Kopásmechanizmusok
A szerszám kopásmechanizmusait olyan jelenségek hozzák létre, amelyek eleinte csupán néhány atomnyi vagy néhány mikrométernyi méretben fordulnak elő. A forgácsolási idő függvényében azonban ezek olyan intenzitást érhetnek el és olyan méreteket ölthetnek, hogy mikroszkóppal és/vagy szabad szemmel is láthatóvá válnak.
A forgácsolószerszámoknál öt alapmechanizmust különböztetünk meg. Ezek a következők:
abrazív kopás okoznak a munkadarab anyagába beágyazott kemény részecskék (inhomogén dúsulások, szilikát és egyéb zárványok), valamint a szerszámból kitöredező nagyon kemény részecskék (a keményfém karbidjai, a polikristályos szerszámanyagok szuperkemény - gyémánt vagy köbös bórnitrid - részecskéi). A mechanizmus lényegét az 1. ábra mutatja.
1. ábra. Az abrazív kopásmechanizmus
Az abrazív kopásmechanizmus intenzitása főként a munkadarab/szerszámanyag párosítás keménység-arányától függ, viszonylag független a hőmérséklettől. Elsősorban a szerszámba bemélyedő karcok formájában ismerhető fel (2. ábra).
2. ábra. Szuperkemény polikristályos szerszámanyag hátfelületén felismerhető karcok edzett acél esztergálásakor
az adhéziós kopásmechanizmus az egymáson elcsúszó munkadarab és szerszám fémes érintkezésével kezdődik. Az érintkezés nagy nyomáson és viszonylag kis hőmérsékleten történik, és az érintkező felületpárok kiálló csúcsai pillanatnyilag összehegednek. A forgácsoló főmozgás következtében az összehegedt kapcsolatok eltépődnek, és a szerszám ennek következtében fogyik. Ha kis-közepes forgácsolósebesség mellett történik a hegedés, akkor ez az élrátétképződés kezdő mechanizmusává válik (3. ábra).
3. ábra. Adhéziós kopásmechanizmus folyamata alumíniumötvözet esztergálásakor
a diffúziós kopásmechanizmus kizárólag magas (>700°C) hőmérsékleten fordul elő a keményfémeknél, nagyon erősen növekvő intenzitással. A munkadarabból vasatomok a szerszámba, míg a keményfémből a mátrix szerepét betöltő kobalt (Co) és a karbidok keménységét adó szén (C) ezzel ellenkező irányba, azaz a munkadarabba diffundálnak (4. ábra).
4. ábra. A diffúzió irányai acél-keményfém párosításkor
az oxidációs kopásmechanizmus keményfémek esetén egy bizonyos hőfoktartományban (700 - 900°C között) meghatározó (5. ábra). Gyengíti a kobaltmátrix kötőerejét, sőt a karbidok szétesését okozza. Nagyobb hőmérsékleten némileg védőhatást fejt ki, mert oxidációs réteget képez.
5. ábra. Keményfém szerszámanyag oxidációja
hőfáradási mechanizmus ciklikus hőterheléseknél fordul elő. Elsősorban a keményfémlapkás homlokmarónál gyakori, mert a fogásban lévő lapka felhevül, majd kilépve a fogásból kissé lehűl. A hűlési fázis mindaddig tart, amíg az él újra forgácsolásba nem lép. Esztergáláskor is előfordul, hálós repedéseket idéző képe a 6. ábrán figyelhető meg.
6. ábra. Keményfémlapka hőfáradása esztergáláskor
A kopásmechanizmusok két fajtáját különböztetjük meg (Vieregge után, 7. ábra):
a hőmérséklettől kevésbé függő (adhézió, abrázió)
a hőmérséklettől erőteljesen függő (diffúzió, oxidáció)
7. ábra. A szerszámkopás mikromechanizmusai
Az újabb kutatások további jelenségeket említenek, amelyek elsősorban a nagy hőterheléseknek kitett bevonatos szerszámoknál lépnek fel. Az újszerű szerszámanyagok és bevonataik a fenti kopásoktól eltérő mechanizmusokkal is kopnak. Ezek egyike a következő:
hő-kémiai (thermo-chemical) kopásmechanizmus. Intenzív forgácsolósebességen a PVD-bevonatú marószerszámoknál, továbbá a CVD-bevonatú lapkáknál fordulhat elő. Porkohászati gyorsacélok PVD-bevonatú felületein igen gyakori jelenség (lásd Comprehensive wear model ... ). Speciális esetben a minimálkenés olaja is hagy ilyen nyomokat a lapka homlokfelületén (8. ábra).
8. ábra. Hő-kémiai kopásmechanizmus CVD-vel bevont keményfémlapkánál