zelo pomembno, da je rob dovolj močan. Ta pristop zahteva mehansko stabilnost delovnega okolja (dovolj moči, robustna pritrditev obdelovanca, močna konstrukcija rezalnega orodja ...).

Ne glede na uporabljeni pristop se v praksi povečajo rezalni parametri, z njimi pa ne le produktivnost, temveč tudi stroški orodja. Zato je pomembno, da nam uspe poiskati dober kompromis, pri čemer moramo upoštevati tudi praktične omejitve (razpoložljiva moč, stabilnost obdelovalnega sistema, oblikovanje odrezkov, površinska hrapavost ...).

Dobro izhodišče za delo v kakovostnem procesnem okolju (brez praktičnih omejitev) so nasveti za izbiro rezalnih parametrov v tehničnih vodičih, kot je Machining Navigator, ki zagotavljajo dobro ravnotežje med stroškovno učinkovitostjo in vsestranskostjo. Uporabnika seznanjajo z najboljšo »delovno hitrostjo« za izbrano orodje. Seveda so možna tudi odstopanja v pozitivno ali negativno smer, ki pa so vedno povezana z določenimi posledicami.

Slika 2:1 Različni rezalni robovi ponujajo različne priložnosti za učinkovit proces obdelave z odrezavanjem.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 7

Na Sliki 2:2 je pregled najpomembnejših vplivov povečanja rezalnih parametrov na elemente procesa. Kadar je proces odrezavanja obremenjen s praktičnimi omejitvami, je mogoče na osnovi te preglednice sprejemati odločitve o tem, katere rezalne parametre lahko povečamo za izboljšanje produktivnosti.

Slika 2:2 Nekatere praktične posledice povečanja rezalnih parametrov

Pri analizi časa, ki se porabi na obdelovalnem stroju, se poleg očitno časovno potratnih operacij vedno razkrijejo tudi izgube produktivnega časa, ki je na voljo za dejansko proizvodnjo, zaradi praktičnih problemov v procesu. Med njimi so npr. težave z obrabo orodja, lomom orodja, nesprejemljivo kakovostjo obdelanih površine, oblikovanjem in odvajanjem odrezkov ali splošne varnostne težave. Kateri problem prevladuje v danih okoliščinah, je odvisno od vrste dejavnikov in seveda tudi od vrste aplikacije. Težave z oblikovanjem odrezkov so tako pogostejše pri struženju kot pri frezanju.

Slika 2:3 Tehnične težave med obdelavo tratijo čas in povzročajo prekinitve obratovanja obdelovalnega stroja.

Z odpravo ali ublažitvijo problemov se zmanjša obseg prekinitev obratovanja obdelovalnega stroja in pridobi čas, ki je dejansko na voljo za proizvodnjo. Vsaj polovica problemov, ki se pojavljajo med obdelavo, je povezanih s pojavi obrabe ali slabšanja orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 8

- Slabšanju orodja (predvsem lomu rezalnih robov oz. porušitvi orodja) se je treba v čim večji meri izogniti, saj ogroža učinkovitost procesa, varnost operaterja, kakovost obdelovancev ...

V vsaki delavnici, kjer je ugotovljena previsoka stopnja loma orodij, se je treba lotiti resne analize procesa in poiskati osnovne vzroke težav. Občasen lom rezalnega roba je neizogiben del procesa obdelave kovin z odrezavanjem, če pa do zlomov prihaja sistemsko, to pomeni, da je nekaj zelo narobe.

- Obraba orodja je običajnejši pojav. Na rezalnih robovih se pojavijo določene vrste obrabe zaradi delovanja mehanskih, toplotnih, kemičnih in triboloških obremenitev. Cilj je zagotavljanje tega, da je vrsta obrabe in s tem povezana obstojnost orodja zanesljiva (nobenih nepredvidenih dogodkov), nadzorovana in predvidljiva. Le v tem primeru je mogoče obrabo orodja uporabiti kot instrument pri uglaševanju zanesljivosti procesa, produktivnosti in stroškovne učinkovitosti.

Pravilno diagnosticiranje slabšanja in obrabe orodja je zelo pomembno. Zgodnje odkrivanje obrabe med procesom odrezavanja je ključno za ugotavljanje osnovnih vzrokov odpovedi orodja. Kritičnega pomena je tudi skrbno spremljanje procesov, beleženje opažanj in dokumentiranje ugotovitev. V nasprotnem primeru obstaja nevarnost, da bomo zamešali različne mehanizme odpovedi in tako iskali napačne rešitve za odpravo težav. Priporočljiva je uporaba ustrezne opreme, npr. dobrega stereoskopa ali povečevalnih stekel (z 20x povečavo).

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 9

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 10

3 Lastnosti obdelovanega materiala in slabšanje orodja Odrezovalnost obdelovane kovine je odločilna za proces obdelave z odrezavanjem, še posebej pa za slabšanje in obrabo orodja. Odvisna je od aplikacije in material, ki ima pri eni vrsti obdelave dobro odrezovalnost, je lahko pri drugi zelo težaven. Odrezovalnost je odvisna tudi od lastnosti rezalnega orodja, rezalnih parametrov in drugih dejavnikov pri odrezavanju. Opisujemo jo s polarnimi diagrami, na katerih osi predstavljajo različne lastnosti oziroma stopnjo izpolnjevanja določenih kriterijev.

3.1 Koncept odrezovalnosti in njegova kompleksnost Odrezovalnost kot večplasten koncept ni povsem enoznačno določljiva, zato jo vedno obravnavamo in razumevamo v kontekstu dane aplikacije. Tradicionalno definicijo odrezovalnosti, ki dopušča več interpretacij, lahko povzamemo takole: vedenje obdelovanega materiala med procesom odrezavanja in njegov vpliv na rezultate procesa.

Odrezovalnost po nekoliko preprostejši interpretaciji izraža, kako lahko je material obdelovati na način, ki zagotavlja vnaprej določeno obliko, velikost in hrapavost obdelane površine.

Merilo za odrezovalnost mora torej posredovati pričakovani odziv materiala na proces odrezavanja. Koncept odrezovalnosti je zato najbolje razčleniti tako, da ustreza potrebam dane naloge.

V zvezi z odrezovalnostjo moramo upoštevati naslednje parametre, ki odločilno vplivajo na ekonomiko proizvodnje: - Kakovost končnega izdelka.

- Motnje ali prekinitve procesa odrezavanja, ki jih povzroči vedenje obdelovanega materiala.

- Zmogljivost proizvodnje (čas cikla), ki je dosegljiva v danih pogojih.

- Okoljski vidiki in recikliranje obdelovanega materiala.

V vrednotenje odrezovalnosti materiala je treba vključiti: 1.

2.

3.

4.

5.

rezalne sile in moč, oblikovanje in odvajanje odrezkov, slabšanje in obrabo orodja, lastnosti obdelane površine, okoljske vidike.

Razlikujemo lahko med različnimi ravnmi odrezovalnosti in na vsaki ravni veljajo medsebojne odvisnosti, zaradi katerih pogosto ni mogoče podati preproste razlage odrezovalnosti. Sestavimo lahko naslednjo verigo odvisnosti: lastnosti materiala → vedenje procesa → odrezovalnost → parametri rezultatov → stroški obdelave Odrezovalnost materiala lahko opisujemo v povezavi z danimi okoliščinami. Predpostavka pri vsaki primerjavi odrezovalnosti različnih materialov mora biti najboljši možni nabor pogojev pri obdelavi. Odrezovalnost v tem kontekstu je relativen koncept in je odvisna od vsakokratnih pogojev. Ko primerjamo različne materiale po odrezovalnosti, ni nujno, da dobimo enak vrstni red denimo za vrtanje in za struženje. Enako velja tudi za primerjavo odrezovalnosti materialov _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 11

npr. pri dveh različnih vrstah struženja, kot sta vzdolžno struženje in struženje utorov. Da bi imeli kriteriji odrezovalnosti tudi praktično vrednost, morajo biti torej prilagojeni izbrani operaciji.

Preprosti kriteriji odrezovalnosti lahko dajo odgovore samo na preprosta vprašanja. Vsak obdelovanec gre skozi različne korake obdelave in za vrednotenje njegove celotne obdelovalnosti je zato treba upoštevati vse operacije, ki imajo kakšno težo pri ekonomiki proizvodnje.

Slika 3:1 Nekateri elementi, ki so pomembni za opis odrezovalnosti

3.2 Nekatere značilnosti materiala in njihov vpliv na proces odrezavanja Razni fizikalni pojavi med procesom odrezavanja so med drugim odvisni od dejavnikov, povezanih z lastnostmi obdelovanega materiala.

Značilnosti materiala, ki vplivajo na proces odrezavanja      

Deformacijsko utrjanje Sprijemnost Specifična toplota in gostota Variabilnost strukture Raztezek ob pretrgu Preoblikovalni odpor

    

Trdota na makronivoju Porazdelitev trdote na makronivoju Velikost faz Zarezni učinki v strukturi Velikost in geometrijska razmerja med fazama  in 

   

Porazdelitev faz  in  Trdota faz  in  Poroznost Vpliv faz 

Slika 3:2 Nekatere značilnosti materiala, ki vplivajo na fizikalne pojave in dogodke med procesom odrezavanja

Na lastnosti obdelanih površin vpliva tudi deformacijsko utrjanje materiala, zaradi katerega lahko opazimo precejšnje razlike v lastnostih materiala na različnih delih obdelovanca po končani obdelavi. Zunanja plast ima pogosto precej večjo trdoto in napetost tečenja kot material, ki ni bil izpostavljen deformacijskemu utrjanju. Kadar nastopi deformacijsko utrjanje v deformacijski coni in so odrezki zelo tanki, se poveča obremenitev rezalnega roba. Za fino obdelavo v takih pogojih je zato priporočljivo uporabiti nekoliko večje podajanje. Deformacijsko utrjanje v kombinaciji z majhno toplotno prevodnostjo lahko povzroči precej slabo odrezovalnost materiala. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 12

Adhezija obdelovanega materiala na rezalno orodje je eden od mnogih pojavov pri odrezavanju, zaradi katerih je odrezovalni proces zelo kompleksen in pogosto tudi težko predvidljiv.

Sprijemnost obdelovanega materiala je povezana z duktilnostjo. Visokoduktilni materiali so pogosto močno nagnjeni k sprijemanju na rezalno orodje, kar lahko ugodno ali neugodno vpliva na odrezovalnost. Če je stopnja sprijemanja dovolj visoka in je oprijem nalepljenega materiala na rezalnem robu dovolj stabilen, lahko ta material zaščiti rezalni rob in poveča obstojnost orodja. Material, ki se na rezalni rob lepi slabo, le za kratek čas in se pogosto odtrga, pa privede do hitre in progresivne obrabe rezalnega orodja, ki jo imenujemo adhezijska obraba. Meja med obema načinoma vedenja je včasih zelo tanka in že najmanjše razlike v lastnostih obdelovanega materiala lahko povzročijo občutne razlike v poteku procesa odrezavanja.

Toplotna prevodnost obdelovanega materiala močno vpliva na temperature v procesu.

Enoodstotno povečanje toplotne prevodnosti obdelovanega materiala (pri jeklu) povzroči, da se temperatura v procesu zniža za več desetink °C. Specifična toplota obdelovanega materiala je dejavnik, ki ima sorazmerno največji vpliv na temperaturo v procesu – ko se specifična toplota poveča za en odstotek, se temperatura v procesu zniža za več °C. Sorodne vrste jekel z različno kemično sestavo se razlikujejo po odrezovalnosti predvsem zaradi razlik v specifični toploti.

3.3 Prikaz materialnih dejavnikov v polarnem diagramu Odrezovalnost je določena predvsem s petimi glavnimi lastnostmi obdelovanega materiala, ki vplivajo na odrezovalnost materiala same po sebi in v kombinaciji z drugimi lastnostmi. Te lastnosti so: 1.

2.

3.

4.

5.

trdota in preoblikovalni odpor, abrazivnost in nagnjenost k obrabi, duktilnost, deformacijsko utrjanje, tj. povečanje napetosti tečenja zaradi deformacij, majhna toplotna prevodnost in/ali majhna specifična toplota.

Naštete materialne lastnosti niso neposredno povezane s procesom odrezavanja, zato jih lahko uporabimo za oceno pričakovane oz. potencialne odrezovalnosti materiala, torej brez upoštevanja rezalnega orodja ali rezalnih parametrov.

Na podlagi ocenjene vloge vsake od teh lastnosti v odrezovalnosti danega materiala lahko izrišemo polarni diagram, katerega primer prikazuje Slika 3:3. Osi diagrama jasno predstavljajo fizikalne veličine.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 13

Slika 3:3 Primer polarnega diagrama za razvrščanje obdelovanih materialov po lastnostih, ki vplivajo na njihovo potencialno odrezovalnost (levo), in primer polarnega diagrama, ki prikazuje vpliv dejavnikov na odrezovalnost materiala X (osenčeno območje), v primerjavi z referenčnim materialom (debela črna linija).

3.4 Lastnosti materiala, rezalni parametri in lastnosti rezalnega orodja Lastnosti rezalnega orodja in rezalni parametri zelo vplivajo na stopnjo odrezovalnosti izbranega materiala. Pri prilagajanju rezalnih parametrov za izboljšanje odrezovalnosti si lahko pomagamo s polarnimi diagrami. Polarne diagrame lahko podobno uporabimo tudi pri izbiri ustreznih lastnosti rezalnega orodja. Z lastnostmi orodja in rezalnimi parametri lahko kompenziramo vpliv enega ali več materialnih dejavnikov.

3.5 Lastnosti materiala ter obraba in slabšanje orodja Odrezovalnost materiala močno vpliva na slabšanje in obrabo orodja. Polarni diagrami prikazujejo, kolikšen je vpliv komponent odrezovalnosti, ki so povezane z določenimi lastnostmi obdelovanega materiala, na pričakovano vrsto obrabe orodja.

Slika 3:4 Primeri značilnih vzorcev obrabe, povezanih z nekaterimi lastnostmi materiala; po Ståhlu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 14

3.6 Polarni diagrami, izbira orodja in rezalnih parametrov ter obraba orodja Vsaka od petih lastnosti obdelovanega materiala vpliva tako na izbiro orodja in rezalnih parametrov kot tudi na pričakovani prevladujoči tip slabšanja in obrabe orodja. Na Slikah 3:5 do 3:9 je podan pregled petih lastnosti obdelovanega materiala in njihov vpliv pri izbiri pravega rezalnega orodja in rezalnih parametrov. Izpostavljeni so tudi glavni problemi pri ocenjevanju stopnje odrezovalnosti.

Slika 3:5 Vpliv nagnjenosti k adheziji in duktilnosti obdelovanega materiala na izbiro rezalnega orodja in rezalnih parametrov ter na prevladujoče vrste slabšanja in obrabe orodja med obdelovalnim procesom, po Ståhlu

Slika 3:6 Vpliv nagnjenosti obdelovanega materiala k deformacijskemu utrjevanju na izbiro rezalnega orodja in rezalnih parametrov ter na prevladujoče vrste slabšanja in obrabe orodja med obdelovalnim procesom, po Ståhlu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 15

Slika 3:7 Vpliv toplotne prevodnosti (majhne) obdelovanega materiala na izbiro rezalnega orodja in rezalnih parametrov ter na prevladujoče vrste slabšanja in obrabe orodja med obdelovalnim procesom, po Ståhlu

Slika 3:8 Vpliv trdote obdelovanega materiala na izbiro rezalnega orodja in rezalnih parametrov ter na prevladujoče vrste slabšanja in obrabe orodja med obdelovalnim procesom, po Ståhlu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 16

Slika 3:9 Vpliv abrazivnosti obdelovanega materiala na izbiro rezalnega orodja in rezalnih parametrov ter na prevladujoče vrste slabšanja in obrabe orodja med obdelovalnim procesom, po Ståhlu

Slika 3:10 Primeri petkotnikov odrezovalnosti za različne obdelovane materiale, po Ståhlu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 17

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 18

4 Prve misli o slabšanju in obrabi orodja Stroški obdelave so v veliki meri odvisni od načinov in hitrosti obrabljanja orodja. Na hitrost procesa obdelave z odrezavanjem in na potek obrabljanja rezalnega orodja močno vpliva izbira rezalnih parametrov. Kombinacija rezalnih parametrov in obrabe orodja vpliva na čas cikla obdelovalne operacije. Večina parametrov, ki določajo stroške obdelave, kot denimo čas obdelave, stopnja zavrnitve in interval menjave orodij, je odvisnih od dobrega delovanja rezalnega orodja. Slabšanje rezalnega orodja zaradi obrabe se kaže predvsem v obrabljanju tistih površin rezalnega orodja, ki so v stiku z obdelovancem ali odrezkom. Ta obraba je lahko enakomerna ali neenakomerna. Slabšanje rezalnega orodja, ki ni povezano z obrabljanjem, se kaže v obliki nastajanja razpok, zlomov, plastičnih deformacij ali propadanja kemične narave.

Slabšanje vseh vrst je tesno povezano z mehanskimi in toplotnimi obremenitvami, ki jim je izpostavljeno rezalno orodje. Toplotne obremenitve pospešujejo vse pojave obrabe.

4.1 Osnovne vrste slabšanja rezalnega orodja Vsaka oblika slabšanja orodja je posledica razmer v rezalnem orodju ali v njegovi bližini.

Obremenitve rezalnega orodja so mehanske in toplotne narave. Toplotne obremenitve pospešujejo kemične in fizikalne procese. Tribološke obremenitve lahko obravnavamo kot kombinacijo raznovrstnih procesov slabšanja. Obremenitve, ki vplivajo na rezalno orodje med procesom odrezavanja, lahko opišemo z obremenitvenim vzorcem, ki je zbir vseh toplotnih, mehanskih in kemičnih obremenitev rezalnega orodja.

Lastnosti orodja določajo material, iz katerega je orodje narejeno, konstrukcija ter mikro- in makrogeometrija. Lastnosti orodja lahko merimo in navajamo z upogibno trdnostjo, tlačno trdnostjo, žilavostjo, toplotno prevodnostjo, obstojnostjo proti obrabi ... Nekatere lastnosti rezalnega roba, kot je žilavost v različnih pogojih obdelave, je mogoče opisati z različnimi relativnimi skalami. V skupino delovnih lastnosti orodja združujemo lastnosti, ki se nanašajo na delovanje rezalnega orodja med procesom odrezavanja. Te določajo sposobnost rezalnega orodja, da vzdrži razne spremembe dejavnikov obdelovalnega procesa, ki lahko povzročijo slabšanje orodja.

Slabšanje rezalnega orodja je posledica skupnega delovanja obrabe in plastičnih deformacij. Pri nižjih vrednostih rezalnih parametrov se pojavlja predvsem kombinacija čiste kotanjaste obrabe in obrabe proste ploskve. Kadar so vrednosti rezalnih parametrov večje, se poveča tudi stopnja plastičnih deformacij. Razsežnosti plastičnih deformacij so odvisne od mehanskih in toplotnih obremenitev, kakor tudi od geometrijske oblike rezalnega orodja. Med obrabljanjem se obremenljivost orodja za nekaj časa poveča zaradi geometrijskih sprememb ob naraščanju toplotnih in mehanskih obremenitev orodja. S povečanjem mehanskih obremenitev lahko namreč začasno nastopijo ugodne napetostne razmere v orodju zaradi ravnovesja med naraščajočo obrabo in plastičnimi deformacijami orodja, Slika 4:2. Temu pa neizogibno sledijo zelo hitre plastične deformacije in končno odpoved orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 19

Slika 4:1 Tri osnovne vrste obrabe rezalnega orodja: obraba na prosti ploskvi (zgoraj levo), kotanjasta obraba (zgoraj desno) in lokalna obraba na prosti ploskvi glavnega in pomožnega rezalnega roba, ki jo imenujemo zarezna obraba (spodaj)

Slika 4:2 Rezalni rob z različnima stopnjama plastičnih deformacij in obrabe proste ploskve: levo začetne deformacije, desno orodje na robu odpovedi

Uporaba sodobnih orodij z naprednimi prevlekami je omogočila minimalne tribološke obremenitve na prosti ploskvi in zato prevladujejo obraba in morebitne poškodbe na cepilni ploskvi. V takih okoliščinah lahko prosto ploskev rezalnega roba zaščiti material obdelovanca, ki se prilepi nanjo, in obraba ostane minimalna. Obraba proste ploskve se tako razvije predvsem pri konici, kotanjasta obraba pa postane bolj poudarjena. Razsežnosti kotanjaste obrabe so odvisne tudi od smeri odvajanja odrezkov. Kotanjasta obraba v nasprotju z obrabo proste ploskve zmanjšuje nosilnost rezalnega orodja. Razvoj kotanjaste obrabe skupaj s povišanjem temperature na konici povzroči plastične deformacije, te pa hitro lokalno obrabo proste ploskve in končno zlom rezalnega roba. Rezultat tovrstne obrabe je zlom pomožnega rezalnega roba.

Slika 4:3 Kotanjasta obraba in plastične deformacije rezalnega orodja z nepoškodovanim rezalnim robom

Pri krušenju rezalnega roba prihaja do lokalnih zlomov rezalnega roba in izgube materiala.

Povzročijo ga lahko različni dejavniki, denimo izguba materiala med razpokami (vzporednimi in glavničastimi) ali udarci odrezkov. Primer krušenja rezalnega roba je na Sliki 4:4. Krušenje rezalnega roba lahko vpliva na obdelano površino na različne načine. Posledice pri grobih _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 20

obdelavah so omejene, z izjemo povečanega tveganja odpovedi orodja. Krušenje robov med fino obdelavo pa lahko poveča stopnjo zavrnitve izdelkov zaradi povečane hrapavosti obdelanih površin.

Slika 4:4 Poškodbe rezalnega roba zaradi krušenja rezalnega roba med skupinami razpok

Luščenje je oblika krušenja robov na cepilni ali prosti ploskvi. Luščenje prevleke z rezalnega roba imenujemo delaminacija oz. razslojevanje. Luščenje se lahko pojavlja samo na cepilni oz. prosti ploskvi ali pa na obeh ploskvah. Stanje preostalih napetosti v rezalnem orodju lahko odločilno vpliva na pojav poznejšega luščenja. Skupno delovanje problematičnih obremenitev in preostalih napetosti lahko včasih povzroči večje prelomne ploskve. Različne vrste slabšanja orodja zaradi luščenja so prikazane na Sliki 4:5. Skupno delovanje luščenja in nastajanja razpok je pogosto pri frezanju, kjer lahko nastali vzorci razpok sprožijo hudo slabšanje rezalnega roba.

Ob rezalnem robu se lahko pojavita dve osnovni vrsti razpok, glavničaste in vzporedne razpoke (Slika 4:6). Tanke glavničaste razpoke ležijo pod pravim kotom glede na linijo roba, vzporedne razpoke pa so vzporedne z njo. Tanke glavničaste razpoke so pogosto ekvidistančne in ne dosežejo vedno linije roba. Vzporedne razpoke se nasprotno pogosto nahajajo na različnih oddaljenostih od linije rezalnega roba in se razvijejo v povezavi z določeno stopnjo obrabe proste ploskve. Razpoke teh dveh vrst je treba ločiti od preprostih razpok v prevleki orodja, čeprav to v praksi ni vedno preprosta naloga.

Popolna odpoved lahko nastopi v različnih okoliščinah ter pri različnih kombinacijah obremenitvenih razmer in poslabšanja orodja. Poškodbe rezalnega roba in odpoved orodja, do česar lahko pride pri nadaljevanju rezanja z že poškodovanim rezalnim robom, je težko napovedati. Pri enorezilnih postopkih odrezavanja le redko obstaja priložnost za podrobnejše preiskave primarnih prelomnih ploskev, ki nastanejo ob odpovedi orodja. Slika 4:8 prikazuje primer odpovedi rezalnega orodja, pri kateri se je odlomil del orodja. Pred takim zlomom zaradi glavnih napetosti običajno ni mogoče opaziti nastanka kritičnih razpok zaradi predhodnih obremenitvenih sekvenc, čeprav ga lahko sprožijo zareze in druge poškodbe rezalnega roba.

Slika 4:5 Levo luščenje stružnega rezalnega roba, desno luščenje stružnega rezalnega roba zaradi zunanjih obremenitev in sprostitve preostalih napetosti; v obeh primerih pri obdelavi zlitine 718

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 21

Slika 4:6 Levo vzporedne razpoke in tanke glavničaste razpoke na rezalni ploščici, desno razpoke v prevleki močno obremenjenega stružnega rezalnega roba

Slika 4:7 Poškodbe rezalnega orodja PCBN, ki so se začele na prosti ploskvi

Slika 4:8 Odpoved rezalnega orodja z zlomom zaradi glavnih napetosti med prekinjeno obdelavo

Kombinirano slabšanje zaradi obrabe proste ploskve in plastičnih deformacij rezalnega orodja je tudi povod za razvoj izboljšanih orodnih materialov in prevlek. Kombiniran vpliv plastičnih deformacij in obrabe proste ploskve je viden tudi na zgornjih posnetkih, denimo na Sliki 4:6 desno.

Slika 4:9 Izolirana obraba proste ploskve (levo), obrabe proste ploskve skupaj s plastičnimi deformacijami v približno enaki meri (sredina), obraba proste ploskve in plastične deformacije v različnih merah (desno)

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 22

4.2 Kriteriji obstojnosti in obrabe orodja Kriterijev obrabe ne smemo enačiti s kriteriji obstojnosti orodja. Kriteriji obstojnosti orodja opredeljujejo točko, ko rezalno orodje preneha opravljati svojo nalogo po naših željah, s kriteriji obrabe pa določimo točko, v kateri se z menjavo rezalnega orodja izognemo tveganju, da bi orodje prenehalo delovati.

Izbira kriterija obrabe je odvisna predvsem od zahtev dane naloge, ki jih mora izpolnjevati rezalno orodje. Pri izbiri kriterijev obrabe vedno računamo z določeno verjetnostjo, da bo izdelek, ki je bil obdelan z rezalnim orodjem, sprejemljive kakovosti.

Ena skupina dejavnikov, ki vplivajo na izbiro kriterija, vključuje zahteve glede kakovosti površine, tolerance in posebne lastnosti obdelovanca. Pri robustnih procesih kriterij obrabe ustreza najdaljšemu dovoljenemu času rezanja, po katerem je treba orodje zamenjati. V praksi se lahko ne glede na izbrani kriterij obrabe odločimo za menjavo rezalnega orodja, še preden je ta kriterij izpolnjen.

Kriterij obrabe je merilo za razsežnost sprememb geometrije rezalnega orodja, ki jih še lahko toleriramo. Kot tak bo strožji za fino kot za grobo obdelavo: pri slednji lahko običajno toleriramo lokalne poškodbe na rezalnem robu, tudi če povzročajo določene napake na obdelani površini.

Nasprotno lahko poškodbe rezalnega roba pri fini obdelavi privedejo do tega, da topografija obdelane površine ne izpolnjuje več zahtev. Kriteriji obrabe za grobo obdelavo so tesno povezani s kriteriji obstojnosti orodja, torej s točko, v kateri orodje zaradi sprememb geometrij ne opravlja več svojih nalog. Orodje v tej točki običajno odpove po predhodnih plastičnih deformacijah in obrabi. Spontana odpoved orodja po enakomerni obrabi proste ploskve, tudi napredujoči, ni običajna. Enakomerna obraba proste ploskve namreč poveča obremenljivost rezalnega orodja, obenem pa zmanjša glavne napetosti v orodju. Lokalizirana in kotanjasta obraba lahko nasprotno privedeta do nenadne odpovedi orodja.

Kot kriterij obrabe za grobe in fine obdelave pogosto uporabljamo velikost površine stika med obdelovancem in prosto ploskvijo. Ta je posredno merilo za porabo energije in temperaturne razmere na prosti ploskvi. Kontaktna površina lahko zavzame razne oblike. V preteklosti, ko se je razvoj orodnih prevlek šele začenjal, je bil glavni kriterij obrabe stopnja obrabe proste ploskve VB. Kadar prihaja do lokalnih odstopanj v obrabi na prosti ploskvi, je namesto tega mogoče uporabiti povprečno obrabo proste ploskve vzdolž linije roba. Pojav lokalizirane zarezne obrabe lahko povzroči bistveno več škode kot enakomerna obraba in v tem primeru je mogoče določiti dovoljeno stopnjo zarezne obrabe, pri kateri ni tveganja prekinitev obdelave ali zavrnitve izdelkov. Če se pojavijo zarezne poškodbe tako na glavnem kot na pomožnem rezalnem robu, je treba zaradi tveganja odpovedi orodja uporabiti strožji kriterij. Problem postane še večji, če zarezno obrabo spremlja kotanjasta obraba, ki zmanjšuje obremenljivost orodja. Rezalna orodja z majhnim kotom konice so še posebej nagnjena k tovrstnim geometrijskim spremembam.

Obremenitvenim razmeram, ki nastanejo zaradi zmanjšanja globine rezanja po pojavu zarezne obrabe na glavnem rezalnem robu, se je treba izogibati. Takšne obremenitve namreč privedejo do najvišje ravni napetosti prav v sredini območja, poškodovanega z zarezo, kjer tako nastane največji zarezni učinek. Če namesto tega povečamo globino rezanja, dosežemo nasproten učinek in tako zmanjšamo tveganje spontane odpovedi orodja.

Pri rezalnih orodjih z naprednimi prevlekami se pogosto razvije sestavljeno poslabšanje oz. kombinacija plastičnih deformacij in lokalne obrabe. V tem primeru se kot posredni kriterij _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 23

obrabe pogosto uporablja celotni čas rezanja orodja, saj je ta čas namreč mogoče povezati s stopnjo kombiniranega poslabšanja.

Možni posredni kriterij obrabe pri finih obdelavah je absolutna raven rezalnih sil. Pri določeni ravni rezalnih sil lahko deformacije obdelovanca in orodnega sistema privedejo do tega, da dimenzije celotnega sistema uidejo iz dovoljenega tolerančnega območja in kriterij obrabe tedaj ni več usklajen s funkcijo rezanja. Pri določeni velikosti površine stika med obdelovancem in rezalnim orodjem morda ni več mogoče izpolniti zahtev o površinskih tolerancah. Kakovost obdelane površine tedaj ni primerna zaradi vibracij ali ker za pomožnim rezalnim robom ostajajo neenakomerne sledi.

Slika 4:10 Primer izračunane koncentracije napetosti pri lokalizirani obrabi proste ploskve (zarezni obrabi)

Izbiro posebnega kriterija obrabe lahko pogojuje tudi potreba po obvladovanju temperature in omejevanju porabe energije na prosti ploskvi orodja. Pri določeni stopnji vnosa energije lahko namreč nastopijo nezaželene premene materiala na površini obdelovanca in s tem nastanek bele plasti. To je mogoče preprečiti z ohranjanjem majhne obrabe na prosti ploskvi.

4.3 Slabšanje orodja v povezavi z obrabo Postopno izgubljanje materiala zaradi obrabe je mogoče pripisati naslednjim fizikalnim dejavnikom: a) Abrazivna obraba: do nje pride zaradi trdih vključkov v obdelovanem materialu, ki na rezalno orodje delujejo kot brusilna zrna. Če takih trdih vključkov ni, govorimo o erozijski obrabi. b) Adhezijska obraba: do te vrste obrabe pride, če se delci obdelovanega materiala zvarijo z rezalnim robom na mikroravni (adhezija), povzroča pa mikrokrušenje rezalnega roba. c) Difuzija: prehajanje materiala med obdelovancem in rezalnim orodjem na atomski ravni.

Zaradi izmenjave atomov med obdelovancem in rezalnim orodjem se poslabšajo lastnosti materiala na delih orodja, kjer prihaja do difuzije. d) Kemična oz. korozivna obraba: karbidi oksidirajo že pri temperaturi 800 °C. Plini v pogojih lahkotnega odrezavanja (odrezavanje v pogojih, ki zagotavljajo minimalno obremenitev in obrabo rezalnega roba) brez prekinitev nimajo priložnosti, da bi prodrli v prostor med obdelovancem in odrezki ter povzročili oksidacijo. Ta je tako bolj verjetna pri prekinjenih obdelavah, kjer je orodni material v stiku z okolico takrat, ko ne reže. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 24

Abrazivna obraba je bistveno večja, če so v obdelovanem materialu trdi delci ali če ima utrjeno površinsko plast, kot denimo pri obdelavi ulitkov. V površini (skorji na ulitku) so lahko trdi karbidi in livarski pesek, ki pospešujejo abrazivno obrabo. Trdi vključki v obdelovanem materialu so sestavljeni iz oksidov in karbidov, kot je npr. Al2O3, ki nastaja pri proizvodnji jekla. Abrazivno obrabo povečujejo tudi visoka vsebnost ogljika in legirni elementi, ki tvorijo karbide, kot sta krom in vanadij.

Obstajata dve osnovni vrsti adhezijske obrabe. Zaradi velikega kontaktnega pritiska med odrezki in rezalnim orodjem se material obdelovanca privari na orodje in oblikuje nalepek. Ko se ta material pozneje odtrga, s seboj odnese tudi delce orodnega materiala. Druga vrsta adhezijske obrabe izhaja iz koeficienta temperaturnega raztezka orodne karbidne trdine, ki znaša le polovico vrednosti istega koeficienta pri jeklu. Material obdelovanca, ki se privari na orodje kot nalepek, se ob ohlajanju krči bolj kot orodni material, zato je ta izpostavljen nateznim napetostim ter posledično nastanku razpok, lomu in krušenju roba (Slika 4:11).

