YU ISSN 03s1 - 1642

rrlII

VOLUME 20BROJ 3SEPTEMBAR 1998.

tribologiia u industrijitribology in industry 0 rpra6onorilf, B npoMbtlurreHHocrll

T contents T co[epx(aHrIesadrLq

UVODNIKINTRODUCTION

BBEAEH14E

rsrnaZtvaNreRESEARCH

l{ccrrE[oBAHr,{.rI

REDAKCIJA

KNJicEr easoplsrBOOKS AND JOURNALS

KHPI|I4I{ X(YPHAJIbI

Neucm sKUPovrSCIENNFIC MEETINGS

HAYI{HbIE COEPAHH.fl

M. BABIC: Tiibologija u industriji - radovi tokom 20 godina 0Tiibolory In Industfu-- Papers Odring grnty Years 0"Tpu6oromx B [poMbrrrrJrenuocrrr - pa6orsr ony6;ruxooanurreB Teqeune ABaBqarrrJrer . 97

K, D. BOUZAKIS, N. VIDAKIS: Moderne PVD prevlake - trenutnostanje uoblasti, inovacije i buduie tendenciie 0 Ailvanced PhysicallyVapbur Deposiied Coaiings - State of The Art, Innovations aidFuiure Tlends 0 Conperi-enuue fIB[ troKpbrrrrfl - Eacrosuleecocrosuue, HoBbre uprreMbr u 6ygynFe reuAeurluu , 97

g. IVKOVIC: Simulaciia triboloikih procesa u zoni rezania natribometru "Block On Disk" 0 Simufation of Tiibolosical-Processesin The Cuttine ZnneonTiibometer "Block On Disc"-0Cur"ryl npoaallle rpu6onoruqecKro( trpoqeccoB B 3oHe pe3 aHtrcua rpu6ouerpe "Block on Disk" 720

elanovi redakcija u proteklih 20 godina I25

131

132

I

M. BABIC

1. UVOD

Tiibologija kao moderan multidisci-piinarni prilaz reiavanju kontaktnihproblema prisutna je na prostorimaJugoslavije skoro ,:d samog pojavlji-vanja,

U to weme Laboratorija za obradumetaia rezanj em ll{a5inskog fakulte-ta u Kragujevcu sa istraZivadimaokupljenim oko Prof. dr Branka Ir,-kovida bila jeveoma Dogodna sredinaza prihvatanje tribologije kao novogprilaza. Naime, tribologija je prirod-no implantirana u <r.bimna i raznovr-sna istraZivanj a obradivosti materija-la. U narednim godinama dolazi doveoma intenzivnog rasta triboloikihistraiivanja bzz iranih na primeni me-tode povrSinske aktivacije u razli-ditim oblastima, kao Sto su triboloikiprocesi na elementima za vodenjei<retanja, elementima za prenos sna-ge i kretanja, triboloika svojstva srecl-stava za hlaclenje ipodmazivanje i dr.Paralelrro sa razvojem tribolo5kihistraZivanja 1973. god. nastaje publi-kacija pod nazivom "Saop3tenja !a-boratorije za obradu metala i tribo-logiju" u kojoj se publikuju rezultatitriboioikih istraiivanja. Na ovoj os-novi u izdanju Malinskog fakulteta uKragujevcu pod uredni5tvom Prof. drBranka Ivkoviia od 1978. godinepodinje pr:blikovanje pwog specijali-zovanog tribolo5kog dasopisa'fRI-BOLOGUA U INDUSTRIJI. U re-itakciji su bili zastupljeni naudniradnici izzemlje i inostranstva.

Tribologiia u industriji- radovi tokom20 godina -

Podetak publikovanja ovog dasopisaje starijeg datuma dak i u odnosu nareferentne svetske triboloSke dasopi-se, kao 5to su Tienije i iznos (1980.) iWear (i982.).

Posle vei blizu dvadeset godina re-dovnog itampanja bez prekida sadetiri broja godi5nje daspis ima priz-nati medunarodni karakter i paralel-no se izdaje u dve verzije, na srpskomjeziku i na engleskom jeziku pod na-zivom TRIBOLOGY IN INDUSTRY.

U Tiibologijiu industriji oirjavljeni sunaurino-strudni radovi preko 300 au-tor a iz naudno-istraZivadkih instituci-ja i industrijskih sistema iz zemlje ahi iz inostranstva. Njima su obuh-va6ene osnovne, ali i neke granidneoblasti tribologije kao novog multi-disciplinarnog pristupa u nauci i teh-nologiji. Najveii broj radova ob-javl jen je u oblast ima tr ibologi jeobradnih procesa, triibologije ma5in-skih elemenata i sistema, tribometrijei modifikovanja kontaktnih pow5ina.

easopisje uspeo da uspe5no preneseatuelno stanje istraiivanja ne samokod nas, vei i u svetu i ima nesumljivdopriinos u razvoju istraiivadkog ka-

ffi Biv5a SFRI i SRI ffi Druge zemlje

Slika L

dra na ovim prostorima i prenosu po-stojeiih tribolo5kih znanja u praksu.

2. AUTORI

Tokom davadeset godina kontinual-nog publikovanja 79 brojeva dasopisaTribologija u industriji objavljeni sunaudno-strudni radovi zavidnog broj aautora iz razliditih naudno-istraZiva-dkih institucija i industrijskih sistemau zemlje ali i iz inostranstva.

Ukupan broj autora u samostalnim ikoautorskim radovima iznosi 337.Medu njima najveii broj, njih 210, jeiz Jugoslavije, tadnije sa prostorabiv5e SFRJ i SRJ (s1.1.). Naime, daso-pis Tiibologija u industriji osnovan1978. godine bio je i ostao do dana-Snjih dana jedini specijalizovani tri-boloiki dasopis na ovim prostorima.Kao takav prirodno je prihvatan kaozvanidni dasopis tribol oSkih asocijaci-ja na nivou zemlje - pruo Jugosloven-skog komiteta za tribologiju (u SFRJ),a zatim i Jugoslovenskog dru5tva zatribologiju (u SRJ). Na taj nadin daso-pis je bio istovremeno i centar tribo-loSkog okupljanja kome su gravitiralikako istraZivadi iz bivlih jugosloven-

Tibologija u indtutriji, Volume 20, No. 3, 1998. 97

skih republika. tako i iz dana5nje Ju-goslavije.

Thkode je znadajno ude56e sa oko3BVo autora iz drugih zemalja (sl. 2.).Medu njima najveii je broj iz sused-nih zemalja (Rumunije, Bugarske iGrike) i zemalja istodne Evrope(najvi5e iz bivSeg SSSR-a i Rusije).Medutim, u iasopisu su rezultate svo-jih istraZivanja objavljivali i istra-iivali iz USA, SR Nemadke, Engle-ske, Kine i drugih zemalja.

U proteklim godinama najveii brojradova u dasopisu objavili su naudnoistraZivaiki radnici zaposleni na ju-goslovenskim univerzitetima, u nau-dnim institutima, laboratorijama irazvojnim sluZbama vei ih indu-strijskih sistema. Poslednjih godina,medutim, pojavljuju se sve viSe i ra-dovi domadih autora iz industrije kojisaopitavaju rezultate iz oblasti rizvo-ja proizvoda, unapredenja tehnologi-je obradnih procesa i posebno odrZa-vanja proizvodne i druge opreme.

2. RADOVI IZTRIBOLOSXN ONU,SU

Tokom prethodnih godina u dasopisuje objavljeno 4B9 tlanaka. Od toga3/6 naudnih i strudnih radava,78uvodnika, 41 izte{taj iz neposredneprakse i 5/ izve5taj o tribolo5ki rele-vantnim novostima (sI.3.).

Objavljeni radovi u popunosti odsli-kavaju mulidisciplinarnosti tribologi-je kao novog koncepta oslonjenog navi5e postojeiih tradicionalnih baznihnaudnih i tehnolo5kih disciplina kojesu relevantne sa aspekta prirode iefekata kontaktnih pojava. U njimasu obradeni problemi i rezultati istra-Zivanja iz svih osnovnih oblasti tribo-loSkih istraZivanja:

. triboanalize (teorijske osnove tri-bologije i baznih nauka),

. tribomaterijala (izud.avanje tribo-loikih svojstava materijala i uprav-ljanje ovim svojstvima),

. tribotehnike (tehnidka sredsfva ukojirna se odvijaju triboloiki proce-si) ,

. tr ibotehnologije (tehnoloike me-tode upravljanja tribolo5kim ka-rakteristikama tribosistema),

. tribomonitoringa (sredswa i meto-de dijagnostike, kontrole i ispiti-vanja tribosistema),

. triboinformatike (sredstva i meto-de obrade, duvanja i kori5ienja tri-boloSkih informacija).

U okviru ovako globalno definisanihoblasti radovi tretiraju problematikukoja se bliZe moZe odrediti kao:

> Tribologija obradnih procesa,

> Tribologija realnih ma5inskih ele-menata, maSinskih sistema i teh-nidkih sistema,

> Tribometrija i tribodijagnostika, "

> Podmazivanje i maziva,

> Tribomaterijali,

> Hrapavost kontaktnih povr5ina,

> Modifikovanje i regenerisanje kon-taktnih povr5ina,

> TehnoloSko naslede,

> OdrZavanje,

> Tribodizajn,

> Triboloiki inforrnacioni sistemi,

> Energija i ekologija kroz tribologi-j u .

U ukupnom broju radova najveii broj(307o) posveien je triblogiji procesarezanja i procesa deformisanja meta-la (slika 4.). Pri tome su u ovoj grupidominantniji (73ok) radovi koji sebave najriuliditij im tribolo5kim as-pektima procesa rezanja (sl. 5.). Onisu posvedeni pre svega:

. sredstvima za hladenje i podmazi-vanje,

. alatima i alatnim materijalima i

. razliditim aspektiina triboloikihprocesa i njihovih manifestacija,kao 5to je postojanost alata, troSko-vi alata, otpori rezanja, obradivostmaterijala i dr.

Drugi po brojnosti (23o/o od ukupnogbroja) su radovi posveieni tribologijirealnih mehanidkih sisterna i niihovihelemenata.

Zatim, s obzirom na zastupljenost uradovima, slede oblasti modifikova-nja i regenerisanja kontaktnih povrii-na (1 1 7o), tribometrij e i tribodij agno-

Biv5a SSSR i Rusija

Rumunija

8%

tr Poljska

ffi use

Slika 2.

TAVo

B lzveStaji iz nepclsredne prakse

!liiboloSke nt-rvosti

Slika 3.

vz Tribologija u irrlustiji, Volume 20, No. 3, 1998.

stke (7Vo), maziva i podnrazivanja(6%) i tribomaterijali (6%). Ude5ieostalih oblasti u ukupnom broju ra-dova kre6e se od 1 do 3Vo. Svakakotreba istadi da je ovakva podela na-pravljena uz odredena zanemariva-nja postoje{ih preklapanja oblasti,5to je inaie karakteristidno za tribo-logi ju kao mult idiscipl inarni kon-cept.

Aaalizom cbjavljenih radova uodavase i ocireclena distribucija pobrojanihoblasti vremenskom domenu. Onakorespondira sa dcminantnim inter-esom istraZivada za odredenu proble-matiku u datom vremenskom peri-odu tokom proteklih godina, Sto jeposledica razvoja tribologije kao nau-ke i tehnologije i promene aktuelno-sti istraiivadkih zadataka. Tako pn'ihgodina :zlaienja dasopis pokriva presvega raznovrsnu problematiku tri-bolcgije rezanja i tribologiju realnihtribomehanidkih sistema i njihovihelemenata. Vremenom sc ooveiava

broj radova posveien tehnololkomnasledu, tribometriji, tribologiji pro-cesa obrade metala deformisanjem isl . Poslednj ih godina posebno jeizraieno poveianje interesovanja zatriboloike efekte jonsko plazmenihpostupaka modifikovanja kontaktnihpovriina i globalne terne, kao 5to jemoguinost doprinosa Stednji energi-je i oduvanju Zivotne sredine kroz tri-bologiju.

3. GEI.{ERALNI POGLEDNA RADOVE UNAJZASTUPLJENIJIJMOBLASTIMA

3.1. Obradni procesi

Kako je vei pokazano najveii brojobjavljenih radova pripada oblastitr ibologije obradnih procesa. Medunjima preko lAo/o radova tretira pro-blematiku tribologije obrade metalarezanjem, ostali radovi problematiku

tribologije obrade metala deformi-sanjem.

Analiza pokazuje da je obrada meta-la rezanjem sa tribolo3kog aspekta uradovima tretirana generalno s dvaaspekta:

Tiibolo5ke pojave i njihove posledicena elemente tribomehanidkog obrad-nog sistema, sam proces obrade,razlidite parametre funkcionisanja si-stema (tadnost i kvalitet obrade) ipoveianje tro5kova obrade - i to nesamo kroz poveianje tro5kova alata,vei i kroz pove6anje tro5kova maiine;

Uticaj tehnologije i parametara obra-de na tribolo5ka svojstva obradenihpovr5ina elemenata tribomehanidkihsistema uz pojavu tzv. tehnolo5kognasledivanja u lancu operacija obra-de rezanjem. Pri tome i stanje razvojaprocesa habanja alata pokazuje uticajna triboloiki relevantne parametreobradenih povr5ina.

Pojave trenja i habanja u elementar-nom tr ibomehanidkim sistemima ukojima se odvija proces obrade re-zanjem uzrokuj u negativne posledicekoje se najdirektnije iskazuju kao gu-bitak energije na savladavanje trenjai gubitak materijala sa kontaktnihpovr5ina reznag klina usled habanja,koji postepeno naruSava reznu geo-metriju sve do stanja kritidne pohaba-nosti i onernogu6avanja uspeSnogprocesa rezaila. Posebna painja u ra-dovima posveiena je smanjenju ovihnegat ivnih posledica tr iboloSkimunapredenjem tribomehanidkog ob-radnog sistema kroz primenu savre-menih alatnih materijala i postupakamodifikovanja njihovih kontaktnihpovr5ina. Ovi efekti u radovima seiskazuju preko postojanosti alata, ot-pornosti na habanje, intenziteta ha-banja, otpora rezanja, temperaturarezanja, stanja povr5inskih slojevapredmeta obrade, ali i pleko tro5kovaobrade i produktivnosti obradnih ip r o i z v o d n i h s i s t e m a , I z n e t i s u ,takode, rezultati istrzriivanja u koji-ma je promovisan ubrzani metod do-bijanja krivih habanja alata na bazimerenja otpora rezanja alat imarazliditog stepena pohabanosti, od-

30%

B Tiibologija obradnih procesa

E Mo,iitikacrja kontaktrlih povr5ina

Ei Tiibodiagncstika i tribometrija

ffi Podmaz.ivanie i maziva

- ltf

t ' 70

s Tiibcrnatcrijali

E Flrapavr.rst povrlina

D 'Itibokrpiia reainih tribo-nrechariidkih sistenra

trl Ostalo

Siika 4.

l-1 Obrada rnetala rczanjenr tl Oblada nrL'tala dcforrnisanje:nt

Slikt 5.

