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