Difuzijska obraba orodja je zelo odvisna od temperature. V temperaturnem območju 800–1100 °C se obdelovani material intenzivno deformira in zlahka se oblikuje popoln stik med rezalnim robom in odrezki. Zaradi velikega gradienta koncentracij med obdelovanim in rezalnim materialom se ustvarijo ugodne razmere za difuzijo.

Material je med obdelavo z odrezavanjem izpostavljen hitremu strižnemu delovanju, pri čemer pa lahko relativna hitrost med rezalnim orodjem in obdelovancem oz. med rezalnim orodjem in odrezki ostane nizka. To še posebej velja v pogojih lahkotnega odrezavanja, kjer je difuzija tudi najbolj izražena. Obdelovani material se izrazito deformira v predelu, ki je najbližji rezalnemu orodju in kjer se relativna hitrost približuje vrednosti nič. Difuzija prek kontaktne površine je zato na tem mestu intenzivnejša: atomi železa prehajajo iz obdelovanca v rezalno orodje, atomi kobalta pa iz rezalnega orodja v obdelovanec. V material obdelovanca lahko difundirajo tudi razmeroma mobilni atomi ogljika iz volframovega karbida. Rezultat je poslabšanje lastnosti orodnega materiala ter pospešena obraba različnih vrst. Difuzijo je mogoče učinkovito preprečiti z orodnimi prevlekami.

Slika 4:11 Osnovno načelo nastanka mikrorazpok (levo) in nalepek, ki je s sabo odnesel del rezalnega materiala med obdelavo zlitine 718 (desno)

Zaradi obrabe se stalno izgublja material in spreminja geometrija rezalnega orodja.

Geometrijske spremembe vplivajo na rezultate obdelave (npr. na tolerance in na kakovost površine) in na delovanje rezalnega orodja, zato jih običajno upoštevamo pri opisovanju obrabe.

Ko se obrablja prosta ploskev orodja, nastaja obrabna površina, ki je vzporedna s smerjo rezalne hitrosti. Rezalni rob postaja vse bolj top, vrednost prostega kota pa se postopoma približuje ničli. Posledično se povečujejo rezalne sile, razvija se vse več toplote in narašča upor proti odrezavanju. Z napredujočo obrabo proste ploskve se spreminja tudi relativni položaj linije roba _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 25

glede na obdelovanec. Če teh sprememb ne kompenziramo, vplivajo na dimenzije obdelovanca.

Pojav obrabe proste ploskve je pogosto odvisen od temperature.

Obraba v obliki kotanje na cepilni ploskvi orodja se običajno ne pojavi neposredno na rezalnem robu, lahko pa ga doseže pri materialih, ki tvorijo kratke odrezke. Eksperimentalne študije so pokazale, da se kotanjasta obraba začne na tistem predelu cepilne ploskve, kjer je temperatura najvišja. Kotanjasta obraba je torej povezana s porabo energije, predvsem v coni sekundarnih deformacij. V tem primeru se spremeni vrsta kontaktne površine med orodjem in obdelovanim materialom in povečajo se strižne sile. Kotanjasta obraba zmanjšuje kot klina in tako odločilno vpliva na trdnost rezalnega roba. Povzroča tudi postopno povečanje cepilnega kota in s tem rahlo zmanjšanje rezalnih sil.

Zarezna obraba se pojavlja predvsem na prosti ploskvi orodja, in sicer v predelu, kjer se neha stik med odrezki in orodjem. Kisik iz zraka ima dostop do delov površine orodja, ki so segrete na visoko temperaturo in tam oksidira orodni material, ki se zelo hitro obrablja. Naslednji dejavnik, ki lahko privede do zarezne obrabe, je preoblikovalno utrjanje površinske plasti obdelovanca.

Tveganje zarezne obrabe povečuje tudi skorja na ulitkih in odkovkih.

Do obrabe orodja lahko torej pride zaradi posameznih mehanizmov ali zaradi kombinacije več mehanizmov, odvisno od lastnosti orodnega materiala in obremenitvenega vzorca, ki mu je ta izpostavljen. Celotna obraba orodja je torej vsota učinkov danih obrabnih mehanizmov, ki so prikazani na Sliki 4:12. Kot je razvidno s slike, ima adhezijska obraba močan vpliv pri razmeroma nizkih temperaturah oz. v temperaturnem območju, kjer se oblikuje nalepek. Pri višjih temperaturah prevladuje difuzijska obraba in v določeni meri kemična oz. korozivna obraba. Na grafu je razvidno tudi temperaturno območje z maksimalno celotno obrabo. To je območje, kjer se z višanjem temperature začne lahkotna obdelava materiala z minimalnimi obremenitvami in obrabo rezalnega roba.

Slika 4:12 Diagram različnih mehanizmov obrabljanja rezalnega orodja med odrezavanjem

4.4 Plastične deformacije Plastične deformacije (PD) so spremembe oblike rezalnega orodja brez izgube materiala.

Začnejo se pri določeni kritični kombinaciji temperatur in mehanskih napetosti v procesu. Pri plastičnih deformacijah imajo pogosto odločilno vlogo razmere, ki vodijo do visokih temperatur, denimo visoka rezalna hitrost ali majhna toplotna prevodnost obdelovanega materiala. Plastične deformacije so običajno povezane s splošno ali lokalno obrabo proste ploskve. Pojavijo se lahko _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 26

še pred obrabo proste ploskve. Spremembe lahko nastanejo v večji ali manjši meri na eni ali na obeh straneh linije roba, kot je prikazano na Sliki 4:13. V končni fazi plastične deformacije pogosto pride do iztiskanja materiala na cepilni ploskvi navzven in s tem do popolne odpovedi orodja.

Slika 4:13 Plastične deformacije A) v glavni smeri rezanja (vdolbina na robu) in B) v smeri podajanja (vdolbina na prosti ploskvi)

Obstajata dve osnovni vrsti deformacij, Slika 4:13, ki se razlikujeta po napetostnem vzorcu. V primeru A prevladujejo tangencialne obremenitve. V primeru B so obremenitve bistveno večje zaradi napredovale obrabe proste ploskve. Razvoj primera A kaže, da se lahko proces deformacij odvija dalj časa, tudi celotno pričakovano življenjsko dobo orodja. V primeru B nasprotno deformacije nastopijo zelo hitro. Stopnja slabšanja bo tako v primeru A majhna in praktično konstantna, medtem ko v primeru B slabšanje pospešeno napreduje. Oba primera sta prikazana tudi na Sliki 4:14 in razvidno je, da velikost obremenitev v smeri podajanja vpliva na strižne deformacije. Plastične deformacije se zgodijo, ko efektivne napetosti premagajo preoblikovalni odpor rezalnega orodja.

Slika 4:14 Simulacija dveh različnih vrst plastičnih deformacij po metodi končnih elementov: deformacije v glavni smeri rezanja z VB = 0,20 mm (levo) in v smeri podajanja z VB = 0,40 mm (desno)

4.5 Zlom in nastanek razpok Zlom rezalnega roba in nastanek razpok sta vrsti slabšanja, ki nista povezani z obrabo. V to kategorijo spada veliko različnih poškodb rezalnega orodja. Sliki 4:15 in 4:16 prikazujeta različne vrste prelomnih ploskev.

Na orodju so lahko v vsakem trenutku prisotne posledice različnih vrst slabšanja. Videz zlomov orodja in vrste slabšanja, s katerimi jih povezujemo, lahko razvrstimo glede na različne obremenitvene vzorce, ki povzročajo slabšanje orodja in zlom. Obremenitvene vzorce lahko popišemo s porazdelitvijo in absolutno amplitudo obremenitev. Različne vrste slabšanja rezalnih orodij so prikazane na Sliki 4:17. Enota rezalnih sil v dvodimenzionalnih obremenitvenih profilih je N/mm. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 27

Slika 4:15 Različne vrste vzorcev razpok v povezavi z odpovedjo orodja

Slika 4:16 Poškodbe rezalnega roba zaradi obrabe (levo in sredina), nastanek glavničastih in vzporednih razpok ter krušenje na liniji rezalnega roba (desno)

Slika 4:17 Obremenitveni vzorec s področji specifičnih oblik slabšanja rezalnega orodja, φ AT = Ff/Fc, σ1 = glavna napetost, σe = efektivna napetost

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 28

Analiza napetosti pokaže karakteristična področja na obremenitvenem profilu, Slika 4:17, ki so povezana z različnimi oblikami slabšanja. Na sliki je s polnimi ravnimi linijami za vsako od oblik slabšanja označena najvišja raven glavnih napetosti, ki povzroči zlom.

Eliptične krivulje na sliki predstavljajo dve osnovni vrsti plastičnih deformacij (A in B) pri različnih ravneh napetosti. Pri manjših napetostih nastopijo deformacije v tangencialni smeri (tip A), pri večjih napetostih pa v aksialni in v radialni smeri (tip B).

Napetostni zlom, ki se začne na prosti ploskvi rezalnega orodja, povzroči krušenje ali luščenje rezalnega roba. Ob začetku luščenja na prosti ploskvi orodja je raven nateznih napetosti razmeroma nizka. Vzrok luščenja so bodisi vzporedne razpoke bodisi preostale napetosti.

Nekoliko poenostavljeno so v začetni fazi obdelave s prekinitvami za obremenitveni vzorec orodja značilne naraščajoče upogibne napetosti, ki so usmerjene v ravni črti.

Nastanek vzporednih ali glavničastih razpok je mogoče pričakovati predvsem med prekinjenimi obdelavami, kot je frezanje. Ene in druge razpoke ne predstavljajo pomembnejšega problema z ozirom na proizvodno zmogljivost. Obstajajo tudi dokazi o tem, da razpoke, predvsem vzporedne, zmanjšujejo preostale napetosti v rezalnem orodju.

Vzporedne razpoke se pojavljajo samo na prosti ploskvi. Povzroči jih določena oblika utrujanja zaradi velikega nihanja tlačnih napetosti v kombinaciji z lokalnimi plastičnimi deformacijami.

Slednje se lahko razvijejo v fazi prijema orodja pri obdelavah s prekinitvami, kadar so izpolnjeni naslednji pogoji:  Material obdelovanca je plastičen in ni dovolj ogret.  Obremenitve orodja so dovolj velike.  Razmeroma velika obraba na prosti ploskvi (VB > 0,20 mm).

Ko rezalno orodje izstopi iz obdelovanca, se razbremeni kot vzmet, tlačne napetosti na prosti ploskvi pa zamenjajo predznak oz. se spremenijo v natezne napetosti, Slika 4:18. Vzporedne razpoke lahko povzročijo tudi nastanek zarez in s tem pojav luščenja.

Slika 4:18 Shematski prikaz razvoja vzporednih razpok in luščenja na cepilni ploskvi rezalnega roba

Vzporedne razpoke se začnejo pojavljati predvsem takrat, ko obraba proste ploskve doseže kritično raven. Obraba na prosti ploskvi se povečuje takrat, ko je efektivna napetost maksimalna. Obstajajo tudi določeni zarezni učinki, ki razpoke zadržijo na določeni razdalji od linije rezalnega roba.

Glavničaste razpoke se oblikujejo tako na cepilni kot na prosti ploskvi rezalnega orodja, pod pravim kotom glede na linijo rezalnega roba, vzrok pa je kombinacija mehanskih in toplotnih napetosti. Trirazsežnostna narava mehanskih napetosti lahko včasih povzroči nastanek glavničastih razpok takrat, ko je temperatura na robu razmeroma visoka. Nekatere glavničaste _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 29

razpoke nikoli ne dosežejo linije roba, kar je značilno denimo za rezalno keramiko. Temperatura je najvišja na liniji roba in zaradi raztezkov nastanejo tlačne napetosti, ki nevtralizirajo mehanske napetosti. V primeru, da je območje najvišjih temperatur na določeni oddaljenosti od linije rezalnega roba, se zaradi kombiniranih mehanskih in toplotnih učinkov oblikujejo glavničaste razpoke, ki segajo do linije rezalnega roba. Takšne obremenitvene razmere, ki spodbujajo oblikovanje razpok, srečujemo v glavnem pri obdelavah s prekinitvami, kot je frezanje. Za vsak rezalni material obstaja največja dovoljena razlika med povprečno temperaturo in temperaturo v kateri koli točki na liniji rezalnega roba oz. na stiku med orodjem in obdelovancem.

Krušenje roba je pojav enega ali več zlomov na rezalnem robu ali v njegovi bližini, ki povzročijo izgubo materiala. Razlikujemo ga od popolne odpovedi orodja, kjer se odlomijo večji deli rezalnega roba. Tudi okrušen rezalni rob lahko pogosto še zadovoljivo opravlja svojo nalogo, še posebej pri grobih obdelavah, seveda pa se zmanjša kakovost obdelave. Krušenje roba lahko vpliva na skrajšanje obstojnosti orodja, saj katalizira nastanek zarez in končno odpoved orodja. H krušenju rezalnega roba lahko prispevajo vzporedne in glavničaste razpoke, saj se material obdelovanca rine v razpoke in delci rezalnega roba zato odpadejo v vzorcu, ki je delno določen z obstoječimi razpokami. Do krušenja rezalnega roba lahko pride tudi zaradi zarez ali zaradi močnih lokalnih obremenitev. V neugodnih razmerah ga lahko ogrozijo tudi adhezijska obraba in udarci odrezkov. Pogost vzrok za krušenje roba je tudi neprevidnost pri uporabi rezalnega orodja.

Slika 4:19 Levo: vzporedne razpoke na mestu maksimalnih efektivnih napetosti.

Desno: luščenje zaradi vzporednih ali glavničastih razpok

Luščenje pomeni odpadanje večjih delcev materiala s cepilne ali proste ploskve. Pred luščenjem se pogosto pojavijo vzporedne razpoke. Luščenje prevleke z rezalnega roba je vrsta krušenja, ki jo imenujemo razslojevanje oz. delaminacija. Poškodbe rezalnega roba v obliki luščenja lahko povzroči kontaktni pritisk ali pa kombinacija preostalih napetosti v rezalnem materialu in vzorca obremenitev, ki so usmerjene proti površini materiala.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 30

5 Vzdrževanje orodja 5.1 Uvod Rezalna orodja so dragi in dragoceni izdelki, ki si zaslužijo skrbno ravnanje. To pomeni: - Rezalna orodja je treba uporabljati samo za operacije, za katere so bila razvita in zasnovana. To je samo po sebi umevno za stružne nože ali frezala, velja pa tudi za različne rezalne materiale in geometrije.

- Z rezalnimi orodji je treba ravnati skrbno in disciplinirano. Poškodovana orodja je treba zamenjati in izvajati je treba redno preventivno vzdrževanje.

- Orodje, ki ni v uporabi, je treba skladiščiti v suhem in čistem prostoru.

Slika 5:1 Pri skladiščenju orodja je nujna ustrezna skrb.

Vse se začne z izbiro pravega orodja in ustreznih rezalnih parametrov. Če je glavni cilj produktivnost, je treba izbrati orodje za maksimalno zmogljivost, enako pa velja tudi za rezalne parametre. V tem primeru je glavni dejavnik število izdelkov na časovno enoto in ne strošek orodja. Kadar se zasleduje stroškovna učinkovitost, so pri izbiri orodja in rezalnih parametrov v ospredju stroški na enoto časa rezanja. Pri drugih aplikacijah je spet najpomembnejša kakovost izdelkov in je primerno le visokonatančno in visokokakovostno orodje, ki deluje z rezalnimi parametri za največjo zanesljivost obdelave. Strošek in produktivnost sta tukaj drugotnega pomena. Vodilo pri izbiri je lahko tudi prijaznost proizvodnje do okolja in v tem primeru morajo orodje in rezalni parametri zagotoviti minimalen vpliv na okolje. Na prvem mestu bo torej minimalna poraba energije ali najmanjša količina odpadkov. Eden od možnih ciljev pri izbiri orodja je tudi prilagodljivost organizacije proizvodnje, kjer imajo prednost orodja, ki omogočajo hitro pripravo obdelovalnega stroja ob menjavah izdelka ali obdelovanega materiala. Na voljo mora biti širok razpon rezalnih parametrov, rezalnih materialov in rezalnih geometrij.

Ne glede na končni cilj se je torej treba odločiti za ustrezno orodje, še bolj pomembno pa je, da izbrano orodje nato uporabljamo na pravi način. Pričakovati, da se bo orodje, ki je optimalno za eno nalogo, odlično izkazalo tudi pri drugih nalogah, bi bilo iluzorno. Vsaka odločitev za določeno orodje torej prinaša določene prednosti in določene posledice.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 31

5.2 Skladiščenje rezalnega orodja

Slika 5:2 Primer neprimernega skladiščenja dragega, visokokakovostnega orodja

Kot za vsa proizvodna sredstva je tudi za rezalna orodja treba zagotoviti skladiščenje v najprimernejših razmerah. Morda se zdi, da tega niti ne bi bilo treba omenjati, toda v praksi za to ni vedno poskrbljeno. Orodja je npr. treba skladiščiti v suhem in čistem prostoru, skupaj z vsem priborom in nadomestnimi deli, ki so v brezhibnem stanju za uporabo. Orodje mora biti jasno označeno s podatki o namenu uporabe. Rezalna orodja so visokonatančni izdelki, ki zahtevajo skrbno ravnanje in morajo biti vedno na voljo v zadostnih količinah za hitre spremembe zahtev v proizvodnji. Končno pa mora biti vzpostavljen tudi delujoč sistem za vodenje zalog orodja.

Slika 5:3 Skladiščenje rezalnega orodja. Levo: značilno stanje v delavnicah, desno: bolje urejeno skladišče orodja

5.3 Delovni pogoji za rezalno orodje Pogoji uporabe so pomemben dejavnik optimizacije zmogljivosti rezalnega orodja, saj tudi najboljše orodje ne more dati vsega od sebe, če delovni pogoji niso primerni. Zato je treba poskrbeti za nekaj osnovnih stvari. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 32

Vedno preverite smer, tlak in pretok hladilno-mazalnega sredstva. Neustrezen način hlajenja ali sistem za dovod hladilno-mazalnega sredstva skrajšata obstojnost orodja in lahko izzoveta toplotne razpoke na rezalnem robu. Hladilno-mazalnega sredstva mora biti na voljo v izobilju, ali pa ga je treba popolnoma odpraviti. Nastaviti je treba pravi pretok in tlak hladilne tekočine ter jo dovajati ob pravem času na pravo mesto. Po možnosti uporabimo hladilni sistem tipa HPDC, kot je Seco Jetstream.

Slika 5:4 Hladilno-mazalno sredstvo: katero, kje in kdaj?

Stabilni delovni pogoji brez vibracij so osnova za optimalno delovanje vsakega rezalnega orodja.

Vibracije, tudi manjše, namreč škodujejo obstojnosti orodja, kakovosti obdelanih površin in vedenju obdelovalnega stroja. Neuravnoteženost in nestabilnost zmanjšajte na minimum ter uporabljajte varne sisteme in metode za vpenjanje orodja. Stabilni pogoji so trdna osnova za vsako obdelovalno operacijo.

Slika 5:5 Stabilnost in uravnoteženost rezalnega orodja sta ključnega pomena za vsako obdelovalno operacijo.

Učinkovito odvajanje odrezkov poenostavi njihovo odstranjevanje ter zagotavlja dolgo življenjsko dobo rezalnih robov in večjo zanesljivost celotnega procesa. Odrezki torej ne smejo biti niti predolgi niti prekratki. Učinkovito oblikovanje in odvajanje odrezkov dosežemo s _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 33

pravilno izbiro geometrije za lomljenje odrezkov in z usklajeno ali umerjeno kombinacijo globine rezanja in podajanja.

Slika 5:6 Pravilno oblikovanje in odvajanje odrezkov

5.4 Splošne smernice za ravnanje s ploščicami Rezalni rob je treba zamenjati v trenutku, ko je dosežena največja dovoljena obraba in z njo obstojnost orodja. Poleg klasičnih vzorcev obrabe, ki sporočajo, da je napočil čas za menjavo rezalnega roba, pa je treba upoštevati tudi druge dejavnike, ki so pomembni za najboljšo izkoriščenost cele ploščice. Klasične ploščice nimajo samo enega rezalnega roba in stroškovna učinkovitost ploščice je tako odvisna od vsota obstojnosti vseh rezalnih robov na ploščici.

V nadaljevanju je nekaj splošnih nasvetov za izkoriščanje rezalne zmogljivosti ploščic na najboljši možni način.

- Vedno uporabite vse rezalne robove na ploščici. Nikoli ne zavrzite ploščice, ne da bi uporabili vse rezalne robove, saj ima to velik vpliv na stroške orodja.

- Nikoli ne uporabljajte predolgo enega samega rezalnega roba. Ta se lahko v nasprotnem primeru obrabi do te mere, da ne boste več mogli v celoti izkoristiti ostalih rezalnih robov na ploščici, ali pa bodo ti robovi celo popolnoma neuporabni.

- Obrabljene ploščice lahko morda uporabite za druge obdelovalne operacije: s ploščico, ki ste jo že uporabili za fino obdelavo, lahko pozneje izvajate še grobo obdelavo, kjer so kakovostne zahteve manj stroge.

Slika 5:7 Izkoristite vsak milimeter rezalnih robov na ploščici.

Stanje rezalnih robov morate skrbno spremljati. Nenadne spremembe vedenja rezalnih robov oz. orodja so znak, da je nekaj narobe. Zato nenehno preverjajte, kaj se dogaja z rezalnimi robovi _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 34

in kako napredujejo vzorci obrabe. Če se rezalni robovi obrabijo čez mero, se poveča tveganje loma, poslabšajo pa se tudi kakovost površine in tolerance gotovega izdelka.

Slika 5:8 Nenehno spremljajte stanje ploščic.

Pazite, da rezalne ploščice nikoli ne pridejo v stik z drugimi ploščicami, saj obstaja tveganje poškodb rezalnih robov in posledično težav med uporabo. Ploščic nikoli ne odlagajte v zaboje ali na površine, kjer bi lahko prišle v stik z drugimi ploščicami ali predmeti, ki bi jih lahko skrhali.

Slika 5:9 Ploščice hranite v originalni embalaži.

5.5 Vpenjanje orodja in ploščic Pri pritrjevanju ploščic na orodja in pri vpenjanju orodij v držala upoštevajte osnovna pravila dobrega gospodarjenja.

Prvo in najbolj očitno pravilo je, da je treba vsako ploščico vedno pritrditi na ustrezno orodje. Čeprav je to pravilo samo po sebi umevno, se v praksi ne upošteva dosledno in kršitve lahko privedejo do zelo nevarnih in nezaželenih delovnih pogojev.

Umazanija in odrezki v žepih za ploščice na držalu zmanjšajo zmogljivost orodja, ki začne rezati nezanesljivo in nepredvidljivo. Povzročajo tudi težave z dimenzijami izdelka in vibracije med odrezavanjem. Zato je zelo pomembno, da za optimalno delovanje rezalnega orodja očistite žep pred obračanjem ali pritrditvijo nove ploščice. Žepe čistite s stisnjenim zrakom ali s čopičem.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 35

Slika 5:10 Pritrditev ploščic na orodje. Na orodje pritrdite prave ploščice (desno), pred obračanjem ploščic pa vedno očistite sedeže s stisnjenim zrakom ali s čopičem.

Pravilno pozicioniranje ploščic je zelo pomembno za stabilnost, natančnost in delovanje rezalnega orodja. Ploščico vedno poravnajte s točkami za pozicioniranje v žepu, preden jo dokončno pritrdite.

Slika 5:11 Pritrditev ploščic na orodje. Ploščico pravilno pozicionirajte, preden jo pritrdite.

Ploščic nikoli ne zategujte s prevelikim momentom. Uporabljajte le ključe, ki so priloženi orodju, ali namenske ključe. Ti ključi so pravih dimenzij in oblike za predpisani zatezni moment.

Slika 5:12 Pritrditev ploščic na orodje. Nikoli ne uporabljajte dodatnih vpenjalnih pripomočkov.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 36

Slika 5:13 Pritrditev ploščic na orodje. Uporabljajte le namenske ključe za pritrditev ploščic in vpenjanje orodja.

Rezalna orodja s kasetami ponujajo številne prednosti, kot so npr. dodatna varnost v primeru loma ploščice, prilagodljive dimenzije rezalnega orodja ... Kasete je treba redno pregledovati in jih po potrebi zamenjati ali ponastaviti.

Slika 5:14 Pritrditev ploščic na orodje. Kasete zagotavljajo prilagodljivost in nastavljivost, vendar jih je treba redno nastavljati in vzdrževati.

Pri pritrjevanju ploščic ne uporabljajte nobenih cevi, vzvodov, klešč ali drugih pripomočkov. Za pritrditev vedno zadostuje že sila roke.

Slika 5:15 Neprimerni pripomočki za pritrjevanje

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 37

Najzanesljivejši pripomoček za pritrjevanje ploščic so momentni izvijači. Z njimi je namreč vedno poskrbljeno za to, da so ploščice pritrjene s pravim momentom. Druge prednosti: - Momentni izvijači imajo izmenljive nastavke.

- Na ročaju in na nastavkih je označen maksimalni moment.

- Vijaki so vedno zategnjeni z momentom, ki je predpisan za orodje.

Slika 5:16 Nekaj momentnih ključev

Poskrbite, da bo orodje vedno pravilno vpeto v obdelovalni stroj. Rezalni robovi morajo biti v pravi legi, orodje pa mora imeti podporo ustreznih površin obdelovalnega stroja. Le rezalno orodje z najboljšo podporo lahko namreč deluje s polno zmogljivostjo. Orodje mora biti vedno vpeto z najkrajšo možno prosto dolžino (to je nepodprta dolžina orodja, ki izstopa iz vpenjalne enote), saj velika prosta dolžina povzroča vibracije, še posebej pri manjših orodjih, te pa škodujejo obstojnosti rezalnih robov ter kakovosti obdelanih površin.

Slika 5:17 Primer nesprejemljive pritrditve orodja na obdelovalni stroj

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 38

5.6 Smernice za vzdrževanje orodja Rezalna orodja so draga in dragocena delovna sredstva, ki si zaslužijo dobro vzdrževanje.

Najboljša praksa je izvajanje preventivnega vzdrževanja. Poškodovane obrabne dele in pribor zamenjajte takoj in ne šele takrat, ko se polomijo.

Slika 5:18 Poškodovane obrabne dele in pribor zamenjajte takoj.

Nekatera sodobna rezalna orodja imajo ploščice z integriranimi podložnimi oz. podpornimi ploščicami. Z njimi se zmanjša število obrabnih delov za rezalno orodje in poenostavi vzdrževanje, dodatna prednost pa je tudi varnejše vzdrževanje. Z vsako novo ploščico tako zamenjamo tudi podložno oz. podporno ploščico, pri čemer moramo redno kontrolirati sedeže ali žepe za ploščice glede površinskih utrujenostnih razpok. Razpoke lahko vplivajo na zanesljivost podporne funkcije in povzročijo zgodnji lom ploščice.

Slika 5:19 Integrirana podložna ali podporna ploščica ščiti žep pred obrabo in lomom.

Uporabljajte samo originalne obrabne dele in pribor za rezalno orodje in držala. Obrabni deli in pribor imajo posebno funkcijo: so premični deli, s katerimi pritrdimo ploščico na rezalno orodje ali vpnemo rezalno orodje v obdelovalni stroj. Ti deli opravljajo različne naloge; poleg funkcije pritrditve imajo lahko tudi funkcijo pozicioniranja, prenosa momenta idr. Zato je pomembno, da so ti deli dobro vzdrževani in da jih po potrebi zamenjamo z novimi deli z ustreznimi materialnimi lastnostmi, dimenzijami in tolerancami.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 39

Slika 5:20 Nadomestni deli in pribor morajo zagotavljati zahtevano natančnost, izmenljivost in kakovost.

Poškodovani žepi ne zagotavljajo potrebne podpore in natančnosti pozicioniranja ploščic.

Posledično se skrajša obstojnost orodja in poveča tveganje zgodnjega loma orodja, s tem pa se izgubi varnost in zanesljivost proizvodnega procesa ter pojavi tveganje nesprejemljive kakovosti izdelkov ali dodatnih prekinitev. Na koncu je strošek gotovega izdelka, ki je bil zavrnjen zaradi nesprejemljive kakovosti, vedno večji od stroška pravilno vzdrževanega rezalnega orodja.

Slika 5:21 Vedno zamenjajte poškodovane žepe ali sedeže za ploščice.

Žepi oz. sedeži za ploščice se obrabljajo zaradi različnih obremenitev, ki jim je izpostavljeno rezalno orodje. Če je ploščica pozicionirana in pritrjena v žep oz. na sedež brez vmesne podporne ali podložne ploščice, je treba orodje redno menjavati. Priporočljivo je tudi redno menjavanje orodij s podporno ali podložno ploščico. V okviru programa preventivnega vzdrževanja se orodja menjavajo v rednih intervalih. Pri orodjih za splošno struženje je dobra praksa menjava držala približno na vsakih 1000 robov. Frezala je treba zamenjati približno na vsakih 500–1000 rezalnih robov na žep oz. sedež ploščice, odvisno od tipa.

Slika 5:22 Orodje s poškodovanimi žepi ali sedeži za ploščice zamenjajte.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 40

Vloge orodnih držal v celotnem orodnem sistemu ni mogoče dovolj poudariti. Ta držala oblikujejo neposredno zvezo med obdelovalnim strojem in rezalnim orodjem, zato je njihovo brezhibno delovanje nujni pogoj za učinkovitost rezalnega orodja. Orodna držala morajo povezati rezalno orodje z obdelovalnim strojem tako, da so rezalni robovi pravilno pozicionirani in da se na rezalne robove prenaša vsa moč obdelovalnega stroja.

Slika 5:23 Redno preverjajte stanje sistema za vpenjanje orodja.

Nekaj uporabnih praktičnih nasvetov za ohranitev brezhibnega stanja orodnih držal in rezalnega orodja:  Preden obrnete ploščico ali pritrdite novo ploščico, očistite žep oz. sedež ploščice. Ko obračate ploščico, z nje očistite vso umazanijo, nalepek in odrezke. Poskrbite, da bodo ploščice pravilno pozicionirane v žepih oz. sedežih.  Zamenjajte poškodovane podložne ali podporne ploščice oz. samo orodje, če se poškoduje žep za ploščico. Nikoli ne uporabljajte orodij, ki so bila obnovljena (s tehnikami navarjanja).  Zamenjajte poškodovane obrabne dele in pribor, npr. vijake, ključe, kasete ... Premikajoče se dele redno mažite z mazivi za visoke tlake in temperature. Redno menjujte vse vijake in spone za pritrjevanje. Za zategovanje uporabljajte ustrezno orodje, po možnosti momentne izvijače. Na ta način bo vedno zagotovljen pravi zatezni moment.  Preden ploščico zategnete, jo previdno namestite v žep ali na sedež. Prepričajte se, da ploščica dobro nalega na vse podporne površine. Če ploščica ni v pravi legi, je ni mogoče dobro pritrditi, posledica tega pa je zgodnji lom.  Držala orodja in telesa frezal kontrolirajte glede znamenj neobičajne obrabe zaradi odrezkov, ki se ujamejo ali zagozdijo med obdelavo.  Sisteme orodnih držal redno kontrolirajte glede poškodb in jih po potrebi takoj zamenjajte.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 41

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 42

6 Uvod v osnovne vrste obrabe 6.1 Uvod Slabšanje orodja je proces, zaradi katerega orodje izgublja sposobnost delovanja s pričakovano zanesljivostjo in učinkovitostjo.

Vsaka obraba in konkretno obrabljanje orodja je proces odstranjevanja materiala z ene ali obeh trdnih površin v stiku, ki drsita ali se kotalita druga po drugi (pri obdelavi z odrezavanjem sta to cepilna ploskev in površina odrezka oz. prosta ploskev in obdelana površina). Obraba je torej progresivna poškodba z izgubo materiala, do katere pride na površini rezalnega orodja zaradi relativnega gibanja glede na sosednje površine.

Pojav obrabe je odvisen od: - geometrije površin (rezalna geometrija), - obremenitev (rezalne sile, temperature ...), - hitrosti kotaljenja in drsenja (rezalna hitrost in podajanje), - pogojev okolice (delovno okolje), - mehanskih, toplotnih, kemičnih in metalurških lastnosti rezalnega orodja in obdelovanega materiala, - fizikalnih, toplotnih in kemičnih lastnosti maziva ali hladilne tekočine.

V tem poglavju je opisanih več mehanizmov obrabe kot kratek uvod v različne vrste obrabe, ki se lahko pojavijo na rezalnem orodju med procesom obdelave. Pri tem ne skušamo podati popolnega in podrobnega pregleda vseh možnih vrst obrabe, s katerimi imamo opravka v praksi.

Za podrobnejšo obravnavo mehanizmov obrabe je bralec napoten na literaturo, ki pokriva to strokovno področje.

