Strojevi i postupci obrade alatima definirane geometrije oštrice: Tokarenje, glodanje, bušenje, provlačenje, piljenje. Strojevi i postupci obrade alatima nedefinirane geometrije oštrice: Brušenje, lepanje, honanje.

VBO: Obrada povećanom brzinom rezanja vc i povećanom brzinom posmaka vf.

Brzina rezanja koja odgovara visokobrzinskoj obradi zavisi o: postupku obrade, materijalu alata, materijalu obratka.

Kriteriji prema kojima se definiraju prijelazi između konvencionalnih i visokobrzinskih obrada: apsolutna vrijednost brzine rezanja, broj okretaja glavnog vretena, DN broj, dinamičko ponašanje, materijal obratka.

Apsolutnu vrijednost brzine rezanja: niska (do 600 m/min), visoka (600-1800 m/min), vrlo visoka (1800-18 000 m/min), ultra visoka (preko 18 000 m/min)

S obzirom na frekvenciju vrtnje (broj okretaja) glavnog vretena svaka frekvencija veća od 8000 min-1 se smatra kao visoka. To je pogrešno, jer se time ne uzimaju u obzir dimenzije vretena alatnog stroja. Kao što je poznato, znatno je lakše postići velike frekvencije vrtnje s vretenima manjih promjera.

DN broj predstavlja umnožak promjera vretena u mm i frekvencije vrtnje u min-1.

HSD (visoko brzinsko bušenje): Nemože se definirati na osnovu jednog kriterija.

Pored materijala obratka, materijal i geometrija alata, omjer L/D, svojstva stroja definiraju parametre obrade pri visokobrzinskom bušenju. HSD > konvencionalne vrijednosti * 2.

Svaki alatni materijal ima odgovarajuću maksimalnu brzinu rezanja preko koje gubi sposobnost rezanja. Ovo vrijedi za tzv. konvencionalne brzine rezanja, za koje vrijedi Taylorova zakonitost postojanost alata – brzina rezanja: vc ∙T m=C v , gdje je: vc – brzina rezanja, Cv – Taylorova konstanta, predstavlja brzinu rezanja kojoj odgovara postojanost alata od T = 1 min (ovisi o materijalu alata, materijalu obratka, posmaku i dubini rezanja), m – Taylorov eksponent ili eksponent postojanosti (ovisi o materijalu alata, materijalu obratka, geometriji alata), T – postojanost alata.

Kritična brzina rezanja: iznad neke određene brzine rezanja temperatura rezanja počinje opadati.

Mehanizam nastajanja strugotine kod VBO: Pri prekoračenju kritične brzine rezanja vck, umjesto prevladavajućeg plastičnog tečenja nastaje lokalno smicanje i krti lom materijala obratka. Ovo ima za posljedicu manju količinu rada utrošenog na plastičnu deformaciju, čime se smanjuje količina nastale topline. Druga, vrlo važna činjenica vezana za visokobrzinsku obradu je da ovako mala količina topline koja je nastala u zoni rezanja najvećim dijelom odlazi sa strugotinom uslijed vremenski vrlo kratkog dodira strugotine i prednje površine alata. Pri VBO mogu nastati dva oblika strugotine: kontinuirana (neprekinuta) strugotina i nasječena (naslagana) strugotina.

Utjecajni faktori na dozvoljenu brzinu rezanja kod VBO: Materijal obratka, vrsta operacije, alatni stroj, alat, zahtjevi obratka.

Osnovne značajke VBO: Tehnološke mogućnosti (obrada zakaljenih čelika, teškoobradivih materijala, tankostijenih obradaka, materijala osjetljivih na toplinu), Povećanje kvalitete (bolja kvaliteta obrađene površine, obrada bez vibracija, manje sile rezanja), Manje vrijeme obrade ( veće brzine rezanja, posmične brzine i volumen

odvojenih čestica, kraća pomoćna vremena), Manji troškovi obrade (suha obrada, veća iskoristivost alata i vremensko iskorištenje stroja).

