1.9. A forgácsoló szerszámok éltartama A forgácsoló szerszámok eredeti szabályos mértani alakjukat bizonyos ideig tartó forgácsolás után elvesztik. Ilyenkor a szerszámokat újra kell élezni, váltólapka esetében pedig lapkát kell cserélni. Két egymást követő élezés vagy élváltás közötti forgácsolással eltöltött időt éltartamnak nevezzük. Az éltartam jele T, mértékegysége min. Ritkán használnak más egységet is, mint pl. a forgácsolt hossz, forgácsolt darabszám stb.

A forgácsképződés hatására a szerszám dolgozó része felmelegszik, mechanikai igénybevételt szenved. A melegedés miatt a szerszám keménysége és szilárdsága csökken, a fellépő súrlódás miatt pedig kopik. A kopás a szerszám egyes részein különböző kopásformákat okoz.

A jellemző főbb kopásformák: hátkopás, homlokkopás, kráteres kopás, élkopás és csúcskopás (1.20. ábra). Ezen kívül keményfém és kerámia szerszámanyagokon csorbulás miatti elhasználódás is bekövetkezhet.

1.20. ábra

A leggyakrabban előforduló kopásforma a hátkopás és a vele egy időben keletkező kráteres kopás (1.21. ábra). A kopás nagyságát az él-normálsíkban értelmezzük.

1.21. ábra

A kopásformák közül az élkopás nehezen mérhető, a homlokkopás pedig nem egyértelmű, ezért a legáltalánosabban elfogadott éltartam kritérium - könnyű mérhetősége miatt - a hátkopás. Természetesen nem közömbös a krátermélység sem, mert ha ez túlságosan megnövekszik, fennáll a főél letörésének a veszélye. Ezért a gyakorlatban kialakult a megengedett irányérték: KT = 0,06 + 0,3 · s (ahol s az előtolás nagysága).

A kopás időbeli változását a kopásgörbe általános alakjával jellemezzük (1.22. ábra).

1.22. ábra

A kezdeti gyors kopás (a) oka az, hogy a szerszám fogásban levő részéről az előzetes megmunkálásból visszamaradt roncsolódott részek gyorsan lekopnak, a szerszám mintegy "bekopik".

A bekopást követi az egyenletes kopás szakasza (b), amikor egyenlő idő alatt közel egyenlő anyagmennyiség kopik le a szerszámról. Ebben a szakaszban a szerszám súrlódási és hőmérsékleti viszonyai csak kismértékben változnak. A kopás növekedésével azonban a szerszám forgácsolóképessége csökken, súrlódó felülete növekszik, és egyenlőtlenné válik.

A forgácsolás körülményeitől függően egy bizonyos kopásérték elérésekor a súrlódás hirtelen megnő (c szakasz), növekszik a szerszámél hőmérséklete, és csökken az él környezetében a szerszám szilárdsága. A kisebb szilárdságú részecskéket a tárgy és a forgács anyaga lesodorja, a szerszámkopás intenzitása megnövekszik, a szerszámél leég vagy lemorzsolódik. Az ilyen jellegű kopást túlkopásnak nevezzük.

A túlkopás szakaszán nem célszerű forgácsolni, mert kis forgácsolási időhöz is nagy kopás tartozik. A szerszámot tehát a túlkopási szakasz kezdete előtt, az egyenletes kopási szakasz vége felé kell újraélezni. Az újraélezés időpontjáig keletkező kopás nagyságát megengedett kopásnak nevezzük (D meg).

A szerszám kopásának számos jele és következménye van:

- a megmunkált felületen fényes csík jelenik meg,
- az előtolás és fogásvétel irányú erők hirtelen megnövekednek,
- növekszik a forgácsolási hőmérséklet,
- növekszik a forgácsolás teljesítményszükséglete,
- megváltozik a forgács alakja és színe,
- megváltozik a forgácsolt méret,
- romlik a felületi minőség,
- a keményfém szerszám éle kipattogzik,
- jellegzetes sivító hang hallatszik, fokozódnak a rezgések.