6.2 Glavne osnovne vrste obrabe

Abrazivna obraba

Adhezijska obraba

Utrujanje površine

Kemična obraba

Nizke obremenitve

Freting

Jamičenje

Kemična obraba

Visoke obremenitve

Adhezija

Luščenje

Difuzija

Razenje

Erozija

Udarno utrujanje

Oksidacija

Poliranje

Prenosni film

Razslojevanje

Korozija

Slika 6:1 Osnovne vrste obrabe

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 43

Abrazija je proces praskanja, razenja, obrabljanja ali odrgnjenja materiala in običajno nastane zaradi tornih procesov. Abrazivno obrabo tudi izkoriščamo v nadzorovanih postopkih obdelave z brusnimi sredstvi. Lahko je tudi nezaželen stranski učinek običajne uporabe, pri rezalnih orodjih je tako denimo posledica delovanja odrezkov na cepilno ploskev orodja oziroma obdelane površine na prosto ploskev orodja.

Slika 6:2 Abrazivna obraba lahko nastopi zaradi neposrednega stika med obdelovanim materialom in rezalnim orodjem ali pa zaradi manjših tujih delcev (npr. trdih vključkov v obdelovanem materialu).

Slika 6:3 Na površini orodja se pojavijo raze zaradi abrazivne obrabe.

Erozijsko obrabo povzročajo udarci drobnih delcev ob trdne površine. Obstaja več vrst erozijske obrabe. Erozija trdnih delcev je obraba na površinah zaradi trkov trdnih delcev, ki jih nosita plin ali kapljevina (npr. obraba krakov helikopterskega rotorja v prašnem okolju). Kapljična erozija je obraba površin zaradi delovanja kapljic (npr. obraba lopatic plinskega kompresorja zaradi kapljic kondenzata). Kavitacijska obraba se pojavi na izpostavljenih površinah v toku kapljevine zaradi nastanka in implozije plinskih mehurčkov (npr. pri strojih in napravah, kot so ladijski propelerji in hidravlične turbine). Pri rezalnih orodjih se z erozijsko obrabo srečujemo le redko ali pa je popolnoma odsotna.

Adhezija je tendenca raznorodnih delcev ali površin k sprijemanju (če so delci ali površine podobni ali iste vrste, govorimo o koheziji). Adhezijsko obrabo opazujemo na površinah v tornem stiku in pomeni nezaželeno trganje obrabnih delcev in materiala iz ene površine in njihovo privaritev na drugo. Vzrok so relativna gibanja, neposreden stik in plastične deformacije, pri katerih prihaja do nastajanja obrabnih delcev in do prenašanja materiala med površinami. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 44

Slika 6:4 Adhezijska obraba

Slika 6:5 Adhezijska obraba se kaže v obliki nalaganja obdelovanega materiala na ploskve orodja.

Utrujanje površin je ena od vrst utrujanja materiala in pomeni oslabitev površine materiala zaradi cikličnih obremenitev. Obrabni delci pri utrujenostni obrabi nastajajo zaradi ciklične rasti mikrorazpok na površini ali pod njo. Razlikujemo dve vrsti utrujanja: - pri kotaljenju ali kombinaciji kotaljenja in drsenja dveh površin se pojavi utrujanje površin; - pri ponavljajočem se kotaljenju ali drsenju enega elementa prek drugega z maksimalnimi strižnimi napetostmi, ki presegajo trajno nihajno trdnost, imamo opravka s kontaktnim utrujanjem.

Slika 6:6 Utrujanje površine

Posebna oblika utrujanja površin je razslojevanje, pri katerem se material odnaša s površine v tankih slojih zaradi delovanja sil, ki jih med drsenjem povzroča druga površina. Mehanizem razslojevanja pojasnjujemo s plastičnimi deformacijami površine, ki povzročijo nastanek začetnih razpok pod površino. Razpoke se nato širijo in združujejo s sosednjimi razpokami.

Obrabne delce tvorijo luske, ki se ločijo od površine. Tak mehanizem obrabe prevlek srečujemo pri oslojenih rezalnih orodjih.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 45

Slika 6:7 Pri oslojenih rezalnih orodjih lahko nastopi razslojevanje.

Kemična obraba je značilna obraba zaradi kemičnih interakcij in reakcij oksidacije, korozije ali difuzije med obdelovanim in rezalnim materialom. Zaradi pogojev okolice na eni ali na obeh površinah v dotiku nastajajo reakcijski produkti, ki se sproti odstranjujejo z drgnjenjem. Tovrstno obrabo lahko obvladujemo z ustreznimi delovnimi pogoji, mazanjem, izbiro alternativnih materialov ali z zmanjšanjem obremenitev.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 46

7 Procesi odrezavanja kovin in slabšanje orodja 7.1 Uvod

Slika 7:1 Procesi odrezavanja kovin in obraba orodja

Pomembno je, da strokovnjaki za obdelavo kovin z odrezavanjem razumejo procese slabšanja orodja. Uporabniki v industriji morajo namreč znati napovedati pravi trenutek za menjavo rezalnega orodja med obdelavo in tako preprečiti, da bi bila ogrožena kakovost končnega izdelka. Poznamo mnogo različnih vrst obrabe in slabšanja orodja, ki so odvisne od kombinacije obdelovalnega postopka, materiala in geometrije orodja ter od materiala obdelovanca. Težava pri modeliranju obstojnosti orodja (še zlasti za težko obdelovalne materiale) je v tem, da se istočasno pojavljajo različne vrste slabšanja in obrabe orodja.

Slika 7:2 Rezalni rob je izpostavljen visokemu tlaku, visokim temperaturam in relativnemu gibanju površin.

Zaradi različnih kontaktnih pogojev se pojavljajo različne oblike obrabe.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 47

Tribologija je veda in znanost o interakcijah med površinami v relativnem gibanju in kot strokovno področje strojništva in znanosti o materialih se ukvarja s proučevanjem in praktičnimi vidiki trenja, mazanja in obrabe. Tribološke interakcije med izpostavljeno trdno površino ter drugimi materiali v dotiku in okoljem lahko povzročijo izgubo materiala na površini, ta proces pa imenujemo obraba. Glavne vrste obrabe so abrazivna, torna (adhezijska), erozijska, korozivna obraba idr. Obrabo lahko zmanjšamo tako, da prilagodimo lastnosti površin s postopki za oplemenitenje površin (oslojevanje) ali z uporabo maziv (pri torni oz. adhezijski obrabi).

Tribološke analize nam pomagajo pri razumevanju mehanizmov obrabe na delih rezalnega roba ter na cepilni in prosti ploskvi rezalnega orodja.

Slika 7:3 Tribologija nam pomaga pri razumevanju dogajanj na stiku med odrezkom in cepilno ploskvijo.

7.2 Nekateri osnovni pojavi obrabe Med procesom odrezavanja se na rezalnem robu ter na cepilni in na prosti ploskvi pojavljajo različne osnovne vrste obrabe, najpomembnejše vrste pa so naštete v nadaljevanju.

Adhezijska obraba nastopi, če se na rezalno orodje prilepi manjša količina obdelovanega materiala, razsežnosti tega pojava pa so odvisne od pogojev procesa. V določenih primerih se lahko oblikuje nalepljena plast ali nalepek. Količina privarjenega materiala se med procesom obdelave postopno povečuje in s tem se večajo tudi sile, ki delujejo na material. Ko sile dosežejo kritično vrednost, se prilepljeni material odtrga od rezalnega orodja, pri tem pa s sabo odnese tudi nekaj rezalnega materiala in tako povzroči obrabo orodja.

Abrazivna obraba rezalnega orodja je pogost pojav, povzročajo pa jo predvsem trdi delci v obdelovanem materialu. Običajno se ocenjuje z merjenjem povprečne širine obrabe na prosti ploskvi VB ali največje širine VBN (pogosto jo imenujemo zarezna obraba), npr. v skladu s standardom ISO 3685:1993.

Kemična in difuzijska obraba sta običajno povezani z visokimi temperaturami v procesu, pri katerih so kemične interakcije med rezalnim materialom in obdelovanim materialom ali zrakom iz okolja bolj intenzivne. Kemična obraba rezalnega orodja lahko pomembno vpliva na njegovo dejansko obstojnost.

Utrujenostna ali erozijska obraba je povezana z utrujanjem rezalnega orodja zaradi kombinacije visokih delovnih temperatur in mehanskih obremenitev. Nihanja temperature in/ali mehanskih obremenitev lahko povzročijo iniciacijo razpok, ki sčasoma privedejo do loma rezalnega orodja. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 48

Slika 7:4 Pregled značilnih vzorcev obrabe, s katerimi se srečujemo pri odrezavanju težavnih materialov, npr. materialov, nagnjenih k deformacijskemu utrjanju; po F. Schultheissu

7.3 Analiza obrabe Ne glede na vrsto obrabe rezalnih robov ali ploskev rezalnega orodja obstajata dve možni situaciji, ki zahtevata različna pristopa k analizi, vrednotenju in meritvam.

Prva možnost je, da se orodje slabša zaradi pojavov, ki niso sprejemljivi in ogrožajo zanesljivost procesa. Tak primer je lom orodja ali nepredvidljiv proces obrabljanja. Druga možnost je, da se orodje slabša zaradi nadzorovane obrabe, kot je npr. obraba proste ploskve ali obraba v obliki kotanje, vendar proces obrabljanja poteka prehitro.

V obeh primerih je treba za veljavne sklepe zbrati čim več podatkov o dani delovni nalogi, obdelovanem materialu, rezalnem materialu in geometriji, seveda pa tudi o rezalnih parametrih.

Premišljen pristop mora upoštevati vse naštete elemente.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 49

Slika 7:5 Pregled elementov, vključenih v vrednotenje obrabe orodja

Ključna elementa analize obrabe orodja sta najvišja temperatura rezalnega roba in temperaturni gradient v rezalnem materialu. Od njiju je namreč odvisno, kateri mehanizem obrabe bo narekoval glavni vzorec obrabe. Dejanske temperature na rezalnem robu, temperaturni gradienti in sposobnost dobrega delovanja rezalnega roba v danih temperaturnih razmerah so odvisni od več dejavnikov: - Lastnosti obdelovanega materiala. Med obdelavo materialov z močnejšo mikrostrukturo nastaja več toplote, zato so višje tudi temperature v coni rezanja in temperaturni gradienti v rezalnem materialu. Pomembna je še toplotna prevodnost obdelovanega materiala, od katere je odvisno, koliko toplote se odvede iz cone rezanja skupaj z odrezki, da je ostane manj za segrevanje rezalnega orodja in samega obdelovanca. Temperatura je odvisna tudi od specifične toplote obdelovanega materiala.

- Lastnosti rezalnega materiala. Rezalni rob je med delom izpostavljen velikim mehanskim obremenitvam, visokim temperaturam in temperaturnim gradientom. Določeni predeli roba se segrejejo na višjo temperaturo, drugi pa ostanejo hladnejši. Rezalni material mora zato imeti dobro trdoto v vročem, da lahko vzdrži maksimalne temperature na rezalnem robu.

Zaradi temperaturnih gradientov mora biti tudi sposoben vzdržati morebitne toplotne razpoke v strukturi (najpomembnejša lastnost je žilavost).

- Pomembni so tudi rezalni parametri, predvsem rezalna hitrost. Večja rezalna hitrost pomeni višjo stopnjo deformacij obdelovanega materiala, pri čemer nastaja več toplote, maksimalne temperature na rezalnem robu so višje in v strukturi rezalnega materiala se vzpostavijo večji temperaturni gradienti. Pomembno je tudi podajanje. Večje podajanje na splošno daje debelejše odrezke, ki iz cone rezanja odnašajo več toplote. Še posebej pri obdelavi materialov z majhno toplotno prevodnostjo lahko prav podajanje odločilno vpliva na obrabo in obstojnost orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 50

Slika 7:6 Med procesom odrezavanja nastaja toplota, zaradi katere se poviša temperatura na rezalnem robu, v rezalnem materialu pa se oblikuje temperaturni gradient.

Na diagramu na Sliki 7:7 so najpomembnejši mehanizmi, ki povzročajo različne vzorce obrabljanja, predstavljeni kot funkcija temperature rezalnega roba. Vidimo, da se različni mehanizmi pojavljajo pri različnih temperaturah. Prvi korak do obvladovanja obrabe in s tem do zanesljivega, predvidljivega in nadzorovanega procesa odrezavanja je torej čim boljši nadzor nad maksimalno temperaturo rezalnega roba in temperaturnimi gradienti.

Slika 7:7 Diagram različnih mehanizmov obrabe v odvisnosti od temperature rezalnega roba med obdelavo

Za varno, predvidljivo in nadzorovano obrabo rezalnega roba težimo k točno določenim vzorcem obrabe. Prednost imajo štirje vzorci, ki so prikazani na Sliki 7:8: obraba na prosti ploskvi, obraba v obliki kotanje, zarezna obraba na glavnem in pomožnem rezalnem robu ter plastične deformacije. Ti vzorci omogočajo zanesljivo napovedovanje stopnje obrabe in obstojnosti orodja, s tem pa tlakujejo pot k učinkovitosti celotnega procesa odrezavanja, tudi z ekonomskega vidika.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 51

Slika 7:8 Štiri osnovne vrste obrabe, ki jih dopuščamo za zanesljiv, nadzorovan in predvidljiv proces odrezavanja in za obstojnost rezalnega roba

Pri analizi obrabljanja orodja je pomembno, da delamo z nadzorovanimi in predvidljivimi vzorci obrabe. Če zaznamo nepričakovano poslabšanje zaradi nepredvidenih dogodkov, kot so lom orodja, močno krušenje rezalnega roba ali intenzivno luščenje, moramo najprej spremeniti parametre rezalnega procesa tako, da se vsi nepredvidljivi dogodki zmanjšajo na najmanjšo možno mero. Šele nato lahko nadaljujemo z analizo in vrednotenjem.

Slika 7:9 Slika na levi prikazuje postopno obrabo, slika na desni pa nenadno poslabšanje orodja.

Slika 7:10 Postopna obraba orodja je kombinacija kotanjaste obrabe (levo) ter obrabe proste ploskve in zarezne obrabe (desno).

Ključno in eno najtežjih vprašanj pri obdelavi z odrezavanjem je, koliko obrabe kakršnekoli vrste naj dopustimo pred zamenjavo rezalnega roba. Dalj ko režemo z enim rezalnim robom, večja bo stroškovna učinkovitost obdelave. Po drugi strani pa se poveča tudi tveganje nepričakovanih _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 52

lomov, ki ogrožajo zanesljivost celotnega procesa, povzročajo zavrnitve obdelovancev v kontroli in podaljšujejo neproduktivni čas stroja.

Na Sliki 7:11 je prikazan značilen primer obrabe proste ploskve. Večja ko je največja dovoljena obraba (vodoravna os), večje je tveganje zgodnjega loma (navpična os). Iščemo torej kompromis med obstojnostjo orodja, ki je opredeljena z največjo dovoljeno obrabo na prosti ploskvi, in zanesljivostjo procesa, ki je opredeljena s tveganjem prezgodnjega loma. Z uporabo orodja do izteka maksimalne obstojnosti ogrožamo zanesljivost, kar še posebej velja za sodobne rezalne materiale s prevlekami. Dokler je prevleka na svojem mestu in dobro opravlja svojo nalogo, na rezalnem robu ni mogoče opaziti nobenih zunanjih znakov obrabe. Ko se prevleka enkrat odrgne, pa se rezalni rob hitro obrabi in skrha.

Slika 7:11 Primer odvisnosti med največjo dovoljeno obrabo in tveganjem prezgodnjega zloma rezalnega roba

Pri analizi obrabe orodja v praksi se srečujemo z različnimi oblikami obrabe. Pomembno je, da ločimo sprejemljivo obrabo od nesprejemljive in da pozornost usmerimo na bistvene dejavnike.

Poiskati moramo glavne vzroke nesprejemljivih vzorcev obrabe in ugotoviti, kako jih bomo odpravili, da bi zmanjšali nenadzorovano in nepredvidljivo obrabo. Glavni cilj pri določanju sprejemljivih vzorcev obrabe je vzpostavitev ravnovesja med ekonomiko in učinkovitostjo proizvodnje. Med sprejemljive vzorce obrabe spadajo obraba na prosti ploskvi (in v nekaterih primerih zarezna obraba), obraba v obliki kotanje in v določeni meri tudi krušenje, odvisno od aplikacije, medtem ko se lomu v kakršnikoli obliki izogibamo in ga skušamo zmanjšati na najmanjšo možno mero. V praksi imamo včasih opravka tudi z nedoločljivimi vzorci obrabe, ki so videti kot kombinacija različnih vrst obrabe. V takih primerih moramo identificirati najpomembnejši mehanizem obrabe in se posvetiti vzorcu, ki najbolj škodi obstojnosti orodja.

Posebno pozornost zahtevajo nerabljeni rezalni robovi. V vsaki delavnici se zgodi, da se kdaj zavržejo tudi rezalni robovi, ki niso še nikoli rezali. Razlogi za to so različni, npr. tako huda obraba prvega rezalnega roba na ploščici, da ploščice po obračanju ni več mogoče pravilno pritrditi.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 53

Slika 7:12 Praktična analiza obrabe orodja

Lastnosti rezalnih robov imajo pomembno vlogo pri analizi obrabe orodij za odrezavanje kovin.

Pri preiskavah obrabe se tradicionalno posvečamo predvsem rezalnemu materialu, sposobnost rezalnega roba, da vzdrži različne vrste obrabe, pa je odvisna tudi od rezalne geometrije. To še posebej velja za obdelave, ki zahtevajo večjo žilavost in odpornost proti plastičnim deformacijam.

Slika 7:13 Vpliv rezalnega materiala in rezalne geometrije na obrabo in obstojnost rezalnega roba proti obrabi in slabšanju

Rezalni material mora po tradicionalnem pristopu zagotavljati naslednje lastnosti: - žilavost v izogib lomu rezalnih robov, - obstojnost proti obrabi in trdoto za odpornost proti abrazivni obrabi, - trdoto v vročem za ohranitev lastnosti, kot je odpornost proti obrabi tudi pri povišanih temperaturah. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 54

Slika 7:14 Trdota rezalnih materialov v odvisnosti od temperature pri odrezavanju

Podrobnejše raziskave so pokazale, da sta obraba in obstojnost orodja odvisni tudi od nekaterih drugih lastnosti rezalnega materiala. Glavno vlogo igra pet lastnosti: odpornost proti obrabi, odpornost proti krušenju, odpornost proti lomu, toplotna obstojnost in kemična odpornost.

-

-

-

Odpornost proti obrabi pomeni obstojnost rezalnega materiala proti abrazivni in erozijski obrabi.

Upoštevanje odpornosti proti krušenju in lomu mora imeti prednost pred splošno žilavostjo rezalnega materiala. Odpornost proti lomu je povezana z žilavostjo, pri odpornosti proti krušenju pa gre za odpornost proti oblikovanju razpok, ki povzročajo krušenje – opisuje torej strukturno trdnost rezalnega materiala.

Toplotna obstojnost rezalnega materiala je klasična trdota v vročem, vendar opredeljena nekoliko širše. Medtem ko trdota v vročem opisuje le trdoto rezalnega materiala pri povišanih temperaturah, toplotna obstojnost pokriva tudi obstojnost proti difuziji pri povišanih temperaturah.

Kemična odpornost (ki je še vedno predmet temeljnih raziskav) pomeni odpornost rezalnih materialov proti kemičnim reakcijam z obdelovanim materialom. Tukaj se med drugim upošteva legirne elemente v obdelovanem materialu in kristalno strukturo.

Slika 7:15 Pomembne lastnosti rezalnih materialov, povezane s slabšanjem rezalnih robov

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 55

Za trdnost rezalnega roba in njegovo odpornost proti različnim vrstam obrabe je pomembna rezalna geometrija, ki jo sestavljata makrogeometrija (cepilni kot, prosti kot, geometrija cepilne ploskve) in mikrogeometrija (geometrija rezalnega roba).

Poglobljena razprava o različnih elementih geometrije, ki določajo trdnost rezalnega roba, sposobnost rezanja v določenih okoliščinah in vedenje pod vplivom različnih obremenitev, bi presegla okvir tega učbenika. Velja pa načelo, da je vsak rezalni rob bodisi oster bodisi močan.

Oster rezalni rob omogoča lahkotno odrezavanje z vsemi prednostmi, ni pa močan in odporen proti lomu, krušenju in plastičnim deformacijam. Močan rezalni rob se vede prav nasprotno – je zelo odporen proti vsem vrstam loma, toda sam proces odrezavanja je manj lahkoten.

Na proces odrezavanja lahko aktivno vplivamo tako, da prilagodimo rezalno geometrijo. Izbira novega rezalnega materiala z drugačnimi lastnostmi je pasivnejši ukrep – nov rezalni material bo obremenitve na rezalnem robu prenašal bolje ali slabše, na same obremenitve pa ne bo vplival.

Slika 7:16 Rezalna geometrija, vedenje med odrezavanjem in obraba orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 56

8 Obraba in obstojnost orodja 8.1 Uvod Obstojnost orodja lahko definiramo kot čas, v katerem se orodje obrabi in poslabša do take mere, da je treba zaradi varnosti in zanesljivosti odrezavanja zamenjati rezalni rob. Obstojnost orodja lahko izrazimo na različne načine, npr. kot število minut rezanja z enim rezalnim robom, količino odstranjenega materiala, število dokončanih obdelovancev … Tradicionalno jo navajamo v minutah in povezujemo z določeno velikostjo obrabe na rezalnem robu.

Pri tem moramo upoštevati pomembno dejstvo, da lahko poslabšanje orodja nastopi zaradi mehanizmov obrabe ali pa zaradi pojavov, ki niso povezani z obrabo. Za varen, nadzorovan in predvidljiv proces je nadvse pomembno, da se orodje slabša predvsem zaradi obrabnih procesov, saj je sicer težko ali celo nemogoče analizirati in napovedovati obstojnost orodja.

Postopno slabšanje orodja zaradi napredujoče obrabe je sestavljeno iz treh faz, kot prikazuje Slika 8:1. Obraba orodja v začetni fazi napreduje razmeroma hitro. V drugi fazi napreduje s približno konstantno hitrostjo, v tretji fazi pa se spet pospeši ter konča z lomom rezalnega roba.

Obrabo orodja lahko definiramo kot čas rezanja do prehoda v tretjo fazo obrabe, torej kot število minut, po katerem obraba ni več nadzorovana in zato ni mogoče napovedati delovanja rezalnega roba.

Slika 8:1 Obraba orodja kot funkcija časa rezanja. Merilo obrabe orodja je obraba na prosti ploskvi. Tudi obraba v obliki kotanje napreduje na podoben način.

Če bi zgornji eksperiment ponovili pri različnih rezalnih hitrostih, kot je prikazano na Sliki 8:2, bi ugotovili, da se z višanjem rezalne hitrosti povečuje tudi stopnja obrabe. To pomeni, da se rezalni rob v enakem času bolj obrabi.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 57

Slika 8:2 Vpliv rezalne hitrosti na obrabo proste ploskve orodja

Ko izberemo določen kriterij obrabe orodja, denimo vrednost obrabe proste ploskve VB na Sliki 8:3, predstavlja obstojnost orodja razpoložljivi čas rezanja do izpolnitve kriterija. Relacijo med rezalno hitrostjo in časom rezanja do izpolnitve kriterija obrabe lahko prikažemo kot ravno linijo v dvojno logaritmičnem diagramu.

Slika 8:3 Povezava med obrabo na prosti ploskvi VB in obstojnostjo orodja T pri različnih rezalnih hitrostih vc in aproksimacija z ravno linijo v dvojno logaritmičnem diagramu

8.2 Praktičen primer Na Slikah 8:4–8:6 je podan praktičen primer merjenja in določanja odvisnosti med obrabo in obstojnostjo orodja. Stopnja obrabe se meri empirično v odvisnosti od časa, ko rezalni rob reže obdelovani material.

Za izvedbo tovrstnih eksperimentov in tehtne zaključke je pomembno, da poznamo in zagotovimo nujne začetne pogoje.

- Razpon rezalnih hitrosti mora zagotavljati abrazivni tip glavnih vzorcev obrabe na rezalnem robu (torno obrabo).

- Slabšanje orodja mora biti nadzorovano in predvidljivo, torej predvsem v obliki obrabe proste ploskve in kotanjaste obrabe. V določenih primerih so lahko sprejemljive tudi plastične deformacije ali zarezna obraba.

- Globina rezanja in podajanje sta konstantna v začetni fazi eksperimenta. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 58

Slika 8:4 Primer meritev slabšanja orodja v povezavi z obrabo – 1. korak

V prvi fazi eksperimenta (Slika 8:4) izmerimo stopnjo obrabe pri različnih rezalnih hitrostih.

Globina rezanja in podajanje sta konstantna in izbrana za optimalno oblikovanje odrezkov.

Izberemo tudi kriterij obrabe (Slika 8:5), v tukajšnjem primeru je merilo za iztek življenjske dobe orodja obraba proste ploskve 0,4 mm. Nato izrišemo diagram časa rezanja do izpolnitve izbranega kriterija v odvisnosti od rezalne hitrosti (Slika 8:5 desno).

Slika 8:5 Primer meritve slabšanja orodja v povezavi z obrabo – 2. korak

Podatke nato prenesemo v dvojno logaritmični diagram, Slika 8:6. Odvisnost med časom rezanja (obstojnostjo orodja) in rezalno hitrostjo do izpolnitve kriterija obrabe je zdaj predstavljena kot ravna linija.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 59

Slika 8:6 Primer merjenja slabšanja orodja v povezavi z obrabo – 3. korak

8.3 Taylorjev model za določanje obstojnosti orodja Taylor je podrobno raziskoval odvisnosti med obrabo proste ploskve in obstojnostjo orodja, ki so opisane na primeru v prejšnjem poglavju. Proučeval je razvoj obrabe na prosti ploskvi kot funkcijo časa pri različnih rezalnih hitrostih in na podlagi izsledkov sestavil diagram na Sliki 8:7.

Rezalni rob je skrhan, ko je dosežena določena vrednost obrabe na prosti ploskvi in pripadajočo obstojnost orodja lahko odčitamo na osi y. Odvisnost med rezalno hitrostjo vc in obstojnostjo orodja T prikazuje diagram v dvojno logaritmičnem koordinatnem sistemu na Sliki 8:7. Linearni približek krivulje skozi merilne točke je osnova za poenostavljeno Taylorjevo enačbo:

Člena m in CT v enačbi sta Taylorjevi konstanti. Konstanta CT je teoretična rezalna hitrost, pri kateri bi obstojnost orodja znašala 1 minuto.

Slika 8:8 prikazuje diagram s krivuljo celotne obrabe, pri čemer velja Taylorjeva enačba le za linearni del krivulje. Enako obstojnost orodja lahko dosežemo pri treh različnih rezalnih hitrostih.

Slabša obstojnost orodja v delu krivulje pri nižjih rezalnih hitrostih velja za območje z nalepkom, kjer prihaja do adhezijske obrabe, medtem ko je približno linearni del krivulje v predelu lahkotnega odrezavanja z minimalnimi obremenitvami in obrabo. Taylorjeva enačba torej ne velja za območje z nalepkom.

Slika 8:7 Taylorjev model slabšanja orodja v zvezi z obrabo

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 60

Slika 8:8 Dvojno logaritmični diagram T-vc za karbidno trdino in hitrorezna orodna jekla z linearnim delom krivulje

Vse to velja za obdelavo s konstantno globino rezanja in podajanjem in če spremenimo katerega od parametrov, se seveda spremeni tudi relacija med obstojnostjo orodja in rezalno hitrostjo pri izbranem kriteriju obrabe.

Na Sliki 8:9 je prikazan vpliv sprememb podajanja. Kar se v resnici spreminja, je debelina odrezka in če je odrezek tanjši (manjše podajanje, manjši nastavni kot), je karakteristika obstojnosti orodja v odvisnosti od rezalne hitrosti bolj strma. Pri dani rezalni hitrosti je torej obstojnost orodja večja pri tanjših odrezkih. Velja tudi obratno – pri manjši debelini odrezkov je za želeno obstojnost orodja mogoče izbrati večjo rezalno hitrost.

Slika 8:9 Taylorjev model za določanje obstojnosti orodja, vpliv debeline odrezkov

Na Sliki 8:10 je prikazan vpliv globine rezanja: pri manjši globini rezanja je linija, ki predstavlja odvisnost obstojnosti orodja od rezalne hitrosti, manj strma. Za dano rezalno hitrost je zato obstojnost orodja večja pri manjših globinah rezanja. Obratno velja, da je pri manjši globini rezanja za želeno obstojnost orodja mogoče izbrati večjo rezalno hitrost. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 61

Slika 8:10 Taylorjev model za določanje obstojnosti orodja, vpliv globine rezanja

Zavedati se moramo, da je zveza med obstojnostjo orodja in rezalno hitrostjo, ki jo opisuje Taylorjev model, le del celotne slike. Pri majhnih rezalnih hitrostih in podajanjih so glavni vzorci obrabe povezani z nalepkom na rezalnem robu, ki negativno vpliva na obstojnost orodja. Če so na drugi strani diagrama rezalne hitrosti zelo velike, pa je rezalni rob tako toplotno obremenjen, da postanejo glavni mehanizmi slabšanja orodja difuzijska obraba in plastične deformacije. Pri uporabi Taylorjevega modela je treba torej upoštevati njegove omejitve in če so izbrani rezalni parametri zunaj teh meja, je treba osnovni model ustrezno prilagoditi.

Slika 8:11 Meje uporabnosti Taylorjevega modela

Taylorjev tradicionalni pristop k določanju obstojnosti orodja je treba v današnjem času prilagoditi lastnostim sodobnih rezalnih orodij in pogojem, v katerih jih uporabljamo. Na tem področju je treba omeniti delo Archarda, Woxna in Coldinga. Taylor je opisoval vzorce obrabe, ki niso v večji meri odvisni od toplotnih obremenitev rezalnega roba, vendar ta predpostavka pri današnjih rezalnih hitrostih ni več veljavna. Pri izbiri kriterijev obstojnosti orodja se zato ni mogoče omejiti zgolj na obrabo proste ploskve ali na kotanjasto obrabo. Višje rezalne hitrosti so povezane z nastajanjem več toplote med procesom in zato so toplotne obremenitve rezalnih robov ustrezno večje. Prevladujejo mehanizmi plastičnih deformacij in difuzijske obrabe, kar je treba ustrezno upoštevati pri določanju relacij med obstojnostjo orodja in rezalno hitrostjo. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 62

Slika 8:12 Taylorjev model za določanje obstojnosti orodja, različne vrste obrabe

Oglejmo si, kaj se zgodi ob spremembi rezalnih parametrov znotraj mej Taylorjevega modela: - Ob povečanju globine rezanja se poveča obraba na časovno enoto, vendar ta sprememba v resnici ni velika. Sledi ugotovitev, da velika globina rezanja ne omejuje obstojnosti orodja v večji meri.

- Vpliv spremembe podajanja na obrabo v časovni enoti je večji. Obstojnost orodja se torej bolj zmanjša zaradi večjega podajanja kot pa zaradi večje globine rezanja.

- Sprememba rezalne hitrosti znatno vpliva na obrabo v časovni enoti. Če povečamo rezalno hitrost, npr. da bi izboljšali produktivnost obdelave, se drastično skrajša obstojnost orodja, s tem pa se zelo povečajo stroški orodja.

Slika 8:13 Taylorjev model, vpliv spremembe rezalnih parametrov na obrabo

Zgornje ugotovitve so zbrane v grafikonu na Sliki 8:14 (na navpični osi je obstojnost orodja in na vodoravni osi rezalni parametri). Vidimo, da že majhna sprememba rezalne hitrosti močno vpliva na obstojnost orodja. Vpliv podajanja je manj pomemben, vpliv globine rezanja pa je praktično zanemarljiv.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 63

Slika 8:14 Taylorjev model, vpliv rezalnih parametrov na obstojnost orodja

Rumena linija na diagramu na Sliki 8:14 predstavlja vpliv povečanja dovoljene obrabe orodja na obstojnost orodja. To je lahko zanimivo izhodišče za izboljševanje učinkovitosti rezalnih robov.

Iščemo ravno pravo maksimalno obrabo, da izboljšamo učinkovitost rezalnega roba, obenem pa ne ogrozimo zanesljivosti procesa. Večja maksimalna obraba je namreč povezana tudi s povečanim tveganjem zgodnjega loma rezalnega roba.

Opažanja lahko povežemo v en model, ki ga imenujemo razširjeni Taylorjev model in je prikazan v obliki enačbe na Sliki 8:15.

Slika 8:15 Razširjeni Taylorjev model

T v tej enačbi pomeni obstojnost orodja (v minutah), VB je največja dovoljena vrednost izbranega vzorca obrabe, h je debelina odrezka, b širina odrezka (globina rezanja) in v rezalna hitrost. CTVB, n, m, p in q so Taylorjeve konstante, ki so odvisne od vrste operacije, izbranega vzorca obrabe, obdelovanega materiala in rezalnega orodja (rezalni material in rezalna geometrija).