Prednosti VBO: Smanjenje vremena obrade koje rezultira povećanjem proizvodnosti, poboljšava se hrapavost obrađene površine jer je moguće smanjiti posmak, obrada se izvodi praktički bez vibracija, postizanju visoke točnosti, manje su sile rezanja, obrada tankostijenih obradaka, kod fine VBO toplina rezanja odlazi sa strugotinom, moguća je obrada bez SHIP-a, moguće je obrađivati tvrde materijale.

Nedostatci VBO: Povećani troškovi održavanja, prekid rada ima značajan utjecaj na pad proizvodnosti i povećanje troškova proizvodnje, povećanje ukupne potrošnje energije, Operater nema mogućnosti vizualnog praćenja procesa.

HLAĐENJESredstva za hlađenje i podmazivanje (SHIP) su uvedena u proizvodnu industriju zbog: produljenje vijaka trajanja alata, poboljšanja površinske kvalitete i dimenzijske točnosti obrađenog dijela, profit ,omogućavanja razvoja i napretka obrade određenih metala.

Sekundarne funkcije: odvođenje odvojene čestice, čišćenje alata i obratka, produljenje vijeka trajanja alata, povećanje produktivnosti, zaštita alata od korozije, kvalitetnija završna obrada, održavanje ujednačenih temperatura unutar obratka i alata,stvaranje uvjeta za sigurno izvršavanje automatiziranih operacija prilikom obrade metala.

Najčešće se koriste: Ulja (mineralna, biljna, životinjska, mješavine, te sintetička ulja), pri manjim brzinama. Emulzije se sastoje od ulja, vode, emulgatora te aditiva, pri obradi visokim brzinama. Polusintetici su kemijske emulzije koje sadrže malu količinu mineralnih ulja razrijeđenu u vodi zajedno sa određenim aditivima Sintetici su kemikalije sa aditivima, pomiješane u vodi bez prisustva bilo koje vrste ulja.

Aditivi (surfaktanti i emulgatori, stabilizirajući agensi, aditivi za ekstremne pritiske, agensi protiv pjenušanja, inhibitori korozije, sredstva protiv trošenja alata, mikrobiocidi) koji sadržavaju kloroparafine je zakonski zabranjeno koristiti, a one koji sadržavaju klorine je preporučeno ne koristiti. Biocidi se koriste da bi se spriječio rast bakterija i gljivica unutar SHIP-a.

Kod procesa s nedefiniranom reznom oštricom, primjerice kod brušenja se generira velika količina topline, što zahtjeva efikasno hlađenje.

Kod obrade s definiranom reznom oštricom primarna zadaća je hlađenje kontaktne zone, ali i smanjenje adhezije i abrazije pri malim brzinama rezanja omogućavajući adekvatno podmazivanje.

Metode nanošenja SHIP-a: Prskanje, Maglica, Provođenje kroz alat, Visokotlačni sistemi.Prskanje: predstavlja najčešće korištenu metodu, protok između 10 l/min za alate sa jednom reznom oštricom (tokarenje) pa do 225 l/min za alate sa više reznih oštrica (glodanje), tlak od 700 do 14 000 kPa služi za efikasno odvođenje odvojenih čestica iz zone rezanja.Maglica: Omogućava dovođenje SHIP-a do nepristupačnih područja na kojima se odvija obrada i bolju vidljivost obratka za vrijeme rezanja. Učinkovitost metode najveća je pri korištenju SHIP-a na bazi vode (emulzije, sintetici, polusintetici) uz tlak zraka u razmjeru od 70 do 600 kPa. Nedostatak: Manja efikasnost hlađenja u odnosu na metodu prskanjem. Potreba za adekvatnom ventilacijom unutar obradnog stroja zbog prevencije pretjerane izloženosti operatera pri udisanju čestica SHIP-a prisutnih u zraku.Visokotlačni sistemi: Koriste se pri visokobrzinskoj obradi zbog visoke efikasnosti pri odvođenju topline iz zone rezanja. Dovođenje SHIP-a odvija se uz pomoć posebnih sapnica pod tlakom od 5.5 do 35 MPa. Omogućavaju dodatno lomljenje odvojene čestice. Važno je pravilno i kontinuirano filtriranje SHIP-a kako bi se spriječilo prisustvo sitnih čestica metala unutar sredstva (veličina čestica ne smije prijeći 20 μm) koje bi moglo pri visokim tlakovima oštetiti samu površinu obratka.Provođenje kroz alat: Omogućava dovod SHIP-a direktno u zonu rezanja što povećava efikasnost glavnih funkcija SHIP-a, pogotovo pri postupcima bušenja. Nedostatak: veliki troškovi ulaganja pri nabavci sistema, visoki troškovi nabave posebnih izvedba alata sa mogučnošću provođenja SHIP-a kroz prihvatni i rezni dio.