Iibologija u idttstij| Volume 20, No. 3, 1998. YJ

nosno na bazi odgovarajuie funkcijeprira Staj a otpora r ezanja.

Osim posledica na alat u radovima setretiraju posledice triboloSkih proce-sa kod ostala dva elementa u struktu-ri obradnog tribomehanidkog siste-ma: predmet obrade - kao pojavapovriinskog defektnog sloj a predme-ta obrade sa znatno izmenjenim ka-rakteristikama u odnosu na osnovnimaterijal; sredstva za hladenje i pod-mazivanje - kao promena fizidko-he-mijskih karakteristika, odnosno gubi-tak toplotne provodljivosti i pod-mazujuiih svojstava i kontaminacija.

U prvim godinama (do 1983. godine)posebno su bili frekventni radovi pos-veieni sredstvima za hladenje i pod-mazivanje. Oni se pre svega odnose na:

> triboloika svojstava sredstava zahladenje i podmazivanje i

> poslovanje sredstvima za hladenje ipodmazivanje.

Ispitivanjima, diji su rezultati publi-kovani. obuhvaiene su sve osnovnevrste obrade rezanjem (struganje,glodanje, buSenje, bru5enje, rezanjenavoja, odvalno glodanje, provla-denje i duboko buienje), odnosno,sve vrste sredstava za hladenje i pod-mazivanje: emulzij e, vodotopivi rast-vori i rezna ulja.

tiboloika wojstva, kao i u sludajualata, iskazivana su preko razliditihparametara, pa se moZe generalnogovoriti o triboekonomskom pristupu.

U ovoj oblasti najveii broj radovaobjaviJi su autori iz Laboratorije zaobradu metala rezanjem i tribologijuMalinskog fakulteta u Kragujevcu.Specifidnost objavljenih rezultatapredstavlja razvoj i primena postup-ka povriinske aktivacije alata zaodredivanje triboloikih svojstavasredstava za hladenje i podmaziva-nje.

Od ukupnog broja radova iz oblastitribologije obradnih procesa 25 rado-va posve6eno je tribologiji obrademater i ja la plast idnim deformisa-njem. U njima se iznose rezultatiistraZivanja mehanizama triboloSkih

pojava trenja i habanja i moguinostismanjenja njihovih Stetnih posledicana proces obrade unapredenjem tri-bolo5kih svojstava alata i maziva.

T,apala se poseban interes za re{a-vanje problema odredivanja koefici-jenta trenja, bilo da se radi o procesi-ma zapreminskog deformisanja ilidubokog izvladenja. Naime, kontakt-no trenje egzistira praktiino u svimprocesima obrade materijala defor-misanjem. Iako je trenje u nekimkontaktnim parovima sistema pred-met obrade/alati neophodno za odvi-janje procesa (pri dubokom izvla-denju za drZanje venca predmeta

obrade, pri valjanju za obezbedenjetransporta lima, pri wdenju cevi zadrZanje plivajuieg trna, kod specijal-nih postupaka sa aktivnim trenjem)ono se pojavljuje kao uzrok niza ne-gativnih pojava u procesu obrade,kao Sto su neravnomerna distribucijaspecifidnog prit iska, neravnomernadeformacija po zonama, pojava do-punskih napona itd.

3.2. Tribologij a mehanidkihelemenata i sistema

Druga po brojnosti grupcija radovaobahvata Siroko podrudje istrzr:Ziva-nja triboloSkih pojava, njihovih nega-tivnih efekata i moguinosti smanje-nja ovih efekata kod mehanidkihsistema i njihovih elemenata. Njimasu obuhvaieni:

. zupdanici,

. leZajevi,

. triboelementi motora.

. lanci,

. kardanski preuosnici,

. vodice,

. upravljadki mehanizmi,

. puZni prenosnici,

. amortizeri,

. bregasti mehanizmi,

. kodnice,

. zaptivke,

. kompresori,

. poljoprivredne maiine,

. vibraciona sita i dr.

S obzirom na broj radova najveiaistraiivadka paZnja bila je usmerenana tribologiju zupdanika. Ovo je sva-kako uslovljeno njihovom nezamen-ljivom ulogom u najraznovrsnijim tri-bomehanidkim sistemima za prenoskretanja i snage u tehnidkim sistemi-ma.

Zastupljenost ovih radova u dasopisutokom proteklih godina publikovanjaskoro je potpuno ravnomerna. Njimasu obuhvaieni najde5ie sledeii pro-blemi tribologij e zupdanika:

> Mehanizmi ioblici habanja bokovirzuba zupdanika, posebno pojavapitinga,

> Energetski gubici usled trenja i uti-cajni faktori (viskozitet ulja, kon-strukcijski parametri, hrapavostkontaktnih povr5ina, karakter ra-spodele optereienja itd,),

> Metodi proraduna zupdanika sa tri-boloSkog aspekta,

> Razvoj i primena uredaja i postu-paka za ispitivanje zupdanika,

> Tribodizajn zupdanika i zupdastihprenosnika,

> Uticaj zavrlne obrade i tehnolo5-kog nasleda na tribolo5ko pona5a-nje zupdanika.

U objavljenim brojevima dasopisa,pored radova posveienih tribologijizupdanika, zapaLenu frekvencijuimaju radovi posveieni tribologiji tri-bomehanidkih sistema za vodenjekretanja. U njima dominiraju sledeiiistraZivadki zadaci:

> Razvoj i primena uredaja i postu-paka za merenj e osnovnih tribome -trijskih parametara kliznih leZi5ta,kotrljajnih leZaja i vodica,

> Triboloiki procesi kod kliznih le-Zi5ta, kotrljajnih leZaja i vodica,

> Materijali zarzradu kliznih IeZi5ta ielemenata kotrljajnih leZaja,

> Tribodizajn kliznih IeZiSta i ko-trljajnih leZaja,

> Izbor maziva,> EHD podmazivanje i> Frikcioni gubici u kliznim IeZi5tima

i kotrljajnim leZajima.

yt+ Tibologija u industiji, Volume 20, No. 3, 1998.

3.3. Tribomanitoring

Oko Toio objavljenih radova pripadaglobalnoj kategoriji tribcmonitorir,-ga koja obuhvaia:

. tribcCijagnostiku - metocie i sred-stva kcntirruaine kontrole stirnja:ribcioSkih pa rametara tribomeha-niikih elemenata i sisterna i

. tribometriju - metode i sredstvamerenja osnoutih ulazno-izlaznih istrukturnih parametara tribosiste-nla.

Sva istraZivanla ovcg tipa u principusu namenjena reiavanju odredenogtribolo3kog problerna ili izudavan.iumehuniznra tribtrloikih pojava.

U domenu tribodijagnostike objav-I,ieni raciovi pcsvefeni su:

. izboru dr jagnostr ik ih paranre iara imetocia njihovt'lg nrerenja u oblasticbradnih centara i

. primeni terografije u tribodijagno-stici.

Skoro 80o/o radova iz tribomonitorin-ga pripada uZoj oblasti tribometrije ipre sacga se odnose na razvoj i prime-nu tribometrije za ispitivanja u labo-ratorijskim uslovima i to:

. uredaja, mernih sistema i postupa-ka rrerenja za ispitivanje maiinskihelemenata i

. tribomeiara, mernih sistema i po-stupaka merenja za ispitivanja nauproSienirn modelima..

Prv'a grupa radova i urcdaja odnosi sepre svega na tribometriju zupdanika,kliznih leZiita, kotrljajnih leiaja, kar-danskih mehanizama i vodica. Medunjima, donrinantan je broj radova izLaboratorije za obradu metala re-zanjem i tribologiju Maiinskog fakul-teta u Kragujevcu, Prezentiruni re-zui tat i baziraju na istraZivanj imatribololkih procesa uz prirnenu tzv.radioaktivne mstLrde za praienie ha-banja.

Druga grupa radova je znatno brojni-ja. Razl,:zi za Jominaciju istraZivanj:rna tribometrima nad druginr tribo-nretrijskim istririivanjima (ito je da-na,r vidijivo u svim triboloSkim publika-cijama',,r svetu) su brcjni, a pre sveglr:

> Jedncstavna geometrija i male di-nrenzije kontaktnih elemenata,

> Moguinost variranja i kontrole re-levantnih parametara radnih uslo-va i strukture opitnog tribosistema,

> l " loguinost pouzdanog mcrcnjatribometri jskih karakteristika,

> Kratko vre:lre dobijanja rezultata iniZa cena ispitivanja.

Poslednjih gotiinir radovi u obiasti tri-

bometr i ie posveieni su pre svega

istraZivan j u pouzdanih postupaka za

istraZivanie triboloikih efekata pri-

mene savremenih postupaka modifi-kovanj a kcntaktnih povr5ina.

3.4. Moriifi kovanje kontakt-ni l i powiina

Od 1986. godine u dasopisu je veomaprisutna problematika modifikova-nja kontaktnih pcvriina u cilju una-predenja tribolo3kih svojstava. Pro-do r t r i bo log i j e mod i f i kovan ja udasopis Thibologija u industriji podeoje u radovima tzv. preglednog karak-

tera u kojima su izneta svetska dostig-nuca, rrendovi i tr iboloski potencijali.

Ovaj prodor se i desio sa ka5njenjem

od nekoliko godina u odnosu na re-ferentne svetskc triboloikc dasopise.On vremenski korespondira snaZni-joj komercijalizaciji jonsko plazme-

nih postupaka za deponovanje prev-

laka na elementima tribomehanidkihsistema.

U poietku predrr.ret istraiivanja bilaje moruinost unapredenja t r ibo-loSkih svojstava alata u obradi metalarezanjem (pre svega primenom jed-

noslojnih i vi ieslojnih prevlaka naplodicama od tvrdog metala).

Sa usa','riavanjem PVD tehnologija upogledu sniienja temperature depo-

novanja znatno se pro5irilo podrudje

istraiivanja, kako s aspekta materija-Ia substrata i vrsta prevlaka tako i sa

aspekta primene. Ova istraZivanjamogu se uslovno podeliti na dve grupe:

. is t raZivanja nroguinost i pr imcneprevlaka na konkretne tribomeha-nidke sisterne (na primer kardans-ki prenosnici, tr iboelenrenti kom-presora u hladnjacima itd.) i

. modelska istraZivanja tribolo5kihmehanizama i e fekata pr imeneraziiditih postupaka modifikovanj akontaktnih pow5ina (ion plating,sputtering, arc deposition, duplextreatment i dr.) i vrsta prevlaka(TiN, TiAlN, Ti(C,N), ZrN, TiN nani t r i ranom slo ju, MoS2, PTFE,WS2 i dr.).

Osim prevlaka u radovima se iznose i

rezultati istraZivanja postupka modi-

fikovanja na bazi promene svojstava

materijala u kontaktnim slojevima,

kao Sto su jonska implantacija i bom-

bardovanje delidnim kuglicama.

Generalizacijom dobijenih rezulata,

nezavisno od metoda tretmana povr-

Sina, moZe se zakljuditi da triboloSke

karakteristike modifikovanih povr-

Sina ne predstavljaju njihovo ima-

nentno svojstvo, vei su rezultat tribo-

lo5ke interakcije u odredenim uslo-

vima kontakta. To uslovljava da se i

razlike u tribolo5kim efektima ispiti-

vanih tipova modifikovanja ne mogu

prihvatiti kao apsolutne, vei pred-

stavljaju funkciju uslova kontakta, pa

dak i nemaju isti karakter u Sirem

rasponu variranj a uslova kontakta.

Problem izbora kornplikuje i dinjeni-

ca da nema poklapanja efekata sa

aspekta trenja i habanja, ito namede

desto neophodnost davanja priorite-

ta otpornosti na habanje ili koefici-jentu trenja kao kriteri jumu. eakkada se ima u vidu samo otpornost na

habanje izbor zavisi od toga da li suprioritetni efekti na jednom kontakt-

nom elementu i l i kontaktnom paru,(to je opredeljeno strukturom tribo-

sistema.

U konadan izbor optimalnog postup-

ka modifikovanja za reiavanje kon-

kretnog triboloikog problema ne-

ophodno je uvesti i finansijske efekte,

tako da se moZe govoriti o tribo-eko-iromskom kriterijumu izbora.

4. ZAKLJTJeAX

U Tribologiji u industriji objavljeni sunaudno-strudni radovi zavidnog brojaautora iz naudno-istraZivadkih insti-tucija i industrijskih sistema :-zzemlje

Tibologija u iruittsliji, trTolume 20, Nc. 3, 1998. 95

ali i iz inostranstva. Njima su obuh-vaiene osnovne i neke granidne obla-sti tribologije kao novog multidisci-plinarnog pristupa u nauci i tehnolo-gui.

Najveii broj radova objavljen je uoblastima tribologije obradnih pro-cesa, triibologije ma5inskih elemena-ta i sistema, tribometrije i modifiko-

vanja kontaktniir povr5ina. Globalnoposmatrano moZe se uoditi odredenavremenska neujednadenost prisustvapojedinih tema, Sto odgovara njiho-voj aktuelnosti u svetu.

easopisje uspeo da uspeino prenesestanje istraZivanja ne samo kod nas,vei i u svetu i ima nesumnjiv doprii-nos u ruzvoju istraZivadkog kadra na

ovim prostorima i transferu posto-jeiih tribolo5kih znanja u praksu.

LITERATURA

[1.] Tribologija u industriji, brojeviod 7178 do 2198

Tribology In Indust'y - papers During Twenty yearsTlis year is tlle twenty year anniversan of the Jounra! "Ttibologt in Inrl.ustry". Tlrc Jounnl lrus an irienntionalclraracter and for tlrc last tluee yea,s it is pubrbrrctl parallely in sZrbian and English.Autlnrs fi'orrt Yryoslavia a.ntl foreigt c,ourtfiia (ov.er 300.of tlrcnt) lmve published 316 scientifrc and expert papet.s,and nunterony rcpofts and tibologlcal news fiont itnntediite paittrr.

'

Tlrc iounul contitutes g'eally to transfer of ttibotogicat btowledge anrl developntett of tlrc research staff.

Tpu6onorr{rr B rrpoMbrrlJrerrHocru- PA6OTbI OTIYoJIIII(OBAIIIIbIO B TEqCIIIIE ABAAUATI,I JICT

B uacmoauleLv zod.y uc-ttolttunca deod4atnb lem tenpepbtBttozo nettomattua an:ypuana Tptt6onoeua s npo.nbruaetFHocmLt. )Kyprtan nectcdyuapoi)trceo xopaKmepa r, ny1ttt,xyetr"t " ""p6"*io,

u auznuicxo.,u tabtKox.Boautue npetcam omeLtecnaejtttbt'Y u 3aepailtrttilba alDlopoe Onld,tuxoeaLtu 316 rnyunatx u npo(.leccltoh(utbrrbtxpa6om,pnd coo6ulenui u rnpu6onoeu\ecnir ttoeoonei ,,t,,^r,rorlrr"drmr"nrii upn*^ttxu. Hnu1otrauieeuttcno pa6omotnHocumcn x mpuSonoatu npol9ccos o6pa6omxu, mpt,6otoeiu dernaneil uaiuutt u cucmeM, mpu1onoeuu u ttrodu-Qtutlupoea nu rc Ko Hm aKm t tpytottl ttv ttct eepxuocntei.)y'i1pnat cnoco6cmeyem pocnpoonpailenurc mpu6oaozttttecKttx 3Hottui u paseutnun uccnedoeatnetocrcux xadDoe.

t)6Tibologija u industiji, Volume 20, No.3, 199g.