Az éltartam nagyságára befolyást gyakorol minden olyan tényező, amely a forgácsolási folyamattal kapcsolatos. Gyakorlati tapasztalatok szerint azonban a forgácsolási adatok közül leginkább a forgácsolósebesség befolyásolja a szerszám éltartamát.

1.9.1. Az éltartam és a forgácsolási sebesség összefüggése

Az éltartam és a forgácsolási sebesség közötti összefüggést kísérleti mérésekkel lehet meghatározni. Meghatározott körülmények között (azonos fogásmélység és előtolás mellett) megmérik az egyes sebességi fokozatokhoz tartozó szerszám éltartamokat. Az összetartozó értékeket T - v diagramban ábrázolva, a mérési pontok összekötésével hiperbolát kapunk, amely logaritmikus tengelybeosztású diagramban egyenest ad (1. 23. ábra).

1.23. ábra

Ezt a törvényszerűséget F.W.Taylor ismerte fel 1907-ben, aki a róla elnevezett Taylor-egyenes egyenletét a következőképpen írta fel:

Az üzemi gyakorlatban általában előre meghatározzák, hogy mekkora éltartamot kívánnak elérni, és ehhez állítják be a forgácsolási sebességet. Az előző összefüggés alapján a beállítandó sebesség:

ahol C' = C"m a tárgy anyagától, a szerszámtól és a forgácsolás körülményeitől függ. Az összefüggés alapján C' = v, ha T = 1 min.

Az m éltartamkitevő nagyságát az 1. 23. ábra diagramjából lehet meghatározni:

A következő táblázatban példaként néhány éltartamkitevő értékét tekinthetjük meg:

Megmunkálandó anyag | Szerszámanyag
Gyorsacél | Keményfém
Acél hűtéssel | 0,125 | 0,2
Acél hűtés nélkül | 0,100 | 0,2
Öntöttvas | 0,100 | 0,2

1.9.2. A közepes forgácsvastagság hatása az éltartamra

Az éltartam és a forgácsvastagság közötti összefüggést is kísérletekkel lehet meghatározni. Ebben az esetben a forgácsolási sebességet és a forgácsszélességet kell állandó értéken tartani, s változó forgácsvastagság mellett kell a szerszám éltartamokat mérni. Az összetartozó T - h értékek az 1. 24. ábra szerinti diagramot adják.

1.24. ábra

Állandó éltartam mellett a forgácsvastagság és a forgácsolási sebesség összefüggése az 1.25. ábra szerint változik.

1.25. ábra

Az ábráról leolvasható, hogy a forgácsvastagság változtatásakor a forgácsolási sebesség az éltartamhoz hasonlóan változik. A v - h összefüggés hiperbolikus jellegű, T = 1 min esetén

alakban írható fel.

Az y v tényező értéke acél munkadarab gyorsacél szerszámmal történő esztergálásakor h < 0,2 mm esetén 0,33, míg h > 0,2 mm esetén 0,66.

Ha az előző összefüggésben az éltartam hatását is figyelembe akarjuk venni, akkor a

egyenlettel összevetve

adódik.

1.9.3. A forgácsszélesség hatása az éltartamra A kísérletek során a v és h értékeket kell állandónak venni, miközben a b forgácsszélességet változtatjuk, és mérjük az egyes szélességekhez tartozó éltartamokat. Az összetartozó T - b értékpárokkal megszerkesztett görbe egy hiperbola, amely logaritmikus tengelybeosztás esetén egyenes (1. 26. ábra).

1.26. ábra

A gyakorlati számítóképletekben a forgácsolási sebesség és a forgácsszélesség közötti összefüggést fejezik ki:

Így a forgácsolási sebességre vonatkozó összesített képlet:

Ez az összefüggés a forgácsolási számítások egyik legfontosabb összefüggése. Az összefüggésben C', x v, y v és m elsősorban a tárgy és a szerszám anyagától, valamint a forgácsolási módtól függő állandók. Értékeiket táblázatokban összefoglalva közlik a vonatkozó kézikönyvek.