Značilne vrednosti Taylorjevih konstant za struženje malolegiranega jekla z orodjem s prevleko P20 so: - m = 0,4–0,1 (povprečno 0,25), - p = 0,1–0,8 (povprečno 0,4), - q = 0,08–0,15 (povprečno 0,1), - n = 0,45.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 64

Slika 8:16 predstavlja bolj pragmatično različico Taylorjevega modela. Preglednica osvetljuje vpliv sprememb rezalnih parametrov na obstojnost, ki pa velja samo znotraj prej omenjenih omejitev Taylorjevega modela.

Povečanje za 10 %

Obstojnost orodja se zmanjša za

ap (b)

5%

f (h)

20 %

vc

50 %

Slika 8:16 Taylorjev model – vpliv spremembe rezalnih parametrov v praksi

8.4 Coldingov model za določanje obstojnosti orodja Taylorjev originalni model je bil pozneje večkrat popravljen in tako bolje prilagojen lastnostim sodobnih rezalnih orodij in pogojem uporabe. Colding je oblikoval odmeven model za določanje obstojnosti orodja, ki predstavlja razširitev Taylorjevega modela na osnovi ekvivalentne debeline odrezkov. Coldingov model je uporaben za opis neprekinjenega odrezavanja pri visokih temperaturah s postopno obrabo. Model še ni dokončno preverjen za postopke, kot so frezanje, struženje utorov, vrezovanje navojev in vrtanje.

Slika 8:17 Coldingov model za določanje obstojnosti orodja

Definicija ekvivalentne debeline odrezka, ki je osnova za model obstojnosti orodja po Coldingu, je podana na Sliki 8:18.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 65

Slika 8:18 Ekvivalentna debelina odrezka he po Coldingovem modelu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 66

9 Pregled osnovnih vrst obrabe orodja pri odrezavanju kovin 9.1 Uvod V poglavjih 5 in 6 smo si ogledali splošne mehanizme in vrste obrabe ter njihov pomen za obdelavo kovin z odrezavanjem. Ti mehanizmi vodijo do specifičnih vzorcev obrabe na rezalnem robu zaradi različnih vzrokov, kot je prikazano na Sliki 9:1. V tem poglavju so našteti in opisani osnovni vzorci obrabe pri običajni obdelavi brez prekinitev.

9.2 Osnovni vzroki obrabe orodja

Slika 9:1 Osnovni vzroki obrabe orodja

V predhodnih poglavjih je bila opisana vrsta značilnih vzrokov obrabe, ki jih lahko združimo po skupinah: - obraba zaradi abrazivnih, erozijskih ali adhezijskih interakcij med rezalnim orodjem, površino obdelovanca in oblikovanim odrezkom, - obraba zaradi kemičnih interakcij med rezalnim materialom in obdelovanim materialom, - obraba zaradi mehanskih obremenitev rezalnega orodja.

9.3 Obraba na prosti ploskvi Najbolj zaželena je obraba na prosti ploskvi, ki jo je mogoče zanesljivo napovedati. Težavo lahko predstavlja prezgodnja obraba proste ploskve, ki je na videz enaka klasični obrabi proste ploskve.

Glavna povzročitelja obrabe proste ploskve pri manjših rezalnih hitrostih sta abrazija in erozija.

Trdi mikroskopski vključki karbidov ali deformacijsko utrjeni delci obdelovanega materiala razijo orodje. Odtrgajo se delci prevleke in nato razijo ploskve orodja. Kobalt po določenem času izgine iz matrice, karbidna zrna pa zato nimajo več zadostnega oprijema in se iztrgajo. Glavni povzročitelj obrabe proste ploskve pri višjih rezalnih hitrostih je difuzija, ugodne razmere zanjo pa nastanejo v povezavi z višjimi temperaturami rezalnega roba. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 67

Obraba na prosti ploskvi je videti kot razmeroma enakomerna odrgnjenost vzdolž rezalnega roba. Velikost obrabe je včasih na videz večja od resnične zaradi obdelovane kovine, ki se razmaže po rezalnem robu. Obraba ploščic Duratomic je videti črna in gladka, ostale ploščice pa imajo svetleče odrgnine. Obrabo proste ploskve lahko pričakujemo pri vseh materialih in je običajno vzrok za odpoved rezalnega roba, če ta ne nastopi že prej zaradi katere druge vrste obrabe.  KOREKTIVNI UKREPI  Zmanjšajte rezalno hitrost (povečajte podajanje?)  Izberite tršo karbidno kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.  Pravilno uporabljajte hladilno tekočino.

Slika 9:2 Obraba na prosti ploskvi

9.4 Obraba v obliki kotanje Obraba v obliki kotanje je kombinacija difuzije, razgradnje (pri večjih rezalnih hitrostih) in abrazivne obrabe (pri manjših rezalnih hitrostih). Toplota iz odrezkov razgradi zrna volframovega karbida v substratu in ogljik difundira v odrezke, zaradi česar se na ploščici oblikuje kotanja. Ko se ta dovolj poveča, se okruši prosta ploskev ploščice ali na njej nastopi pospešena obraba.

Obraba v obliki kotanje ali jamic nastane na cepilni ploskvi ploščice, najpogosteje pri obdelavi abrazivnih materialov ali obdelovancev s trdo površino.  KOREKTIVNI UKREPI  Najboljše so prevleke z debelimi sloji aluminijevega oksida.  Uporabite hladilno tekočino.  Uporabite geometrijo za lahkotnejše odrezavanje, da zmanjšate razvoj toplote.  Zmanjšajte rezalno hitrost in podajanje.

Slika 9:3 Obraba v obliki kotanje

9.5 Obraba zaradi nalepka Nalepek nastane zaradi adhezije oz. privaritve materiala obdelovanca na rezalni rob pod visokim pritiskom. Pogoji za ta pojav so kemična afiniteta, visok pritisk in dovolj visoka temperatura v coni rezanja. Nalepek se po določenem času odlomi, s seboj odnese delce rezalnega roba ter tako povzroči krušenje in pospešeno obrabljanje proste ploskve.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 68

Nalepek prepoznamo kot svetleče delce materiala na vrhu ali na boku rezalnega roba, pričakujemo pa ga lahko pri gumijastih materialih, neželeznih kovinah, superzlitinah in nerjavnih jeklih, kakor tudi pri obdelavah z majhno rezalno hitrostjo in podajanjem.  KOREKTIVNI UKREPI  Povečajte rezalno hitrost in/ali podajanje.  Izberite ploščico z ostrejšo geometrijo in bolj gladko cepilno ploskvijo.  Pravilno uporabljajte hladilno tekočino, morda povečajte koncentracijo.

Figure 9:4 Nalepek in obraba zaradi nalepka

9.6 Krušenje rezalnega roba Povzročiteljice krušenja so mehanske nestabilnosti ali razpoke v rezalnem materialu. Krušenje rezalnega roba je pogosto posledica vibracij obdelovanca, obdelovalnega stroja ali orodja. Trdi vključki v površini obdelovanega materiala in rezanje s prekinitvami lahko prav tako povzročijo razpoke in krušenje.

Rezalni rob se okruši, ko se od njega odlomijo majhni delci materiala. S tem pojavom se lahko srečamo, če obdelovalni sistem ni dovolj tog, povzroča pa ga tudi obdelava materialov s trdimi, npr. izločevalno utrjenimi delci.  KOREKTIVNI UKREPI  Pravilno pripravite obdelovalni stroj in zmanjšajte upogibanje orodja.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto in močnejšo geometrijo rezalnega roba.  Zmanjšajte podajanje (še posebej na vhodu in izhodu iz reza).  Povečajte rezalno hitrost.  Glejte tudi korektivne ukrepe za nalepek.

Slika 9:5 Krušenje rezalnega roba

9.7 Toplotne razpoke Toplotne razpoke nastanejo zaradi kombinacije temperaturnih ciklov (nihanja temperature rezalnega roba), toplotnih obremenitev (temperaturnih razlik med vročimi in hladnimi predeli rezalnega roba) in mehanskih udarcev. Vzdolž rezalnega roba se oblikujejo napetostne razpoke, zaradi katerih izstopijo segmenti karbida, in končno pride do krušenja.

Toplotne razpoke srečujemo predvsem pri frezanju in struženju s prekinitvami, nastanejo pa lahko tudi zaradi prekinitev dovoda hladilno-mazalne tekočine.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 69

 KOREKTIVNI UKREPI  Pravilno uporabljajte hladilno tekočino.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto.  Zmanjšajte rezalno hitrost in podajanje.  Uporabite geometrijo za lahkotnejše odrezavanje, da zmanjšate razvoj toplote.  Uporabite drug postopek obdelave (razmerje med časom v rezu in časom zunaj reza).

Slika 9:6 Toplotne razpoke

9.8 Plastične deformacije (PD) rezalnega roba Glavni povzročitelj plastičnih deformacij so toplotne preobremenitve: zaradi previsokih temperatur se zmehča kobalt, ki je vezivo za karbide. Pritisk na rezalni rob pri mehanskih preobremenitvah povzroči, da se rezalni rob deformira ali povesi pri vrhu. Rezalni rob se končno odlomi, ali pa nastopi pospešena obraba na prosti ploskvi.

Plastične deformacije lahko prepoznamo po deformiranem rezalnem robu. Pri tem moramo biti previdni, saj so lahko na zunaj podobne obrabi proste ploskve.

Plastične deformacije so pogoste pri visokih temperaturah med odrezavanjem (zaradi velikih rezalnih hitrosti in podajanja) ter če je obdelovani material zelo trden (trda jekla, deformacijsko utrjene površine in superzlitine).  KOREKTIVNI UKREPI  Pravilno uporabljajte hladilno tekočino.  Zmanjšajte rezalno hitrost in podajanje.  Izberite ploščico z večjim polmerom konice.  Uporabite tršo karbidno kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Slika 9:7 Plastične deformacije

9.9 Zarezna obraba Zarezna obraba nastopi, če je površina obdelovanca trša ali bolj abrazivna kot material pod njo, npr. zaradi utrditve med prejšnjimi prehodi (pri materialih, ki se deformacijsko utrjujejo, kot so nerjavna jekla in superzlitine) ali pri trdi skorji odkovkov in ulitkov. Rezalni rob se zato hitreje obrablja v predelu, kjer je v stiku s trdo plastjo. Zarezno obrabo lahko povzročijo tudi lokalne koncentracije napetosti. Tlačne napetosti se pojavljajo samo v predelu rezalnega roba, ki je v neposrednem stiku z obdelovancem, kjer je rezalni rob še posebej obremenjen (na liniji globine _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 70

rezanja). Med povzročitelji zarezne obrabe so tudi udarci, npr. zaradi trdih mikrovključkov v obdelovanem materialu ali krajših prekinitev obdelave.  KOREKTIVNI UKREPI  Če delate v več prehodih, zmanjšajte podajanje in spreminjajte globino reza.  Če obdelujete visokotemperaturno zlitino, povečajte rezalno hitrost (povečala se bo obraba na prosti ploskvi).  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto in uporabljajte lomilec odrezkov za visoka podajanja.  Preprečite nastanek nalepka, še posebej pri nerjavnih in visokotemperaturnih zlitinah.

Slika 9:8 Zarezna obraba

9.10 Lom orodja Porušitev rezalnega roba lahko nastopi zaradi čezmerne obrabe katerekoli vrste ali zaradi splošne mehanske preobremenitve rezalnega roba. Obremenitve so tako velike, da se rezalni rob poruši že v prvih trenutkih odrezavanja.  KOREKTIVNI UKREPI  Uveljavite ukrepe za druge mehanizme odpovedi poleg običajne obrabe proste ploskve.  Zmanjšajte podajanje in globino rezanja.  Preverite togost sistema.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto in močnejši rezalni rob.  Izberite ploščico z geometrijo za lomljenje odrezkov za večja podajanja.

Slika 9:9 Lom ploščice

9.11 Poškodbe rezalnega roba zaradi udarcev odrezkov Odrezki lahko zaradi navijanja udarjajo v nerabljen del rezalnega roba oz. v nerabljen rezalni rob.

Zaradi udarcev se polomi rezalni rob (ali njegov del), ki trenutno ne reže. Tveganje udarcev odrezkov je večje pri operacijah s kombinacijo velikega podajanja in globine rezanja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 71

 KOREKTIVNI UKREPI  Spremenite podajanje in globino rezanja.  Izberite drug nastavni kot.  Izberite drugo geometrijo za lomljenje odrezkov.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto.

Slika 9:10 Udarci odrezkov

9.12 Praktične smernice Do zdaj smo se posvečali predvsem vizualnim znakom obrabe orodja. Obrabljanje rezalnega roba pa je povezano tudi z drugimi pojavi, ki sporočajo, da je čas za menjavo orodja: - Nenaden lom rezalnega orodja seveda ni najbolj zaželen opomin, da je nastopil čas za menjavo rezalnega orodja. Na slabšanje rezalnega roba vpliva cela vrsta dejavnikov in ker ni mogoče nadzorovati prav vseh, lahko v določenih primerih pride tudi do loma. Če se orodje lomi prepogosto, je treba prekiniti obdelavo in poiskati vzroke.

Redno lomljenje orodja je znak za neravnovesje med obremenitvami rezalnega roba in obremenljivostjo orodja, zato zmanjšajte rezalne sile ali izberite močnejši rezalni rob.

- Eden izmed najpreprostejših načinov za preverjanje stanja rezalnega roba je preizkus z nohtom. Pri obdelavi se moramo izogibati nalepku in krušenju.

Tudi če tovrstne obrabe ne prepoznamo z golim očesom, pa jo zagotovo začutimo, ko potegnemo z nohtom po rezalnem robu.

- Znak za obrabo orodja je sprememba zvoka med obdelavo. Oster zvok visokih frekvenc sporoča, da pogoji za proces odrezavanja niso najboljši.

- Odrezki, ki se jim med obdelavo spremeni oblika ali barva, so lahko znak, da je prišlo do spremembe oblike rezalnega roba, npr. zaradi napredujoče obrabe orodja.

- Če se poslabša hrapavost obdelanih površin, je morda že nastopil čas za menjavo rezalnega roba (iztek obstojnosti orodja).

- Povečanje porabe moči ali vibracij. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 72

10 Obraba orodja pri struženju 10.1 Uvod Struženje kovin je postopek obdelave z odrezavanjem, pri katerem se najpogosteje srečujemo z osnovnimi vrstami obrabe. Na ugotovitvah, zbranih med prakso struženja, temelji tudi večina modelov za določanje obstojnosti orodja. Modeli za analizo slabšanja in obrabe orodja pri drugih postopkih zahtevajo vključitev določenih faktorjev za kompenzacijo vsakokratnih specifik.

V nadaljevanju je opisan pragmatični pristop k analizi slabšanja in obrabe orodja pri klasičnem vzdolžnem ali čelnem struženju. Pri specifičnih operacijah na stružnicah, kot je denimo struženje utorov ali odrezovanje, lahko prevladujejo tudi druge vrste obrabe, toda odpravljanje težav z določenimi vzorci obrabe poteka po enakem kopitu kot pri splošnem struženju.

10.2 Pregled glavnih težav pri splošnem struženju Na Sliki 10:1 so prikazane najpogostejše težave v delovanju rezalnih robov med struženjem.

Tehnološka operacija lahko velja za optimizirano, če nimamo opravka z nobeno od naštetih motenj. Kadar se v praksi pojavijo težave, pa so na sliki podane smernice, kako jih odvrniti oziroma jih vsaj omejiti na minimum. V tem pristopu ne posegamo v samo izbiro orodja, enako pa velja tudi za globino rezanja. Z drugimi besedami – spreminjamo lahko samo rezalno hitrost in podajanje.

Rešitev za intenzivno oblikovanje nalepka je tako denimo povečanje rezalne hitrosti in/ali podajanja.

Slika 10:1 Osnovne težave pri struženju

Osnovni cilj, ki ga zasledujemo pri tehnološki optimizaciji postopkov struženja, so pravilno oblikovani odrezki (idealno naj bodo spiralne oblike) in obraba proste ploskve kot prevladujoč vzorec obrabe na rezalnem robu. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 73

Slika 10:2 Tehnološko optimalno delovanje rezalnega roba

10.3 Optimizacija oblikovanja odrezkov Prvi korak na poti do varnega, nadzorovanega in zanesljivega procesa struženja je kar najboljše oblikovanje in odstranjevanje odrezkov. Idealno je, če so odrezki spiralne oblike. Krajši odrezki so povezani z dodatnim krušenjem rezalnih robov in skrajšajo obstojnost orodja, daljši odrezki pa lahko ogrozijo neprekinjeno izvajanje procesa struženja in niso varni za operaterje strojev.

Spodnja slika prikazuje različne vrste odrezkov pri struženju in možne protiukrepe. Če se ne odločimo za spremembo geometrije lomilca odrezkov, je najpomembnejše pravilno podajanje. Če ostane podajanje nespremenjeno, pa moramo ustrezno prilagoditi geometrijo za lomljenje odrezkov.

Slika 10:3 Praktične smernice za oblikovanje odrezkov

10.4 Optimizacija obrabe orodja Ko je zagotovljena optimalna oblika odrezkov pri struženju, lahko nadaljujemo z optimizacijo vzorcev obrabe na rezalnem robu. Želimo si predvsem obrabe na prosti ploskvi ali kotanjaste obrabe za dobro ravnovesje med produktivnostjo in stroškovno učinkovitostjo. Prav to je tudi cilj analize obrabe v praksi. Najprej pregledamo obrabo rezalnih robov in če ne prevladuje obraba proste ploskve ali obraba v obliki kotanje, spremenimo rezalno hitrost ali zamenjamo karbidno kvaliteto, da se čim bolj približamo priporočenim vzorcem obrabe. Ko na rezalnih robovih prevladuje obraba proste ploskve ali obraba v obliki kotanje, se lahko lotimo še optimizacije ekonomike procesa odrezavanja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 74

Slika 10:4 Praktične smernice za optimizacijo obrabe orodja

10.5 Praktični pripomočki za optimizacijo procesov splošnega struženja Diagram za izbiro geometrij za lomljenje odrezkov na Sliki 10:5 daje pregled različnih geometrij in njihove primernosti za različne aplikacije. Vodoravna os predstavlja relativno trdnost rezalnega roba, ki jo lahko do določene mere enačimo z razpoložljivim podajanjem. Na navpični osi so vrste obdelav od fine (globina rezanja je majhna v primerjavi z dolžino rezalnega roba) do grobe (globina rezanja je velika v primerjavi z dolžino rezalnega roba). V diagramu so geometrije za lomljenje odrezkov razvrščene od zelo ostrih spodaj levo do zelo močnih zgoraj desno.

Diagram lahko uporabljamo tudi tako, kot da so geometrije za lomljenje odrezkov razvrščene glede na vrsto odrezkov, ki jih tvorijo. Geometrije spodaj levo oblikujejo kratke odrezke, geometrije zgoraj desno pa dolge odrezke.

Slika 10:5 Diagram za izbiro geometrij za lomljenje odrezkov

Diagram za izbiro karbidnih kvalitet na Sliki 10:6 podaja shematski pregled različnih karbidnih kvalitet in njihove namembnosti. Ta je na prvi ravni opredeljena z obdelovanim materialom: kvalitete P so za jeklo, M za nerjavna jekla, K za železove litine, N za neželezne materiale, S za superzlitine in H za trde materiale. Aplikacije so na drugi ravni razvrščene v območju vrednosti od 10 do 50, kjer v skupino 10 spadajo aplikacije z visokimi temperaturami, torej fine obdelave z visokimi rezalnimi hitrostmi. V skupino 50 spadajo operacije z velikimi mehanskimi obremenitvami rezalnega roba, tj. grobe obdelave z veliko globino rezanja in podajanjem. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 75

Karbidne kvalitete na levi strani vsake skupine obdelovanih materialov so obstojnejše proti obrabi (obstojnost proti torni obrabi in plastičnim deformacijam ter visoka trdota v vročem), karbidne trdine na desni strani pa se izkažejo z večjo strukturno trdnostjo oz. obstojnostjo proti porušitvi in lomu orodja.

Slika 10:6 Diagram za izbiro karbidnih kvalitet

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 76

10.6 Struženje utorov in odrezovanje Struženje utorov in odrezovanje sta značilni stružni operaciji, pri katerih lahko pričakujemo enake osnovne vzorce obrabe kot pri splošnem struženju.

Obraba proste ploskve

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Lom ploščice

 Zmanjšajte podajanje.  Izberite bolj žilavo kvaliteto.  Izberite močnejšo geometrijo za lomljenje odrezkov.

Obraba v obliki kotanje

 Uporabite hladilno tekočino.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.

Glavničaste razpoke

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Poskrbite za zadosten in konstanten pretok hladilne tekočine. Če to ni mogoče, zaprite dovod hladilne tekočine.

Plastične deformacije

 Uporabljajte hladilno tekočino.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.

Nalepek

 Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.

Krušenje roba

 Izberite bolj žilavo kvaliteto.  Preverite pritrditev obdelovanca.  Preverite rezalno hitrost.

Nezadovoljiva površina

 Zmanjšajte podajanje.  Povečajte rezalno hitrost.  Uporabite hladilno tekočino.  Izboljšajte stabilnost.  Preverite poravnavo orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 77

10.7 Večsmerno struženje (MDT) Večsmerno struženje je značilna stružna operacija, pri kateri z omejenim številom orodij izvajamo čim več različnih delovnih nalog. Na Slikah 10:7–9 je pregled težav, ki so značilne za orodja MDT. Struženje: težave z lomljenjem odrezkov

 Povečajte podajanje ali globino rezanja.  Uporabite ožjo ploščico z manjšim polmerom.

Struženje utorov: težave z lomljenjem odrezkov

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Uporabite podajanje s prekinitvami.

Vibracije

 Spremenite rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Zmanjšajte globino rezanja.  Izboljšajte stabilnost orodja in obdelovanca.  Izberite ploščico z manjšim polmerom.

Slika 10:7 Značilne težave pri obdelavi

Nezadovoljiva kakovost površine

 Zmanjšajte podajanje.  Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte globino rezanja.  Uporabite hladilno tekočino.  Izboljšajte stabilnost orodja in obdelovanca.

Netočna čelna obdelava

 Končna čelna obdelava naj bo radialna v smeri od zunaj proti središču.

Premer zunaj toleranc

 Preverite kompenzacijo dolžine orodja.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Težave s ponovljivostjo

 Poskrbite za konstantne pogoje obdelave.  Preverite obrabo ploščice.

Spremenljiv premer

 Orodje je treba po struženju utora umakniti skladno z meritvijo kompenzacije, preden se nadaljuje struženje.  Poskrbite za konstantne pogoje med struženjem.

Slika 10:8 Značilne težave s kakovostjo izdelkov

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 78

Lom

 Zmanjšajte podajanje.  Zmanjšajte globino rezanja.  Izberite bolj žilavo kvaliteto.  Izberite ploščice z večjim premerom.

Plastične deformacije

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Uporabljajte hladilno tekočino.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.  Izberite ploščico z večjim polmerom.

Pojav zgodnje obrabe na prosti ploskvi

 Zmanjšajte rezalno hitrost.

Nalepek

 Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.

Pojav zgodnje obrabe v obliki kotanje

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Uporabite hladilno tekočino.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Udarci odrezkov  Spremenite podajanje.  Spremenite globino rezanja.

Krušenje

 Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Izberite bolj žilavo kvaliteto.

Glavničaste razpoke

Zarezna obraba

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Hladilno tekočino uporabljajte v velikih količinah, ali pa je ne uporabljajte.

Slika 10:9 Značilne težave z obrabo orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 79

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 80

11 Obraba orodja pri frezanju (frezala z obračalnimi ploščicami) 11.1 Uvod Frezanje je značilna obdelava s prekinitvami in zato se glavni vzorci obrabe pri frezanju razlikujejo od tistih pri struženju. Obremenitve rezalnega orodja se spreminjajo v času, zato je rezalni rob izpostavljen dodatnim obremenitvenim gradientom, ki povzročajo obrabo.

Sliki 11:1 in 11:2 prikazujeta pregled značilnih vzorcev obrabe pri splošnem frezanju in nekatere ukrepe, s katerimi lahko vplivamo na obrabo.

Pojav zgodnje obrabe na prosti ploskvi

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Istosmerno frezanje

Glavničaste razpoke

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Spremenite pozicioniranje frezala.

Pojav zgodnje zarezne obrabe

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Povečajte globino rezanja.  Istosmerno frezanje  Spremenite pozicioniranje frezala.

Nalepek

 Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Istosmerno frezanje  Spremenite pozicioniranje frezala.

Krušenje

 Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Protismerno frezanje  Izboljšajte odvajanje odrezkov.  Spremenite pozicioniranje frezala.  Zmanjšajte prosto dolžino orodja.  Izboljšajte stabilnost.

Slika 11:1 Pregled značilnih vzorcev obrabe pri frezanju

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 81

Slika 11:2 Pregled značilnih vzorcev obrabe pri frezanju

11.2 Obraba na prosti ploskvi Obraba na prosti ploskvi je najbolj zaželena, ker jo je mogoče zanesljivo napovedati. Težavo lahko predstavlja prezgodnja obraba proste ploskve, ki je na videz enaka klasični obrabi proste ploskve.

Glavna povzročitelja obrabe proste ploskve pri manjših rezalnih hitrostih sta abrazija in erozija.

Ugodne razmere zanjo nastanejo v povezavi z višjimi temperaturami na rezalnem robu.

Obraba na prosti ploskvi je videti kot razmeroma enakomerna odrgnjenost vzdolž rezalnega roba. Velikost obrabe je včasih na videz večja od resnične zaradi kovine obdelovanca, ki se razmaže po rezalnem robu. Obrabo proste ploskve lahko pričakujemo pri vseh materialih in je običajno vzrok za odpoved rezalnega roba, če ta ne nastopi že prej zaradi katere druge vrste obrabe.  KOREKTIVNI UKREPI  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Uporabite tršo karbidno kvaliteto.  Povečajte podajanje.  Uporabite bolj pozitivno geometrijo.  Istosmerno frezanje (zmanjšajte ae)

Slika 11:3 Obraba na prosti ploskvi

Pri obdelavah, kjer nastajajo večje količine toplote, kot je denimo frezanje materialov, ki se deformacijsko utrjujejo, se obraba proste ploskve pogosto pojavlja v kombinaciji z močnimi plastičnimi deformacijami, in sicer predvsem na rezilih frezala. Na to je mogoče vplivati predvsem z znižanjem temperature na rezilih. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 82

 Korektivni ukrepi pri materialih, ki se deformacijsko utrjujejo  Preverite, ali ni povprečna debelina odrezka premajhna, znašati mora najmanj 30 % geometrije roba (primer: ME10 najmanj hm = 0,10 × 30 % = 0,03)  Uporabite tršo kvaliteto in ostrejši rob.  Uporabite nižjo hitrost in hladilno tekočino.

Slika 11:4 Obraba proste ploskve pri obdelavi materialov, ki se deformacijsko utrjujejo

11.3 Zarezna obraba Zarezna obraba nastopi, če je površina obdelovanca trša ali bolj abrazivna kot material pod njo, npr. zaradi utrditve med prejšnjimi prehodi (pri materialih, ki se deformacijsko utrjujejo, kot so nerjavna jekla in superzlitine) ali pri trdi skorji odkovkov in ulitkov. Rezalni rob se zato hitreje obrablja v predelu, kjer je v stiku s trdo plastjo. Zarezno obrabo lahko povzročijo tudi lokalne koncentracije napetosti. Tlačne napetosti se pojavljajo samo v predelu rezalnega roba, ki je v neposrednem stiku z obdelovancem, kjer je rezalni rob še posebej obremenjen (na liniji globine rezanja). Med povzročitelji zarezne obrabe so tudi udarci, npr. zaradi trdih mikrovključkov v materialu ali krajših prekinitev obdelave.  KOREKTIVNI UKREPI  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Povečajte globino rezanja.  Istosmerno frezanje  Spremenite pozicioniranje frezala

Slika 11:5 Zarezna obraba

11.4 Obraba v obliki kotanje Obraba v obliki kotanje pri frezanju je manj pogost pojav, gre pa za kombinacijo difuzije, razgradnje in abrazivne obrabe. Toplota iz odrezkov razgradi karbidna zrna in ogljik difundira v odrezke, zaradi česar se na ploščici oblikuje kotanja. Ko se ta dovolj poveča, se okruši prosta ploskev ploščice ali na njej nastopi pospešena obraba. Obraba v obliki kotanje ali jamic nastane na cepilni ploskvi ploščice, najpogosteje pri obdelavi abrazivnih materialov. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 83

 KOREKTIVNI UKREPI  Ta obraba je manj pogosta pri frezanju.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Spremenite podajanje.  Spremenite geometrijo.  Preverite hlajenje.

Slika 11:6 Obraba v obliki kotanje

11.5 Toplotne razpoke Toplotne razpoke pri frezanju nastanejo zaradi kombinacije temperaturnih ciklov (nihanja temperature rezalnega roba), toplotnih obremenitev (temperaturnih razlik med vročimi in hladnimi predeli rezalnega roba) in mehanskih udarcev. Vzdolž rezalnega roba se oblikujejo napetostne razpoke, zaradi katerih se iztrgajo segmenti karbida, in končno pride do krušenja.

Toplotne razpoke lahko nastanejo tudi zaradi prekinitev dovoda hladilno-mazalne tekočine.  KOREKTIVNI UKREPI  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Spremenite pozicioniranje frezala.

Slika 11:7 Toplotne razpoke

Toplotne razpoke so lahko povezane tudi z nalepkom. Zaradi pritiskov na nalepek se oblikujejo inicialne razpoke, ki oslabijo strukturo rezalnega materiala in povzročijo krušenje rezalnih robov.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 84

Slika 11:8 Toplotne razpoke v kombinaciji z nalepkom

11.6 Krušenje Povzročiteljice krušenja so mehanske nestabilnosti ali razpoke v strukturi rezalnega materiala.

Krušenje rezalnega roba je pogosto posledica vibracij obdelovanca, obdelovalnega stroja ali orodja. Trdi vključki v površini obdelovanega materiala in rezanje s prekinitvami lahko prav tako povzročijo lokalne koncentracije napetosti in s tem krušenje.

Rezalni rob se okruši, ko se od njega odlomijo majhni delci materiala. S tem pojavom se lahko srečamo, če obdelovalni sistem ni dovolj stabilen, povzroča pa ga tudi obdelava materialov s trdimi, npr. izločevalno utrjenimi delci.  KOREKTIVNI UKREPI  Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Protismerno frezanje  Izboljšajte odvajanje odrezkov.  Spremenite pozicioniranje frezala.  Zmanjšajte prosto dolžino orodja.  Izboljšajte stabilnost.

Slika 11:9 Krušenje

11.7 Popolna porušitev orodja Pri frezanju se redno srečujemo z nenadnimi in nepričakovanimi zlomi rezalnih robov ali celega frezala. Možnih vzrokov za porušitev je več in če se težave redno ponavljajo, je treba obdelovalno operacijo vzeti pod drobnogled. V nadaljevanju sledi nekaj uporabnih smernic.

- Preglejte in analizirajte vzorce obrabe na rezalnih robovih pred lomom. Če je vzorec obrabe ustrezen, obstaja možnost, da ni primeren kriterij za obračanje ploščic in bi bila priporočljiva zgodnejša menjava rezalnih robov. Vzorec obrabe, ki povzroči hitro porušitev, je treba spremeniti, npr. s prilagoditvijo rezalnih parametrov.

- Zmanjšajte globino rezanja in podajanje.

- Uporabite močnejšo geometrijo rezalnega roba. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 85

- Če prihaja do vibracij med frezanjem: - Skušajte skrajšati orodje.

- Zmanjšajte globino rezanja.

- Namesto pravokotnih frezal uporabite frezala za visoko podajanje.

- Zmanjšajte podajanje, da se izognete katastrofalnemu lomu orodja.

- Spremenite rezalno hitrost, da se izognete vibracijam.

- Zmanjšajte rezalno hitrost, da bodo visoki vrtljaji manj vplivali na stabilnost.

- Uporabite metodo potopnega frezanja za večjo stabilnost.

- Pri vibracijah med frezanjem utorov: - Najpogostejši vzrok je vnovično rezanje odrezkov.

- Uporabite dovod hladilno-mazalne tekočine skozi orodje ali povečajte tlak hladilnomazalne tekočine.

- Zmanjšajte podajanje.

- Uporabite bolj žilavo karbidno kvaliteto.

- Če opazite nalepek na rezalnih robovih, povečajte rezalno hitrost.

- Uporabite metodo trohoidnega frezanja.

Slika 11:10 Orodja z veliko prosto dolžino so vedno nagnjena k vibracijam.

11.8 Nalepek Nalepek nastane zaradi adhezije oz. privaritve materiala obdelovanca na rezalni rob pod visokim pritiskom. Pogoji za to so kemična afiniteta, visok pritisk in dovolj visoka temperatura v coni rezanja. Nalepek se po določenem času odlomi, s seboj odnese delce rezalnega roba ter tako povzroči krušenje in pospešeno obrabljanje proste ploskve.