Moderne PVD prevlake- trenutno stanje u oblasti,

a

I budude tendencije

lTrnovacue

Evolucija PW metode, kao telurike probvodnje tankih filmova, je razlog za veliku rasprostranjenost ovihprevlakn Sirom sveta. Od pruih dana nastanka ove metodologije, kada su prevlake ovog tipa proizvodenejedrtostawim isparavanjem metala, sprovedena ru mnogobrojna istraiivanja i rantoj, dodajuti ovoj metodivisok stepen sofisticirainsti. Danas su modente i komplikovane tehtike uHjuCene u sisteme proizvodnjefilmova, ltri dovodi da ranoja iirokog spektra razliCilih tipova prevlaka. Na taj naiiq prevlake se moguproimati kao meki, wrdi ili super nrdi fiImovi, bilo kao jednoslojni ili vi.Seslojni nanosi, zadovoljavajudi svepotencijalne potrebe poboljianja kotwencionalnih mateijala. Uzimajudi u obzir rastuie in&utrijsl<z i proiz-vodne zahteve, zahteva se jehm dobro oryanizovana utalcrnica za karakteizaciju procesa za stuaranje prevla-ka. Ovaj rad opisuje ciljeve nove generacije PW prevlaka i nove metode koji se koriste za ocenu njihovihperformansi, posebno kad su tt pitanju njihov vek trajanja pi dinamilkom stanju napona.

Kljutne reti: PW prevlake, viieslojne prevlake, vek trajanja, karakteizacija prevlaka.

K. D. BOUT}KIS, N, WDAKIS

1. WOD

Povrlinsko poboljlanje osnovnih materijala ogranidenihwojstava, uz pomo6 PVD prevlaka je postalo vrlo pozna-ta i ekonomski zadovoljavajuia praksa [1.]. Na ovaj nadin,mogu se ostvariti pogodne mehanidke, fizidke i hemijskeosobine, pomoiu tankih i tvrdih jednoslojnih ili vi5e-slojnih prevlaka preko konvencionalnih konstruktivnihmaterijala. PVD metodaje odgovarajuiaza razvoj novihprocesa i inovacionih re5enja, po5toje ona zasnovana napostepenim postupcima za nastajanje rasta filma [2].

Jedna od najprivladnijih prednosti PVD metode su rela-tivno niske potrebne temperature za nanoienje prevlaka

[3, 4]. Ova osobina dini ovu metodu pogodnom za mate-rijale na diju tvrdo6u moZe uticati nekontrolisano Zarenjeu komori za prevladenje, kao 5to su ojadani delici, brzo-rezi delici i biomehanidki materijali. Najpoznatije vrsteove metode prikazane su na slici 1 [5, 6]. Znadajno je toda veiina prikazanih metoda moZe biti primenjena saistom opremom uz odgovarajuie podelavanje i konfigu-raciju. Odavde sledi da se prevlaka Zeljenih karakteristi-ka moZe dobiti prilagodavanjem PVD procesa.

Fotografija na slici 2 prikazuje modernu PVD opremu,sposobnu da proizvede Sirok spektar zaltitnih prevlaka.Manja fotografija u donjem desnom uglu na istoj slici

K D. Bouzafzs, f WdakisLaboratoija za alatne maiine i probvodno inienjenNoAristotelov Univenitet, Solun, Grika

UDK 621.9,025.004.6

ilustruje primenu PVD postupka na burgije od brzorezogdelika unutar komore za prevladenje [7].

Ovakvi uredaji za nano5enje prevlaka, osim njihove os-novne namene, to jest stvaranja tankih Ewstih filmova,danas mogu da ostvare i niz razliditih dodatnih karakte-ristika prevlaka koje poboljlavaju njihov lcvalitet. Naprimer, osnovni faktor da bi prevlake imale visoke per-formanse je dobra priprema povr5ine. Funkcionalne

-z

'IEFU)

Tibologija u indwtiji, Volume 20, No.3, 1998.

Slikt 1. Uobidajene vrcte PW nuloda

97

SAkn 2. Tipiino PW postrojenje sa sloienint planetanintkretanjern komada koji se prev,laie i mogutnoitu

nano ienj a v'K es bj n ih prcv lc ka

PVD prevlake zahtevaju izuzetno diste povriine odgova-rajuie topografi je. Mada se diSienje moZe vrSiti u poseb-nim sistemima za i i5ienje, kad god se osnovni materiializnese iz sistema za di3ienje i l i zavr3nu obradu, on tre-nutno podinje ponovo da oksidiSe. Novi koncept za pre-vazilai.enje ovog problema je razvoj postupka za RF-na-grizanje [8, 9]. RF-nagruanje uklanja oksidisani sloj dokje alat unutar komsre za prevladenje.

Joi jedan sofisticirani koncept u ovakvim modernim ure-dajima je poboljSanje jonizacije kroz neuravnoteZenima-gnetron (UBM), dime se re5ava problem niskog stepenajonizacije [10, 11]. UBM proizvodi visoki jonski f lukskako blizu mete, tako i na znatnom udaljenju. Usled ovogpobolj5anja jonizacije moguie je da se oblaZu prevlakevisoke tvrdoie, guste strukture i visokog kvaliteta povr-Sine. Stavi5e, mogu se dobiti i bolj i kvalitet prevlake ibolje posebno zahtevane specifidne osobine, ako se ko-riste pokretni isparivaii i planetarno kretanje materijalakoji se prevladi [12].

Zavisno od namena prevlaka, njihov izbor je manje-viSeuvek kompromis izmedu najdeiie protivrednih, a pone-kad i suprotnih mehanidkin i l i hemijskih osobina. Naprimer, jedna od najznadajnij ih mehanidkih osobinaprevlaka, to jest njihova poveiana tvrdoia i otpornost nahabanje, je faktor koji moZe da|zazove pogor5anje nji-hove dukti lnosti i da izazove krte lomove [13, 14]. Da bise prevazi5lo ovo ogranidenje predloZene su i razvijenevi5eslojne prevlake [13, 14]. ViSeslojne prevlake irnajupobolj ianu otpronost na lom, a imaju istu twdoiu kao ijednoslojne prevlake. Sa druge strane, ostale osobine,kao zadovoljavaju6a adhezija, poboljiana otpomost nahabanje, hemijska inertnost i nizak koeficijent trenja,

98

mogu se ostvariti kombinovanjem razliditih osobina po-jedinadnih slojeva u vi5eslojnoj prevlaci [15, 16, 17].

Vi5eslojne prevlake, Sto se tide njihove tehnike proiz-vodnje, mogu biti strukturalne i l i kompozitne. Prva gru-pa obuhvata prevlake sa geometri jski i mehanidki raz-dvojenim slojevima, sa jasnim granidnim povrSinama(interfejsima) izmedu njih. S druge strane, kompozitnevi5eslojne prevlake ispoljavaju postepenu promenu sa-

stava po debljini i, kao posledica toga, imaju kontinualnupromenu mehanidkih osobina. Medutim, obe vrste sudobre alternative jednoslojnim prevlakama, i izazivajuveliko interesovanje i istraZivada i industrije.

NeSto modernije varijacije jednoslojnih metoda se razvi-jaju ako se poveianje naslage tvrdog materijala plekinevrlo tankim slojem mekog materijala. U ovom sluiajustvara se MNBL - Dvoslojna prevlaka vi5estruke nano-strukture. Vrlo fini metod za nano5enje finih vi5eslojnih

prevlaka je kori5ienje dva ili vi3e isparivada sa razliditim

materijalima meta. Stavi5e, super-reietke mogu bitirelenje za buduinost. Ovde je deblj ina pojedinadnihslojeva reda velidine svega nekoliko atomskih rastojanjai mogu se javit i potpuno nove osobine. Na slici 3 susumirane ovde predstavljene strategije za nanoSenje vi-

Seslojnih prevlaka .

Slika 3. Tipiine strukture jednoslojnih i viieslojnihprev,hka i relativtrih konwcijalnih filntova

Tribologija u industtiji, Volume 20, No.3,

E] , Monolayer t = 0.5 - 50 pm- coatings TiN, CrN, ...

Mult i layer t :0.5 - l0 pmCompositional ALOX,

Coatings TiCN+C...

MultilayerStructuralCoatings

NanostructureBi-layerCoatings(MNBL)

NanolayerStructuralCoatings

SuperlaticeStructuralCoatings

= 0 .5 - l0 pmSUPERTIN...

t = 0 . 1 - 0 , 5 p m

-l#;,.i.;i' .,, ;r*+,ilEIli iiiil{ ?..'a,iiillriillj:lliiIrEl,ed-I ;1,i{$ts,w$11{llllill$, I-l l : r r v { } . - . r r .

: ; l

i-ffiil llLir:i]li:=

;ffit=i,rli iir4wiissitiliSllrt' I I

ffirI r ! i r : : : : r : : : i i t i i i r , i t i , : ; ' i $d l

I--,ffi1

EIryry

FIIEE=rersry

t : l 0 - 1 0 0 n m

1998.

Prevlake igraju manje-viSe pasivnu ulogu prilikom rada.Na primer, u procesu struganja sa konitnualnin skida-njem materijala, super tvrda prevlaka Stiti osnovni mate-rijal, zbog toga Sto ima usporen razvoj procesa habanja.Abrazivno o5tecenje prevlake oznadava kraj njene za5tit-ne namene. JoS mnogo prefinjeniji tanki za5titni filmovirade sa aktivnom materijom, formirajuii za5titni supertanki sloj, koji reaguje sa elementima reznog komada,time Stiteii samu prevlaku [18, 19].

Osim procesa nanolenja i osobina rnaterijala od koga sepravi film, dominantan parametar, koji ima odludujuiiuticaj na ponaianje sistema sa prevlakama, je prethodnaobrada osnovnog materijala. Sprovedena su mnoga eks-perimentalna i teorijska iztraiivanja o uticajima neravni-na i tehnikama mikro-udara na adheziju filma i op5teosobine 420, 21., 22, 84,85, 86]. U narednom odeljku,analiziraju se karalcterizacija filma i osobine, uz ilustra-ciju prednosti i nedostataka svake od metoda za procenukvaliteta prevlaka.

2. OSNOVNA KONTROI,A KVALITETAPREVI.AKA

Zakljudni faktor za podetno prihvatanje realizovanogsistema sa prevlakama je da udovolji nekim zahtevimakoji su dobijeni na osnovu vrlo poznatih testova.Najznadajniji od njih su prikazani na slici 4.

Mora se napomenuti da veiina eksperimentalnih rezul-tata koje daju ovi testovi su manje ili viSe kvalitativni iuglavnom nude uporedne informacije koje se tidu supe-riornosti jednog sistema u odnosu na drugi pod istimuslovima [23]. Kako se dalje analizira, osobine koje sudobijene ovim testovima odnose se ili na geometrijskeparametre (debljina) ili tehnololke parametre (dvrstoiaunutar osnovnog materijala, itd.).

Analiza kratera kuglice (otiska) omogu6ava zakljudke otvrdoii i adheziji prevlake. Kada se doda drZad oblikadetvorostrane piramide, rotirajuia delidna kuglica struiesfemi konkavni otisak kroz materijal prevlake u osnovnommaterijalu. Zaravne uzorke i sferne povr5ine ovo rezul-tuje knrinom powiinom, dok se kod konveksnih povr-Sina dobija eliptidna povriina otiska. Debljina prevlakese moZe dobiti merenjem pod mikoskopom kruga ilielipse, respektivno. Interfejs izmedu prevlake i osnovnogmaterijala pokazuje kvalitet adhezije prevlake [24].

Jedan od najvainijih parametara koji se testiraju je tvr-doca materijala prevlake. Ova osobina predstavlja dvr-sto6u materijala na spolja uazttane plastidne deformaci-je, i najdeSie pokazuje otpornost na habanje i krutostprevlake. Merenja tvrdode materijala prevlake pred-stavlja teiakzadatak, po5to treba uzeti u obzir pravilo o1110 koje pokazuje da film treba da bude bar deset putadeblji od dubine otiska. Zbog toga se za vrlo tankefilmove meri nano-tvrdoia, koja daje rezultate (putanja

Tnbologija u industiji, Yolume 20, No. 3, 1998.

rel aksacij e optereienja otiska), sl idno onima prikazanimna slici 4. Osim tvrdoie materijala, dobijaju se i modulelastidnosti i granica tedenja otiska [25, 26,27,28).

Rokvelov test utiskivanja, prema VDI pokazateljirya,omoguiuje brz zakljudak o adheziji prevlake, izazivajuiinapone i znatne plastidne deformacije u pow5ini koja seispituje [29]. Normalno, prevlaka je utiskivadem oite-iena u zoni oko otiska. Stepen olteienja, to jest izgledprslina ili lju5tenja prevlake se zatim ocenjuje. Na slici 4

Slika 4. Elementami testovi korifiteni za karalaeizaciiukvaliteta PW prevhka

99

su prikazana dva testa, koji ilustruju dobro i lole prija-njanje prevlake.

Konadno, adhezija prevlake se obidno ocenjuje i pomoiutesta grebanja. eetvorostrana piramida definisane geo-metrije zagrebe povr5inom pri odredenom optereienju ionda se ocenjuju nastala o5teCenja. NajvaZnijiparametarje primenjeno optereienje na ispitivani materijal. Zaadheziju prevlake se smatraju dobrim vrednostima opte-reienja u opsegu od 60 do 140 N, zavisno od osnovnogmaterijala i materijala prevlake. Jedna varijacija ovogmetoda je da se primeni postepeno rastuie optereienjei da se nade kritidno optereienje F.pomoCu skenirajuiegeleklronskog mikroskopa (SEM), akustidne emisije ilitrodimenzionalnim zapisom sile odgovarajuiim senzori-ma [30,3L].

3. ODREDJIVANJE OTPORNOSTI NAHABANJE PRJVLAKE

Da bi se okaraketrisala tribolo5ka dostignuia modernihPVD prevlaka, vr5ena su razlidita referentna ispitivanja,koristedi specijalne opitne stolove visoke preciznosti iwlo skupe. Meclu njimasu najpopularnijiKuglapo Diskui test sa detiri kugle, kao i njhove varijacije. Ovi principiprema TEKNIKER-u su prikazani na slici 5 [32,33].

Test Kugla po disku se koristi da se odredi ponaSanjerazliditih tipova prevlaka u uslovima suvog, polusuvog ilitednog trenja. delidna ili keramidka kugla se kreie poputanji odredenog prednika na fiksiranom disku saprevlakom, formirajuii na taj nadin trag habanja. Poitosferni utiskivad ne rotira, kinematika testa je zasnovanana distom klizanju. Primena ovog metoda daje koeficijent trenja, razvoj habanja preko zapreminske pohaba-nosti kugle i zapreminske pohabanosti diska. Tipidnirazultati ovog testa su takode prikazani na slici 5. Ovajtest je varijacija poznatog testa na habanje Pin-on-Disc,koji koristi pin zaobljenog wha umesto keramidke ilidelidne kuglice. Ovaj test se uspelno koristi za odrediva-nje otpornosti na habanje materijala koji nemaju prevla-ku [34,35].