Upotreba SHIP-a zahtjevi: pravilan izbor pojedine vrste SHIP-a, upotreba odgovarajućih koncentracija i količina, pravilno nanošenje, redovita kontrola kvalitete. Pri upotrebi SHIP-a potrebno voditi računa: kontrola (min. gubitaka), minimiziranje utjecaja, efikasno prikupljanje i tretiranje.

Tehnike koje se koriste za zaštitno tretiranje prije odlaganja su ultrafiltracija, floatacija, evaporacija, kemijsko razdvajanje emulzije i precipitacija, centrifugalno razdvajanje i toplinska obrada.

Suha strojna obrada: Eliminacija SHIP-a obuhvaća odsutnost funkcija kao što su podmazivanje, hlađenje i eliminacija odvojene čestice.Materijali za izradu alata: Karbidi, Cermeti, Keramike, Borov Nitridi, Dijamant.

Alternativne vrste hlađenja: Hlađenje komprimiranim hladnim zrakom, Hlađenje minimalnim količinama SHIP-a, Kriogena tehnologija hlađenja.

Hlađenje komprimiranim hladnim zrakom: Prihvatljivo nadomještanje funkcije hlađenja, Korištenje vrtložne cijevi, Visoka primjenjivost. Princip rada vrtložne cijevi paralelnog protoka: ulaz komprimiranog zraka u vrtložnu komoru (A), razdvajanje pri rotaciji unutar vrtložne cijevi na hladnu (B) i toplu (C) struju zraka, izlaz tople struje zraka preko odgovarajućih odušaka (D), protok hladne struje zraka kroz prigušnicu (E), izlaz hladne struje zraka kroz fleksibilnu cijev (F), magnetni držak (G).

Hlađenje minimalnim količinama SHIP-a: Disperzija malih količina SHIP-a u smjesi sa zrakom direktno u zonu razanja. Prednosti: Korištenje protoka SHIP-a 3-4 puta manje u

odnosu na konvencionalnu mokru obradu, 30% smanjenje servisnih troškova u odnosu na konvencionalnu, Mala količina SHIP-a koja preostaje na stroju, obratku i čestici.

Kriogeni procesi strojne obrade: Strojna obrada uz hlađenje tekućim dušikom. Tekući dušik (ohlađen i do -196°C) apsorbira toplinu, brzo isparava i formira zaštitni sloj djelujući time i kao sredstvo za podmazivanje. Isparavanje bez rezidualnih tekućina za odlaganje. Na odvojenim česticama nema rezidualnih ulja te se mogu reciklirati kao obični metali.

MATERIJALI ZA ALATE

Uzročno-posljedični lanac trošenja alata

Mehanizmi trošenja Trošenje alata nije proces koji uključuje samo jedan mehanizam - više se različitih mehanizama može paralelno odvijati zavisno o postojećim fizikalnim uvjetima: mehaničko trošenje (abrazija i adhezija) – prisutno je uvijek, a dominira kod nižih temperatura obrade i termomehaničko trošenje (zamor); termokemijsko trošenje (difuzija) i elektrokemijsko trošenje (oksidacija) – karakteristično za povišene temperature obrade;

Oblici trošenja 1.Pojas trošenja na stražnjoj površini 2.Krater na prednjoj površini 3.Žlijeb na prednjoj površini 4.Žlijeb na stražnjoj površini 5.Žlijeb(ovi) na pomoćnoj stražnjoj površini 6.Plastična deformacija 7.Naljepak 8.Toplinska napuknuća 9.Krzanje oštrice 10.Odlamanje oštrice

Najvažniji zahtjevi koji se postavljaju na rezni materijal su: 1. otpornost na trošenje 2. žilavost, 3. temperaturna postojanost .