Nalepek prepoznamo kot svetleče delce materiala na vrhu ali na boku rezalnega roba, pričakujemo pa ga lahko pri gumijastih materialih, neželeznih kovinah, superzlitinah in nerjavnih jeklih, kakor tudi pri obdelavah z majhno rezalno hitrostjo in podajanjem. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 86

 KOREKTIVNI UKREPI  Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Istosmerno frezanje  Spremenite pocizioniranje frezala

Slika 11:11 Obraba zaradi nalepka

Nagnjenost obdelovanega materiala k prijemanju na rezalni material in oblikovanju nalepka je močno odvisna od temperatur v območju stika. Nižja ko je temperatura, večja je tendenca k nastanku nalepka. Pri obdelavi nekaterih materialov, kot so avstenitna nerjavna jekla, pa je nastajanje nalepka najbolj intenzivno pri temperaturah v območju stika med odrezkom in cepilno ploskvijo okrog 730 °C, torej že blizu temperatur, ki so običajne pri odrezavanju. V takih primerih je treba temperaturo na stiku bodisi zmanjšati bodisi povišati.  KOREKTIVNI UKREPI  Segrejte ploščico z/s: - Opustitvijo hladilne tekočine.

- Povečanjem rezalne hitrosti.

- Povečanjem podajanja.

- Bolj pozitivnim rezalnim robom.  Ohladite ploščico z/s: - Zmanjšanjem rezalne hitrosti.

- Uporabo hladilne tekočine ali večjo koncentracijo olja v hladilni tekočini.

- Povečanjem tlaka hladilne tekočine.

- Uporabo bolj pozitivne ploščice v žilavi kvaliteti.

Slika 11:12 Obraba zaradi nalepka

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 87

11.9 Druge značilne težave Druge značilne težave pri frezanju so povezane z vibracijami med delom in z neustrezno kakovostjo obdelanih površin.

Vibracije

Nezadovoljiva kakovost površine

     

     

Izboljšajte stabilnost frezala in obdelovanca.

Spremenite pozicioniranje frezala.

Zmanjšajte prosto dolžino orodja.

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Povečajte podajanje.

Zmanjšajte globino rezanja.

Izboljšajte stabilnost frezala in obdelovanca.

Zmanjšajte prosto dolžino orodja.

Zmanjšajte podajanje.

Povečajte rezalno hitrost.

Uporabite hladilno tekočino.

Uporabite ploščice z gladilno geometrijo.

Slika 11:13 Odpravljanje napak

Vibracije so zelo značilne za frezanje zaradi neravnovesja med rezalnimi silami, ki delujejo na frezalo, in uporom frezala proti deformacijam. Na splošno je mogoče svetovati bodisi izboljšanje trdnosti (togosti) frezala bodisi zmanjšanje rezalnih sil ali spremembo smeri delovanja rezalnih sil na frezalo.

S frezanjem bi bilo teoretično mogoče doseči tudi ničelno hrapavost obdelanih površin, v praksi pa nanjo vplivajo različni dejavniki. Proti nezadovoljivi hrapavosti se je mogoče boriti z različnimi ukrepi.

V primeru nesprejemljive hrapavosti čelno frezanih površin: - Poskrbite, da bo podajanje na obrat manjše od gladilne ploskve na ploščici.

- Za visoko podajanje na obrat ali če mora biti hrapavost površine Ra boljša od 1,5, uporabite ploščico z gladilno geometrijo.

- Uporabite višjo hitrost in hladilno-mazalno sredstvo.

V primeru nesprejemljive hrapavosti obodno frezanih površin: - Za doseganje vrednosti Ra = 1 poskrbite, da podajanje na obrat ne presega 5 % premera.

- Pri majhnih vrednostih ae uporabite oster rezalni rob ali steblasto frezalo iz polne karbidne trdine.

- Pri zelo globokih rezih (3–7 × premer) in majhnih vrednostih ae uporabite steblasto frezalo za fino obdelavo iz polne karbidne trdine z dolgimi žlebovi.

- Pri obdelavi zelo tankih sten (višina presega 25-kratnik debeline stene) uporabite metodo postopnega frezanja v globino.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 88

12 Obraba orodja pri frezanju (frezala iz karbidne trdine) 12.1 Uvod Vzorci obrabe na frezalnih orodjih iz polne karbidne trdine so enaki kot pri frezalih s ploščicami, toda vpliv slabšanja in obrabe na vedenje orodja je lahko drugačen, saj so frezala iz polne karbidne trdine zasnovana drugače kot frezala z obračalnimi ploščicami.

Vrsto in razsežnosti obrabe na rezalnih robovih lahko spremljamo na različne načine: - Z vizualno kontrolo s povečevalnim steklom.

- Povišana poraba moči je znak, da je prišlo do povečanja rezalnih sil, ki je lahko povezano z napredovalo obrabo orodja. Praktična uporaba tega kriterija ni vedno najbolj preprosta.

- Tudi sprememba kakovosti obdelanih površin (dimenzij, oblike ali površinske hrapavosti) je lahko znamenje za obrabo rezalnega roba.

- Sprememba barve odrezkov je povezana s spremembo množine toplote, ki nastaja med obdelavo. Vzrok za to je lahko obraba rezalnega roba.

- Pojav srha je znamenje sprememb geometrije rezalnega roba, do katerih lahko pride zaradi obrabe. Upoštevati je treba, da je lahko srh tudi posledica lastnosti obdelovanega materiala, kar velja denimo za superzlitine in neželezne kovine. Srh v tem primeru ni indikator, da je prišlo do obrabe na rezalnem robu.

Pomemben element analize obrabe oz. slabšanja frezalnega orodja iz karbidne trdine je velikost frezala. Na vrsto in največjo dovoljeno velikost obrabe namreč vplivajo vrsta in dimenzije frezala.

Upoštevati je treba tudi obnovitev frezal: več obrabe kot dopustimo, manjše so možnosti za uspešno obnovitev orodja, še posebej pri manjših frezalih. Krušenje še posebej negativno vpliva na možnosti obnovitve orodja.

Slika 12:1 Možnosti obnovitve orodja so odvisne od obrabe.

Prednost ima vrsta obrabe na levi, medtem ko se skušamo obrabi na desni izogibati.

Obraba na prosti ploskvi, krušenje, zarezna obraba, nalepek, obraba v obliki kotanje in plastične deformacije vedno poslabšajo geometrijo rezalnega roba ter vplivajo na delovanje frezala.

Specifične vzorce obrabe povzročajo tudi lastnosti orodja, kot so geometrija proste in cepilne ploskve, dvojedrna zasnova, dolg rezalni rob ali dolžina frezala. Na vrsto obrabe vpliva tudi strategija obdelave. Preobremenitev frezala ali čezmerna rast enega od prej naštetih vzorcev obrabe lahko povzroči popolno porušitev rezalnega roba ali celega frezala.

Obraba in slabšanje spremenita geometrijo rezalnega roba. Možne vrste obrabe so: - Obraba na prosti ploskvi, ki jo je mogoče obvladovati in je zato tudi najbolj zaželena. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 89

- Krušenje rezalnega roba je nevaren vzorec obrabe frezal iz polne karbidne trdine, ki pa se mu ni mogoče vedno izogniti. To je tudi najpogostejša neobvladljiva vrsta obrabe orodja.

- Zarezna obraba, ki je najpogostejša pri materialih na osnovi niklja in pri titanovih zlitinah.

- Nalepek in obraba zaradi nalepka sta najpogostejša pri nerjavnih jeklih in pri neželeznih materialih.

- Obraba v obliki kotanje je najpogostejša pri superzlitinah na osnovi titana in železa.

- Plastične deformacije rezalnih robov pri rezkarjih iz karbidne trdine so bolj redek pojav.

12.2 Obraba in lastnosti orodja Specifične oblike obrabe so povezane z določenimi lastnostmi orodja, npr.: - Izvedba hrbtne ploskve na frezalnem orodju – z ravno fazno ploskvijo ali zavita – vpliva na napredovanje obrabe proste ploskve med delom.

- Dvojedrna zasnova frezalnih orodij vpliva na odtekanje in odstranjevanje odrezkov in lahko povzroči specifične vzorce obrabe.

- Frezala z dolgimi rezalnimi robovi so zaradi večjih globin rezanja bolj nagnjena k vibracijam, ki lahko privedejo do skrhanja rezalnega roba.

- Dolga frezala z večjo prosto dolžino bolj vibrirajo, kar je povezano z intenzivnejšim krušenjem rezalnega roba. Taka orodja se med delom tudi bolj odklanjajo, kar vodi k povečanju obrabe na prosti ploskvi.

Frezala iz karbidne trdine imajo hrbtno (prosto) ploskev, ki ima lahko ravno fazno ploskev ali pa je zavita. Ravna fazna ploskev zagotavlja manj trenja med odrezavanjem, zavita ploskev pa močnejši rezalni rob.

Ravna fazna ploskev na hrbtni ploskvi

Zavita ploskev

Slika 12:2 Različni izvedbi hrbtne ploskve

Slika 12:3 prikazuje obrabo različnih hrbtnih ploskev po preizkusu obstojnosti frezal z majhnim podajanjem oz. z zelo tankimi odrezki. Obe orodji sta rezali do enake širine obrabe. Orodje z zavito ploskvijo je začelo iskriti po 60 minutah, ustvarilo pa je tudi znatno več srha.

Ravna fazna ploskev po 105 minutah

Zavita hrbtna ploskev po 75 minutah

Slika 12:3 Vpliv izvedbe hrbtne ploskve na obrabo orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 90

Slika 12:4 prikazuje obrabo različnih hrbtnih ploskev po preizkusu obstojnosti frezal z velikim podajanjem oz. z debelimi odrezki. Obe frezali sta rezali, dokler nista bili močno poškodovani.

Ravna fazna ploskev po 21 minutah rezanja

Zavita hrbtna ploskev po 21 minutah rezanja

Slika 12:4 Vpliv izvedbe hrbtne ploskve na obrabo orodja

Slika 12:5 prikazuje obrabo na cepilni ploskvi po preizkusu obstojnosti frezal z različnima vrstama hrbtne ploskve pri veliki vrednosti podajanja (debelih odrezkih). Obe frezali sta rezali, dokler se nista močno poškodovali.

Cepilna ploskev orodja z ravno fazno ploskvijo po 21 minutah rezanja

Cepilna ploskev orodja z zavito hrbtno ploskvijo po 21 minutah rezanja

Slika 12:5 Vpliv izvedbe hrbtne ploskve na obrabo orodja

Pri analizi vzorcev obrabljanja frezal med obdelavo z velikim podajanjem (debelimi odrezki) lahko opazimo nalaganje obdelovanega materiala na cepilno ploskev orodja. To nalaganje vpliva na obstojnost frezala, če se pojavi obraba zaradi nalepka in z njo prezgodnje krušenje rezalnega roba.

Slika 12:6 Nalaganje materiala na cepilno ploskev orodja

Pri frezanju utorov z dvojedrnimi orodji je omejena aksialna globina rezanja. Mesta na žlebovih, kjer se jedro razširi, ovirajo odtekanje odrezkov in lahko povzročijo težave pri odvajanju.

Odrezek se zaleti v debelejše jedro in se ujame med materialom in zobnim bokom. Globina _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 91

rezanja mora biti zato pod to točko. Največja globina rezanja je običajno enaka premeru steblastega frezala.

Slika 12:7 Vpliv dvojnega jedra na obrabo

Slika 12:8 Vpliv dvojnega jedra na obrabo

12.3 Obraba proste ploskve Obraba proste ploskve je najbolj zaželena vrsta obrabe, ker jo je mogoče zanesljivo napovedati.

Težavo lahko predstavlja prezgodnja obraba proste ploskve, ki je na videz enaka klasični obrabi proste ploskve.

Obraba na prosti ploskvi je videti kot razmeroma enakomerna odrgnjenost vzdolž rezalnega roba. Velikost obrabe je včasih na videz večja od resnične zaradi obdelovane kovine, ki se razmaže po rezalnem robu. Obrabo proste ploskve lahko pričakujemo pri vseh materialih in je običajno vzrok za odpoved rezalnega roba, če ta ne nastopi že prej zaradi katere druge vrste obrabe.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 92

 Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.  Preverite podajanje in ga uskladite s fazo na prosti ploskvi.  Preverite uskladitev rezalne hitrosti in podajanja.  Preverite izbiro orodja glede na obdelovani material.

Slika 12:9 Obraba proste ploskve

12.4 Obraba v obliki kotanje Obraba v obliki kotanje pri frezanju je manj pogost pojav, gre pa za kombinacijo difuzije, razgradnje in abrazivne obrabe. Toplota iz odrezkov razgradi zrna volframovega karbida v substratu in ogljik difundira v odrezke, zaradi česar se na cepilni ploskvi orodja oblikuje kotanja.

Ko se kotanja dovolj poveča, se okruši prosta ploskev ali nastopi pospešena obraba proste ploskve frezala. Obraba v obliki kotanje ali jamic nastane na cepilni ploskvi frezala, najpogosteje pri obdelavi abrazivnih materialov.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.  Preverite podajanje in ga uskladite s fazo na cepilni ploskvi.  Preverite uskladitev rezalne hitrosti in podajanja.  Preverite izbiro orodja glede na obdelovani material.

Slika 12:10 Obraba v obliki kotanje na cepilni ploskvi

Točkovne kotanje so posebna oblika kotanjaste obrabe. Tak vzorec obrabe povzroči koncentrirana erozija na delu rezalnega roba zaradi kombinacije kemičnih reakcij, intenzivnega segrevanja in abrazivnega delovanja oblikovanih odrezkov.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 93

 Možne rešitve:  Preverite izbiro orodja.  Uporabljajte dovolj hladilne tekočine.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.

Slika 12:11 Točkovna kotanja

12.5 Krušenje rezalnega roba Krušenje je lomljenje rezalnega roba, ki je običajno povezano z nezadostno stabilnostjo med delom.  Možne rešitve:  Orodje naj bo čim krajše.  Poskrbite za togost sistema.  Preverite, ali je orodje uravnoteženo in ali odstopek krožnega teka ustreza specifikacijam.  Preverite, ali so rezalni parametri pravilni.  Poskrbite, da bo orodje primerno za obdelovani material.  Preverite odvajanje odrezkov.

Slika 12:12 Krušenje rezalnega roba

Točkovno krušenje je posebna oblika krušenja, ki jo običajno pripisujemo težavam s stabilnostjo ali drdranju, denimo zaradi neprimerne strategije frezanja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 94

 Možne rešitve:  Orodje naj bo čim krajše.  Poskrbite za togost sistema.  Preverite, ali je orodje uravnoteženo in ali je odstopek krožnega teka znotraj specifikacij.  Preverite rezalne parametre. Nizka rezalna hitrost povzroča drdranje.  Poskrbite, da bo orodje primerno za obdelovani material.  Za vogale uporabite postopek trohoidnega frezanja.

Slika 12:13 Točkovno krušenje

12.6 Obraba zaradi nalepka Nalepek se pojavi, ko se material obdelovanca privari na cepilno ploskev frezala. Videti je, kot da je obdelovani material razmazan po cepilni ploskvi frezala.  Možne rešitve:  Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo in količino hladilne tekočine.  Uporabite orodje primerne konstrukcije za obdelovani material. Pomembna je oblika žlebov, vijačnica, prevleka in stanje površine orodja.

Slika 12:14 Obraba zaradi nalepka

12.7 Oblikovanje zarez na rezalnem robu Zareze nastanejo zaradi erozije karbidov v določenem predelu rezalnega roba, najpogosteje zaradi abrazivnega delovanja obdelovanega materiala na rezalni material.  Možne rešitve:  Preverite geometrijo steblastega rezkarja.  Če je mogoče, spreminjajte globino rezanja.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

Slika 12:15 Zarezna obraba na rezalnem robu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 95

12.8 Obraba zaradi težav pri odvajanju odrezkov Težave pri odvajanju odrezkov lahko povzročijo poškodbe na rezalnih robovih frezala, ki so zelo podobne zarezni obrabi.  Možne rešitve:  Pri orodjih z dvojnim jedrom zmanjšajte globino rezanja za pravilno odvajanje odrezkov.  Poskrbite, da bo orodje primerno za obdelovani material. Večji kot vijačnice pomaga pri odvajanju odrezkov.  Zmanjšajte podajanje ali globino rezanja.

Slika 12:16 Obraba zaradi težav pri odvajanju odrezkov

12.9 Popolna porušitev frezala Vzroki za popolno porušitev frezala so različni, najpogosteje pa gre za mehansko preobremenitev, vibracije, težave z odvajanjem odrezkov ali čezmeren pojav katerega od naštetih vzorcev obrabe.  Možne rešitve:  Izboljšajte pripravo, da zmanjšate drdranje in vibracije.  Preverite odstopek krožnega teka orodja.  Uporabljajte kratko orodje.  Uporabljajte pravo orodno držalo.  Spremenite postopek obdelave.  Poskrbite za dobro odvajanje odrezkov.

Slika 12:17 Popolni lom frezala

12.10 Obraba in obnova Za frezala iz karbidne trdine je značilno, da jih dajo uporabniki po izteku življenjske dobe obnoviti. Do kolikšne mere je mogoče obnoviti orodje, je odvisno od vrste obrabe na frezalu in od velikosti vzorca obrabe, pri kateri mora frezalo v obnovo. Pri načrtovanju obnovitve orodja je smiselno izbrati take rezalne parametre, da bo obnova tudi v resnici izvedljiva. Če obnovitev ni predvidena ali niti ni več izvedljiva, ker je bilo orodje pred tem že prevečkrat obnovljeno, je dobra praksa uporaba orodja do odpovedi. Pri tem je seveda potrebna določena previdnost, ker lahko tako orodje ogrozi varnost obdelave ali kakovost izdelka.

Ali je frezalo mogoče obnoviti, je odvisno od vrste in mest obrabe in poškodb na orodju.

Obnovitev vključuje brušenje, pripravo robov in vnovični nanos prevlek na frezalo na tak način, da obnovljeno orodje zagotavlja enako zmogljivost kot novo orodje.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 96

Slika 12:18 Pravilno pakiranje orodja za obnovo je pomembno. Levo je primer neustreznega pakiranja.

Slika 12:19 Od vrste in velikosti obrabe je odvisno, ali bo orodje mogoče obnoviti. Orodje na levi je primerno za obnovo, orodje z obrabo na desni ni več primerno za obnovo.

Ko so rezalni robovi frezala močno okrušeni, je čas za brušenje celotnega frezala. Obnovljeno frezalo ima zato vedno drugačen premer in dolžino kot novo orodje.

Slika 12:20 Obnova močno okrušenih rezalnih robov je težavna naloga. Z obnovo se spremenijo dimenzije orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 97

Na Sliki 12:21 je frezalo z močno okrušenim sprednjim zobom in zaokrožitvami. Obnovljeno frezalo bo krajše, geometrija sprednjih zob in zaokrožitev pa bo spremenjena.

Slika 12:21 Močno krušenje na sprednjem delu frezala

Na Sliki 12:22 je frezalo z zelo malo obrabe na radiju zaokrožitve. Obnovljeno orodje bo le nekoliko krajše, saj bo za oblikovanje novih sprednjih zob in zaokrožitev treba odstraniti minimalno količino materiala.

Slika 12:22 Frezalo z minimalno obrabo

Na Sliki 12:23 je frezalo, ki je okrušeno po celotnem radiju. Za oblikovanje nove zaokrožitve vrha ga bo treba znatno skrajšati.

Slika 12:23 Frezalo, ki je okrušeno po celotnem radiju

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 98

Sliki 12:24 in 12:25 prikazujeta frezali z močno okrušenimi zaokrožitvami rezil. Za rekonstrukcijo zaokrožitev rezil bo treba tako orodje močno skrajšati, če bo obnovitev sploh izvedljiva.

Slika 12:24 Močno krušenje rezila frezala

Slika 12:25 Močno krušenje rezila frezala

Na Sliki 12:26 je frezalo, ki je okrušeno po celotnem rezalnem robu in na zaokrožitvi. Orodje potrebuje kompletno brušenje, vključno z novo zaokrožitvijo. Premer orodja in dolžina rezalnega roba se bosta zmanjšala.

Slika 12:26 Krušenje po celotnem radiju zaokrožitve

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 99

Na Sliki 12:27 je kroglično frezalo, ki je utrpelo minimalne poškodbe zaokrožitve. Zmanjšanje dolžine orodja po obnovitvi zaokroženega vrha bo minimalno.

Slika 12:27 Minimalna škoda na zaokrožitvi omogoča preprosto obnovitev.

Slika 12:28 prikazuje frezalo z nesprejemljivo poškodbo, v danem primeru gre za lom. Vizualni pregled frezala pokaže, da z brušenjem ne bi bilo več mogoče zagotoviti zahtevanih lastnosti in frezalo bo zato romalo v zaboj za odpadke.

Slika 12:28 Tega polomljenega frezala ni mogoče obnoviti.

12.11 Vpliv strategije obdelave Pri frezanju se lahko poslužujemo raznih strategij in tehnik. Vsaka ima svoje prednosti, pa tudi kritične dejavnike. Da bi lahko razumeli vzorce obrabe, ki se pojavljajo na frezalih, moramo poznati in upoštevati tudi načela uporabljene strategije. Vsi dejavniki niso enako pomembni oziroma kritični. Pri vsaki strategiji se lahko odločimo za razne kombinacije rezalnih parametrov, iz katerih izhajajo različni vzorci obrabe. Kritični dejavniki, s katerimi so povezani prevladujoči vzorci obrabe, so odvisni tudi od drugih spremenljivk.

Vsi rezalni parametri in pogoji pri splošni obdelavi z odrezavanjem so enako pomembni.

Zanesljivost obdelave lahko povečamo tako, da izberemo frezala s posebnimi lastnostmi, kot sta denimo zavita prosta ploskev in koncept dvojnega jedra. Te lastnosti moramo nato tudi upoštevati pri vrednotenju obrabe in obstojnosti orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 100

Za visokozmogljivo obdelavo (z velikimi globinami rezanja) je ključno dobro oblikovanje in odvajanje odrezkov. Pomembni rezalni parametri so podajanje na zob, prerez odrezka (a p × ae) in aksialna globina rezanja.

Pri obdelavi z velikim podajanjem (velika vrednost podajanja na zob) sta kritična rezalna parametra rezalna hitrost in podajanje (veliko), globina rezanja pa je razmeroma majhna.

Posebno pozornost je treba posvetiti brazdam in vdolbinam, ki se pojavijo na površini.

Pri visokohitrostni obdelavi (z visokimi rezalnimi hitrostmi) je ključen kot prijemne dolžine orodja. Pomembna dejavnika sta tudi rezalna hitrost in radialna globina rezanja.

Pri mikroobdelavi je kritična stopnja odvzema materiala glede na aksialno globino rezanja.

Miniaturna frezala so običajno razmeroma dolga v primerjavi z orodji običajne velikosti, kar je spet povezano s specifičnimi vzorci obrabe.

Pri visokonatančni obdelavi je ključnega pomena obraba v zvezi z makrogeometrijo. Večja obraba na zaokrožitvah ter spremembe oblike orodja niso dovoljene.

Slika 12:29 Vpliv strategije obdelave na dovoljeno obrabo orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 101

12.12 Pregled pogostih težav in ukrepi za odpravo V nadaljevanju sledi pregled najpogostejših težav pri delu s frezali iz polne karbidne trdine. Za vsako težavo so navedeni najverjetnejši vzroki in možni ukrepi za odpravo težav.

Težava

Vzrok

Rešitev

Nezadovoljiva obstojnost orodja

Trenje med frezalom in obdelovancem Trd obdelovani material Slabo stanje obdelovanega materiala Neustrezen kot frezala

Uporabite oslojeno orodje.

Uporabite oslojeno orodje.

Upor. oslojeno orodje, očistite površino materiala.

Zbrusite ustrezen glavni prosti kot.

Zastoji odrezkov

Preveliko podajanje Majhna rezalna hitrost Premalo prostora za odrezke

Zmanjšajte podajanje ali povečajte hitrost.

Povečajte vrtljaje ali zmanjšajte podajanje.

Uporabite orodje z manj žlebovi, večjim kotom vijačnice.

Nezadovoljiva kakovost površine

Preveliko podajanje Majhna rezalna hitrost Obraba orodja Nalepek Prevelika globina rezanja Privarjanje odrezkov

Zmanjšajte podajanje.

Povečajte vrtljaje.

Zamenjajte ali zbrusite orodje.

Povečajte vrtljaje, uporabite večji kot vijačnice.

Zmanjšajte globino rezanja.

Povečajte pretok hladilne tekočine.

Srh ali krušenje obdelovanca

Prevelik odstopek krož. teka vretena Obraba orodja Neustrezen kot vijačnice Preveliko podajanje Prevelika globina rezanja

Zamenjajte ali zbrusite orodje.

Uporabite priporočeni kot vijačnice.

Zmanjšajte podajanje.

Zmanjšajte globino rezanja.

Netočnost dimenzij obdelovanca

Slabo pritrjeno/obrab. orodno držalo Pomanjkljiva togost držala Pomanjkljiva togost vretena Premajhno število žlebov Odklon orodja

Popravite ali zamenjajte držalo.

Zamenjajte s krajšim/bolj togim orodnim držalom.

Uporabite večje vreteno ali drug obdelovalni stroj.

Uporabite orodje z več žlebovi.

Skrajšajte orodje, dvignite steblo v držalu.

Krušenje

Preveliko podajanje Protismerno frezanje Preoster rezalni rob Drdranje Slabo vpeto orodje Togost obdelovanca Togost orodja Majhna rezalna hitrost Slabo pritrjeno orodno držalo

Zmanjšajte podajanje.

Uporabite istosmerno frezanje.

Uporabite zaokrožen rezalni rob, utekanje.

Zmanjšajte št. vrtljajev.

Odstranite ga, očistite in zategnite.

Uporabite bolj togo pritrditev obdelovanca.

Skrajšajte orodje, dvignite steblo v držalu.

Povečajte št. vrtljajev.

Odstranite ga iz vretena, očistite in zategnite.

Splošna obraba

Velika rezalna hitrost Majhno podajanje Protismerno frezanje Trd material Slabo odvajanje odrezkov Neustrezna vijačnica frezala

Zmanjšajte št. vrtljajev.

Povečajte podajanje.

Uporabite istosmerno frezanje.

Uporabite oslojeno orodje.

Premaknite dovod hlad. tekočine, uporabite zrak.

Uporabite priporočeni kot vijačnice.

Lom

Prevelik odstopek krož. teka vretena Preveliko podajanje Prevelika globina rezanja Pomanjkljiva togost orodja Obraba orodja Slabo odvajanje odrezkov

Zmanjšajte podajanje.

Zmanjšajte globino rezanja.

Skrajšajte orodje, dvignite steblo v držalu.

Orodje zbrusite/zamenjajte prej.

Uporabite zračni curek.

Prevelika hitrost in podajanje Pomanjkljiva togost orodnega držala Pomanjkljiva togost vretena Togost obdelovanca Prevelik kot fazne ploskve Prevelika globina rezanja Pomanjkljiva togost orodja

Zmanjšajte podajanje.

Uporabite krajše/bolj togo držalo.

Uporabite večje vreteno ali drug obdelovalni stroj.

Uporabite bolj togo pritrditev obdelovanca.

Zbrusite manjši prosti kot.

Zmanjšajte globino rezanja.

Skrajšajte orodje, dvignite steblo v držalu.

Drdranje

Slika 12:30 Pregled težav in ukrepi za odpravo

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 102

13 Obraba orodja za izdelavo navojev 13.1 Uvod Obstajajo različni postopki za izdelavo navojev. V tem poglavju so obravnavani vzorci in pojavi obrabe, s katerimi se srečujemo pri struženju navojev. Izdelava navojev spada med postopke fine obdelave in obstojnost rezalnih robov je zato določena bolj s kakovostjo navojev kot s klasičnimi vzorci obrabe. Obrabo zato vrednotimo tako, da je glavni kriterij za določanje obstojnosti orodja število pravilno izdelanih navojev.

Slika 13:1 Pravilno izdelani navoji so ključnega pomena.

13.2 Osnovni mehanizmi in značilnosti obrabe Operacije rezanja navojev imajo svoje posebnosti, ki vodijo do značilnih vzorcev obrabe. Rezanje navojev je obdelava s prekinitvami in zato so pogosti vzorci obrabe s krušenjem in luščenjem robov. Med izdelavo navoja istočasno režejo dva rezalna robova in konica ploščice, pri čemer prihaja do koncentriranih dvojnih deformacij obdelovanega materiala ter posledično do zelo velikih toplotnih in mehanskih obremenitev. Značilne so plastične deformacije in čezmerna obraba proste ploskve. Znane so tudi težave z oblikovanjem odrezkov, ker istočasno režeta dva rezalna robova in so odrezki razmeroma tanki. Navoji se pogosto režejo z manjšimi rezalnimi hitrostmi in tudi z nerednim dovodom hladilno-mazalnega sredstva, zato se lahko pojavi obsežen nalepek in značilna obraba, ki je povezana z njim. Rezalne sile, ki delujejo na rezalne robove med zadnjim prehodom, so pri struženju navojev razmeroma velike ter lahko premaknejo ploščico in tako povzročijo napake v profilu obdelanega navoja.

13.3 Struženje navojev – idealna obraba Obraba na stružnem orodju je idealno enakomerno porazdeljena po dveh rezalnih robovih in vzdolž rezalnih robov. Tudi ko je rezalni rob že zrel za menjavo, je vidna obraba na njem majhna.

Idealna obraba vodi k dolgi obstojnosti orodja, merjeni po številu dobrih navojev.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 103

Slika 13:2 Rezalni robovi z idealno obrabo

Največja dopustna obraba je odvisna predvsem od zahtevane kakovosti navojev, ne pa od videza in velikosti značilnih vzorcev obrabe. Pri meritvah za izboljšanje obstojnosti orodja iščemo predvsem načine, da bi trenutek, ko ploščica preneha izpolnjevati kakovostne zahteve za izdelane navoje, odložili kar najdlje v prihodnost.

Slika 13:3 Malo vidne obrabe ob izteku obstojnosti orodja

13.4 Struženje navojev – krušenje ali luščenje rezalnih robov Krušenje ali luščenje običajno najdemo na konici ploščice. Ploščico je treba zamenjati, ko je vidna obraba še zelo majhna.

Slika 13:4 Krušenje ali luščenje ploščice

13.5 Struženje navojev – obraba v obliki kotanje Kotanjasta obraba je enakomerno razporejena ob rezalnih robovih in območje z vidno obrabo je veliko. Pojaviti se sme šele po daljšem času rezanja. Nadaljevanje uporabe sčasoma privede do plastičnih deformacij ploščice.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 104

Slika 13:5 Obraba v obliki kotanje

13.6 Struženje navojev – obraba v obliki kotanje in krušenje Nastanek obrabe v obliki kotanje na rezalnem robu pomeni, da je ta oslabljen. Rezalni robovi se v tem primeru pogosto okrušijo, oluščijo in plastično deformirajo.

Slika 13:6 Kotanjasta obraba v kombinaciji s krušenjem in plastičnimi deformacijami

13.7 Struženje navojev – plastične deformacije Plastične deformacije se koncentrirajo na konici ploščice. Na takih ploščicah so razsežna območja z vidno obrabo, pogosto pa ugotovimo tudi luščenje prevleke s proste ploske. Če so plastične deformacije prehude, nadaljevanje uporabe vodi do zloma ploščice.

Slika 13:7 Plastične deformacije

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 105

13.8 Pregled najpogostejših težav in ukrepi za odpravo Na spodnjih slikah je podan pregled najpogostejših težav pri struženju navojev z možnimi ukrepi za njihovo odpravo.

Plastične deformacije

Obraba na prosti ploskvi

    

   

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Povečajte število prehodov.

Preverite premer obdelovanca.

Povečajte dovod hladilne tekočine.

Izberite drugo kvaliteto ploščice (obstojno proti plastičnim deformacijam).

Uporabite modificirano poševno podajanje.

Povečajte podajanje na prehod.

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Izberite drugo kvaliteto ploščice (obstojnejšo proti plastičnim deformacijam).  Izberite pravo podložno ploščico.

Slika 13:8 Plastične deformacije in obraba proste ploskve

Krušenje roba

Lom ploščice

   

    

Uporabite modificirano poševno podajanje.

Izboljšajte stabilnost pritrditve obdelovanca.

Izberite bolj žilavo kvaliteto ploščice.

Preverite rezalno hitrost.

Preverite višino središča rezalnega roba.

Izboljšajte stabilnost pritrditve obdelovanca.

Povečajte število prehodov.

Izberite bolj žilavo kvaliteto ploščice.

Kontrolirajte nalepek.

Slika 13:9 Krušenje roba in zlom ploščice

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 106

Nalepek

Drugi dejavniki, ki povzročajo težave

 Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Povečajte rezalno hitrost.  Uporabljajte ploščice s prevleko PVD.

     

Preveč prehodov Neustrezna višina središča Napačna podložna ploščica Neustrezna metoda podajanja Premajhna rezalna hitrost Poškodovano držalo

Slika 13:10 Nalepek in nekateri drugi dejavniki, ki povzročajo težave

Vibracije

Nezadovoljiva kakovost površine

   

 Izboljšajte stabilnost obdelovanca in orodja.  Preverite izbiro podložne ploščice.  Uporabite modificirano poševno ali radialno podajanje.  Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte dovod hladilne tekočine.

Izboljšajte stabilnost obdelovanca in orodja.

Preverite višino središča rezalnega roba.

Preverite premer obdelovanca.