Sa druge strane, kod uredaja za test sa detiri kugle,keramiEka kugla od Si3Na, stabilno udvrliena na posto-lje, rotira preko tri nepokretne kugle, koje su prevudenerazliditim filmovima. Zavisno od potreba eksperimenta,ove tri kugle mogu, ali ne moraju biti prekrivene mazi-vom. Ovaj test osigurava odredivanje najbolje kombina-cije prevlaka i maziva. Dobijeni renlJtati su minimalnooptreCenje, koje izaziva merljivo habanje nepoketnihkugli, kao i prednik pohabanih kugli pri razliditim opte-re6enjima.

Prednost ovog testa je u preciznom odredivanju otiskahabanja, poSto je, prema Hercovoj teoriji, kontakt izme-du dveju kugli krug. Usled sinhronizovanog ispitivanja trirazlidita tipa prevlake, pod potpuno istim uslovima, test

100

o0

H

a)o

o

l&

0 .10

0.75

0.5

0.25

100

€ p m'(''E 'o#rt

00+r*b

s* os+bq,$e+*."*"+*l,S*

Load (daN)

Base Oil 68 cst

Wearslope

,..d"*"\'*"td r...$"*"t\'$rrc*

SAko 5. Tipiini referentni tibololki testovi prevlakapTemaTEKNIKER-u

pruia i dobre uporedne informacije u pogledu izmerenihprednika i dubina tragova habanja [32,331.

4. I(VANTITATIVN O ODREDJIVANJERADNOG VEKA PREVI,AKA NA ZAMOR

4.1. Test na udar i dobiieni Smith-ovi i Woeh-ler-ovi dijagrami za jednoslojne i viSes-lojne prevlake

Siroka primena tankih twdih PVD prevlaka u praksi,koja izaziva stanja velikih dinamidkih napona, kao kodreznih alata, leZajeva itd., dovodi do potrebe preciznogodredivanja dvrstoie na zamor za prevlaku. Tako odre-deni kritidni naponi se mogu iskoristiti da se obezbede

Tibologija u industiji, Volume 20, No.3, 1,998.

radni uslovi u bezbednom opsegu, uzimajudi u obzirtrajnu dvrstoiu prevlake. Uveden je test prevlake naudar, kao pogodna metoda za kvantitativno odredivanjepona5anja na zamor kombinacije prevlaka-osnovni ma-terijal, u formi op5te primenljivih dijagrama [36,37).

U toku testa ravna povrlina prewdenog uzorka se opte-re6uje ponovljenim udarima tvrdom kuglicom od slo-Zencg karbida. Kretanje loptastog utiskivaia ka uzorkuje prouzrokovano Laplace-ovom magnetnom silom kojuhaziva elektromagnetno polj e odgovarajuieg kalema.Slika 6 prikazuje 3-D model uredajaza testiranje na udar,kao i fotografiju stvarnog uredaja. Registrovanjem brojaudara koji izaziva o5teienje prevlake, za svako primenje-no kontaktno opeterienje, dolazi se do dijagrama slidnihuobidajenim dijagramima zdmora, na kojima je opte-recenje dato u funkciji broja ponovljenih udara kojeprevlaka moZe da :zdrLibez o5teienja. Ovi dijagrami sudati na slici 6, zaviieslojnu kompozitnu prevlaku (ALOX@)i strukturalnu prevlaku (TiNALOX@).

Mikrografi na slici 7 ilustruju tipidne vidove o5tedenjadve jednoslojne prevlake i dve ranije pomenute vi5e-slojne prevlake, koji su nastali prilikom udarnog testa. Zajedan sloj MoN vid zamornog o5teienja je odiglednoadhezioni, dok su za ostale tipove prevlaka modovi odte-denja kohezioni.

Slika 7. TipiCni obhci o{tetenja razlilitih tipova prevlakakoji su nastaU pri testu na udar

Kvazi statidka simulacija metodom konaEnih elemenataovog testaje prikazana u gornjem delu slike 8, a uradenaje sa dva koraka optereienja [40, 41.,42]. Prvi korakoptereienja, takozvano stanje optereienja, predstavljaperiod u kome je optereienje primenjeno na prevudenupovriinu. U toku drugog koraka (stanje relaksacije),raspodela pritisaka je uklonjena i samo potencijal na-ponskog polja dovodi do elastidnog oporavka. U ciljudostizanja visokih vrednosti napona prevlake, primenju-ju se znatna optere6enja na prevudene uzorke, koja pro-uzrokuju intenzivnu plastidnu deformaciju osnovnogmaterijala - delika. Na ovaj nadin, u toku procesa relak-sacije dok se utiskivad kreie navi5e, mogu se uoditi zaos-tale deformacije osnovnog materijala, Sto prouzrokujeda prevlaka ostaje deformisana.

Zamorno ponalanje prevlaka se moZe nraziti Smith-ovim dijagramom kritidnih komponenata napona zako-hezioni vid oiteienja, to jest Mises-ovim naponima kojiobezbeduju njihovu trajnu postojanost, kako je pokaza-no na donjem delu slike 8. Usled nedostatka trajne de-formacije uveiini sludajeva u praksi, kao 5to je u primenikod leZiSta i pri glodanju, prevlaka se deformi5e distoelastidno u toku faze rezanja i potpuno se oporavlja napodetni poloZaj na kraju kontakta sa radnim komadom,Iz ovog razloga zamorna &rstoia prevlake koja obe-zbeduje trajnu postojanost, se dobija iz dela A-B Smitho-ovog dijagrama pri minimalnom naponu jednakom nuli.

r coating failure o no coating failure1 6 0

* daNY

; 80q

.$ oo0I

100Cr6

X**=t'd

:350 oC, Bias 80 V

7100Cr6

1 FIV,oo.,u=435

\Td:450oC, Bias I l0 V

oo lot lou lotimpact number

loo 10 ' lou lo timpact number

Slika 6. Uredaj za testiranje prevlakc na udar i dijagrantisila - broj udara za jednu viieslojnu kompozitnu

i jednu strulauralnu prevlaku

Oite6enje prevlake i prekid svakog pojedinadnog ekspe-rimenta su odredeni podetkom opultanja karakteristidneunutra5nje povezanosti ili razaranja adhezije po inter-fejsu. Zbog toga, zamorno o5tedenje prevlake moZe bitiili koheziono, tojest opultanjem unutrainjih veza a zatimkidanjem, iii adheziono, to jest razdvojnim lomom nainterfejsu i zatim makro delaminacijom, Mehanizmi o5-teienja su znatno komplikovaniji za vi5eslojne prevlake,polto je odgovarajuie polje napona odredeno struktur-om materijala u kompieksnoj strukturi slojeva [38,39].

Tnbobgija u irdtutiji, Yolume 20, No.3, 1998.

oa

F,.o- 80 daN, N=5x10 ,

101

100 l0= lOn lou I

Impact load F,-o

2OO daN. 600tnrTl-

E=38000 daN/mm",HV3300, Sy =1100 daN/mm

MultilaverALOX.E=30000-62500 daNimm-,HVl500, Sy = 500daN/mm

Mulilayer SUPERTIN, -E=63000-78000 daN/mnf ,HVl800, Sy =6OO daN/mm2

Single Layer CrN,E=24500 daN/mm',

Slika 8. MKE simulacija testa na udar i tipiian Sntitlrc-oviWoehler-ov dijag'ant

Ovi dijagrami, Smith-ov i Woehler-ov, su dobijeni zaveliki broj razliditih prevlaka, i na slici 9 su prikazanitipidni Smtih-ovi dijagrami za meku jednoslojnu prevla-ku (CrN), super tvrdu jednoslojnu prevlaku (TINA-LOX@), viSeslojnu kompozitnu prevlaku (ALOX@) iviSeslojnu strukturdlnu prevlaku (SUPERTIN@;. Morose napomenuti da zamorno ponasanje takode zavisi i odosobina osnoqrog materijala i od modula elastidnostiprevlake [43,44). Zbogtoga su granice napona dobijeneiz Smith-ovog dijagrama za CrN relativno niske, alije inizak modul elastidnosti ove prevlake odgovoran za na-stajanje ogranidenih napona za odredeno spoljalnje op-tereienje. Sa ovog aspekta, TINALOX@ prevlaka je jed-na od najpoZeljnijih, po5to ona ima relativno nizakmodul elastidnosti, Sto prouzrokuje nastanak niskih na-pona, uz visoku tvrdo6u, Sto je garancija za dobru otpor-nost na habanje. Ovo ponaianje je potvrdeno eksperi-mentima rezanja.

Sada5nja ispitivanja su usmerena ka razvoju uredaja zatestiranje koji bi omogu6io i test na udar i softver zaocenu pomo6u koga bi brzo mogao da se odredi vektrajanja prevlake, u formi Smith-ovog dijagrama [45,46].Test na udar prevlake je jedini referentni test koji moZeda kvantitativno izrazi zamorno ponaianje tankih povr-Sinskih filmova, mada se on moZe joi koristiti za karak-terizaciju pona5anja pow5ina, dak i homogenih materija-la, koje su na primer izloZene poviSenim temperaturama,zavr5noj termidkoj obradi, i slidno.

SAkn 9. Snith-ovi dijagrami reprezentatiwtih jednosloini)ti viieslojnih prevlaka

4.2.Testna zamor pri kotrljajnom kontaktu(RCF-test)

Uzimajuii u obzir da su u znatnoj meri moderne tankePVD prevlake predvidene da rade u uslovima dinami-dkog trenja kotrljanja i klizanja, razvijeni su specijalnitestovi na zamor pri kotrljajnom kontaktu (RCF), i onise primenjuju za kontrolu kvaliteta ovih prevlaka. Najpo-pularniji od ovih testova su Kugla-po-Sipci, koji je zasno-van na Hercovom kontaktu u tadki, kao i test Cilindar-po-Cilindru, koji je zasnovan na Hercovom linearnomkontaktu. Principi i glavne konfiguracije ova dva testa suprikazani na slici 10 [32, 33,45,46]. Ovi testovi se uspe5nosimuliraju FEM metodama, u cilju da se izvrii njihovaoptimizacija, ili da se dobiju kritidni naponi koji se odno-se na zamor prevlake [47,48].

Kao primer, dabi se odredio napon kojiizaziva zamornooitedenje prevlake u toku dugotrajnih RCF testova, ura-dena je MKE simulacija testa Kugla-po-Sipci. Primenje-ni postupak modeliranja je pokazan na gornjem deluslike 11. Pri kontaktnim uslovima u tadki, koji nastajukada se kugla kotrlja duZ Sipke, formira se kontaktnaelipsa, koja je projekcija konveksne ili konkavne kontakt-ne povr5ine u ravni normalnoj na osu optereienja, kakoje vei pokiuano na gornjem delu slike 1,0. Povr5inskatvrda prevlaka ne utide na dimenzije kontaktne povr5ine,usled svoje radikalno male debljine i malog odnosa mo-

tm Tibologija uindustiji, Volume 20, No.3, 1998.

O < 16 Sect ion A-4

Preload Gil0) a ia. Scct ion A-A

\

\

lq*I%ltl

'rV'lY t'r---/ / ot2-'\ ,/ /

\o.z/ /o 2-,.--o

z/ GPa

Trot o1z=#\6. 1----s

1

Slika 10. Pincipi i geonrctrija kontakta za tipiini RCF testsa kontaktottt u taiki i po liniji

dula elastidnosti prevlake i osnovnog materijala, koji daki za kruiu ispitivanu prevlaku TiAlN, ne prelazivrednost4 [49]. U toku ovih testova, prevudene Sipke od delika100Cr6 su bile izloZene kotrljajnim kontaktnim opte-reienjima, u nameri da se prouzrokuje zamorno oite-ienje prevlake. Nivo optereienjar je odrZavan konstant-nim, da bi se dobile uporedive vrednosti za razlii.iteprevlake. Simulacioni model se sastoji od izoparametar-skih elemenata koji imaju konfiguraciju ravanskog stanjadeformacije, i koji su finiji bliZe kontaktnoj zoni.

Da bi se ubrazao test, primenjuje se intenzivno kontakt-no optereienje i nastaje plastidna deformacija osnovnogdelidnog materijala. Usled ove dinjenica MKE simulacijatesta tretira taknu tvrdu PVD prevlaku kao disto elasti-dnu, a osnovni materijal - delik kao elastidno-plastidan,pretpostavljajuii multil inearni kinematidki zakon oja-danja [50, 51,52). Uslovi kotrljajnog kontakta su postig-nuti delovanjem prelaznog normalnog pritiska i tangen-cijalnih raspodela pritiska.

Usled male debljine prevlake, u poredenju sa poluosamakontaktne elipse a i B, trodimenzionalni problem jeredukovan na problem ravanskog stanja deformacije,koji povoljno predstavlja naponska stanja koja nastaju upoprednom preseku, vertikalno na pravac kotrljanja, kojiprolazi kroz manju osu kontaktne elipse.

Kvazi-statidka simulacija RCF testa je postignuta pove-ianjem prenosne povr3inske raspodele pritisaka u dis-kretnim koracima. Svaki prenos je dinio jedan korak, kojije trebalo da-bude re5en, irnajuii poietne vrednosti koje

Tibologija u indwtij| Volume 20, No. 3, 1998.

Slikn 11. MKE model RCF testa Kugla-po-Sipci i Mizesov,irczultati za optereien i rastereten uzorak

su odgovarale vrednostima iz prethodno re5enog korakaoptereienja. Za proudavani RCF test je, radi odgovara-juie tadnosti simulacije, relavan dovoljan broj koraka.

Svaki poloZaj se proradunava u dve faze, optereienoj irastereienoj. Da bi se povisila dobijena tadnost, posleprvog prolaza kugle preko povr5ine uzorka, dalji prenosoptereienja je postignut, da bi se odredilo nastalo na-ponsko polje posle pruog obrtaja Sipke i zbog toga nasta-log traga kotrljanja, usled plastidne deformacije osnov-nog materijala 5ipke.

StaviSe, donji deo slike 11" ilustruje optereieno i raste-reieno stanje napona u toku drugog obrtaja Sipke zasrednji poloZaj razvijenog traga kotrljanja. Ova repre-zentativna stanja pokazuju raspodele stacionarnog na-pona posle formiranja staze kotrljanja. Promena naponasa optereienog na neoptereieno stanje ima minimalnuvrednost nula, usled plastidne deformacije osnovnog ma-terijala - delika, koje teZi dazadrLi prevlaku deformisa-

103

nom, i koristi se za predvidanje zamora prevlake, krozkori5ienj e odgovaraj uieg Smith-ovog dij agrama.