A táblázatokban általában a T 0 gazdaságos éltartam nagyságát közlik (például, ha gyorsacél esztergálással csúcsesztergapadon nagyolnak, akkor T 0 = 60 min).

Ha a T 0 = konstans értéket behelyettesítjük összefüggésünkbe, és a

bevezetését elfogadjuk, és ha pl. T 0 = 60 min, akkor az összefüggés

alakban írható, ahol v 60 az a forgácsolási sebesség, amellyel adott forgácsszélesség és forgácsvastagság mellett 60 min éltartam adódik.

A következő táblázat - példaként - néhány C'v60 értéket tartalmaz R2 jelű gyorsacél szerszámmal, hűtés nélkül végzett esztergáláskor:

Anyag | A50 | A60 | A70
C'v60 | 35,5 | 27,1 | 21,0

1.9.4. A tárgy anyagának hatása az éltartamra A C'v0 nagyságának a meghatározásakor egy adott minőségű anyagot használtak. Ha a megmunkált munkadarab anyaga ettől eltér, akkor a C'v0-lal meghatározott v 0 vágási sebesség nagyságát módosítani kell. Erre egy K mv helyesbítő tényező szolgál, amelynek értékeire táblázatokban találhatók adatok.

Az éltartam nagyságára egy anyagfajtán belül az anyag szakítószilárdsága, illetve keménysége van a legnagyobb hatással:

| , ill. |

A kísérletek során C'v0 nagyságát melegen hengerelt és forgácsolással revétlenített acélanyagra, illetve kéregtelenített öntött vasra határozzák meg. Ha a gyakorlatban nem ilyen állapotú anyagot kell forgácsolni, akkor a K nv és K cv helyesbítő tényezővel kell számolni. Revés, illetve kérges anyagra: K mv = 0, 8...0,9. Ha a forgácsolt acélanyag nem melegen hengerelt, hanem hidegen húzott, akkor K cv = 1,1.

Ha a táblázati adatokkal számított forgácsolási sebesség v 0, akkor a tényleges sebesség:

1.9.5. A szerszám anyagának hatása az éltartamra A C'v0 táblázatokban található alapértékeit R2 jelű gyorsacél szerszámmal, illetve A jelű keményfém szerszámmal végzett kísérletekkel határozták meg. Ha a forgácsolást ettől eltérő minőségű szerszámmal végzik, akkor a táblázati alapértékeket K uv helyesbítő tényezővel meg kell szorozni. Ha az alkalmazott szerszám anyaga jobb; mint a kísérleti szerszám anyaga, akkor K uv > 1, ha rosszabb, akkor K uv < 1. Például R1 minőségű gyorsacél szerszám esetén K uv = 1,2, R3-nál K uv = 0,85, B jelű keményfém szerszámra K uv = 0,65, C jelűre pedig K uv = 0,45.

Pontosabb számításokhoz a szerszám anyagán kívül még figyelembe kell venni:

- az elhelyezési szög hatását (K kv),
- a csúcssugár hatását (K rv),
- a homloklap-kialakítás hatását (K kv),
- a szerszám szárkeresztmetszetének a hatását (K F).

A felsorolt helyesbítő tényezők együttes szorzatát szerszámhelyesbítő tényezőnek nevezik:

Az eddig felsoroltakon kívül a szerszám hűtését is figyelembe lehet venni. Ha a forgácsolást hűtéssel végzik: K h = 1,18. A hátkopás nagyságát figyelembevevő tényező: K Dv.

Összefoglalva és egy összefüggésben felírva, a gazdaságos forgácsolási sebesség meghatározására alkalmas számítóképlet (a kibővített Taylor-egyenlet):

      A jegyzet elejére     Az oldal elejére     A következő oldalra