Povečajte rezalno hitrost.

Slika 13:11 Vibracije in nezadovoljiva kakovost površine

Pri struženju navojev je zelo pomemben tudi nadzor nad odrezki. Oblikovanje odrezka je v veliki meri odvisno od metode podajanja – radialne, poševne ali modificirane poševne. Odrezki pri radialnem podajanju so v obliki črke V in jih je zelo težko ali celo nemogoče obvladovati. Dolgi Vodrezki ogrožajo kakovost izdelanega navoja in operaterja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 107

 Slab nadzor nad odrezki:  Izberite pravi lomilec odrezkov.  Povečajte dovod hladilne tekočine.  Uporabite modificirano poševno podajanje.  Zmanjšajte število prehodov.  Povečajte rezalno hitrost.

Slika 13:12 Pomanjkljivo oblikovanje in odvajanje odrezkov

Kot je bilo že omenjeno, je glavni kriterij obstojnosti orodja za rezanje navojev kakovost navojev.

Ploščice za struženje navojev so zasnovane za najdaljšo obstojnost orodja ob minimalni obrabi.

Kot konice je zato brušen na podmero, globina profila na ploščicah pa na največjo nadmero.

Slika 13:13 Proizvodne tolerance ploščic za struženje navojev zagotavljajo največjo obstojnost orodja.

13.9 Frezanje navojev Frezanje navojev se je uspešno uveljavilo v proizvodni industriji od sredine osemdesetih let preteklega stoletja naprej, z razvojem pa je postalo splošna metoda za izdelavo visokonatančnih navojev. Znano je po zanesljivosti in prilagodljivosti, izpolnjuje pa tudi zahteve glede strogih toleranc.

Obraba orodja za frezanje navojev je predvidljiva in omogoča visoko zanesljivost rezultatov obdelave. Ključnega pomena je zmanjšanje tveganja škartnih izdelkov na minimum. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 108

Slika 13:14 Značilen proces frezanja navoja

Operacije frezanja navojev imajo nekatere specifike, s katerimi so povezane tudi značilne vrste obrabe. Navoje po možnosti frezamo istosmerno, ker pa gre še vedno za operacijo frezanja, imamo pri tem vedno opravka z dodatnim krušenjem rezalnih robov. Podajanje je majhno in zato se na rezalnih robovih pojavi dodatna obraba proste ploskve. Frezanje navoja je operacija z majhnim kotom prijemne dolžine in izvaja se po možnosti z dovodom hladilno-mazalnega sredstva. Med obdelavo je značilen pojav plastičnih deformacij in nalepka. Pri frezanju navojev vedno obstaja tveganje vnovičnega rezanja odrezkov, ki je povezano z dodatnim krušenjem rezalnih robov.

13.10 Frezanje navojev – idealna obraba in obraba proste ploskve Idealna obraba pri frezanju navojev naj bi bila enakomerno porazdeljena vzdolž rezalnih robov in ne sme biti čezmerna. V nasprotnem primeru bi bil namreč ogrožen najpomembnejši kriterij za dobro obstojnost orodja, torej kakovost izdelanega navoja.

Slika 13:15 Idealna obraba je enakomerno porazdeljena in ni prevelika.

Obraba na prosti ploskvi je najbolj zaželena oblika obrabe pri aplikacijah frezanja navojev. V primeru čezmerne obrabe na prosti ploskvi uporabite istosmerno frezanje, povečajte podajanje, zmanjšajte rezalno hitrost ali uporabite karbidno kvaliteto, ki bo obstojnejša proti obrabi.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 109

Slika 13:16 Obraba na prosti ploskvi je najbolj zaželen vzorec obrabljanja pri frezanju navojev.

13.11 Frezanje navojev – krušenje rezalnih robov Krušenje je zelo pogost vzorec obrabe pri frezanju navojev, ki na profilu obdelanega navoja pušča opazne sledi in linije. Vodi pa tudi h kratki in nepredvidljivi obstojnosti orodja. Če zaznate čezmerno krušenje robov, uporabite metodo istosmernega frezanja, kontrolirajte vibracije, uporabite strategijo tangencialnega vstopa v rez ali izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto.

Slika 13:17 Krušenje rezalnega roba

13.12 Frezanje navojev – obraba zaradi nalepka na rezalnih robovih Nalepek je pogost pojav pri frezanju navojev. Obraba zaradi nalepka pušča na profilu obdelanega navoja vidne sledi in linije. Na obdelani površini lahko opazimo različna obarvanja, nalepek pa je povezan tudi s kratko in nepredvidljivo obstojnostjo orodja. Če je nalepka preveč ali če se pojavi prehitro, povečajte rezalno hitrost, zaprite dovod hladilnomazalnega sredstva in zmanjšajte podajanje.

Slika 13:18 Obraba zaradi nalepka na rezalnem robu

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 110

13.13 Frezanje navojev – vibracije Če med frezanjem navojev prihaja do vibracij, so vzorci obrabe na rezalnih robovih zelo neenakomerni. Obdelava je pomanjkljiva, navoj je zunaj toleranc in šablona se mu ne prilega, površina ni sprejemljiva in navoj je marsikdaj treba obdelati na novo.

Slika 13:19 Vibracije povzročijo hitro in neenakomerno obrabo rezalnega roba.

13.14 Frezanje navojev – plastične deformacije Pri rezalnih robovih za frezanje navojev je značilna določena mera plastičnih deformacij na konici. Koliko te plastične deformacije skrajšajo obstojnost orodja, je odvisno od zahtevane kakovosti navojev. Če se plastične deformacije pojavijo prehitro, zmanjšajte podajanje, preverite in zagotovite dober dovod hladilno-mazalnega sredstva, zmanjšajte rezalno hitrost ali uporabite karbidno kvaliteto, ki bo odpornejša proti preoblikovanju.

13.15 Frezanje navojev – druge značilne težave V določenih okoliščinah se lahko zgodi, da so obdelani navoji konični. V tem primeru zmanjšajte podajanje, zmanjšajte aksialno globino rezanja, po možnosti uporabite večje frezalo, zmanjšajte prosto dolžino orodja ter preverite in po možnosti izboljšajte pritrditev obdelovanca. Če izdelani navoj ni koncentričen, preverite dimenzije obdelovanca pred frezanjem, preverite in po možnosti izboljšajte pritrditev obdelovanca, uporabite večje frezalo in končno preverite CNCprogram dela. Če se med delom pojavijo čezmerne vibracije, kontrolirajte in po možnosti popravite stabilnost orodja in obdelovanca, preverite vpetje orodja, po možnosti zmanjšajte prosto dolžino orodja in uporabite večje frezalo, povečajte podajanje, povečajte rezalno hitrost, uporabite strategijo tangencialnega vstopa v rez, zmanjšajte kot prijemne dolžine in uporabite metodo istosmernega frezanja.

V primeru nezadovoljive površinske hrapavosti navoja zmanjšajte podajanje, povečajte rezalno hitrost, preverite in po možnosti izboljšajte dovod hladilno-mazalnega sredstva, kontrolirajte vibracije med obdelavo in uporabite metodo istosmernega frezanja. Če se pojavi tanjšanje navoja, preverite ujemanje vstopnega in izstopnega loka na poti orodja (notranji navoj) oz. vstopne in izstopne rampe (zunanji navoj) s kotom vijačnice navoja. Če je D > veliki premer navoja/2, uporabite kot vstopnega loka, ki je večji od 180°, kontrolirajte čezmerno obrabo rezalnih robov in jih po potrebi zamenjajte, ali uporabite manjše frezalo. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 111

13.16 Značilni vzorci obrabe navojnih svedrov Na Slikah 13:20 do 13:25 so prikazani značilni vzorci obrabe navojnih svedrov. Podani so tudi možni ukrepi proti obrabi.  Navojni sveder ni primeren za nalogo. 

Preverite izbiro navojnega svedra.

 Neustrezno ali manjkajoče hladilno-mazalno sredstvo 

Uporabite ustrezno emulzijo ali olje.

 Prevelika rezalna hitrost 

Uporabite prave rezalne parametre in upoštevajte splošna navodila.

 Deformacijsko utrjanje v izvrtini  

Preverite priporočila za vrtanje.

Sveder je obrabljen.

 Premajhna izvrtina za navojni sveder 

Preverite priporočila za vrtanje.

Slika 13:20 Vrezovanje navoja – hitro obrabljanje svedra

 Navojni sveder ni primeren za nalogo. 

Preverite izbiro navojnega svedra.

 Nepravilno ali manjkajoče hladilno-mazalno sredstvo 

Uporabite primerno emulzijo ali olje.

 Navojni sveder udari v dno luknje. 

Povečajte globino vrtanja ali zmanjšajte globino navoja.

 Ujet odrezek 

Preverite izbiro orodja.

 Deformacijsko utrjanje v izvrtini  Preverite priporočila za vrtanje.

Slika 13:21 Vrezovanje navoja – krušenje rezalnih robov

 Nepravilno ali manjkajoče hladilno-mazalno sredstvo 

Uporabite primerno emulzijo ali olje.

 Navojni sveder je obrabljen. 

Zamenjajte navojni sveder.

 Neustrezna rezalna hitrost 

Upoštevajte priporočila glede rezalnih parametrov.

 Neprimeren navojni sveder za nalogo 

Glejte navodila za izbiro navojnih svedrov.

Slika 13:22 Vrezovanje navoja – nalepek

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 112

 Prevelik moment 

Upoštevajte nastavitve momenta za držalo navojnega svedra.

 Navojni sveder je obrabljen. 

Zamenjajte navojni sveder.

 Nepravilno ali manjkajoče hladilno-mazalno sredstvo 

Uporabite primerno emulzijo ali olje.

 Navojni sveder udari v dno luknje 

Povečajte globino vrtanja ali zmanjšajte globino navoja.

 Neustrezna rezalna hitrost 

Upoštevajte priporočila.

 »Ptičje gnezdo« okrog navojnega svedra 

Preverite izbiro orodja.

 Premajhna izvrtina za navojni sveder  Preverite priporočila za vrtanje.

Slika 13:23 Vrezovanje navoja – lom svedra

 Navojni sveder ni primeren za nalogo. 

Preverite izbiro navojnega svedra.

 Nepravilno aksialno podajanje  

Poskrbite za nadzor podajanja.

Po možnosti uporabite držalo SynchroFlex®.

 Neustrezna rezalna hitrost 

Upoštevajte priporočila v zvezi z rezalnimi parametri.

 Napačne tolerance 

Izberite navojni sveder z nižjo toleranco.

Slika 13:24 Vrezovanje navoja – prevelik navoj

 Navojni sveder je obrabljen. 

Zamenjajte navojni sveder.

 Premajhna izvrtina za navojni sveder 

Upoštevajte navodila za vrtanje.

 »Zapiranje« materiala po vrezovanju navoja 

Povečajte premer svedra.

 Napačne tolerance 

Izberite navojni sveder z višjo toleranco.

Slika 13:25 Vrezovanje navoja – premajhen navoj

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 113

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 114

14 Slabšanje vrtalnega orodja 14.1 Uvod Vrtanje je postopek s posebnimi značilnostmi, po katerih se razlikuje od drugih obdelovalnih postopkov. Dobro delovanje svedrov je odvisno od vrste dejavnikov. Sveder je vedno obdan z obdelovanim materialom in toplota, ki nastaja med odrezavanjem, se zato slabše odvaja. To pomeni, da se rezalni robovi segrejejo do razmeroma visokih temperatur, še posebej pri materialih z majhno toplotno prevodnostjo. Sveder je že po definiciji orodje, ki deluje z veliko prosto dolžino in zato je zelo pomembna stabilnost obdelovalnega stroja, obdelovanca in sistema za pritrditev orodja, kakor tudi samega svedra. Prav neugodni stabilnostni pogoji so namreč vzrok za množico težav, s katerimi se srečujemo pri vrtanju. Končno pa je lahko vir specifičnih težav pri vrtanju tudi odvajanje odrezkov.

Slika 14:1 Vrtanje poteka v specifičnih delovnih razmerah

Najpogostejše vrste obrabe pri vrtanju so obraba na prosti ploskvi, krušenje rezalnih robov, obraba v obliki kotanje in obraba zaradi nalepka. Vzorci obrabe niso nič drugačni kot pri drugih postopkih obdelave z odrezavanjem, toda določanje ukrepov za preprečevanje problematične obrabe ni vedno preprosta naloga.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 115

14.2 Splošna navodila za vrtanje Kot je bilo že omenjeno, je stabilnost sistema obdelovalni stroj – pritrditev obdelovanca – vpetje svedra zelo pomembna za kakovosten proces vrtanja. Kadarkoli se med delom pojavijo težave, najprej ocenite stabilnost samega obdelovanca in sistema za njegovo pritrditev ter jo po potrebi, in če je to mogoče, izboljšajte. Podajalne sile pri vrtanju so velike in temu ustrezna mora biti tudi pritrditev obdelovanca. Nato ocenite stabilnost vretena obdelovalnega stroja in držala svedra.

Vedno uporabite najboljši sistem za vpenjanje orodja, ki vam je na voljo. Tretji korak je presoja izbire orodja, rezalnih parametrov in vzorcev obrabe na rezalnih robovih.

Slika 14:2 Podajalne sile pri vrtanju so običajno zelo velike in temu ustrezna mora biti tudi pritrditev obdelovanca.

Še večjega pomena pa je sistem hlajenja. Dovod hladilne tekočine skozi orodje je priporočen za vse aplikacije vrtanja. Hladilno-mazalno sredstvo mora opravljati tri glavne naloge: - Izboljšanje odvajanja odrezkov: optimalno oblikovanje odrezkov v kombinaciji z dobrim odvajanjem je ključno za kakovostno vrtanje.

- Druga naloga je znižanje temperature v procesu. Večina vložene energije se pretvori v toploto, ki jo je treba obvladovati in odvajati na najboljši možen način.

- Tretja naloga pa je mazanje faze na hrbtni ploskvi pri tistih svedrih, ki jo imajo. Fazna ploskev svedra je v neposrednem stiku z obdelano površino in zaradi trenja nastaja dodatna toplota. To je še bolj pomembno pri svedrih z več faznimi ploskvami, kjer je stik med površino luknje in orodjem toliko večji.

Nekaj splošnih priporočil v zvezi s hlajenjem: - Pomembna sta tlak in pretok hladilno-mazalnega sredstva. Pri večjih svedrih (s ploščicami) je najbolj pomemben pretok in velja okvirno pravilo, da mora biti pretok v l/min enak premeru svedra. Pri manjših svedrih (vijačnih svedrih iz karbidne trdine) je tlak hladilne tekočine pomembnejši za dobro odvajanje odrezkov, zlasti če je sveder dolg.

- Priporočena je 6- do 8-odstotna koncentracija emulzije za vrtanje v jeklo in 10-odstotna koncentracija za materiale, ki se deformacijsko utrjujejo (nerjavna jekla, superzlitine in titanove zlitine). Če uporabljate zunanji dovod hladilno-mazalnega sredstva: - Skušajte usmeriti tok hladilne tekočine tako, da bo čim bolj vzporeden s svedrom.

- Pri uporabi zunanjega dovoda hladilno-mazalnega sredstva je največja globina vrtanja za dobro odvajanje odrezkov enaka premeru svedra, v veliki meri pa je odvisna od obdelovanega materiala. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 116

-

Ker se toplota koncentrira na konici svedra, zmanjšajte rezalno hitrost za 20 % v primerjavi z dovodom hladilne tekočine skozi orodje.

Za vrtanje v materiale, ki se deformacijsko utrjujejo, kot so nerjavna jekla in superzlitine, je v vsakem primeru priporočljiv dovod hladilno-mazalnega sredstva skozi orodje.

Slika 14:3 Pravi hladilni sistem je ključnega pomena za vrtanje.

14.3 Svedri s ploščicami – obraba proste ploskve na obodnih ploščicah Obraba na prosti ploskvi obodnih ploščic svedra je vedno znamenje dobro nadzorovanega procesa vrtanja. Če obraba proste ploskve napreduje prehitro, so potrebni protiukrepi.

Najverjetnejši razlog za hitro obrabo na prosti ploskvi obodnih ploščic je visoka koncentracija toplote in posledično visoka temperatura na rezalnih robovih.  Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte tlak/pretok hladilne tekočine.  Izberite karbidno kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Slika 14:4 Obraba na prosti ploskvi obodne ploščice svedra

14.4 Svedri s ploščicami – krušenje obodnih ploščic Krušenje obodnih ploščic je posledica nezadovoljive stabilnosti obdelave, ki bi jo bilo treba izboljšati. Vzrok je lahko tudi v neusklajenosti karbidne kvalitete oz. geometrije ploščice z izbranimi delovnimi pogoji.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 117

 Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte podajanje med vstopom.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto.  Izberite mehkejšo geometrijo za lomljenje odrezkov za večja podajanja.  Zmanjšajte podajanje in rezalno hitrost.

Slika 14:5 Krušenje obodne ploščice svedra

14.5 Svedri s ploščicami – krušenje sredinskih ploščic Sredinske ploščice se pogosto krušijo zaradi nestabilnosti. Pri stacionarnem vrtanju na stružnicah je krušenje sredinske ploščice znamenje za to, da sveder ni pravilno poravnan.  Priporočeni ukrepi:  Preverite sistem vpenjanja svedra in obdelovanca.  Zmanjšajte podajanje v točki vstopa.  Povečajte podajanje.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Izberite bolj žilavo karbidno kvaliteto.

Slika 14:6 Krušenje sredinske ploščice svedra

14.6 Svedri s ploščicami – obraba zaradi nalepka Nalepek na sredinskih in obodnih ploščicah se lahko pojavi zaradi previsokih ali prenizkih temperatur. Razmeroma hitro se oblikuje tudi pri vrtanju v materiale, ki so nagnjeni k adheziji, denimo pri aluminiju, nerjavnih jeklih in superzlitinah. Obraba zaradi nalepka je lahko tudi znak za nestabilnost obdelave.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 118

 Priporočeni ukrepi:  Če je nalepek bližje obodu, povečajte rezalno hitrost.  Če je nalepek bližje središču, povečajte podajanje.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Pri nalepku na središčni ploščici povečajte podajanje.

Pri nalepku na obodni ploščici povečajte rezalno hitrost.

Slika 14:7 Obraba zaradi nalepka

14.7 Svedri s ploščicami – lepljenje odrezkov na telo svedra Lepljenje odrezkov na telo svedra je povezano s težavami pri odvajanju odrezkov in lahko vpliva na kakovost obdelane površine ter povzroči dodatno obrabo ploščic.  Priporočeni ukrepi:  Povečajte podajanje (pri mehkih materialih povečajte rezalno hitrost in zmanjšajte podajanje).  Povečajte tlak/pretok hladilne tekočine.  Povečajte rezalno hitrost.

Slika 14:8 Sledi lepljenja odrezkov na telo svedra

14.8 Svedri iz karbidne trdine – obraba proste ploskve Obraba proste ploskve se kaže kot enakomerna obraba na obeh rezalnih robovih in predstavlja prednostni vzorec obrabe za nadzorovano, predvidljivo in varno vrtanje.  Sprejemljiva velikost obrabe na prosti ploskvi je 0,1–0,3 mm, nato je priporočljiva obnovitev svedra.  Faza na hrbtni ploskvi, večina prevleke in vogali so še nedotaknjeni.

Slika 14:9 Obraba na prosti ploskvi

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 119

Pospešena obraba na prosti ploskvi je znamenje prevelike koncentracije toplote na vrhu svedra med vrtanjem in previsokih temperatur.  Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Slika 14:10 Prehitra obraba proste ploskve

14.9 Svedri iz karbidne trdine – krušenje in obraba vrha svedra Krušenje in dodatna obraba na vrhu svedra sta povezana z nestabilnostjo obdelave ali s težavami pri odvajanju odrezkov.  Priporočeni ukrepi:  Podajanje na vstopu zmanjšajte za 50 %.  Pri zelo dolgem orodju ali veliki prosti dolžini zmanjšajte rezalno hitrost.  Po možnosti povečajte tlak/pretok hladilne tekočine za boljše odvajanje odrezkov.

Slika 14:11 Krušenje in obraba v središču svedra

14.10 Svedri iz karbidne trdine – obraba v obliki kotanje v središču svedra Obraba v obliki kotanje v središču svedra je posledica abrazije zaradi kombinacije drgnjenja z odrezki in koncentracije toplote na vrhu svedra.  Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte podajanje.  Po možnosti povečajte koncentracijo hladilne tekočine za zmanjšanje trenja in razvoja toplote.

Slika 14:12 Kotanjasta obraba v središču svedra

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 120

14.11 Svedri iz karbidne trdine – krušenje obodnih vogalov in rezalnih robov Krušenje obodnih vogalov in rezalnih robov je posledica nestabilnosti obdelave ali težav pri odstranjevanju odrezkov, lahko pa se pojavi tudi zaradi prevelike koncentracije toplote na vrhu svedra med obdelavo.  Priporočeni ukrepi:  Podajanje na vstopu/izstopu zmanjšajte za 50 %.  Zmanjšajte rezalno hitrost za zmanjšanje razvoja toplote.  Pri zelo dolgem orodju ali veliki prosti dolžini zmanjšajte rezalno hitrost za 20 %.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Slika 14:13 Krušenje obodnih vogalov in rezalnih robov

14.12 Svedri iz karbidne trdine – obraba faze hrbtne ploskve Pojav prezgodnje obrabe na fazi hrbtne ploskve je znamenje za čezmerno trenje med fazno ploskvijo in obdelano površino, ki vodi do razvoja dodatne toplote med procesom.  Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Slika 14:14 Pospešeno obrabljanje faze hrbtne ploskve

14.13 Svedri iz karbidne trdine – obraba in rahlo krušenje faze hrbtne ploskve Če se na fazi hrbtne ploskve svedra pojavita obraba in rahlo krušenje, lahko sklepamo na nestabilnost obdelave ali na težave pri odstranjevanju odrezkov. To je lahko tudi znamenje za prevelik stik med fazo hrbtne ploskve in obdelano površino, ki privede do čezmernega trenja in razvoja dodatne toplote med procesom.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 121

 Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte odstopek krožnega teka.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.  Preizkusite geometrijo z ožjo fazo na hrbtni ploskvi.

Slika 14:15 Obraba in rahlo krušenje faze hrbtne ploskve

14.14 Svedri iz karbidne trdine – močno krušenje faze hrbtne ploskve Če se na fazi hrbtne ploskve svedra pojavi močno krušenje, lahko posumimo na nestabilnost obdelave ali na težave pri odstranjevanju odrezkov. Lahko je tudi znamenje za prevelik stik med fazo hrbtne ploskve in obdelano površino, ki povzroči čezmerno trenje in razvoj dodatne toplote med delom.  Priporočeni ukrepi:  Zmanjšajte odstopek krožnega teka.  Prilagodite podajanje za boljše oblikovanje odrezkov.  Povečajte tlak ali pretok ali koncentracijo hladilne tekočine.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Preizkusite geometrijo z ožjo fazo ali večjim kotom brušenja vodilnega dela.

Slika 14:16 Močno krušenje fazne ploskve

14.15 Svedri iz karbidne trdine – obraba zaradi nalepka Nalepek na rezalnih robovih je znamenje previsokih ali prenizkih temperatur pri odrezavanju.

Nalepek se razmeroma hitro pojavi tudi pri vrtanju v materiale, ki so nagnjeni k adheziji, denimo pri aluminiju, nerjavnih jeklih in superzlitinah. Obraba robov zaradi nalepka je lahko znak za nestabilnost obdelave.  Priporočeni ukrepi:  Pri obrabi v bližini oboda povečajte rezalno hitrost.  Pri obrabi v bližini središča povečajte podajanje.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Slika 14:17 Obraba zaradi nalepka

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 122

14.16 Pregled glavnih težav pri svedrih s ploščicami Vibracije

Nezadosten moment  Zmanjšajte podajanje.  Izberite geometrijo z močnejšim lomilcem odrezkov za manjše podajanje.

Nezadostna moč

 Preverite vpetje svedra.  Preverite pritrditev obdelovanca.  Povečajte podajanje. Če je material zelo mehak, zmanjšajte podajanje in povečajte hitrost.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

Težave z zastoji odrezkov Vzrok so dolgi odrezki

 Povečajte podajanje. Če je material zelo mehak, zmanjšajte podajanje in povečajte hitrost.  Izberite geometrijo s tršim lomilcem odrezkov za manjše podajanje (SCGX-P1).

Težave z obstojnostjo orodja Krušenje obodnih ploščic

 Zmanjšajte podajanje na vstopu.  Izberite bolj žilavo kvaliteto.  Izberite geometrijo z mehkejšim lomilcem odrezkov za večje podajanje (SCGX-P2).  Zmanjšajte podajanje.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Izberite geometrijo s tršim lomilcem odrezkov za manjše podajanje (SCGX-P1).

Zastoji kljub kratkim odrezkom

 Povečajte tlak/pretok hladilne tekočine.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

Krušenje središčnih ploščic

 Preverite vpetje svedra.  Preverite pritrditev obdelovanca.  Zmanjšajte podajanje na vstopu.  Povečajte podajanje.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

Pospešena obraba proste ploskve pilotnega svedra

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Prezgodnja obraba na prosti ploskvi obodnih ploščic

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte tlak in pretok hladilne tekočine.  Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 123

14.17 Pregled glavnih težav pri svedrih iz karbidne trdine Hitra obraba na prosti ploskvi

Nezadovoljive tolerance premera

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

 Povečajte podajanje na obrat.  Uporabite operacijo povrtavanja, glejte katalog MN Holemaking.  Uporabite operacijo izstruževanja, glejte katalog MN Holemaking.

Nezadovoljivo pozicioniranje luknje

Obraba na obodu hrbtne ploskve  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Krušenje v središču  Zmanjšajte podajanje na vstopu.  Povečajte tlak hladilne tekočine in nastavite podajanje za optimalno oblikovanje odrezkov.

Krušenje zunanjih vogalov, rezalnih robov  Zmanjšajte podajanje na vstopu/izstopu.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.  Zbrusite sveder.

Nalepek  Pri nalepku bližje oboda povečajte rezalno hitrost.  Pri nalepku bližje središča povečajte podajanje na obrat.  Če je sveder obrabljen, ga zbrusite.

 Zmanjšajte podajanje na obrat na vstopu.  Zmanjšajte podajanje na obrat.  Uporabite operacijo izstruževanja, glejte katalog MN Holemaking.  Pri vrtanju v grobe, trde in nagnjene površine zmanjšajte podajanje na vstopu in izstopu za 30–50 %.  Uporabite pilotni sveder z vršnim kotom 140°.

Nezadovoljiva kakovost površine  Zmanjšajte podajanje na obrat.  Povečajte rezalno hitrost.  Uporabite operacijo povrtavanja, glejte katalog MN Holemaking.

Srh na izhodu  Zmanjšajte podajanje na obrat na izhodu.  Zmanjšajte širino priprave roba (bn).

Lom ob stiku z dnom luknje  Zmanjšajte podajanje na obrat na vstopu in izstopu.  Prilagodite rezalne parametre za boljše odvajanje odrezkov.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 124

14.18 Pregled glavnih težav pri svedrih Crownlock Krušenje rezalnih robov

Nezadovoljive tolerance premera

 Zmanjšajte podajanje na obrat.  Če sveder vibrira, zmanjšajte rezalno hitrost in povečajte podajanje.  Pri vrtanju v grobo ali trdo površino zmanjšajte podajanje na vstopu in na izstopu za 30–50 %.

 Povečajte podajanje na obrat.  Uporabite sveder iz karbidne trdine Seco Feedmax, glejte poglavje Feedmax.  Uporabite operacijo povrtavanja, gl. poglavje o povrtavanju.  Uporabite operacijo izstruževanja, gl. poglavje o izstruževanju.

Nezadovoljiva kakovost površine

Prezgodnja obraba na prosti ploskvi  Preverite ustreznost geometrije.  Zmanjšajte rezalno hitrost.

Brazde  Zmanjšajte podajanje na obrat.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.

Obraba faze hrbtne ploskve na obodu  Preverite ustreznost geometrije.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte koncentracijo hladilne tekočine.  Pri vrtanju v grobo ali trdo površino zmanjšajte podajanje na vstopu in na izstopu za 30–50 %.

 Zmanjšajte podajanje na obrat.  Povečajte rezalno hitrost.  Preverite ustreznost geometrije.  Uporabite sveder iz karbidne trdine Seco Feedmax, glejte poglavje Feedmax.  Uporabite operacijo povrtavanja, gl. poglavje o povrtavanju.

Nezadovoljivo pozicioniranje luknje  Zmanjšajte podajanje na obrat.  Pri vrtanju v grobe, trde in nagnjene površine zmanjšajte podajanje na vstopu in izstopu za 30–50 %.  Izvrtajte pilotno luknjo s svedrom z vršnim kotom 140°.  Uporabite sveder iz karbidne trdine Seco Feedmax, glejte poglavje Feedmax.  Uporabite operacijo izstruževanja, glejte poglavje o izstruževanju.

Zastoj dolgih odrezkov  Povečajte podajanje.  Pri materialih z dolgimi odrezki SMG1-3, SMG8: - Povečajte rezalno hitrost in zmanjšajte podajanje na obrat.

- Uporabite geometrijo -L.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 125

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 126

15 Slabšanje orodja za izstruževanje 15.1 Uvod Vzorci obrabe na rezalnih robovih orodja za izstruževanje so enaki kot pri splošnem struženju.

Bralec je zato za vrednotenje in analizo obrabe napoten na poglavje o obrabi orodja pri struženju.

Za izstruževanje veljajo določene specifike, saj gre običajno za operacije z večjimi prostimi dolžinami orodja. Težave z obrabljanjem orodja zaradi nestabilnosti ali vibracij so zato pogostejše kot pri splošnem struženju.

Slika 15:1 Obraba orodij za izstruževanje je podobna kot pri orodjih za splošno struženje.

15.2 Nekaj splošnih priporočil Za varne, nadzorovane in predvidljive vzorce obrabe na rezalnih robovih orodja za izstruževanje je treba zagotoviti najboljše možne delovne pogoje: - Pribor in obrabni deli naj bodo čisti in v brezhibnem stanju. Glave so tovarniško mazane za celo življenjsko dobo. Ko jih ne uporabljate, jih zaščitite pred oksidacijo s tankim slojem olja.

- Redno mažite vijake za pritrditev ploščic.

- Vizualno kontrolirajte obrabo žepov za ploščice.

- Orodne sestave Graflex in Capto v rednih intervalih razstavite in očistite.

- Orodje hranite v suhem in čistem prostoru.

- Za vpenjanje orodja vedno uporabljajte napravo Toolboy.

- Upoštevajte navodila in ne zategujte pritrdilnih vijakov s prevelikim momentom.

- Natančno upoštevajte navodila in smernice, ki jih prejmete z orodjem. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 127

15.3 Pregled glavnih težav pri glavah za grobo izstruževanje Težava

Možni vzroki

Rešitev

Slab nadzor nad odrezki

Premajhno podajanje

Povečajte podajanje.

Prevelika globina rezanja

Uporabite glavo z aksialno zamaknjenima ploščicama.

Prevelika hitrost

Zmanjšajte rezalno hitrost, ne podajanje.

Drdranje in vibracije

Skrajšajte orodje za boljšo togost.

Povečajte zunanji premer držala in adapterja.

Krušenje ali lom ploščic

Preveliko razmerje L/D

Uporabite podaljške iz karbidne trdine ali težke kovine.

Prevelik polmer ploščice

Uporabite ploščico manjšega premera.

Nestabilen obdelovanec

Izboljšajte pritrditev oz. vpetje.

Nastavni kot  znaša 80°

Uporabite ploščico tipa CC s kotom 

Neprimerna ploščica Močno prekinjen rez Zastajanje in vnovično rezanje odrezkov

Slaba obstojnost orodja

Odrezki se ne odvajajo

Prešibek stroj

Uporabite bolj žilavo kvaliteto ploščice. Če je na voljo, uporabite večji polmer.

Zmanjšajte hitrost, zmanjšajte podajanje.

Preverite razliko med premerom izstruževalnega droga in izvrtine.

Izboljšajte nadzor nad odrezki, povečajte podajanje.

Neprimerna ploščica

Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Prevelika rezalna hitrost

Zmanjšajte hitrost.

Krušenje ploščice

Preverite globino rezanja in podajanje.

Prenizek tlak hladilne tekočine

Povečajte tlak hladilne tekočine.

Orodni sestav za izstruževanje je prevelik.

Če je možno, uporabite manjšo glavo s podaljšanimi držali ploščic.

Prevelika globina rezanja

Uporabite glavo z aksialno zamaknjenima ploščicama; ploščice CC… imajo prednost pred ploščicami CN… (še posebej pri uporabi glave za izstruževanje z majhnim premerom).

Premalo prostora pod obdelovancem

Dvignite obdelovanec nad mizo.

Slab nadzor nad odrezki

Glejte zgoraj.

Preveliko podajanje

Zmanjšajte podajanje (ne manj kot 25 % polmera ploščice).

Prevelika globina rezanja

Uporabite glavo z aksialno zamaknjenima ploščicama.

Majhen navor vretena v območju vrtljajev; povečajte hitrost.

Vrtljaji v območju prestavljanja; prilagodite vrtljaje.