Na slici 12 su prikazane srednje vrednosti Mizesovognapona Spevt i odgovarajuie vrednosti amplitudaSeovA unete u Smith-ov dijagram. Poredenje izmeduizradunatih i dozvoljenih wednosti napona daje obja-Snjenje za ustanovljeno zamorno ponaianje prevlake uRCF testu Kugla-po-Sipci. Tako su, prevlake nastale nabazi titanijuma, koje pokazuju dobre osobine u eksperi-mentalnim uslovima rada, bile opteredene blisko bez-bednim granicama napona, ali unutar njih. Sa drugestrane, CrN prevlaka, koja je ispoljavala loie eksperi-mentalno zamorno ponaianje, je vidljivo optereiena iz-van bezbednih granica napona. Na taj nadin, dva razliditatesta zamornog pona5anja prevlaka, udarni i RCF testKugla-po-Sipci, mada su zasnovani na razliditim filozofi-jama, pokazuju izuzetnu korelaciju i medusobnu komu-nikaciju. Slidno pona5anje se dobija i simulacijom RCFtesta Cilindar-po-Cilindru sa linearnim kontaktom [45, 46].

SEka 12. Pronuna Mizesovog napona zavreme RCF testau susednbn Smith-ovim dij agraminta

5. BUDUEI TRENDOVI I INOVIRANJEKONTAKTNIH APLIKACIJA

Nova generacija modernih PVD prevlaka, koje se mogunanositi na niskim temperaturama, ima danas jako po-boljSane osobine materijala, koje se mogu tadno odrediti,kako je objaSnjeno u prethodnim odeljcima. Uvedene

TM

su, dakle, nove primene prevlaka, pruZaju6i veliku evo-luciju, posebno u proizvodnoj tehnologiji. Dva tipidnaprimera su prikazana u narednim odeljcima. To su pri-mena prevlaka na hibridna IeZiSta sa kosim dodirom, sakeramidkim kuglicama i delidnim prewdenim staza"makotrljanja, kao i prewdeni rezni alati od brzoreznogdelika ili kompleksnog karbida kao osnovnog materijala.

5.1. Prevudena hibridna leiiSta z^r^d pri ve-likim brzinama

Glavni razlogkoji spredava Siroku primenu rezanja veli-kimbrzinama je rad sistemavretena alatne ma5ine, uslednedostatka brzine konvencionalnih leZi5ta. Kao rezultatpoveianja koriSienja rezanjavisokim brzinama i visokihpreformansi, zahtevaju se kuglidna leii5ta sa kosim dodi-rom, koja dostiZu brzinsku karakteristiku od n'dm= 2 do2.5'106 mmlmrir, pri predniku provrta leZaja dm od 50 do100 mm [53, 54]. Medutim, usled njihovih performansikoje se odnose na zamor i habanje, konvencionalnadelidna leZi5ta imaju ogranidnu maksimalnu brzinu napribliZno 1.7'1d mmlmrir. Odludujuii uticaj na radniveki frikciono pona5anje leZiSta ima minimizacija podmazi-vanja, koja je poZeljna u cilju smanjivanja disipacije sna-ge i temperature vretena. Da bi se prevaziSle ove pote-5ko6e, predloZene su alternativne wste leZi5ta, takozvanahibridna leZiSta sa keramidkim kuglicama (Si3Nn); ilipotpuno keramidka leZi5ta [54]. Ovo je dovelo doznadaj nog poboljianj a rotacionog kapacite ta leZi5ta, kaorezultat redukcije gustine kotrljajnih elemenata, a time icentrifugalnih sila. Thko hibridna leiiita doprinoseop5toj krutosati vretena alatne maiine, usled ve6eg mo-dula elastidnosti njihovih kotrljajnih elemenata. Medu-tim, performanse ovakvih leZi5ta su ogranidene tribo-lo5kim pona5anjem njihovih konvencionalnih delidnihkotrljajnih staza.

PVD procesi na niskim temperaturama omogu6ili suprimenu hibridnih kotrljajnih leZiSta sa keramiEkim ku-glicama i prevudenim delidnim prstenovima, pobolj5ava-ju6i time njihovo tribolo5ko ponaSanje, i smanjujuii po-trebnu kolidinu maziva, radnu temperaturu, kao i nivobuke. Uzimajuii u obzir prolirenu primenljivost PVDprocesa, predloZeno je i ostvareno powlinsko pobolj-Sanje delidnih kotrljajnih staza, pomoiu tankih tvrdihprevlaka [55,56]. Gornji deo slike 13 prikazuje ovaj novitip leZi5ta zajedno sa konvencionalnim leZi5tima istihdimenzija. Ovakva leZi5ta omoguiavaju izuzetno pove-6anje produktivnosti alatnih maiina, kako je prikazanona srednjem dijagramu na istoj slici.

Zavreme stadijuma evolucije hibridnih leZiSta sa kera-midkim kuglicama i prevudenim kotrljajnim stazama, is-pitivano je i optimizirano nekoliko konstrukcijskih para-metara. Najznadajniji su: geomerija, parametri PVDprocesa, termidka obrada osnovnog materijala, i nano-Senje prevlake na materijale. Da bi se razjasnilo da li je

Sueu"^*=2'7

Suou'= 1.7Srou^=l.o

Sreu"o*ru**rro:2.9

Suouwruo*tro= I .7

Srqutd=l '9

Srou'= I ' I

sEavA=0.8q u x"EQV ERMNED

ibl

Tibologija uindustiji, Volume 20, No.3, 1998.

oiteCenje prevlake u nekim podetnim eksperimentirnanastalo usled pojave prevremenog loma, ili nije, zahtevase precizno poznavanje nivoa dinamidkih napona u pri-menjenim radnim uslovima. Da bi se re5io ovaj problem,primenjen je model radnog veka prevlake na zamor, uzistovremenu simul aciju MKE naj ugroZenij ih kontaktnihpoloZaja koji nastaju izmedu kuglica i kotrljajne staze, utokp rada leZi5ta.

Postupak MI(E modeliranja je prikazan na donjem deluslike 13. Proradun se odnosi na kontaktni problem izme-du keramidkih kotrljajnih elemenata i prevudene spo-Ijainje kotrljajne staze. Usled simetrije optereienja uIeZi5tima sa kosim dodirom, po5to deluju samo aksijalno

Slil@ 13. Hibidna lciiSta sa prevuienim kotrljajnimstazarna, karisti od njihovog wpelnog rada

i postupak njiltovog modeliranja MKE

Tibobgija u in&utiji, Volume 2C, No. 3, 1998.

predoptereienje i inercijalno optereienje, svaki kontakt-ni poloZaj je identidan sa ostalima. MKE re5enje takodeuzima u obzir i efekte trenja koji utidu znatno na krudeprevlake.

Razvijen model ravanskog stanja deformacije je ugra-den, pomoiu umnoZaka manje poluose kontaktne elipse

B, tako da je finiji blDe kontaktnom poloZaju. Kotrljanjeje simulirano primenom raspodele normalnog Herzovogeliptidnog pritiska, maksimalne vrednosti P'o*, na pre-vuEenu povr5inu, dok je klizanje simulirano tangencijal-nim pritiskom. Vektori tangencijalnog pritiska su pro-porcionalni vektorima normalnog pritiska, uz koeficijenttrenlap, Kontaktna optereienja su izradunata uz pomoidigitalnog programa koji izvodi kvazi-statidku simulacijurada leZiSta, uzimajuii u obzir trenje, centrifugalne sile iZiroskopske momente [57, 58].

U proradunu sila i momenata trenja, osim optere6enjaQi i Q", uzete su u obzir i kinematske velidine kao Sto subrzine klizanja i obrtanja, itd. Kontaktna optereienja,zajedno sa postojeiom geometrijom kontakta, su koriS-6ena za izraEunavanje maksimalnog kontaktnog pritiskai odgovaraju6ih dimenzija kontaktne elipse, i za unu-trainje i za spolja5nje prstenove.

Slika 14 prikazuje povr5insku raspodelu razliditih kom-ponenata napona za hibridno leZi5te 70L0, pri istompredoptere6enju, za sludajeve najkruie ispitivane prevla-ke TiAIN i najmeKe prevlake CrN. Kao Sto je i odekiva-no, trenje povelavanivo napona, a usled toga i opasnostod zamora. Ovde predstavljene komponente napona supotencijalne za kohezioni vid o5teCenja, to jest, to sunormalni naponi koji nastaju u prevlaci za vreme rada

Slikn 14. Raspodela komponenti napona u prevlaci koie sejavljaju pri radu leii.ita

100

E 7 0'"=b0

=60

&40

z

4000 rpm 15000 rpm -

24000 rpmSpinCle rotational speed

Rotating capacity up to

High speed spindle of aine machine tool

-|Rolling direction

Fs"Y

,

7Q10,F2.5 pm, n:16000 rpm, preload 1800 N,P.o=1.6 GPa, c/p:0.452l0.113 mm

105

leZi5ta. Poredenje vrednosti napona za TiAIN i CrNprevlake pokazuje da, pod jednakim predoteredenjem,pa prema tome i kontaktnim opteredenjem, meka prevla-ka ima niZe vrednosti napona, imajuii sa druge strane,istu raspodelu napona kao i kruia prevlaka. Maksimalnewednosti ovih raspodela napona diktiraju granice pro-mena napona po5to su prevlake optere6ene izmedu ovihnajve6ih optereienja i nule, kada se svaki kotrljajni ele-menat udaljava od ispitivanog poloZaja.

Maksimalne vrednosti Mizes-ovog napona, koje su dobi-jene primenom ranije opisanog postupka uz pomo6MKE, su uporedene sa wednostima bezbednih granicazamora, koje su dobijene pomo6u Woehler-ovog dijagra-ma za odgovarajuiu prevlaku, za kohezioni mod o5-teienja. U sludaju ispitivanih leZi5ta, usled elastiine de-formacije kontakinog materijala, povr5ina Smith-ovogdijagrama, koja sluZi za predvidanje zamora, je ona saminimalnom vredno#u napona jednakom nuli.

Slika 15 pokazuje odekivanja u pogledu zamora za obeispitivane prevlake, kao funkcije obrtne brzine wetena ipredoptere6enja, u dva elastidna sludaja, to jest, za leZi5te7010 sa prednikom sklapanja od 50 mm, i leZi5ta 7020 saprednikom od 100 mm. Srafirana oblast na svakom dija-gramu odgovara naponima koji su povezani sa trajnompostojano5iu prevlake. Poveianje obrtne brzine izazivapoveianje opasnosti od zamora, usled uticaja centrifu-galnih sila. Ovaj uticaj je mnogo odigledniji za sludajIeii5ta 7020, usled veieg prednika i zbog toga poveianemase kotrljajnih elemenata. Na radun toga, za isti nivoaksijalnog predoptereienja, dak i pri manjim brzinama uvelikom leZi5tu 7020 nastaju manji naponi, a za ve(eobrtne brzine situacija je suprotna.

!F

li

a

z?I'{

2.5

GPa

1 . 5

1 .0

0.5

0.0

4000 rpm 16000 rpm

600 1200 1800 1200 1800

7010

1200 1800 600 1200 1800

Preload (N)

n2si l G P aI t x

I lE r .5l i l i ,ol - lol l

05Ll 0.0

600pmF=0.1, F2.5

SAka 15. Utbaj al<sijalnog predoptere5enja i obrtne bninena riik od zamora prcvhke.

106

Sa druge strane, porast predoptereienja dovodi do po-veianja nastalih napona. Ova primedba postaje odigled-nija u sludaju malog leZi5ta.Razloziza ovo su isti kao i zasludaj sa prethodne slike, po5to manji radijus krivinekontaktnih tela i manji broj kotrljajnih elemenata, kojikarakteri5u manje leZi5te, su u vezi sa vi5im kontaktnimnaponima [59,60].

Slika 16 prikazuje uticaj koeficijenta trenja na naponeprevlake na zamor. Kako se moZe videti sa dijagrama,twda prevlaka je osetljivija na vudenje, i opasnost odzamora se poveiava u skladu sa koeficijentom trenja. Zaoptimizirane uslove rada leZi5ta, koeficijent trenja neprelazi vrednost od 0.1, Ve6e vrednosti trenja su prouz-rokovane lokalnim geometrijskim nepravilnostima ipove6anom hrapavoS6u.

Stika 1 6. **i y:Hrr:;ktreni a na opas nos t od

Stavi5e, dodatni proraduni obja5njavaju uticaj debljineprevlake na kontaktne napone u prevlaci, pokazuju6i dadebljina filma u ovom sludaju nije uticajni parametar narazvoj napona. Medutim, debljina filma, kao konstruk-cijski parametar, mora biti odabrana uzimaju6i u obzirostale triboloike aspekte kao Sto su habanje, otpornostna povi5ene temperature, i slidno,

U ispitivanim sludajevima, prevlake rade u bezbednimgranicama, imaju6i pri tome zadovoljavaju6i stepen si-gurnosti na zamor. Siguran pokazatelj bezbednosti nazamor ispitivanih prevlaka, omogudava umereno prika-zivanje i prosudivanje konstrukcionih i tehnolo5kih pa-rametara koji su imali znadajan uticaj na nastajanje o5-teienja prevlake. U toku faze evolucije tipa hibridnihleZiSta sa keramidkim kuglicama i prevudenim kotr-

2.5

GPa

E t.sI r.o

a0.5

0.00 0.05 0.1 0.2

coating fatigue safe area

t=2.5 pm, n:l6000 rpm, preload 1800 N

E t.sI r.o

qu.)

0.00 0.05 0.1 0.2

tr'riction coefficient p

Tribologija u industiji, Volume 20, No.3, 1998.

ljajnim stazama, ispitivano je i optimizirano nekolikokonstrukcijskih parametara. Vedina znadajnih parame-tara su geometrija, parametri PVD postupka, termidkaobrada osnovnog materijala i materijala prevlake.

U toku dugotrajnog i potpunog rada leZi5ta u specijal-nom uredaju za ispitivanje, kao i brzohodih elektriinihwetena, nailazilo se na mnoge probleme, [61,62,63],Stoza krajnji rezultat ima lom prevlake. Leii5ta su testirana,pri demu su aksijalno predopter6enje i inercija bili jedinaoptereienja. Uticaj nekontrolisanog Zarenja u komori zananolenje prevlake, usled dinjenice da je podetno tem-peratura nanoSenja bila vi5a nego temperatura Zarenjaosnourog materijala, je bio odigledan na odstupanje za-obljenosti i karakteristidniji je za spoljainji pnten, koji jebio manje krut zbog njegovih ve6ih riimenzija. S drugestrane, tipidna oitbdenja CrN prevlaka su prouzrokovanaloiim lcvalitetom povr5ine i poveianom hrapavo56ukotrljajne staze leZi5ta. Ovalcva oSteienja su primeienai na prstenovima prevudenim TiAlN.

Optimizirana leZi5ta, pri kraju faze njihove evolucije,pokazivala su eksperimentalno ponaianje koje je odeki-vano, to jest, radila subezoiteienja 161,62,64]. HibridnaleZiita su uticala na znadajno poboljianje ponalanja br-zohodih wetena. Uspeh ovog projekta je doveo do pro-Sirenja istraiivanja i na druge tipove leZiSta, kao 5to sukotrljajuia leZiSta sa konvencionalnim ili prevudenimkotrljajnim elementima i prevudenim delidnim prsteno-vima [65]. Najnoviji rezultati ovih ispitivanja takode uka-zuju na primetnc pobolj5anje rada leZiSta.