Maksimalna temperatura u zoni rezanja: 800 HSS, 900 Dijamant, 1300 Tvrdi metal, 1400 CBN, 1550 Keramika.

Otpornost prema trošenju je direktno proporcionalna tvrdoći materijala reznog alata. Zahtjevi za velikom žilavošću i tvrdoćom su proturječni.

Materijali poredani od najniže tvrdoće: HSS, Steliti, Tvrdi metal, Keramika, CBN, PCD.

Otpornost na povišenim temperaturama se ogleda u održanju tvrdoće na povišenim temperaturama. Od najlošije prema najboljoj: Ugljicni alatni celik, HSS, Tvrdi metal, Keramika.

Vrste materijala: 1.ALATNI Č. - Imaju najmanju temperaturnu postojanost (na temperaturi od 350 oC, tvrdoća im sa 55 do 60 HRC opada na 35 HRC.

2.BRZOREZNI Č.Pojavili su se na prijelazu iz 19. tog u 20. stoljeće, (brzine od 30 do 60 m/min).Visokolegirani čelici, legirani sa kromom, molibdenom, volframom, vanadijem, ponekad i sa kobaltom, te sa oko 0,7 do 1,4 % ugljika. PREDNOST: velika žilavost, lako se obrađuje. NEDOSTATAK: mala otpornost na trosenje i mala temperaturna postojanost.

2.a) Sinterirani brzorezni Dobivaju se prešanjem praškastog materijala u dvije faze: 1.Tlak od 40 000 MPa i temperatura od 1150 do 1200 oC, 2.Tlak od 14 000 MPa

Značajke: ujednačenom raspodjelom karbida eliminira se krupnozrnata i nejednolika strukura , Poboljšava se otpornost alata za 30 do 50 % i postojanost 1,5 do 3,5 puta 2.b) Prevučeni brzorezni Najčešće se koristi prevlaka od TiN (tvrdoća oko 2500 HV, debljina od 2 do 5 mm, žuta boja) Značajno veća otpornost na trošenje u odnosu na klasični brzorezni čelik Područje primjene: pužna glodala za izradu zupčanika, svrdla, razvrtala, vretenasta glodala i igle za provlačenje.

3.TVRDI METAL.Proizvod je praškaste metalurgije, dakle sinterirani materijal sastavljen od WC, TiC, TaC, NbC, Mo2C i vezivne metalne baze (najčešće Co). Spada u skupinu vrlo tvrdih materijala, otpornih na trošenje i postojanih na povišenim temperaturama. PROIZVODNJA PRAHA TVRDOG METALA: Sirovi materijal ide na mljevanje,sušenje i prosijavanje, dobijemo prah spreman za prešanje, presamo u kalupima djelovanjem sile od 20 do 50 tona, slijedi vizualna kontrola, dalje se pločice sinteriraju, 8 sati na 1400 stupnjeva,u procesu se topi kobalt koji je vezivo, dalje se pločice bruse, profilno,zarubljivanje i stražnja površina.i ER tretman za zavrsnu mikrogeometriju.

4.PREVUČENI TVRDI METAL. Efekti primjene prevučenih alata: veći posmak i brzina rezanja, veća postojanost oštrice alata, dulje zadržavanje tolerancije, bolja kvaliteta obrađene površine.

CVD- postupak kemijskog nanošenja iz parne faze (engl. Chemical Vapor Deposition).Nastaje kao rezultat kemijske reakcije između plinovite okoline (plinske smjese) i zagrijane površine alata (tvrdi metal – substrat). Oblikuje se tanki sloj materijala debljine od 5 do 8 μm. Na temperaturi od približno 1000 °C , Primjenjuje sa samo za tvrdi metal, a ne i za HSS. PREDNOSTI: Mogućnost dobivanja i debelog sloja ,Vrlo dobro prijanjanje na substrat karbida ,Vrlo dobru otpornost trošenju,Mogućnost prevlačenja s oksidom .