Majhna moč motorja

Izberite ploščico z večjim cepilnim kotom (v izjemnih primerih uporabite ploščico iz hitroreznega jekla).

Zmanjšajte globino rezanja.

Preveč srha na izhodu izvrtine

Preveliko podajanje

Zmanjšajte podajanje.

90° držala za ploščice tipa CC

Uporabite 80° držalo ploščice.

Prevelike rezalne sile

Zmanjšajte globino rezanja.

Zmanjšajte polmer ploščice.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 128

15.4 Pregled glavnih težav pri glavah za fino izstruževanje Težava

Možni vzroki

Rešitev

Slaba obstojnost orodja

Neprimerna kvaliteta ploščic

Izberite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Prevelika rezalna hitrost

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Prevelika globina rezanja

Zmanjšajte globino rezanja.

Prevelika rezalna hitrost

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Drdranje in vibracije

Skrajšajte orodje za večjo togost.

Uporabite močnejše orodje za izstruževanje.

Visoko razmerje L/D

Neprimerna ploščica

Nezadovoljive tolerance in ponovljivost premera luknje

Uporabite podaljške iz karbidne trdine ali težke kovine.

Zmanjšajte polmer konice ploščice.

Uporabite ploščice z brušeno geometrijo.

Neustrezen dodatek materiala

Spremenite premer predhodne izvrtine.

Netočne menjave orodja

Držalo orodja je obrabljeno in poškodovano: zamenjajte ga.

Očistite vreteno in držalo orodja

Spremenljiv dodatek materiala

Dodajte korak vmesne obdelave z izstruževanjem.

Pomanjkljiva stabilnost vretena

Uporabite ostrejše ploščice z brušeno geometrijo.

Nezadovoljiva krožnost

Preverite krožni tek vretena.

Neuravnoteženost orodja za izstruževanje

Uporabite izstruževalno glavo LIBRAFLEX®.

Preverite nastavitev balansirnega obroča.

Zmanjšajte hitrost.

Prevelike rezalne sile

Preverite dodatek materiala in podajanje.

Neustrezna pritrditev obdelovanca

Preverite enakomerno vpetje obdelovanca.

Nesimetričen obdelovanec

Zmanjšajte rezalne sile, uporabite brušene ploščice.

Povečajte rezalno hitrost, zmanjšajte podajanje.

Nezadovoljive tolerance lege

Predhodna izvrtina ni poravnana.

Dodajte korak vmesne obdelave.

Prevelika globina rezanja

Zmanjšajte globino rezanja, uporabite dva prehoda.

Nezadovoljiva površinska hrapavost

Neprimeren polmer ploščice

Uporabite ploščico z večjim premerom.

Preveliko podajanje

Zmanjšajte podajanje na največ 30 % polmera konice ploščice.

Uporabite dovod hladilne tekočine skozi orodje.

Slabo odvajanje odrezkov

Uporabite ploščico z večjim cepilnim kotom.

Preverite globino rezanja.

Konična izvrtina

Uporabite kvaliteto, ki je obstojnejša proti obrabi.

Prehitra obraba

Spremenite rezalno hitrost.

Povečajte pretok hladilne tekočine.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 129

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 130

16 Slabšanje orodja za povrtavanje Povrtala so orodja za fino obdelavo in klasični vzorci obrabe morajo ostati na minimalni ravni, da ne ogrožajo glavnega cilja obdelave, ki je izpolnitev kakovostnih zahtev.

Obraba na rezalnih robovih povzroči zmanjšanje premera povrtala in tako vpliva na točnost premera obdelane luknje. Proces se lahko nadaljuje, vse dokler ni dosežena spodnja toleranca premera. Obraba rezalnih robov vpliva tudi na hrapavost obdelane površine in orodje se zato lahko obrablja, dokler ni dosežena največja dopustna hrapavost površine.

Nekaj praktičnih smernic: - Če je predpisana površinska hrapavost Ra manjša ali enaka 0,8 µm, hrapavost uide iz tolerančnega polja še pred premerom.

- Če je predpisana površinska hrapavost Ra večja od 0,8 µm, pa tolerančno polje najprej zapusti premer.

Slika 16:1 Povrtala so orodja za fino obdelavo in to moramo upoštevati pri vrednotenju obrabe.

Ob pravilni uporabi se na rezalnih robovih povrtala pojavijo tradicionalni vzorci obrabe, med katerimi prevladujeta obraba na prosti ploskvi in kotanjasta obraba.

Slika 16:2 Značilen vzorec obrabe na povrtalu

Razdalja med sledmi obrabe je približno enaka podajanju. Ker je vodilni del orodja zbrušen pod kotom, je značilno tudi manjšanje obrabe vzdolž rezalnega roba. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 131

Slika 16:3 Značilen vzorec obrabe na povrtalu

Tudi na telesu povrtala se oblikuje značilna obraba zaradi delovanja odrezkov, ki odnašajo material. To je običajen pojav, ki ne vpliva na delovanje povrtala.

Slika 16:4 Erozija materiala na telesu povrtala

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 132

16.1 Pregled glavnih težav pri povrtalih Nezadovoljiva kakovost površine

Ravne ploskve

 Preverite dodatek materiala.  Izboljšajte pogoje hlajenja (vrsta dovoda, tlak, kakovost).  Zmanjšajte podajanje.  Zamenjajte rezilo (napačna geometrija ali napačen cepilni kot).  Preverite aksialni položaj rezila.

 Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).

Sledi umikanja

Ekscentričnost/ovalnost

 Izboljšajte pogoje hlajenja (vrsta dovoda, tlak, kakovost).  Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).

 Izboljšajte vpetje (deformacije obdelovanca).  Preverite dodatek materiala.  Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).  Preverite aksialni položaj rezila.

Stožčasta razširitev na vstopu

Konična izvrtina

 Zmanjšajte podajanje.  Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).  Zmanjšajte radialni odstopek krožnega teka.

 Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).

Deformirana izvrtina

Ukrivljena izvrtina

 Izboljšajte vpetje (deformiran obdelovanec).

 Zamenjajte rezilo (napačna geometrija pri vrhu).  Preverite aksialni položaj rezila.

Prevelik polmer

Lepljenje na vodilne ploščice

 Izboljšajte centriranje (obdelovanca in orodja).  Prilagodite polmer (prevelik).

 Izboljšajte pogoje hlajenja (vrsta dovoda, tlak, kakovost).  Prilagodite polmer (premajhen).

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 133

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 134

17 Slabšanje orodja iz naprednih rezalnih materialov 17.1 Uvod Pojavi slabšanja orodja iz naprednih rezalnih materialov (PCBN, PKD in keramika) so enake vrste kot pri rezalnih robovih iz karbidne trdine. Glede na relativno krhkost naprednih rezalnih materialov v primerjavi s karbidnimi trdinami pa je treba posvetiti več pozornosti nepredvidljivemu ali spontanemu poslabšanju rezalnih robov. Rezalni robovi iz materiala PCBN, PKD ali keramike so občutljivejši na to od rezalnih robov iz karbidne trdine.

Značilna primera spontanega poslabšanja orodja sta lom in luščenje ali krušenje rezalnega roba.

Temu se je treba izogibati. Delovne pogoje in rezalne parametre je treba izbrati tako, da bo glavni vzorec slabšanja postopna obraba, kot je obraba proste ploskve, obraba v obliki kotanje ali zarezna obraba. Le v tem primeru je mogoče zanesljivo napovedati uporabno življenjsko dobo rezalnega roba.

Slika 17:1 Spontani odpovedi rezalnega roba se je treba izogibati.

Do spontane odpovedi rezalnega roba lahko pride zaradi napačne izbire rezalnega materiala ali rezalnih parametrov za dano operacijo. Do zloma rezalnega roba pa sčasoma privede tudi čezmerna postopna obraba. Med obdelavo je treba spremljati motnje procesa, kot so npr. težave z obdelovalnim strojem, težave pri oblikovanju ali odvajanju odrezkov, motnje v električnem omrežju, napake v programih, težave s pritrditvijo obdelovancev, variabilna velikost komponent ...

Slika 17:2 Le zaželene vrste obrabe zagotavljajo predvidljivo obstojnost orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 135

17.2 Rezalni materiali PCBN Rezalni robovi iz materiala PCBN so z ozirom na značilne obdelovane materiale in rezalne parametre izpostavljeni zelo neugodnim razmeram.

- Rezalne sile so razmeroma velike. Pri grobi obdelavi lahko presežejo 4000 N, pri fini obdelavi pa so nekje v območju od 50 do 100 N. - Temperature med odrezavanjem običajno presegajo 800 °C. - Odrezki drsijo po cepilni ploskvi, stik med obdelano površino in prosto ploskvijo orodja pa deluje zelo abrazivno zaradi prisotnosti oksidov, nitridov in karbidov.

Slika 17:3 Orodja PCBN delujejo v zelo zahtevnih razmerah.

Najvišje temperature med odrezavanjem se razvijejo na cepilni ploskvi orodja in to je tudi mesto kotanjaste obrabe.

Slika 17:4 Temperature med obdelavo z orodjem PCBN

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 136

Materiali, ki jih obdelujemo z orodji PCBN, vsebujejo trde in abrazivne delce, ki na rezalnih robovih povzročajo dodatno abrazivno obrabo.

Slika 17:5 Primera trdih in abrazivnih delcev v obdelovanem materialu

Orodja PCBN se uporabljajo predvsem za fine obdelave, kar pomeni, da so pomembne površinska hrapavost ter tolerance dimenzij in oblike. Izpolnjevanje teh zahtev je odvisno od obrabljanja orodja, zato glavni kriterij obstojnosti orodja v praksi niso sami vzorci obrabe, ampak rezultati obdelave, vrednoteni po površinski hrapavosti in tolerancah.

Slika 17:6 Obraba orodja in površinska hrapavost v odvisnosti od časa rezanja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 137

Z rezalnimi materiali PCBN lahko obdelujemo različne materiale, od katerih so odvisni vzorci obrabe na rezalnem robu.

Pri obdelavi trdih materialov velja: - Obraba na prosti ploskvi mora biti za najboljšo obstojnost orodja uravnotežena s kotanjasto obrabo.

- Zarezna obraba se pojavlja na mejah območja, kjer se oblikujejo odrezki. Sekundarna zarezna obraba vpliva na površinsko hrapavost.

- Opaziti je mogoče manjše krušenje rezalnega roba, ki vpliva na površinsko hrapavost. Če ploščice ne zamenjamo pravočasno, lahko temu sledijo močnejše krušenje, luščenje in zlom.

- Do pospešene obrabe proste ploskve, kotanjaste obrabe ali zarezne obrabe lahko pride zaradi zmanjšanja trdote materiala, npr. pod površino cementiranega dela.

Obstojnost orodja pri neprekinjeni obdelavi je določena s postopno obrabo, pri prekinjeni obdelavi pa predvsem s krušenjem in lomom.

Slika 17:7 Značilni vzorci obrabe pri obdelavi trdih materialov

Pri obdelavi mehkih in abrazivnih materialov, kot je denimo siva litina, ugotavljamo naslednje: - Največ je obrabe na prosti ploskvi, ki vpliva na površinsko hrapavost.

- Če rezalnega roba ne zamenjamo pravočasno, lahko pride do krušenja, luščenja in loma.

- Pri grobi obdelavi prihaja do zarezne obrabe zaradi trde površine obdelovancev.

- »Slab« obdelovani material (s premajhno vsebnostjo žvepla, preveliko vsebnostjo ferita) lahko povzroči hitro obrabo proste ploskve, kotanjasto obrabo in zarezno obrabo.

- Obstojnost orodja je običajno določena s tradicionalno obrabo orodja.

Slab material

Dober material

Slika 17:8 Značilni vzorci obrabe orodja pri različnih mehkih materialih

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 138

17.3 Rezalni materiali PCBN – zlom rezalnega roba Zlom rezalnega roba je splošen naziv za pojav, ko se od roba odlomijo večji deli materiala.

Možnih vzrokov je več, med njimi pa so vibracije, prekinitve in mehanske preobremenitve ploščice.  Ukrepi za zmanjšanje lomljenja robov:  Zmanjšajte globino rezanja.  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Povečajte polmer konice.  Uporabite ploščice s posnetjem in zaokrožitvijo.

Slika 17:9 Zlom rezalnega roba

17.4 Rezalni materiali PCBN – zlom polnih ploščic Če je le mogoče, se je treba obsežnejšim lomom ploščic izogibati, saj so tako poškodovane ploščice neuporabne. Tovrstno lomljenje ploščic je običajno povezano s poškodbami žepov ali sedežev ploščic, podložnih ploščic ali spon. Ploščica se lahko zlomi tudi zaradi neprimerne vpenjalne sile.  Ukrepi za zmanjšanje lomljenja ploščic:  Preverite sedež ploščice.  Preverite podporno ploščico orodnega držala in pritrditev.  Preverite vpenjalni moment.  Preverite središčno višino orodja.

Slika 17:10 Zlom polne ploščice

17.5 Rezalni materiali PCBN – krušenje rezalnega roba Krušenje rezalnega roba je splošen naziv za pojav, ko se od roba odlomijo manjši delci materiala.

Med možnimi vzroki so vibracije, prekinitve in toplotne razpoke v ploščici.  Ukrepi za zmanjšanje čezmernega krušenja:  Uporabite ploščice s posnetjem in zaokrožitvijo.  Izboljšajte togost sistema.  Uporabite posnetje na robovih lukenj in utorov.  Izberite bolj žilavo kvaliteto.

Slika 17:11 Krušenje rezalnega roba

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 139

17.6 Rezalni materiali PCBN – luščenje rezalnega roba pri neprekinjeni obdelavi Pri tej obrabi se odlušči del zgornje ploskve ploščice in običajno gre za mehansko poškodbo.

Rezultanta rezalnih sil je vzporedna s cepilno ploskvijo, namesto da bi bila usmerjena v ploščico.  Ukrepi za zmanjšanje čezmernega luščenja:  Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Uporabite ploščice s posnetjem in zaokrožitvijo.  Preverite središčno višino orodja.  Zmanjšajte pristopni kot.

Slika 17:12 Luščenje rezalnega roba med neprekinjeno obdelavo

17.7 Rezalni materiali PCBN – luščenje rezalnega roba pri obdelavi s prekinitvami Pri tej obrabi se odlušči del zgornje ploskve ploščice. Tovrstne poškodbe običajno štejemo med mehansko obrabo. Pojavijo se, če rezalne sile presegajo strižno trdnost materiala.  Ukrepi za zmanjšanje čezmernega luščenja:  Enako kot pri neprekinjenih obdelavah, poleg tega pa še:  Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Spremenite kot posnetja.  Uporabite protismerno frezanje.

Slika 17:13 Luščenje, obdelava s prekinitvami

17.8 Rezalni materiali PCBN – obraba na prosti ploskvi Obraba proste ploskve je rezultat procesa postopnega odnašanja materiala s proste ploskve ploščice. Čezmerna obraba proste ploskve običajno nastopi zaradi prenizkih temperatur v procesu. Obdelovani material se ne uspe dovolj zmehčati in orodje ga deformira, ko je še trd in abraziven.  Ukrepi za zmanjšanje čezmerne obrabe na prosti ploskvi:  Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Povečajte globino rezanja.  Povečajte kot posnetja.

Slika 17:14 Obraba proste ploskve

17.9 Rezalni materiali PCBN – obraba v obliki kotanje Kotanjasta obraba je rezultat procesa postopnega odnašanja materiala s cepilne ploskve ploščice. Čezmerna kotanjasta obraba običajno nastopi zaradi previsokih temperatur v procesu.

Najvišje temperature se običajno razvijejo na cepilni ploskvi, kjer se tudi oblikuje kotanja. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 140

 Ukrepi za zmanjšanje čezmerne obrabe v obliki kotanje:  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Spremenite kot posnetja.  Uporabljajte ploščice s prevleko.  Uporabljajte hladilno tekočino (samo pri neprekinjenih rezih).

Slika 17:15 Kotanjasta obraba

17.10 Rezalni materiali PCBN – zarezna obraba Zarezna obraba nastane zaradi lokaliziranih izgub materiala na liniji globine rezanja. Pri rezalnih materialih PCBN je običajno rezultat kemične obrabe ali trganja trde in abrazivne površinske plasti na liniji globine rezanja.  Ukrepi za zmanjšanje čezmerne zarezne obrabe:  Pri mehanski obrabi povečajte rezalno hitrost.  Pri kemični obrabi zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Povečajte pristopni kot.  Spreminjajte globino rezanja.

Slika 17:16 Zarezna obraba

17.11 Rezalni materiali PCBN – kemična obraba Kemična obraba rezalnega materiala PCBN se običajno pojavi pri obdelavi delov iz »neugodnih« železovih litin. Gre za pospešeno obrabo proste ploskve s površino, ki ni gladka, ampak bolj ali manj razbrazdana, odvisno od stanja »neugodnosti« materiala. Kemična obraba je posledica previsoke vsebnosti ferita v sivi litini. Pri trdih jeklih lahko nastopi, če je material premehak.  Ukrepi za zmanjšanje čezmerne kemične obrabe:  Spremenite rezalno hitrost.  Uporabite kvaliteto z majhno vsebnostjo CBN.

Slika 17:17 Kemična obraba

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 141

17.12 Rezalni materiali PCBN – nekaj praktičnih nasvetov - Pozorno spremljajte napredovanje obrabe skozi življenjsko dobo ploščice.

- Na ta način boste mnogo lažje ločili glavni vzrok obrabe od sekundarnih vzrokov.

- Optimalna situacija pri uporabi PCBN je dobro razmerje med obrabo na prosti ploskvi in kotanjasto obrabo.

Slika 17:18 Pozorno in natančno spremljanje obrabe je pomembno.

17.13 Rezalni materiali PKD Pri izdelavi PKD se uporablja kobalt v vlogi katalizatorja. V strukturi PKD so zato vedno ostanki kobalta, ki se med segrevanjem razteza štirikrat hitreje kot diamant. Previsoke temperature torej povzročijo ekspanzijo kobalta in posledično iniciacijo razpok v strukturi PKD. Poleg tega začne ogljik pri visokih temperaturah izgubljati diamantno strukturo.

Slika 17:19 Stabilno temperaturno okno za delo z materialom PKD

V nadaljevanju je podan opis najpogostejših vrst obrabe, s katerimi se srečujemo pri rezalnih robovih iz materiala PKD.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 142

17.14 Rezalni materiali PKD – obraba proste ploskve Obraba proste ploskve je rezultat procesa postopnega odnašanja materiala s proste ploskve ploščice. Vzrok je lahko prevelika abrazivnost obdelovanega materiala za izbrano kvaliteto PKD. Prisotnost Fe/Ni/Co povzroča kemično obrabo na prosti ploskvi.  Ukrepi za zmanjšanje čezmerne obrabe na prosti ploskvi:  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Preverite sestavo materiala.  Uporabite bolj grobo kvaliteto PKD.  Uporabljajte hladilno tekočino.

Slika 17:20 Obraba proste ploskve

17.15 Rezalni materiali PKD – nalepek Nalepek nastane zaradi adhezije obdelovanega materiala na rezalni rob, predvsem kot posledica neustreznih temperatur pri odrezavanju. Vzrok je lahko tudi izbira napačne kvalitete PKD.  Ukrepi za zmanjšanje čezmernega nalepka:  Zmanjšajte ali povečajte rezalno hitrost.  Izberite ostrejšo ploščico.  Uporabite bolj grobo kvaliteto PKD. Slika 17:21 Nalepek

17.16 Rezalni materiali PKD – krušenje rezalnega roba S krušenjem rezalnega roba opisujemo pojav, ko se od rezalnega roba odlomijo manjši delci materiala. Možna vzroka sta pomanjkljiva togost ali stabilnost rezalnega roba oz. obdelovanca ter napačna kvaliteta PKD. Do krušenja rezalnega roba lahko pride tudi zaradi napačnih rezalnih parametrov ali zaradi velikega odstopka krožnega teka rezalnega orodja.  Ukrepi za zmanjšanje čezmernega krušenja robov:  Zmanjšajte vibracije.  Uporabite bolj žilavo kvaliteto PKD.  Spremenite rezalne parametre.  Spremenite konfiguracijo orodnega sistema.

Slika 17:22 Krušenje rezalnega roba

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 143

17.17 Rezalni materiali PKD – druge značilne težave Rezalni materiali iz družine PKD se pogosto uporabljajo v aplikacijah, kjer je pomembna kakovost obdelanih površin. Težave s hrapavostjo obdelane površine se lahko pojavijo zaradi različnih vzrokov, kot so napačna kvaliteta rezalnega materiala, preagresivni rezalni parametri, neprimerna lega rezalnega roba z gladilno geometrijo ali splošne težave s stabilnostjo. Ukrepi za odpravo naštetih težav so izboljšanje stabilnosti med odrezavanjem, prilagoditev nastavnega kota, izbira kvalitete PKD s finejšo strukturo, zmanjšanje rezalnih parametrov (globine rezanja) in kontrola položaja rezalnega roba z gladilno geometrijo.

Možne so tudi težave z luščenjem obdelovanca, ki se kažejo kot lomljenje vogalov ob vstopu ali izstopu iz reza. V tem primeru je mogoče zmanjšati rezalne sile, npr. s spremembo nastavnega kota, manjšo globino rezanja ali izdelavo posnetja na mestu vstopa oz. izstopa orodja iz obdelovanca.

17.18 Rezalna keramika Na trgu so keramični rezalni materiali raznih vrst in konceptov, s katerimi obdelujemo najrazličnejše materiale. Način vrednotenja obrabe in določanja obstojnosti orodja je odvisen od vrste keramike in od obdelovanega materiala. Vsem keramikam pa je skupno to, da gre za razmeroma krhke rezalne materiale, ki so občutljivi na vse vrste lomljenja. Pri vrednotenju obrabe orodja se je zato treba v prvi vrsti posvetiti temu pojavu. V tem poglavju je navedenih le nekaj osnovnih načel, ki veljajo za večino keramičnih materialov in za večino aplikacij.

Vsaka keramika je krhek rezalni material, ki je razmeroma občutljiv na zarezno obrabo. Kadar ugotovite resnejšo zarezno obrabo, najprej preverite in po potrebi prilagodite obliko ploščice in nastavni kot. Na splošno velja, da je zarezna obraba na rezalnem robu manjša pri manjših nastavnih kotih.

Slika 17:23 Uporabite manjši nastavni kot.

Slika 17:24 podaja nekaj dobrih priporočil za optimalno globino rezanja za okrogle ploščice in ploščice z ravnimi rezalnimi robovi.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 144

Polmer ploščice [mm]

Optimalna globina rezanja [mm]

Polmer ploščice [mm]

Optimalna globina rezanja [mm]

3,18

0,83

0,4

0,12

4,76

1,40

0,8

0,23

6,35

1,86

1,2

0,35

7,94

2,33

1,6

0,47

9,53

2,79

2,4

0,70

11,11

3,26

3,2

0,93

12,7

3,72

–

–

Slika 17:24 Največja globina rezanja

Slika 17:25 prikazuje delovno okno v diagramu rezalnih hitrosti in podajanj, ki velja za vse keramične rezalne materiale, kakor tudi posledice v primeru izhoda iz tega okna. Diagram je oblikovan na podlagi izkustvenih spoznanj in lahko služi kot pripomoček pri prilagajanju rezalnih parametrov za boljše obvladovanje procesa.

Slika 17:25 Delovno okno za podajanje in rezalno hitrost

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 145

17.19 Rezalni materiali PCBN – pregled glavnih težav Težava

Vzrok

Priporočeni ukrepi

Obraba na prosti ploskvi

Neustrezna temperatura roba

    

Povečajte rezalno hitrost.

Povečajte podajanje.

Povečajte globino rezanja.

Preverite središčno višino rezalnega orodja.

Preverite vsebnost ferita.

Obraba v obliki kotanje

Neustrezna temperatura roba

     

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Zmanjšajte podajanje.

Zmanjšajte kot posnetja.

Uporabite pripravo roba E. Uporabite ploščico s prevleko.

Uporabite hladilno tekočino (samo pri neprekinjenih rezih).

Zarezna obraba

Neustrezna temperatura roba Prevelike rezalne sile

 Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Povečajte nastavni kot ploščice (po možnosti delajte z okroglimi ploščicami).  Spreminjajte globino rezanja.  Uporabite ploščice s posnetimi rezalnimi robovi.

Krušenje roba

Prevelike rezalne sile

 Uporabite ploščice s posnetimi rezalnimi robovi.  Izboljšajte togost sistema.  Pri prekinjenih rezih uporabite posnetje na vstopnih/izstopnih utorih in luknjah.  Odpravite vibracije s spreminjanjem rezalne hitrosti.

Luščenje roba (neprekinjen rez)

Prevelike rezalne sile

 Povečajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Uporabite posnete in zaokrožene rezalne robove.  Preverite središčno višino rezalnega orodja.  Zmanjšajte nastavni kot ploščice.

Luščenje roba (rez s prekinitvami)

Prevelike rezalne sile

 Ne uporabljajte hladilne tekočine.  Uporabite posnete in zaokrožene rezalne robove.  Zmanjšajte podajanje.  Povečajte rezalno hitrost.  Preverite središčno višino rezalnega orodja.  Zmanjšajte nastavni kot ploščice.

Lom roba

Prevelike rezalne sile

    

Lom ploščice

Prevelike rezalne sile

 Preverite sedež ploščice.  Preverite podložno ploščico in spono za pritrditev ploščice.  Preverite središčno višino rezalnega orodja.

Zmanjšajte globino rezanja.

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Povečajte polmer vrha.

Uporabite ploščice s posnetjem in zaokrožitvijo.

Preverite središčno višino rezalnega orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 146

17.20 Rezalni materiali PKD – pregled glavnih težav Težava

Vzrok

Priporočeni ukrepi

Obraba na prosti ploskvi

Neustrezna kvaliteta Prisotnost Fe/Ni/Co

   

Nalepek

Neustrezna temperatura rezalnega roba Neustrezna kvaliteta

 Zmanjšajte ali povečajte rezalno hitrost.  Izberite ostrejšo ploščico.  Uporabite bolj fino kvaliteto.

Krušenje roba

Pomanjkljiva togost Neustrezna kvaliteta Neustrezni rezalni parametri Velik odstopek krožnega teka

   

Nezadovoljiva kakovost površine

Neustrezna kvaliteta Previsoki rezalni parametri Neustrezen položaj gladilne geometrije

 Izberite bolj fino kvaliteto PKD.  Zmanjšajte rezalno hitrost in podajanje.  Preverite položaj gladilne geometrije.

Luščenje obdelovanca

Prevelika globina rezanja

 Zmanjšajte globino rezanja.  Dodajte posnetje na vstopu v obdelovanec.

Uporabite bolj grobo kvaliteto PKD. Preverite sestavo materiala.

Zmanjšajte rezalno hitrost.

Uporabite hladilno tekočino.

Zmanjšajte vibracije.

Izberite bolj žilavo kvaliteto.

Spremenite rezalne parametre.

Preverite konfiguracijo orodnega sistema.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 147

17.21 Rezalna keramika – pregled glavnih težav Težava

Vzrok

Priporočeni ukrepi

Obraba na prosti ploskvi

Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Uporabite večji polmer vogala.  Uporabite kvaliteto, ki je visokoobstojna proti obrabi.

Obraba v obliki kotanje

Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Uporabite manjši nastavni kot.  Preverite geometrijo roba.

Toplotne razpoke

Intenzivni cikli segrevanja in ohlajevanja med obdelavo Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Obdelava na suho  Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.

Zarezna obraba

Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Zmanjšajte globino rezanja.  Zmanjšajte podajanje.  Povečajte dovod hladilne tekočine.

Luščenje roba

Preveliko podajanje Odpadanje nalepka Šibek rezalni rob

 Preverite geometrijo roba.  Izboljšajte stabilnost sistema.  Uporabite večji nastavni kot.

Plastične deformacije

Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Zmanjšajte rezalno hitrost.  Zmanjšajte podajanje.  Zmanjšajte globino rezanja.

Nalepek

Visoka afiniteta do obdelovanega materiala Nizka rezalna hitrost

 Povečajte rezalno hitrost.  Povečajte podajanje.  Uporabite večji cepilni kot.

Lom

Preveliko podajanje in rezalna hitrost

 Zmanjšajte podajanje.  Zmanjšajte globino rezanja.  Izboljšajte stabilnost sistema.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 148

18 Slabšanje držal orodja 18.1 Uvod Naloga držala orodja je, da rezalno orodje na najboljši možni način poveže z obdelovalnim strojem. Na eni strani je pritrjeno v obdelovalni stroj (z zadnjim delom), na drugi strani pa drži rezalno orodje (s sprednjim delom). Izvedba zadnjega dela držala je odvisna od sistema, ki je na voljo na obdelovalnem stroju, in je kot taka nespremenljiva. Pri izbiri sprednjega dela imamo proste roke – na voljo so trni za mehansko, hidravlično in vpenjanje z nakrčevanjem idr. Pri izbiri sistema vpenjanja na sprednjem delu moramo zasledovati dva glavna cilja.

- Rezalno orodje mora biti pravilno pozicionirano glede na obdelovanec tako glede geometrije kot dimenzij. Pozicioniranje mora biti varno in zanesljivo glede na dano okolje in razmere, v katerih poteka obdelava.

- Način vpenjanja orodja mora biti dovolj trden in zanesljiv, moč pa se mora kar se da učinkovito prenašati z obdelovalnega stroja na rezalni rob. Kakršnekoli nestabilnosti, denimo zaradi velike proste dolžine ali neuravnoteženosti orodja, je treba zmanjšati na minimum.

Slika 18:1 Sprednji in zadnji del držala orodja

Slabšanje držal negativno vpliva na učinkovitost orodja pri izpolnjevanju zgornjih zahtev, in končno privede tudi do slabšega delovanja samega rezalnega orodja, skrajšanja obstojnosti rezalnih robov in nezanesljivosti procesa odrezavanja.

Slabšanje držala orodja se lahko pokaže v različnih oblikah.

- Če odrezki udarjajo ob držalo, se pojavi obraba zaradi trenja med držalom orodja, obdelovancem in odrezki.

- Utrujanje površine držala orodja zaradi prekinjanega delovanja rezalnih sil.

- Deformacije držala orodja zaradi delovanja rezalnih sil.

- Strukturne spremembe v materialu držala zaradi toplote in visokih temperatur.

- Oksidacija in korozija držala.

- Obrabljanje potrošnih delov, pribora in stičnih površin.

Za podaljšanje uporabne življenjske dobe držal je priporočljivo redno vzdrževanje: - Izvajajte preventivno vzdrževanje in ne čakajte, da se zmanjša zanesljivost delovanja orodja.

Orodje servisirajte ter zamenjajte pribor in potrošne dele, ko je potrebno.

- Vedno upoštevajte navodila za rokovanje, montažo in demontažo. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 149

- Med uporabo držala orodja izvajajte redne vizualne preglede in kontrolo.

- Ko držalo orodja ni v uporabi, ga skladiščite na čistem in suhem mestu (po potrebi ga zaščitite z oljem).

Našteto še posebej velja za vse elemente, ki so ključnega pomena za dobro delovanje držala orodja.

Slika 18:2 Elementi držala orodja, ki so kritičnega pomena za dobro delovanje orodja

18.2 Dobre prakse vzdrževanja držal orodja Držala orodij redno pregledujte glede obrabe ter jih po potrebi zamenjajte. Operaterji se morajo naučiti pravilnega ocenjevanja stanja držal orodij, da jih lahko pravočasno zamenjajo in tako preprečijo prezgodnjo odpoved rezalnega orodja oziroma drago škodo na vretenu stroja ali na obdelovancu. Mnogi operaterji ne vedo, zakaj je treba menjati držala orodij, ali pa nimajo praktičnih izkušenj s presojanjem, kdaj je pravi čas za menjavo.

Kontrola obrabe vreten obdelovalnih strojev in težave s poravnavo sistemov za avtomatsko menjavo orodja Obraba vreten lahko povzroči težave s krožnim tekom, ki vplivajo na točnost držala orodja ter zmanjšajo dosegljivo kakovost obdelovancev in produktivnost procesa. Kakovost vreten obdelovalnih strojev se lahko vrednoti denimo s preverjanjem odstopka krožnega teka.

Sistem za avtomatsko menjavo orodja mora biti vedno pravilno poravnan. Če sistem ni sposoben natančnega vstavljanja držal orodja, se lahko poškoduje vreteno ali držalo. Pojavi se lahko tudi nezadostno delovanje rezalnega orodja in skrajšanje obstojnosti orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 150

Slika 18:3 Odstopek krožnega teka je merilo za odklon osi rezalnega orodja, ki je vpeto v držalu na vretenu.

Vrednotenje obrabe držal orodja Obrabljeno držalo ni sposobno zagotavljati zahtevane točnosti in hitro obrabi rezalno orodje.

Obraba držala lahko privede do pomanjkljive kakovosti obdelane površine in celo do poškodb vretena stroja.

Obraba konusa/freting Kontrolirajte konični del držala glede znakov obrabe oz. poškodb. Kakršnekoli težave s konusom neposredno vplivajo na natančnost obdelave in pri vsaki ugotovljeni napaki je treba držalo orodja zamenjati.