5.2. Moderni alati sa prevlakamaza rezanjevisokim brzinama i sa visokim perform-ansama

7-ahtev za poveianje produktivnosti i efikasnosti moder-nih alatnih ma5ina, ubrzava konstruisanje i evolucijupobolj5anih reznih alata, Glavni problem na koji se trebakoncentrisati u razvoju alata je rezni materijal i tehno-lolke karakteristike njegove prevlake. Uobidajeni mate-njal za alate su brzorezni delici (HSS), posebno za alatekompleksne geometrije i za sloZene karbide (twdi metali- HM) koji se Siroko primenjuju zarez e plodice. U obasludaja, povr5insko pobolj5anje reznih ivica se vrli po-moiu tvrdih prevlaka. Industrija alatnih maiina pos-veiuje paZnju mehanidkim osobirama materijala koji sekoriste kao osnovni materijali, to jest, njhovoj tvrdoii,krutosti, mikrostrukturi, homogenosti, i drugim. S drugestrane, da bi se dobile trajne prevlake, razvijene su mo-derne PVD tehnike, koje daju meke, tvrde ili super tvrdejedno ili vi5eslojne filmove [66, 67,68]. Sproveden jeeksperimentalni rad znadajnog obima, da bi se ispitaleperformanse rezanja razliditih jedinjenja kao reznih ala-ta. Ovalct'i eksperimenti su vrieni sa procesima rezanjasa trajnim ili prekidnim uklanjanjem materijala i onipokazuju tipidne vidove oitedenja prewdenih alata [69].

Tibologija u in&rtiji" Volume 20, No.3, 1998.

Do sada publikovani rezultati sistematidnih eksperimen-talnih zadataka su prikazani na slici 17 f70,7I,72]. Gornjidijagram na ovoj sliciprikazuje eksperimentalne rezulta'te koji pokazuj u korel acij u izmedu brzina rezanj a, postig-nutog broja rezanja i uodenih o5teCenja alata pri gloda'nju, za dva razlidita sistema sa prevlakama [70]. Sta vi5e,uticaj sistema sa prevlakama i debljine prevlaka na radnivek alata u operacijama struganja su ispitivani, i oni suprikazani na srednjem dijagramu na istoj slici [77,72].Uticaj debljine prevlake na zamor alata od brzorezihdelika je jo5 bio ispitivan eksperimentalno i analitidki uprethodnim istraZivanjima [73]. Ova istraZivanja su pru-

Slika 17. Petfonnarce alanih ma"{ina kno futtkcijepara,netara rezanja i specifikncija prcvlaka

prcnu Koenig-u i Kocke-u [70, 71, 72]

20000

r5000

10000o

z

0 50 100 150 200 250 m/mrn 400Cutting speed v.

U)

o

0

a0

L)

oI

z

8000

6000

4000

2000

0

ITiNI

t\

v

Ti(C,]\ l

t \

0 m/min 400 0 m/min 400 0 m/min 400

r07

Zila dobro zasnovan kvalitativni odgovor na pitanje opona5anju alata sa prevlakama pri rezanju.

Dodatna ispitivanja su ilustrovala uticaje ostalih faktora,kao 5to su prethodna obrada osnovnog materijala naradni vek alata sa prevlakama U4,751. Gornji deo slike18 pokazuje principe bombardovanje kuglicama u vode-noj struji ili mikro bombardovanjem, tehnikama koje suvei ugradene u komercijalne uredaje. Kao tipidan rezul-tat primene ovih metoda, dijagram na istoj slici prikazujetestove buienja temperovanog delika koji analizira uticajmehanidke obrade povrline na otpornost na habanjekarbidnih alata sa PVD prevlakama.

U najnovijim istraiivanjima je pokazano da je, pri dina-midkim stanjima napona, koji nastaju u procesima reza-nja sa prekidnim.skidanjem materijala, wlo znadajan iuticajan faktor o5teienja rezne ivice i prevlake, oblik ivelidina promenljivog polja napona [76]. Kritidne kom-

SAks rc. Pincipi bombardovanja kuglicanta u vodzttoistruji, el<sperimentalni uredaj za mikro

bombardovanje i njegov uticaj na buienjeprema Tbenshoffu [20, 21, 22,74,75]

108

ponente napona na zamor mogu postati dominantni pa-rametri habanja za kombinaciju prevlaka - osnovni ma-terijal. Ovaj odeljak pokazuje kako model predvidanjazamora prevlake moZe biti iskori5den pri procesu rezanjasa prekidnim skidanjem materijala, uz pomoi tri razliditeprevlake. To su jednoslojna CrNprevlaka, zatim prevlaka

TINALOX@ i strukturalna prevlaka SUPERTIN@.

Gore pomenute prevlake su ispitivane pri glodanju, naplodicama od tvrdih metala (TM) i brzorezih delika(BRe) 177). U toku ispitivanja, prewdene plodice odBRe i kompleksnog karbida su testirane u uslovimarezanja sa prekidnim skidanjem materijala, na obradnomcentru sa detiri osovine i cilindridnim radnim predme-tom. Na gornjem delu slike 19 je pokazan sistem radnikomad-alat. Neophodni, prethodno procenjeni broj uza-stopnih prolaza, je postignut sledeiom postupnom ci-klidnom putanjom propisanom odgovarajudim NC ko-dom. Da bi se ostavilo da materijal radnog komada imapribliZno ravnomernu kristalnu strukturu i mehanidkeosobine, uklonjen je samo spolja5nji cilindridni sloj ispi'tivanog komada.

Optidko razmatranje proizvedenih povr5ina, nivo bukema5ine, kao i boja proizvedene strugotine, su takode bilipokazatelji stanja plodice posle svakog pojedinadnogeksperimenta. Pri eksperimentima glodanja sa plodica-ma od kompleksnog karbida, rezanjeie bilo suvo, dok je

pri eksperimentima sa BRe plodicama za hladenje iuklanjanje strugotine izabran mlaz emulzije. SE mikro-skopija i EDX spektroskopija su koriS6ene za detaljnijuanalizu, kako ie kasnije biti opisano,

Usled izabrane geometrije alata, rezna ivica je ravnomer-no optere6ena po duZini koja odgovara aksijalnoj dubinirezanja i uglu pozicioniranja plodice. Za tezni alat, ovanaponska situacija odgovara tipidnoj analizi ravanskogstanja deformacije. Na ovaj nadin, trodimenzionalniproblem rezanja moZe se opravdano redukovati na dvo-dimenzionalan, omogu6avaju(i zat o kori5ienj e resursaCPLJ zaustanovljavanje finije mrei,e dvorova i smanjenjegreike diskretizacije, koju uvodi trodimenzionalna simu-lacija.

Strategija modeliranja je takode pokazana na slici 19 i zaplodice od BRe i od kompleksnog karbida. Sistem alat-radni komad je simuliran modelom ravanskog stanjadeformacije prevudene rezne ivice. Rezna optereienjakoja deluju su primenjena u formi raspodele pritiskanormalno i tangencijalno na powlinu, koje se dobijajukoriSdenjem potpune kinematike rezanja, prethodno od-redenih sila rezanja i faktora sabijanja strugotine, koji suizabrani reznim procesom.

Gore pomenuta MKE, simulacija procesa glodanja zah-teva podatke o o materijalu i tehnologiji kao i o kontakt-noj geometriji. Uzimajuii u obzir da ove velidine zaviseod geometrijske konfiguracije alata, kinematike rezanja

p..rru.. , in ..nozzle feed spieed ,rqvr+ ,'f.pelning quqtiionff ;tFarJ,nozde.to-Curface r .;1, ::.'.'o'iptffia .' l l i" .

n,rt' ,,

pell"rpg angl^e 1 i,:C. 'r,

ribZld anlli' :r 'd'' Ydiameter.; I ,i P L

0 5 1 0 1 5 r n 2Tool path L,

Tibobgija uindustiji, Volume 20, No.3' 1998.

Skikn 19. MKE sintulacija proces glodanja za odredivanjenapona alata

i komponenata materijala radnog komada, da bi se na-stavilo sa pouzdanom simulacijom, ovi su podaci odre-deni eksperimentalno. Sile rezanja se izraZavaju premaKienzle-Victor-ovim jednadinama, kao funkcije dimen-zij:r nedeformisane strugotine [82]. Stavi5e, sti5ljivoststrugotine, zralenafaktorom sabijanja strugotine, je ek-sperimentalno odredena za kori5ieni materijal radnogkomada pomoiu eksperimenta struganja [78, 79, 80].

U sada5njim ispitivanjima, dominantni istraZivadki cilj jeda se opiSe uticaj zamora prevlake na podetak i progresoSteienja alata. Zbog toga se moraju ispravno izabratiuslovi rezanja, posebno brzina rezanja, u cilju minimizi-ranja znadaja ostalih opasnih uticaja, kao Sto su tribome-hanidki i termidki efekti. Ovi mehanizmi, takode dopri-nose op5tim performansama habanja alata i vei su kvan-titativno odredeni.

Tibologija u irtdtctriji, Volume 20, No. 3, 1998.

MKE modelje prilagoden i reSen za ispitivane sludajeveglodanja. Slika 20 prikazuje tipidnu Mizes-ovu raspode-lu napona, porast Mizes-ovih ekvivalentnih napona krozplodice od BRC sa TINALOX@ prevlakom u toku jed-nog obrta alata, za vreme jedne penetracije alata u ma-terijal radnog komada. MoZe se uoditi da se poveiavadebljina strugotine, da naponsko polje postaje interziv-nije i da se poveiavaju maksimalni naponi.

Razlog za ovakvo pona5anje je to da, dok se povedavadebljina strugotine, kontaktna povr5ina izmedu radnogkomada i deone povr5ine se takode poveiava, ali silerezanja rastu sa veiim nagibom. Na radun toga, odekujuse maksimalni naponi u trenutku kada alat napu3ta radnikomad, posle svake penetracije. Pow5ina koja je najpod-loZnija napadu zamornog habanja, kod ispitivanih slu-dajeva rezanja, je deona povrlina, po5to se tu pojavljujumaksimalni kontaktni naponi. S druge strane, bok nijekritidna oblast, poito su Mizesovi kontaktni naponi kojitu nastaju mali.

Povriinske raspodele napona na TINALOX@ i SUPER-TIN@ prevlakama, duZ deone povr5ine su prikazane naslici 20. Ovi dijagrami mogu da omoguie odredivanjekritidnog napona prevlake, kao i oblasti gde se odekujeda podne lom prevlake. Mizes-ov napon SEev** zaobeprevlake raste sa poveianjem debljine nedeformisanestrugotine h*t*, ali ne istom brzinom. Razlidito pona-Sanje ispitivanih prevlaka, kad je u pitanju velidina napo-na i njegov porast duL rezne ivice, je odigledno.

SAkr 20. Konture Mizesovih napona i povriircke rgspodelenapona na ieonoj povriini plodica od BRC

sa prevhkatna za razhtite usbve rezanja

procedure

2. End of cutt ingh r ^ ^ a / . t , , - -P ' v ! v u u r !

&$t@

cuttine tool

o

v)(a

o

Ez

T

max h"u

cutting kinematic

8h.;

coatins substrate

No.t h i l ,

[.u (Pm) l, (*rn)

o 30 0.0siZA\14 o l 0 . 1

ad\\Y/ t22

0 50 100 pm 200 0 50 100 pm 200Distance x Distance x

109

Ponaianje CrN prevlakeje analogno odgovaraju6em TI-NALOX@. Uzimajudi u obzir forme porasta njihovihnapona, odekuje se da o5teienje TINALOX@ bude vrloblizu vrha rezne ivice, na mestu koje je skoro nezavisnood izabrane brzine rczanja. S druge strane, SUPERTI-N@ prevlaka se odekuje da otkaie na odredenom rasto-janju od vrha, takode na deonoj povr5ini, koje varirazavisno od izabrane brzine rezanja.

Lokacije ovih oltedenja filma su prikazane na SEM fo-tografijama na slici 21, i u potpunosti se slaZu sa rezulta-tima napona koji su vei prikazani na slici 20. U sludajuSUPERTIN@ prevlake, gde maksimalni napon leZi narastojanju od vrha rezne ivice od pribliZno 50 trlm, deko-hezija filma podinje na istom mestu, Sto su takode poka-zale EDX analize.. U ovim oblastima oste6enja prevlake,osnovni materijal je vidljiv u mikrospektralnoj analizi,pokazanoj na donjem delu ove slike. S druge strane, zaTINALOX@ prevlaku podetak oiteienja prevlake se po-javljuje na whu rezne ivice, na deonoj pow5ini, gde inastaje najve6i napon. Eksperimenti sa CrN prevlakamailustruju njihovo vrlo loie ponaianje na habanje, Sto diniovu prevlaku vrlo nepogodnom za sedenje, madaje vrloatraktivna za primene kod leZi5ta.

Dalja ispitivanja glodanjem su vriena sa viSim brzinamarezanja nego Sto su bile primenjene u prethodnim prika-

zanim eksperimentima. Z,a SUPERIIN@ prevlake, padradnog veka prevlake, povezan sa pojavama zamora, jeprimeien pri vi3im brzinam a r ezanja,kao Sto je otkrivenoi u [13].

S druge strane, TINALOX@ prevlaka je pokazivala sko-ro stabilno pona5anje sve do brzine rezanja od 100rnlmin. Medutim, pri vi5im brzinama rezanja, u ividnimzonama mikrolomova, gde BRd osnovni materijal vi5enije zaltiien, habanje bokova se uveiavalo vrlo brzo. -

Pona5anje bokova na habanje (VB) ispitivanih prevlakaje prikazano nagornjem dijagramu na sliciZZ. Pona5anjena habanje CrN prevlake, koja ima najniZu otpornost nazamor,je direktno uporedivo sa BRe osnovnim materi-jalom. U ispitivanom sludaju, koheziono oiteienje je

uodeno u wlo ranom stadijumu, posle dega se habanjebokova poveiava wo brzo. Ovo ponaSanje nije prihvat-ljivo za alate sa prevlakama, pa se meke prevlake saniskom otporno5iu na toplotu i zamor, kao Sto je CrN,ne preporuduju za procese rezanja. O5teienje SUPER-TIN@ prevlake je u svim ispitivanim sludajevima uodeno

SAka 22. Habanje bolcova u funkciji broja uzastopniltprolaza, i obja.Jnjenje zamora ispitivanih prevlaka

Tibologija u industiji, Volume 20, No. 3, 1998.