PVD- Postupak ionskog nanošenja sloja na substrat u vakuumu. Materijal koji se nanosi je u čvrstom stanju. Postupak prevlačenja iz parne faze pri čemu se materijal prevlake u vakumskoj komori dovodi u parnu fazu (isparavanjem, sublimacijom, bombardiranjem ionima) te se potom usmjerava na površinu obratka. Provodi se na temperaturama od 400 do 500 °C, pri čemu ne nastaje krti sloj. Imamo: vakuumsko reaktivno naparivanje, katodno raspršivanje, erozija električnim lukom

Osnovne značajke najčešćih prevlaka:

Višeslojne prevlake su obično ukupne debljine oko 10 μm bez obzira na broj slojeva.

1.Titanov nitrid (TiN) Svjetla, zlatna, keramička prevlaka. Nanosi se PVD postupkom. Prevlaka ima visoku tvrdoću, mali koeficijent trenja i srednju otpornost oksidaciji. Primjena: - kod reznih alata, - kod alata za deformacijske procese.

2.Kromov nitrid (CrN) Svjetla srebrno-siva keramička prevlaka. Nanosi se PVD postupkom. Prevlaka ima visoku tvrdoću, izvrsnu žilavost te jako dobru otpornost oksidaciji. CrN u nekim uvjetima nadmašuje prevlake na bazi titana. Otporan je na koroziju i adhezijsko trošenje, posebno kod obrade neželjeznih metala,temperatura nanošenja je 405°C.

3.Titanov karbonitrid (TiCN) TiCN je razvijen za zahtjevnije uvjete. Prevlaka je obično debela 3 mm i ima tvrdoću 3000 HV (TiN ima tvrdoću 2500 HV). U većini slučajeva se koristi za rezne alate u prekidnim obradama i kod obrade čelika visoke čvrstoće. Prevlaka TiCN se nanosi u vakuumu kod temperature od 450°C. Prevlaka je višeslojna strukture, a ima plavo-sivu boju.

4.Volframov disulfid (WS2) Volframov disulfid je prevlaka vrlo malog koeficijenta trenja koja se primjenjuje na sobnoj temperaturi. Može se koristiti za sve metale, pa čak i za neke plastike. Može se nanostiti na kaljene metale i na niz prevlaka

5.SUPER TVRDI REZNI MATERIJAL.5.a) Polikristalni dijamant (PCD) Najtvrđi poznati prirodni materijal je dijamant. Velika tvrdoća, otpornost na trošenje. Velika krtost i niska smična čvrstoća. Upotrebljava se pri obradi Al i Cu-legura, abrazivnih plastika, kompozitnih materijala s karbonskim vlaknima,

Moguće je iz ugljika proizvesti umjetni dijamant (PCD) sinteriranjem na 2500 °C i tlaku 10 GPa. Primjena: - za izradu bruseva gdje se na disk od jeftinog materijala nanosi tanki sloj PCD-a s vezivom, - za alate definirane geometrije u obliku pločice (obrada Al, Mg, Cu, Zn, Ti, Pt, Au, Ag i njihovih slitina, tvrde gume, vulkanizirani fiber, bakelit, duroplasti, termoplasti, azbest, tvrdi metal, keramika).

5.b) Kubični bor nitrid (CBN) Supertvrdi materijal na osnovi bor nitrida s dvije modifikacije: -heksagonalni bor nitrid na normalnoj temperaturi mekan i analogan heksagonalnom ugljiku – grafitu, -kubični bor nitrid struktura slična PCD-u, dobiva se sinteriranjem na povišenim temperaturama i tlakovima. Primjena: -kao abrazivni prah za izradu bruseva, -za alate definirane geometrije u obliku pločice.

Na temelju istraživanja (koja traju i dalje) dane su sljedeće preporuke kod primjene VBO:Odabrati simetričnu konstrukciju alata. Presjek strugotine držati konstantnim. Primijeniti višeslojne prevlake. Kod obrade otvrdnutih čelika koristiti alate s ravnom prednjom površinom. Za odvođenje strugotine preporuča se korištenje zraka pod visokim tlakom.