Jasne sledi obrabe na konusu so lahko znak za pojav fretinga, ki nastopi zaradi medsebojnega drgnjenja dveh jeklenih delov (držala in vretena). Freting je posledica nepopolnega stika med konusom držala in vretenom, ki povzroča tresljaje in segrevanje. Na koničnem delu so vidne majhne jamice bakrene barve ali znamenja, kar pomeni, da se držalo orodja obrablja. Fretinga ni težko zamenjati za oksidacijo. Jasne sledi fretinga pomenijo, da je nastopil čas za menjavo držala orodja. Če se pri novih držalih hitro pojavi freting ali če se držalo zatika v vretenu, bo morda treba poskrbeti za brušenje vretena.

Slika 18:4 Znaki fretinga na konusu držala orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 151

Če v vreteno stroja vpnemo obrabljen konus držala, se pojavi odstopek krožnega teka. Ta je povzročitelj prezgodnje obrabe in slabšanja orodja, kakor tudi čezmernih vibracij med obdelavo.

Tresljaji so povezani z neustrezno kakovostjo obdelane površine, ki jo je treba popravljati z dodatnimi obdelovalnimi operacijami. Vibracije lahko povzročijo tudi segrevanje vreten in poškodbe ležajev vreten. Obstojnost orodja se zmanjša za 10 odstotkov na vsakih 0,02 mm odstopka krožnega teka, ki je merilo za odklon osi rezalnega orodja v sestavu držala.

Stročnice in trni za vpenjanje Stročnice so izdelane iz mehkejšega materiala kot trni za vpenjanje in imajo posebne utore in zareze, da se lahko elastično deformirajo in tesno objamejo rezalno orodje. Zato se tudi obrabljajo hitreje kot trni in lahko povzročijo zgodnjo odpoved rezalnih orodij. Vpenjalne stročnice zamenjajte takoj, ko se pojavijo znaki obrabe, da ohranite točnost in zmogljivost sestava rezalnega orodja in držala.

Slika 18:5 Sledi na vpenjalnih stročnicah, ki sta zaradi premajhne vpenjalne sile zdrsnili v trnu

Če se pojavijo poškodbe na zunanjem ali notranjem premeru, je treba stročnico zamenjati.

Bodite pozorni na poškodbe na notranjem premeru zaradi zdrsov rezalnega orodja v stročnicah.

Poškodovana stročnica ne more več dobro držati stebla orodja, zato pride do zmanjšanja sile in točnosti vpetja.

Standardna pravila za menjavo vpenjalnih stročnic sicer ne obstajajo, dva glavna razloga za menjavo pa sta, da se orodje odlomi v vpenjalni stročnici in poškoduje notranjo ali zunanjo površino stročnice, ali pa da je stročnica skladiščena v zelo vlažnem okolju brez protikorozijske zaščite, zaradi česar se pojavi rjavenje ali jamičasta korozija.

Preventivno vzdrževanje Ko držalo orodja ni v uporabi, ga obrišite in nanj nanesite tanek sloj sredstva za zaščito pred korozijo v pršilu. Preden držalo vrnete v uporabo, z njega odstranite zaščitno olje. Pazite na pravo koncentracijo hladilno-mazalnega sredstva, da bo lahko opravljalo nalogo hlajenja med odrezavanjem in obenem varovalo držalo pred rjavenjem.

Držala so izdelana iz kovine in v odsotnosti primerne nege se lahko pojavita rjavenje in jamičasta korozija. Uporaba obrabljenega ali poškodovanega orodja v dobrem vretenu privede do predčasne odpovedi vretena.

Pogoj za pravilno delovanje držala je tudi dobro uravnoteženje, še posebej če se vreteno vrti z visokim številom obratov. V zvezi s tem upoštevajte navodila dobavitelja držala orodja.

Kakovostna držala so tovarniško balansirana in učinkoviteje opravljajo nalogo prenosa moči z obdelovalnega stroja na rezalno orodje, so natančnejša in bolj toga, obstojnost rezalnega orodja pa je daljša. _____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 152

Pomembno vlogo ima potezni vijak, ki zagotavlja zvezo med vretenom in držalom orodja. Če ta zveza odpove, lahko držalo nevarno odleti iz vretena. Potezni vijaki so lahko votli za pretok hladilno-mazalne tekočine skozi držalo orodja. Vretenski vpenjalni mehanizem med delom drži potezni vijak, ta pa vleče držalo orodja v vreteno. Redno kontrolirajte morebitna znamenja obrabe, razpok ali drugih poškodb na poteznih vijakih. Da bi odvrnili nevarnost, takoj zamenjajte potezne vijake, ki niso brezhibni.

Za pravilno delovanje držal je pomembna tudi čistoča. Upoštevati je treba, da so držala zasnovana za delovanje v mikronskih tolerancah in kakršnakoli umazanija, prah, olje, odrezki ali druga nesnaga v vretenu, na konusu držala ali na prednjem sistemu za vpenjanje lahko povzročijo velik odstopek krožnega teka ter prezgodnjo obrabo rezalnega orodja, držala in vretena obdelovalnega stroja. Priporočljivo je izvajanje programa rednega preventivnega vzdrževanja. Z rednim čiščenjem in kontrolo vreten obdelovalnih strojev in držal je mogoče v veliki meri prispevati k izboljšanju rezultatov obdelave. Priporočljivo je tudi redno kontroliranje krožnega teka sestavov držal za identifikacijo morebitne obrabe. Uporabljajte tudi namensko opremo za montažo orodnih sestavov, ki zagotavlja varnost v delavnici in preprečuje prezgodnje poškodbe rezalnega orodja. Najučinkovitejši način za izboljšanje produktivnosti strojev, skrajšanje prekinitev in zmanjšanje stopnje zavrnitve izdelkov zaradi neustrezne kakovosti je z ustrezno nego in uporabo držal. Ta sicer predstavljajo le manjši delež v skupnih stroških obdelave, lahko pa močno vplivajo na njeno produktivnost in stroškovno učinkovitost.

18.3 Nekaj praktičnih smernic za kakovostno vzdrževanje Sledi nekaj praktičnih nasvetov za vzdrževanje držal orodja: - Poskrbite za redno čiščenje vsega pribora in potrošnih delov, držal orodja (prednjega in zadnjega dela), stebel orodja in vreten. Orodje, ki ni v uporabi, zaščitite pred oksidacijo z nanosom tankega sloja olja.

- Sestave Graflex in Capto v rednih intervalih razstavite, preglejte in očistite.

- Držala skladiščite v čistem in suhem prostoru.

- Držala vizualno kontrolirajte glede obrabe, denimo glede znamenj fretinga. Vizualno kontrolirajte pribor in obrabne dele: vpenjalne stročnice, potezne vijake, matice ... Po potrebi jih zamenjajte.

- Za sestavljanje in demontažo orodnih sistemov uporabljajte samo ustrezno opremo, denimo sistem Toolboy.

- Vijakov ne zategujte čez mero in upoštevajte predpisani zatezni moment. Nikoli ne zategnite stročnice, če v njej ni nameščeno orodje ali merilna glava.

- Pri hidravličnih vpenjalnih sistemih upoštevajte priporočeno število obratov vijaka in vijaka ne zategujte čez mero. Tlak hidravličnih vpenjalnih glav redno kontrolirajte z umerjenimi merili.

- Držal za nakrčno vpenjanje nikoli ne pregrevajte.

- Vedno upoštevajte navodila, ki so priložena orodju.

- Pri sistemu Steadyline upoštevajte največje število obratov in pazite, da ne presežete delovne temperature 80 °C.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 153

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 154

19 Slabšanje orodja in analiza v praksi Rezalni robovi so med procesom odrezavanja podvrženi slabšanju in obrabi. To je običajen fizikalni pojav in del vsakodnevnega življenja v delavnicah. Po drugi strani pa rezalni robovi ne smejo nikoli nenadoma odpovedati zaradi delovanja nepričakovanih ali nezaželenih vplivov, saj bi to ogrozilo zanesljivost in učinkovitost procesa odrezavanja. Skrhan rezalni rob ogrozi kakovost obdelane površine, vsako polomljeno orodje pa povzroči prekinitev obratovanja in vpliva na ekonomiko proizvodnje. Glavni cilj mora biti zato v vsakem primeru varen, zanesljiv, nadzorovan in predvidljiv proces odrezavanja. To pa je uresničljivo le pod pogojem, da je delovanje rezalnega roba pod nadzorom, kar vključuje tudi njegovo obrabljanje.

Na rezalnih robovih se morajo pojavljati predvsem postopne vrste obrabe, torej obraba proste ploskve in kotanjasta obraba. Drugim vrstam obrabe, kot so lom, krušenje in luščenje, se je treba po možnosti izogniti ali jih vsaj zmanjšati na minimum. V ta namen je treba poskrbeti tudi za ustrezno izbiro rezalnega orodja, delovnih pogojev in rezalnih parametrov.

Praksa pa nas uči, da je treba vedno računati tudi z nezgodami. Na proces odrezavanja lahko vpliva toliko različnih dejavnikov, da nepredvidljivi elementi včasih odigrajo večjo vlogo, kot bi pričakovali. Če pa se zgodi, da začne v procesu prevladovati nezaželeno slabšanje ali obraba, je treba resno analizirati obdelovalno operacijo in skrbno preveriti vse elemente procesa.

Slika 19:1 Osnovne vzroke slabšanja in obrabe orodja je treba ugotoviti s temeljito preiskavo.

Vsak obrabljen rezalni rob govori svojo zgodbo o tem, kako učinkovit je nadzor procesa.

Operaterji strojev morajo zaznati »signale«, ki jih med delom oddaja rezalni rob, in jih pretvoriti v ustrezne protiukrepe za ohranitev zanesljivosti procesa. Pomembno pa je, da odločitev o prilagoditvah procesa ne sprejemamo zgolj na podlagi opažanj, zbranih na enem samem rezalnem robu. Najbolje je, da analiza in vrednotenje slabšanja orodja potekata na osnovi statističnih metod. En zlomljen rezalni rob še ne pove veliko, toda če se neželen pojav ponovi na več rezalnih robovih, je treba poskrbeti za ustrezne korektivne ukrepe.

Ključnega pomena je tudi dober pregled nad celotno situacijo. Za pravilne prilagoditve procesa je treba upoštevati vse dejavnike in parametre procesa, kot so npr.: -

vrsta obdelave, npr. rezkanje ali struženje, glavni namen obdelave, npr. groba ali končna obdelava, podatki o obdelovancu, npr. material in oblika, pritrditev, drugi elementi proizvodnje, kot so obdelovalni stroj, stabilnost in vibracije, hladilni sistem ...

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 155

Slika 19:2 Statistična analiza rezalnih robov

Primer na Sliki 19:3 lepo ilustrira, da lahko tudi majhna sprememba v praksi močno vpliva na končni rezultat, v tem primeru na stroške orodja na delovno uro. Pregled večjega števila ploščic je pokazal, da je razmerje med dolžino rezalnega roba in povprečno globino rezanja razmeroma veliko. Ugotovljeno je bilo tudi precej veliko število polomljenih rezalnih robov in veliko rezalnih robov ni bilo več uporabnih, saj jih ni bilo mogoče varno vpeti v držala.

Z le dvema drobnima spremembama – uporabo manjših rezalnih ploščic in hitrejšo menjavo rezalnih robov, ki odpravi problem čezmerne obrabe – je bilo mogoče ustvariti velik prihranek. S hitrejšim menjavanjem ploščic se je sam od sebe razrešil tudi problem loma in neuporabljenih rezalnih robov.

Število pregledanih ploščic Število rezalnih robov Povprečno število rezalnih robov na ploščico Povprečna dolžina rezalnega roba Povprečna globina rezanja Povprečna dolžina rezalnega roba, ki reže Delež obrabljenih rezalnih robov Delež polomljenih rezalnih robov Delež nerabljenih rezalnih robov

Leto n 250 640 2,6 12,8 2,6 20,0 % 66,0 % 12,0 % 22,0 %

Leto n + 1 270 1105 4,1 8,4 2,6 31,0 % 90,0 % 6,0 % 4,0 %

Stroški orodja/delovna ura

100,0 %

28,0 %

Slika 19:3 Primer pragmatičnega pristopa, ki je obrodil v znatnem zmanjšanju stroškov orodja

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 156

20 Ekonomski vidiki procesov odrezavanja Procese odrezavanja in rezultate teh procesov analiziramo in presojamo s pomočjo matrike uspešnosti proizvodnje (angl. production performance matrix). Izhodne parametre posameznega procesa lahko razdelimo v naslednje kategorije: - Parametri kakovosti, kot so dimenzije, površine in druge zahtevane lastnosti, včasih skupaj s parametri funkcionalnosti in zmogljivosti - Parametri prekinitev se nanašajo na prekinitve zaradi dogodkov, ki so povezani s procesom.

- Parametri zmogljivosti procesov in hitrosti proizvodnje, npr. število gotovih izdelkov in količina odstranjenega materiala na enoto časa.

- Parametri okolja in recikliranja v zvezi z rezalnimi orodji in drugo opremo, rabo pomožnih sredstev v procesu, porabljeno energijo, odpadki in možnostmi recikliranja Faktorje, ki vplivajo na rezultate, lahko razdelimo v naslednje kategorije: A. Orodja in orodni sistemi: geometrijski faktorji (makro- in mikrogeometrija), faktorji površine (lastnosti površine, prevleke itd.), faktorji materiala (trdota, žilavost itd.).

B. Obdelovanec in obdelovani material: fizikalni faktorji (togost, toplotna kapaciteta itd.), faktorji, povezani s površino (topografija, kemična sestava, struktura, trdota itd.), faktorji, povezani z materialom in njegovo strukturo (odrezovalnost).

C. Proces in parametri procesa: faktorji opreme (togost, učinek dušenja itd.), faktorji parametrov procesa (rezalni parametri), pomožne snovi v procesu (maziva, zaščitni plini itd.), proceduralni faktorji (delovni postopki, menjave orodij itd.).

D. Kadri in organizacija: standardni delovni postopki, vodilne funkcije, ukrepi v primeru odpovedi procesov itd.; struktura dela, odgovornosti, prostor za osebno iniciativo itd.

E. Vzdrževanje in servis: faktorji, povezani z orodji, faktorji, povezani s procesom in opremo, redno in izredno vzdrževanje in popravila.

F. Posebni faktorji: vsak obdelovalni postopek ima edinstvene značilnosti, kot je pojav nalepka, razenje površin ...

G. Periferna oprema: naprave za strego materiala, prijemala, transportni trakovi ...

Matrika uspešnosti proizvodnje povezuje izhodne parametre s faktorji v različnih skupinah. Za procese odrezavanja ni nenavadno, da na nek izhodni parameter vpliva tudi do 50 faktorjev, vsak od njih posebej ali skupaj z drugimi. Seznam vseh faktorjev, ki so lahko relevantni za dani izhodni parameter, omogoča celovito oceno sredstev in možnosti za premik izhodnega parametra v želeno smer.

Podatke, ki jih zberemo med analizo proizvodnega procesa, lahko razvrstimo v matriki uspešnosti proizvodnje za primerjavo rezultatov različnih kombinacij dejavnikov in izhodnih parametrov. Iz matrike lahko nato izpeljemo ključne kazalnike uspešnosti, kot so stopnje zavrnitev, stopnje prekinitev, izgube zaradi podaljšanja ciklov itd. Na podlagi teh kazalnikov uspešnosti lahko ugotavljamo stroške komponent.

V nadaljevanju je podan primer analize odpovedi orodja pri struženju nekega obdelovanca.

Problem so prekinitve zaradi občasnih odpovedi orodja z naslednjimi možnimi posledicami: 1.

2.

3.

4.

5.

škoda na stroju, ki zahteva popravilo, škoda na sistemu za pritrditev obdelovanca, ki zahteva popravilo in ponovno nastavitev, škoda na obdelovancu, škoda na rezalnem orodju, držalu orodja in žepu za ploščico, škoda samo na žepu za ploščico.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 157

Možnosti 1, 2, 4 in 5 so lahko povezane z materialnimi stroški in z izgubo zaradi prekinitev proizvodnje. Možnost 3 lahko povzroči zavrnitev obdelovanca v kontroli kakovosti, če škode pred tem ne odpravimo, s čimer pa spet upočasnimo proizvodnjo. Odpoved orodja lahko povzročijo različni dejavniki ali vrsta motenj, zato je težko predlagati rešitev, ki bi bila univerzalna.

Predpostavimo, da orodje dela v naslednjih okoliščinah, ki lahko privedejo do njegove odpovedi: - Orodje je izpostavljeno obremenitvam, ki so že prevelike ali se še povečujejo.

- Orodje je oslabljeno zaradi nastanka zarez, zaradi drugih sprememb geometrije ali zaradi sprememb v materialu.

Problema se lahko lotimo na naslednji način: 1. Postavimo točno definicijo problema.

2. Raziščemo vzročne povezave in opredelimo verige vzročnosti.

3. Vzročne povezave razvrstimo po verjetnosti, da bo problem mogoče razrešiti z vplivanjem nanje.

4. Ocenimo potrebne ukrepe in povezane stroške.

5. Določimo različne faktorje, ki lahko vplivajo na posamezne izhodne parametre, ocenimo njihov relativni vpliv in primerjamo faktorje po tem vplivu.

6. Razvijemo načrt, po katerem se bomo lotili teh faktorjev, da bi odpravili problem.

7. Načrt izvedemo in ovrednotimo rezultate.

Slika 20:1 Tehnični faktorji, ki pojasnjujejo pojav določene oblike odpovedi orodja

S tehnično preiskavo lahko identificiramo različne vrste obrabe in prelomnih ploskev pri odpovedi orodja. Večina prelomnih ploskev povzroči, da orodje ni več sposobno delovati na predvideni način. Z njihovo analizo obenem natančneje ugotovimo vedenje orodja in vzroke za njegovo odpoved. Ocenimo lahko tudi pomen vloge teh vzrokov pri odpovedi orodja. V Preglednici 20.1 je podan primer, pri katerem je bila uporabljena absolutna skala (v tretjem stolpcu) za moč faktorja od 0 do 5. Faktorji z vrednostjo 0 ali 1 niso bili vključeni v preglednico oz. matriko.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 158

Preglednica 20.1 Primer uporabe matrike uspešnosti proizvodnje v analizi vzrokov odpovedi orodja Moč faktorja

Skupine faktorjev – faktorji

Komentarji

A

Orodje – rezalni rob

A1

Tip rezalnega roba

5

Napačen tip, morda faktor D

A2

Makrogeometrija – velikost

3

Debelina, dolžina rezalnega roba

A3

Makrogeometrija – oblika

4

Kot pri vrhu, cepilni kot

A4

Mikrogeometrija – posnetje

4

Kontura linije roba

A5

Mikrogeometrija – radij roba

4

Premajhen radij ali neprimerna oblika

A6

Poškodovana linija roba

5

Škoda zaradi uporabe

A7

Tolerance in natančnost stika

4

Napaka v izdelavi rezalnega roba

A8

Napake v prevleki

3

Pomanjkljiva adhezija

A9

Spremenljive lastnosti rezalnega roba

3

Napake v izdelavi

B

Obdelovani material

B1

Močan upor pri odrezavanju

4

Visoka trdota

B2

Trdi vključki

4

Velik lokalni upor pri odrezavanju

B3

Struktura materiala

5

Ferit, avstenit …

B4

Skorja na ulitku

4

Trda skorja, ki povzroča obrabo

B5

Geometrijska odstopanja

3

Spremenljive dimenzije materiala

C

Parametri procesa

C1

Rezalna hitrost

2

Toplotne obremenitve

C2

Podajanje (teoretična debelina odrezka)

5

Mehanske obremenitve

C3

Globina reza (dolžina rezalnega roba, ki reže)

2

Možna povezava z B5

C4

Zaporedje operacij ali kot kopiranja

3

Majhen prosti kot

C5

Aksialna višina orodja

3

Napačen prosti kot

C6

Zanesljivost pritrditve

2

Deformacije ali odstopek krožnega teka

C7

Stabilnost procesa

2

Pojav vibracij

5

Skupaj z napačnim rezalnim robom

5

Povečane mehanske in toplotne obremenitve

D

Organizacija in osebje

D1

Nepravilna montaža rezalnega roba

D2

Poškodovana površina

D3

Nesnaga, delci odrezkov itd. v žepih za ploščice

3

Glejte faktor D2

D4

Obrabljen rezalni rob

4

Napake pri menjavi

E

Obraba in vzdrževanje

E1

Zarezna obraba na glavnem rezalnem robu

4

Lokalna obraba

E2

Zarezna obraba na pomožnem rezalnem robu

3

Lokalna obraba

E3

Kotanjasta in zarezna obraba

5

Lokalna obraba

E4

Kotanjasta obraba

4

Lokalna obraba

E5

Obraba proste ploskve

1

Enakomerna obraba

E6

Plastične deformacije

2

Deformacije orodja

E7

Progresivna obraba

4

Delno v povezavi z D4

E8

Nastanek vzporednih razpok

4

Prekinjena obdelava

E9

Nastanek tankih razpok

3

Toplotne in mehanske obremenitve

E10

Spremembe v materialu in strukturi

2

Kemične reakcije

E11

Luščenje na cepilni ali prosti ploskvi

4

Močne lokalne obremenitve

E12

Krušenje rezalnega roba

3

Nastanek vzporednih razpok

podporna

ploščica

ali

oporna

F

Posebne okoliščine pri obdelavi

F1

Udarci odrezkov

3

Poškodovan rezalni rob

F2

Zastoji odrezkov

3

Običajno pri spuščanju orodja

F3

Pojav nalepka

2

Nenavadno za nekatere materiale

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 159

Faktorji in nivoji faktorjev iz Preglednice 20.1, pri katerih postanejo vplivi na obremenitve in obremenljivost rezalnega orodja tako veliki, da lahko privedejo do odpovedi orodja, so prikazani na Slikah 20:2 in 20:3.

Slika 20:2 Faktorji in nivoji faktorjev iz Preglednice 20.1, pri katerih postanejo vplivi na obremenitve rezalnega orodja tako veliki, da lahko privedejo do odpovedi orodja

Nivo Nivo Nivo

Obremenljivost

Slika 20:3 Faktorji in nivoji faktorjev iz Preglednice 20.1, pri katerih postanejo vplivi na obremenljivost rezalnega orodja tako veliki, da lahko privedejo do odpovedi orodja

Če to dopuščajo okoliščine, bi se lahko v zgornjem primeru odločili za uporabo rezalnega orodja, ki je bolj obstojno proti obrabi in obenem bolj nagnjeno k odpovedi. Faktorja E 1 in E3 sta namreč pogosta povzročitelja zgodnje odpovedi orodja, saj zarezna obraba in obraba v obliki kotanje zmanjšata obremenljivost orodja. Na podlagi analize celotne situacije pripravimo načrt ukrepov, kot je primer v Preglednici 20.2. Pri tem se ravnamo po priporočilu, da se z ukrepi najprej lotimo faktorjev z močjo 5 (Preglednica 20.1), če to ne zadostuje, pa po vrsti nadaljujemo s faktorji moči 4, 3 in 2, seveda upoštevaje tudi stroške. Ukrepi morajo učinkovito in brez nepotrebnih stroškov zmanjšati pojav odpovedi orodja. Razmisliti moramo tudi o morebitnih neželenih učinkih uvedenih ukrepov in ali jih lahko dovolimo. Z zmanjšanjem podajanja lahko tako omejimo odpovedi orodja, vendar se istočasno zmanjša tudi zmogljivost proizvodnje. Zato je smiselno, da ukrepe razvrstimo po splošni sprejemljivosti.

Preglednica 20.2 Možni ukrepi in njihove posledice

Ukrepi

Dodatne posledice ali ukrepi

A1 D2 E3

Izbira bolj žilavega materiala Kontrola podložne ploščice Kontrola kotanjaste obrabe

Povečana obraba orodja Pogostejše menjave podložnih ploščic Pogostejše menjave orodja

A5 B3 C2 D1

Kontrola rezalnega roba Kontrola strukture materiala Zmanjšanje podajanja Kontrola pritrditve rezalnega roba

Sprememba ravnanja Sprememba sestave Zmanjšanje zmogljivosti proizvodnje Razvoj primernejšega sistema

Zadovoljiva rešitev? Da/ne

Uporaba bolj žilavega rezalnega roba kljub vsem prednostim prinese tudi pospešeno obrabljanje. Lahko se pojavi niz motenj, kot je prikazan na Sliki 20:4.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 160

Slika 20:4 Niz motenj in neposredna vzročna povezava privedeta do enakega neželenega končnega stanja.

Rešitvi enega in drugega problema pa sta popolnoma drugačni.

20.1 Klasični model gospodarnosti proizvodnje Večina klasičnih modelov gospodarnosti proizvodnje je mikroekonomske narave in oblikovanih na podlagi ene od oblik zapisa Taylorjeve formule. Teorija modelov, ki so predstavljeni v pričujočem poglavju, je zgrajena na predpostavkah, da ni odpovedi orodja ali prekinitev, da so rezalni parametri konstantni in da je glavni omejitveni dejavnik obstojnosti orodja ena od vrst postopne obrabe, običajno stopnja obrabe na prosti ploskvi (VB).

Stroški obdelave z odrezavanjem pri spremenljivih vrednostih vc in T Spodnji model omogoča določitev rezalnih parametrov, ki izpolnjujejo naslednja pogoja: 1. minimalni stroški obdelave izdelka z odrezavanjem, 2. maksimalen pretok odrezkov v smislu maksimalne zmogljivosti proizvodnje.

Dva parametra, ki ju lahko nadzorujemo in optimiziramo z metodami po tem modelu, sta ekonomska obstojnost orodja Te in ekonomska rezalna hitrost vce, druge spremenljivke in parametri pa naj bodo konstantni.

Zagotavljanje minimalnih stroškov obdelave z odrezavanjem Proizvodnja mora zagotavljati zahtevane rezultate z najmanjšimi stroški. Tukajšnji pristop se uporablja predvsem tedaj, ko so stroji stalno izkoriščeni in je mogoče hitro izpolniti vsako naročilo. Stroški stroja km so sestavljeni iz nabavnih stroškov (amortizacije), najema prostorov in plač. Stroški orodja kt vključujejo stroške rezalnih robov in držal orodja:

kt 

k h kin  zh zed

Enačba 20.1

kjer je kh nabavna cena držal orodja, zh obstojnost držal orodja pri danem številu rezalnih robov na držalo, kin nabavna cena ploščic in zed število rezalnih robov na ploščico. Stroški obdelave na izdelek Kpart so sestavljeni iz stroškov stroja in stroškov rezalnega orodja po Enačbi 20.2.

t  t  K part  km  ti  t pct  ttct  i   kt  i T T 

Enačba 20.2

kjer je ti čas rezanja, tpct čas menjave obdelovanca, ttct čas menjave orodja in T obstojnost orodja. Pri vzdolžnem struženju izračunamo čas rezanja kosa s premerom D pri dani rezalni hitrosti vc kot:

ti 

l   D  ap f  vc  a p

Enačba 20.3

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 161

kjer je l aksialna razdalja rezanja in f podajanje. Ko vstavimo Enačbo 20.3 in Taylorjevo formulo v Enačbo 20.2, dobimo stroške obdelave na izdelek:  R  R R K part  k m   T T  t pct  ttct   T T 1   kt   T T 1 C C C T T  T 

Enačba 20.4

Stroški na izdelek so v Enačbi 20.4 izraženi kot funkcija obstojnosti orodja T. To enačbo uporabimo za določitev minimalnih stroškov obdelave na izdelek pri fiksnih vrednostih ap in f.   1  K Te    1   t  ttct   T   Km 

Enačba 20.5

Ekonomsko rezalno hitrost vce izračunamo s pomočjo Taylorjeve formule: vce  CT  Te T

Enačba 20.6

Maksimalna zmogljivost proizvodnje Kadar imamo opravka z visoko stopnjo izkoriščenosti strojev in so dobavni roki kratki, imamo razlog za določitev nabora rezalnih parametrov, ki zagotavljajo maksimalno zmogljivost proizvodnje oz. maksimalen pretok odrezkov na enoto časa. Upoštevaje čas menjave orodja ttct lahko pretok odrezkov izračunamo kot:

dV T  a p  f  vc  dt T  ttct

Enačba 20.7

Ko vstavimo Taylorjevo formulo v Enačbo 20.7 in izračunamo optimum, dobimo:  1  Tm  ttct   1  T 

Enačba 20.8

Potrebno rezalno hitrost za maksimalno zmogljivost proizvodnje izračunamo tako, da vstavimo obstojnost orodja Tm v Taylorjevo formulo. vcm  CT  Tm T

Enačba 20.9

Skupni stroški obdelave na izdelek po opisanem modelu so vsota fiksnih stroškov ter stroškov stroja in orodja, ki jih določimo na enega od predstavljenih načinov. Delni in skupni stroški obdelave so prikazani na Sliki 20:5.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 162

Slika 20:5 Primer stroškov obdelave na izdelek (črna linija) in stopnje odvzema materiala (produktivnost, zelena linija) kot funkcij rezalne hitrosti vc. Rdeča linija predstavlja stroške stroja, modra linija pa stroške orodja na obdelovanec.

Krivulja stroškov obdelave na izdelek kot funkcija rezalne hitrosti ima zelo raven minimum.

Krivulja hitrosti proizvodnje kot funkcije rezalne hitrosti ima maksimum na zgornji meji rezalne hitrosti.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 163

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 164

Sklep Praktični modeli Procesi slabšanja in obrabe orodja so vsekakor kompleksni. Tudi po vseh obsežnih raziskavah v zadnjih sto letih še vedno obstajajo vrzeli v znanju, ki jih bo treba premostiti za razumevanje vseh interakcij med rezalnim orodjem, obdelovanim materialom in drugimi parametri procesa. Želja avtorja te knjige je bila predstaviti praktično uporabno znanje in modele na podlagi fizikalnih modelov in teorij. Modeli so usklajeni in, kolikor je to mogoče, uporabljajo enotne parametre za pojasnitev različnih fizikalnih dogajanj med procesom slabšanja orodja.

Obraba orodja, praktični modeli Rezalne sile oz. mehanske obremenitve povzročajo napetosti v rezalnem orodju, skupaj z rezalno hitrostjo pa se zato porablja energija za deformiranje obdelovanega materiala ter na kontaktnih površinah med orodjem in obdelovancem. Poraba energije v deformacijskih conah privede do povišanja temperatur in do toplotne obremenitve rezalnega orodja. Zaradi teh obremenitev lahko nastanejo toplotne napetosti, ki se prištejejo k mehanskim napetostim.

Lastnosti rezalnega materiala in rezalna geometrija morajo ustrezati obremenitvam rezalnega orodja, tako mehanskim kot toplotnim. Skupne obremenitve rezalnega orodja lahko obvladujemo s prilagajanjem delovnih pogojev, v prvi vrsti rezalnih parametrov. Obrabo in slabšanje rezalnega orodja nadzorujemo s porazdelitvijo obremenitev po orodju in z ugodnimi tribološkimi razmerami na stiku med orodjem in obdelovancem. Mehanske in toplotne obremenitve v povezavi s časom obdelave privedejo do triboloških obremenitev. Temu se v mnogih primerih pridružijo še kemične obremenitve v obliki kemičnih reakcij in difuzije, ki pri povišanih temperaturah potekajo še hitreje. Obstojnost orodja proti obrabi je odvisna od sil, ki delujejo na ploskve orodja, od temperatur med procesom in od časa rezanja. Obstojnost orodja, stopnja odvzema materiala in iz tega izhajajoča skupna količina materiala, ki ga lahko odstranimo z enim rezalnim robom, izhajajo iz ravnovesja med lastnostmi orodja in celotnimi obremenitvami orodja med obdelovalnim procesom. Obstojnost orodja in dosegljiva stopnja odvzema materiala določata čas cikla in strošek orodja pri obdelavi izdelkov.

Zveza med tehnologijo in ekonomiko Vsako spremembo proizvodne tehnologije lahko analiziramo tudi po ekonomski plati, če uporabljamo enovit in dosleden model procesa odrezavanja. Zveza med tehnologijo in ekonomiko pridobiva svoj pomen, saj mora vsakega proizvajalca orodja zanimati, kakšen gospodarski učinek pri obdelavi prinaša sprememba izbranih lastnosti rezalnega orodja, npr. povečanje lomne žilavosti in protiobrabne obstojnosti orodnega materiala, izboljšanje geometrije orodja ali izboljšanje tehnologije prevleke.

Pomen znanja in izobraževanja Obvladovanje slabšanja in obrabe orodja je ključno za zanesljivo, produktivno in stroškovno učinkovito proizvodnjo. Za to je potrebno strokovno znanje na treh področjih. Znanje o procesih odrezavanja je nujno za razumevanje delovanja rezalnega roba in njegovih interakcij z obdelovancem. Diagnostične veščine omogočajo postavitev pravilne diagnoze v dani situaciji ter določanje osnovnih vzrokov za slabšanje orodja ali obrabo, še posebej kadar so ti pojavi nesprejemljivi. Končno pa mora strokovnjak poznati tudi prave prijeme za odvrnitev neželenega slabšanja orodja ter za nadzor in napovedovanje obstojnosti rezalnega roba in orodja.

_____________________________________________________________________________________ Slabšanje orodja, praktični modeli – stran 165