SUpERTIN@aos &=0.1 mm

It I +.r fz=0.2 mmI i.. rz=u.z rl

I^" I f Cuttingedge

o so loo l5o 2oonumber of cuts (xl0r)

S 6-5-2-5, 42CrMo4Y, R*:1.05 GPa, v":30 m/min

number of cuts (:'impacts)S 6-5-2-5, t--4pm,re70o, 04, 1=0, v.{0m/min,

42CtMo4Y, R-=1,05 GPa

o fz=0.05 mm, substrate: S 6-5-2-5A fz=0.1 mmtr t:0.2 mm

*cutting edgeI mlcrooreaKages

Y coating failure

[0' l0o l0' lou

X-ray Dispersive Energy (keV)

F0. lmm/tooth,rev, v:30 m/min,S 6-5-2-5, 42CrMo4V, R-=1.05 GPa

Slikn 21. SEM fotografije i EDX mikrcspektmlne analizeza bpitivane prevlake

110

na oko Id uzastopnih prolaza. Medutim, lom prevlakeje bio postepen, i "otkrivanje" osnovnog materijala jetrajalo u toku jo5 mnogo uzastopnih prolaza posle podi-njanja o5tecenja.

Alat je uspeo da hdriiprimenjena rezna optereienja zavi5e od 5'1d prolaza uz habanje boka manje od0.4mm.U sludaju TINALOX@ prevlake, koheziono,o5teienje jepoEelo da biva vidljivo posle pribliino lF uzastopnihprolaza. Ovo o5te6enje je bilo posledica mikrolomovarezne ivice, usled pojave zamora BRe osnovnog materi-jala. Poveiana tvrdoda i otpornost na habanje ove prevla-ke, dak i posle podetka njenog o5tecenja, su omoguiavaleizuzetnu otpornost na habanje cele rezne ivice. Eksperi-menii rezanjem sa uzorcima sa TINALOX@ prevlakamasu bili prekidani, u velikom broju sludajeva, kada jehabanje boka dosfiglc pribliZno vrednost od 0.1 mm.

Korelacija izmedu eksperimentalnih i analitidkih rezul-tata, koji se odnose na zamor prevlake, moZe se takodeuoEiti i na donjem dijagramu na slici 22,gde se razmatra-ju Woehler-ovi dijagrami za ispitivane prevlake. Uzima-juii u obzir nastale napone i osobine zamora CrNprevla-ke, odigledno je da je odekivano vrlo rano o5teienjeprevake, Sto se i desilo. Zasnovan na dinjenici da suMizes-ovi naponi koncentrisani blizu vrha rezne ivice,prewemeni lomprevlake dovodi do brzogizlaganja BRCcsnovnog materijala, i do prateieg porasta habanja, uskladu sa kori56enim uslovima rezanja, i tvrdoiom osnov-nogmaterijala. U sludaju SUPERTIN@prevlake na BReosnourom materijalu, oiekivana je povedana opasnostod zamora da se pojaviposle oko 1l uzastopnih prolaza,zavisno takode i od kori5iene brzine rezanja, 5to je ipoh'rdeno eksperimentalnim rezultatima. U svim ispiti-vanim sludajevima, uodeno je kohezioni vid o5teienja nadeonoj povr5ini. Ova oSteienja su se uklapala u pro-radunom predvideno pona5anje, kad su u pitanju vred-nosti napona i mesta njihovih maksimalnih vrednosti.

StaviSe, zamorno ponaianje TINALOX@ prevlake nane-te na BRe osnovni materijal, je dalje dokazalo adekvat-nost Woehler-ovih dijagramaza tadno predvidanje o5te-ienja filma. U svakon od ispitivanih sludajeva, podetako5teCenja i poloZaj ljuitenja su bili u potpunosti pred-videni i uodeni. Ovaj tip super tvrdih prevlaka je pokazaoizuzetno pona5anje pri habanju. eak i posle podetkaolteienja, preostali deo ove, na habanje otporne prevla-ke, je uspevao da za5titi osnovni materijal, imajuii manjinagib krive habanja za rezns ivicu. Vrieni su i daljieksperimenti glodanjem, sa plo6icama od BRe osnov-nog materijala, sa prevlakama, pri ve6im brzinatfiztEZa-nja. Za SUPERTIN@ prevlaku uoden je pad radnogvekapri viSim brzinama rezanja, povezan sa pojavama haba-nja osnovnog materijala, Sto je otkriveno i u ranijimispitivanjima [73]. S druge strane TINALOX@ prevlakaje pcrkazivala skoro stabilno ponaianje zabrzine rezanjada 100 mlmin. Posle loma prevlake pri vi5im brzinama

Tibologija u htdtutiji, Volume 20, No.3, 1998.

rezanja, kada BRe osnovni materijal viSe nije za5ti6en,habanje se naglo pove6ava, kao Sto se i odekuje, pozna-vajudi termidku stabilnost plodica od BRe.

Da bi se dalje analizirale performanse na habanjerazliditih osnovnih materijala, vrleni su dodatni eksperi-menti glodanjem, pri demu su koriSiene plodice od kom-pleknog karbida (HM) kao osnovni materijal. Kom-pleksni karbidi, razmatrajudi njihow strukturu i sastav,mogu da ispolje anizotropno i nehomogeno pona5anje

[8]., 82, $]. Sto se toga tide, njihova zateznadvrsto6a idvrstoia na pritisak su razlidite, i Mizes-ovi kriterijumiloma vi5e ne vaie. Znajfti ovu dinjenicu, konstruktorialata obraiaju paZnju na geometriju rezanja, da bi"seizbegle koncentracije visokih glavnih napona, posebnozateznih, koje su u stanju da izazovu krte mikrolomoverezne ivice, koji mogu da umanje performanse alata.

U prvoj fazi eksperimanata sa tvrdim metalima kao os-novnim materijalima, koriSiene su prewdene plodice, saradijusom zaobijenja od 4 p,m [I3]. Za ovaj sludaj, ekspe-rimentalni rezultati su pokazali wlo rano o5teienje vrharezne ivice, usled ranije obja5njenih nzloga. Da bi serelio ovaj problem, izabran je drugi, ve6i radijus, i stabil-nost eksperimentalne rezne ivice je povedana. Na levojstrani slike 23 pokazano je ponalanje napona za o5trureznu ivicu, koja ima vrh zaobljen malim radijusom od4 prn. kaspadela napona se odnosi na reznu ivicu bezprevlake, Sto je dato da bi se shvatilo da je nestabilnostosnovnog materijala uzrok ranih mikrolomova vrha. Vi-soka koncentracija zateznih napona na boku i pritisnihna deonoj povr5ini, stvaraju trodimenzionalno polje savi-janja sposobno da slomi vrh rezne ivice, pri wlo malombroju uzastopnih prolaza. Ovi veliki glavni zatezni i pri-tiskujuii naponi daju dva maksimuma Mizes-ovog napo-na, kao lto se moZe videti iz odgovarajuiih kontura.Ovakvo pona5anje napona dovodi do oite6enja vrharezne ivice, slidnog odgovarajuiem o5teienju prikaza-nom na SEM mikrogarfu na istoj slici.

Kada je primenjeno ve6e zaobljenje rezne ivice, raspode-la napona je drugadija i ima samo lokalni maksimum ublizini podetka zaobljenja na boku (vidi desni deo slike23). Ova koncentracija napona se uglavnom sastoji odpritisnog glavnog napona, 5to nije tako kritdno za tvrdemetale. Gore pomenuti rezultati napona adekvatno ve-rifikuju poznatu tehniku formiranja zaobljenih vrhovareznih ivica, zasnovanu na iskustvu. Ouaj problem nijenarodito kritidan kod BRe osnovnih materijala, uzima-ju6i u obzir njihovu izotropiju i homogenost, koje omo-gu6avaju primenu Mizes-ovih kriterijuma loma, ali moguda nastanu i u sludaju velikog zazora i deonih uglova.Kako se moZe videti sa SEM mikrografa sa iste slike, zaplodicu dija geometrija odgovara onoj prikazanoj na slici23, ali sa adekvatnim zaobljenje od 10 p.m, rezna ivicamoZe da podnese znadajan broj uzastopnih prolaza, bez

1 1 1

SAko 23. Uticaj radijusa zaobljenja ploiice na perfonnansealata od kontpleksnog kafuida

ikakvog o5teienja. Uslovi rezanja su u ovom sludaju bil iidentidni onima za plodicu sa oitri jom reznom ivicom.

SIika 24 pokazuje eksperimentalne rezultate, dobijene zarezne plodice sa prevlakama sa pobolj ianom geometri-jom. Efektivni radijus zaobljenja vrha rezne ivice se sa-stoji od radijusa zaobljenja plodice od kompleksong kar-bida plus debljina prevlake, po5to prevlaka prati krivinuosnovnog materijala pri procesu nanoienja. Gornja SEMfotografija iprikazuje upotrebljavanu reznu ivicu posleznatnog broja prolaza. Fotografi ja je snimljena sa nepro-vidne tadke posmatranja, koja predstavlja bok, zaoblje-nje rezne ivice i deonu povriinu, I optidko posmatranjekao i prikazana EDX mikrospektralna analiza, pokazuju

da je rezna ivica neoiteiena, poito su skenirani samohemijski elementi koji pripadaju TINALOX@ prevlaci.

I12

cps200

1 5 n

E

3 100

50

Energy fteV)

0 5 1 0 1 5

Energy fteV)Substrate: FIM, t=4pm, r:90', a:7',

Y=0, v":1O0m/min, 42CrMo4V R-=l.05GPaeffective cutting edge rounding p"o=l4pm

REGION

5 1 0

Slik/j 24. Uticaj rudijusa zaobljenja vrha rczne ivice naperfornunse alata od komplel<snog karbida pri gbdaniu

Sa druge strerne, druga SEM fotografija odgovara iden-tidnom sludaju geometrije rezanja i podacima obrade, ali

posle broja prolaza koji odgovara podetku oiteienjaprevlake. Oiteieni deo (detalj D) u manje tamnoj zoni

na podetku zaobljenja je u blizini boka. Na ovoj slici

oiteienje prevlake je takode zamorno kohezionog tipa.Zadivljujuie je da rezna ivica, osim ovih lokalniho5teienja prevlake, zadrLava sopstvenu geometriju re-zanja, dok se lomovi ne pojavluju.

Rezultati za napon prikazani na slici 2-5 kvantitativno

obja5njavaju prethodno prikazana o5teienja prevlaka.

Zona oSteiene prevlake se karakteri5e lokalnom kon-

centracijom Mizes-ovog naponer. Maksimalna vrednost

Mizes-ovog napona sa raspodele napona po deono.j povr-

/^t.s=-l l ( t .acv3

$)\ \

K\von Mises ' i \,F^v stresses l 2f f i . \

tr

P"n =4Fm

\ : compression t : tension

Region@ F-------1 lFm

'( 1.L > 1

< . t

1 \ ' rL a

1 '- 1T L

J, 1 erinciPai\ stress traces

f = n l n f t r , = t n n m / rt z - v . l l l l l l l , v c - I v v l u / l l l l n ,

- o ^ o ^ ^ o , ^ ^c=7 , y=0 , r:90 ,42CrMo4Veffective cutting edge rounding p"u

t i i , l **i '\ \\I t l l t r \ \ \

t l t t t \ \ \ 1 . 1 1 1Principal

stress tracesl l t r ' ' r r 1 1

Tribologija u irrclustiji, Volume 20, No. 3, 1998"

substrate: HM,h.u:61pm, v"=100m/min,a:f, e90o,50, c4pm,workpiece: 42CrMo4Yeffective cutting edgerounding p"u=l4pm

TINALOf

20

pm

400 1 0 . 2 0 3 0 50 60 pm 80

substrate

v)

o

o

t 2

GPa

8

6

,

2

0loo lo ' lo ' lo ' loo lo ' lou

number of impacts

lcoating failure

TINALOX@

Slika 25. Raspodela Mizesovog napona na TINALOPprevlaci na reznoj ivici od komplelcsong knrbida.

Predvidanje zamornog odtetenja prevlakz

Sini, takode prikazana na ovoj slici, moZe se dovesti ukorelacij u sa odgovaraju6im Woehler-ovim dij agramomza TINALOX@ prevlaku. Ekperimentalno uodeno o3te-ienje prevlake se dobro slaie sa predvidenim oSte6enjemza ovaj nivo napona prema Woehler-ovom dijagramu.

U prethodnom izlaganju, analizirano je pona5anje nahabanje razliditih prevlaka na osnovnom materijalu br-zorczom deliku i kompleksnom karbidu, eksperimental-no pri glodanju i analitidki uz pomoi MKE simulacijerezne ivice. Eksperimentalni rezultati se dobro slaiu sapredvidenim analitidki rezultatima, i pokazuju superi-orno ponalanje nove generacije super tvrdih i relativnomanje krutih prevlaka dobijenih PVD postupcima, Sta-viSe, eksperimentalna i analitidka ispitivanja ovih prevla-ka na kompleksnom karbidu, dovela su do novog dizajnawha rezne ivice, koji Stiti osnovni materijal od krtihoite6enja, koja su prouzrokovana lokalnim nastankomvisokih napona. Prezentirani rezultati obja5njavajumnoltvo razliditih obseruacija o procesima rezanja saprekidnim uklanjanjem materijala, koje su kvalitativnokori5iene pri konstruisanju alata. Postupci opisani u

Tibologija u industiji, Volume 20, No.3, 1998.

prethodnim odeljcima ilustruju kvantitativni metod zabiranje osnovnog materijala, prevlaka i geometrije rezneivice, u cilju postizanja zahtevanih visokih performansialata, uz minimalne razvojne tro5kove.

6. ZAKUUECI

Razvoj modernih PVD prevlaka, zajedno sa dobro or'ganizovanim postupcima kontrole kvaliteta, su umoguinosti da proizvedu sisteme sa prevlakama, sa po-nekad zadivljuju6im osobinama. Nesumnjivo odbrambe'no delovanje prevlaka protiv faktora koji mogu da uni5tekonvencionalne materijale bez prevlaka, je odgovorno zaSirenje ovih metoda na nove aplikacije, koje su tradicio-nalno bile tretirane strategijama koje nisu dozvoljavalekoriS6enje slojevitih materijala. InZenjeri ipak moraju daobrate paZnju prilikom izbora sistema sa prevlakama,kod nekih primena, razmatrajuii we mogude parametre,koji bi udinili prevlaku neaktivnom.

PREVODI OZNAKA NA SLIKAMA:

Slika 1:

Thin Film Technologie s - Tbhnologiie tankih filmovaPVD processes - PW procesiHybrid processes - Hibidni procesiPVD and Plasma Assisted processes - PW i Plazmom

pomognuti procesi (PA)Sputtering Processes - Procesi prskaniaArc-Evaporation - Isparavanj e lukomPA Processes - PA procesiMagnetron Sputtering - Prskanje u uredaju za mastTetnlt

rezonancu (Magtetron)Random Arc - Sluiajni lukPlasma Nitriding - Plazma nitriranieUmbalanced Magnetron - NeuravnoteZeni uredai m

maSnetnu rezonancuPulsed Arc - Pulsiraju1i lukIon Implantation - Jonska irnplantacijaUMB Closed Loop - UBM zatvorena petliaHybrid Processes - Hibidni procesiSputter Ion Plating - Jonsko prevlaCenie prskarfemArc and MSIP - Luitto i MSIPH.I.S. Processes - 1LL5. proceslU.S.E. Diamond Deposition - U.S.E. dijamantsko

prevlaienje

Slika3:

Film Texture - Sastav filmaC.oating Type - Tip prevlakeTypical Films - TipiCnifilmoviMonolayer Coatings - Jednoslojne prevlakeMultil ayer Compositional Coating - Vii es loi ne ko mp ozit-

ne prevlakeMultilayer Structural Coating -Wesloine struktume pre-

vlake

113

Nanostructure Bi-layer C-oatings (MNBL) - Nano-struk-turne Dvoslojne prevlake (MNBL)

Nanolayer Structural Coatings - Nano-slojne stntklunteprevlakeSuperlatice Structural Coatings - Slru kfttrahrc prevlake sa

super-refietkomfew atomic cells - nekolika atomskih rastojanja

Slika 4:

The spherical calotte test - Tesls/eme kaloteResults - RezultatiCoatings Thickness - Debljina prevlakzFilm Adhesion - Adhezija filmaWear behaviotr - Ponaianje na habanjeCoatings - PrevlakaSubstrate - Osnowi mateijalNanohardness measurem ents - Me renj a n an o- tvrdo ieBulk film hardness - Tvrdota mataijala filmaC-oating Young Modulus - Modul elastilnosti prevlakeThickness - DebljinaYeld Strength - Granica teCenjaIndentation depth - Dubina utiskivanjaRela:ration - RelaksacijaLoading - OptereienjeIndentation Load - Optere6enje utiskivanjaRockwell Indentation Tests - Ro&yelov test utiskivanjaAcceptable adhesion - Prihvatljiva adhuijaInadmissibl e adhesion - N ep ihva tlj iv a a dhezij aQualitative Adhesion Measurements - Kvalitatiwn

merenja adhezijeThe Scretch Test - Tbst grebanjemNoice -Brr&a

Coating TiN on.HSS - Prevlaka TiN nn bnoreznom ieliku

Slika 5:

Principle of the Ball on Disk Tiibological Test - Tbst popincipu Kugla po Disktt

motor - motorball - kuglacoated disk - dr,sk sa prevlakomholder - driaCFriction coefficient - Ibeficijent trenjaWearwidth - Smn"a habanjaPrinciple of the Four Ball Tiibological Test - Tiiboloiki

test po pincipu Cetii kugleSpeciments - Uzorcilnad - OptereCenjeBase Oil - Bazno uljeWear slope - Nagib habanjaLitium Grease - Litijumskn mast

Slika 6:

coating failure - olteienje prevlakeno coating failure - bu oiteienja prevlakeimpact load - udanto opteredenjeimpact number - broj udara

rt4

SEka 7:

Coating Single Layer MoN -Iednoslojna prevlaka MoNadhesive failure mode - adhezioni vid dteeenjaCoating Single Layer TiN -ledrnslojna prevlaka TiNcohesive failure mode - kohezionivid oitetenjaCoating Multilayer - Viialojna prevlakn

Slika 8:

the contact problem - kontaktni problemImpact load - Udamo optereietleCarbide ball - Ktgla od karbidaC-oating - hevlakaSubstrate - Osnovni mateijalthe FEM model - MKE modelYield Stress - Napon teCenjaCoating failure - Olteienje prevlakeNumber of impacts - Broj udara

Slika 9:

Single Layer - Jednoslojna prevlakaMultilayer - Weslojna prevlaka

Slika 10:

The ball on rod point contact RCF test - RCF testKqla-po-Sipci sa lantalctom u taCki

Preload - Predopteredenj eSection - PresekC.ontact zone - Kontaktna zonaThe cylinder on cylinder linear contact RCF test - RCFtest Cilbilar-po-Cilindru sa kontaktorn po liniji

Sliko 11:

Simulation of the ball on rod RCF test - Simulacija RCFtesta lfugh-po-SipciCoating - PrcvlakaSection - PresekCoating TiAlN, position A loaded, steady state - Prevla-

ka TiAlN, polotaj A optereier; stacionanw stanjeCoating TiAlN, position A rela,xed, steady state - Pre-

vlaka TiAlN, poloiaj A rastereCen, stacionamo stanjeEquivalent Stress - Elaivalenlart, napo,t,Rolling track - Kotrljajna stazacoated rod - prevutena iipka

Slika 12:

Clcles - Cik:lusiPercentage of failed speciments - Procenat oitedenih

tuorakn

Slika 13:

Conventional bearings - Konvencionalna leiiitaHybrid bearings - Hibidna leiiitaCeramics balls - IQramitka leiiltaEffect of spindle rotational speed on pro ductivity - Uticaj

obrtne bzine wetenn na produktivnostManufacturing time - Vreme proizvodnj e

Tibologija u indtstiji, Volume 20, No.3, 1998.

Spindle rotational speed - Obrtna povriitza vrelenaConventional speed - Konvenciialne bnineRotating capacity up to 4000 rpm - Rotacioni kapacitet do

4000A obrtejaHigh speed spindle of a grinding machine tool - Brzohodo

vreterTo brusilicemodelling of each bearing seperately - modeliranie

svakog leiiita posebnosection - presekorigine - koordinatni podetakcontact elipse - kontaktna elipsaRolling direction - Pravac kotrljanjaThe FEM model - MKE model

Sliko 14:

preload - predopteretenj e

Slika 15:

rpm- obrtaja u minuticoating fatigue safe area - bezbedna oblast na zamor za

prevlakuPreload - PredoptereCenje

Slika 16:

coating fatigue safe area - Bezbedna oblast na zamor zaprevlaku

Friction coefficient - Koeficijent trenjarpm-obrtajaumiluilipreload - predopteredenje

Slika 17:

Number of impacts - Broj uzorakaPVD coated - Prewieno sa PW-TLNWork material - Radni mateijalsubstrate - osnovni materijalcrater wear - freting prsline, ljultenjecracks and breakage - prsline i prelomCVD-TiC/TiN coated - Prevuieno sa TiClTiNCutting speed - Bzina rezanjaCoating thickness - Debljina prevlakeUncoated - Bez prevlakeprocess: dry turning - proces: stttto struSanjeCutting time - Vreme rezanja

Slika 18:

reservoir - rezenoarblasting material - materijal za bombardovanjepressed air - vazduh pod pritiskomnozzle - mlaznicaSample - Uzorakexhauster - bbacivanjepressure - pritisaknozzle feeci speed - bnilm put{enja mlbnicepeening duration' traj anj e bombardovarl anozzle-to-surface distance - rastojanje orl mlazrice do

povriine

Tibologija u hdtutiji, Volume 20, No. 3, 1998.

peening angle - ugao bombardovanjanozzle angle - tgao mlaznbediameter - preinikparameter of micro blasting - parameti rnikro bornbar'

dovanjapressure - pitisakblasting time - vreme bombardovanjanozzle diameter - preCnik mlaznic egrain size of the blasting material-velitina mta mateiiala

za bombardovanjeWidth of flankwear - Sirina boinog habanjaTool path - Putanja alataOperation: drilling blind holes - Operaciia: bu.ienie,

upuiteni otvortool: twist drtll - alat: zavojna buryijageometry - geometijaWC-based carbide - l4/C-karbidmicro blasting - mikro bombardovaniematerial - mateijalcutting speed - brzina remrlafeed rate - bnina obrtanjamm/rev - mmlobrtajudrilling depth - dubina buieniaradial run-out - radijalno bacanjecooling: dry - hladenje: suvo

Slika 19:

workpiece - radni predmettool - alatStar ofcutting procedure - Poietakprocesa rezanjaEnd of cutting procedure - Kraj procesa remniaHSS holder - Driat od bnorezog CelikaHW holder - HW driaCcutting tool - rezni alatundeformed chtp - nedeformisana strugotinacutting kinematic - kinematika remniasection - presekcoating - prevlakasubstrate - osrtovni mateijalFEM model - MKE model

Slika 20:

fon Misses SEov - Mizesov napon See/"*Distance - Rastojanjecoatting - prevlakaHSS insert - BRA pbCica

Sliks 21.

Regions - Oblastimetal concentration - koncentracija rnetalaX-ray Dispersive Enerry - Dispeniona enetgiia X-zrakamm/tootf, rev - mmlobrtaju zuba

Slika 22:

flank wear - habanje bokovaCutting edge microbreakages - mikrolomovi rezrc ivice

115

coating failure - oiteienje prevlakenumber of cuts - broj prolazafon Misses SrOv - Mizesov napon Sgy1,/"*substrate - osttovni mateiialimpacts - udai

Slika 23:

Section - Presekvon Mises Splgy stresses - Mizesov,rapo,t Snxl"*compression - pitisaktension - zatezarferegion - oblastPrincipal stress traces - Ti,agovi glavnih naponaeffective cutting edge rounding - efektivni radijtts

zaobljet{a reme ivice

Slika 24:

viewing direction - pravac posmatranjacuts - prolaziflankface -bohnpovrlhmrake face - ieona povriinaCoating - Prevlakafailed zone - oitetena zonaRegions - Oblastipulse rate - bnina pubiranjaEnergy - EneryijaSubstrate - Osrtovrti mateijaleffective cutting edge rounding- efektivtti radijtts

zaobljenja rente ivice

Slika 25:

substrate - osrtovrti mateijalworkpiece - radni komadeffective cutting edge rounding- efektivni radijw

zaobljenja rente ivicestress distribution area - zona raspodele naponaCoating - Prevlakavon Mises Sppy stresses - Mizesov napon Spyycoating failure - oiteder{e prevlakedistance -rastojanje

number of impacts - broj udara

LITERATURA

[1.) Strafford, K, et., a/., Coatings and surface treatmentfor corrosion and wear resistance, Ellis HorwoodLtd, (1984).

[2] Lqendecker, 7, Uber neuartige schneid- werkzeug-beschictungen auf Titan und Aluminum- basis, En-twicklungs-berichte, Aachen, (1 993)

[3.]Esse6 S., Ein neuartiges konzept von PVD besschic-thungsanslagen fiir den industriellen einsatz en-twicklung und produktion, CemeCon Entwick-Iungs-berichte, Aachen, (1995)

[4.] Spur, G., Bynte G., Bienia,8., The performance ofPVfl coated High Speed Steet indexible inserts in

the milling of ductile materials, ICMCIT, San Die-go,B2-6, (1992)

15.)Maissel, L., et., al., Handbookof thin film technologr,Mc Graw-Hill, (1970)

[6.)Wlakis, N., Determination of the fatigue strength ofthin hard coatings for the prediction of their lifetime on hybrid bearings steel races, used in highspeed spindles of machine tools, PhD Thesis, Ari-stoteles Univ. of Thessaloniki, Greece, (1997)

[7 .] CemeCon GmbH, Informational Bulletins: CoatingServices, Aachen (1997)

[8.] Erkzns, G, Leyendecker, 7., Wenke, R., .Esser, ^S., Aflexible PVD coafings unit for research and produc-tion, proc. of 2"' int. conf. Balkantrib'96, Thessalo-niki, pp. 441-448, (1996)

19.) Frey, G., Diinnschichttechnologie, VDI Verlag Dris-seldorf, (1987)

P.0.) Sproul G., Multi-cathode unbalanced magnetronsputtering systems, Surface and Coatings Technolo-gy, 49, Vol.l, S.284ff, (1991)

[11.] N., rV , German Patent Issue D8392 0772 Al (1989)

[I2.) Karamis, Baki, M., Sert, H., Physical vapor deposi-tiol techniques for industrial applications, proc. of2"" int. conf. Balkantrib'96, Thessaloniki, pp.379-384, (1996)

[13.]Bowakis, K, D., Wdakis, N, Leyendecker,7., Erkens,G., Esser G.,Determination of the fatigue propertiesof multilayer PVD coatings on various substrates,based on the impact test and its FEM simulation,Thin Solid Films 308-309 pp. 315- 322, (1997)

[I4.)Zheng L., Ramalingam, 5., Multilayerand composi-te structures for advanced coatings, Surface andCoatings technolory, Vol. 81 pp.,52- 77, (7996)

lI5.)Pranevicious, L., et., al.,Relaxation of residual stres-ses in highly stressed multilayers initiated by ion ir-radiation, Surface and Coatings technology, Vol. 71pp.,254-258, (1995)

[16.] Tsorr, H., 7., Kowbel, W., Design of Muttilayer pla-sma assisted CVD coatings for the oidation protec-tion of composite materials, Surface and Coatingstechnologr, Vol. 79 pp.,139-170, (1996)

|7.l Bu\ 5., Jorrcs,..4., Multilayer coatings for improvedperformance, Surface and Coatings technology,Vol. 71 pp., 25+258, (1995)

[18.) Kocke, F., et., al., Beeinflussung der kontaktbedin-gungen beim zerspanen durch nichtmetallische ein-schkiisse im Stahl, Stahl und Eisen, Vol.10, pp. ,6I-66, (7997)

ll9.)Toenshoff, H., K, et., al., Metallurgische Auswirkun-gen der Calciumbehandlung von Stahlschmeltzenauf die Bearbeitbarkeit, Stahl und Eisen, Vol.13,pp.,45-54, (1989)

[20.)Toenshoff, H, K, et., al., Wear mechanisms of(Tir-*AJN coatings in dry drill ing, Surface andCoatings

121..)Toerchoff, H, K, et., al., Characterization and adhe-sion study of (TiAl)N coatings sputtered on cemen-ted carbides,ICMTF9T, San Diego, USA (1997)

[22.) Toenshoff, H., K, Mohlftld,.4., Increasing interfacestrength of PVD coatings by mechanical substratetreatment, To be published, (1998).

116 Tibologija u htdustiji, Volume 20, No.3, 1998.

123.1 lgartua, A., et., a/., Application of Low TemperaturePVD Coatings in Roller Bearings Tribological Testsand Experiences with Spindle Bearing Systems,Surface and Coatings Technolory, Vol., 86-87, pp.,460-466 (19e6).

[24.] Erkens, G., et., al.,The contribution of CemeCon tothe BRITE project EUROBEARINGS NoBRE2-CT92 -0333, Third Annual Report, Torino, also EC,(1ees)

[25,] I4/an H, F., et al., Trvo dimensional finite elementmethod simulation of Vickers indentation of har-dness on TiN-coated steel, Thin Solid Films, Vol.,214,pp.,68-73, (1992)

l26.JFarges, G., Degout, D., trnterpretation of the indenta-tion hardness size effect in Vickers microhardnessmeasurements - Absolute hardness of materials,Thin Solid Films, Vol., 18L, pp.,365-374, (1989).

127.1 Komvopoulos, K, Finite element analysis of a laye'red elastic solid in normal contact with a rigid sur-face, Journal of Tribology, Vo1.,110, pp,477- 485,0e88)

[28.) Loubet, J., L., et., a/., Vickers Indentation Curves ofElastoplastic Materials, Micro-indentation Techni-ques in Material Science and Engineering, ASTMSTP 889, Philadelphia, pp., 72-89, (1985)

[29.] Verein Deutscher Ingenieure, VItr 3198, (1991)

{30,) Sekkr, J., et., al., The scratch test: different criticalload determination techniques, Surface and Coa-tings technolog5/, col., 36, pp., 519-529, (1988)

131.)Kral, E., et., al., Hardness of thin film media: Scratchexperiments and FEM simulations, ASME journalof tribolog/, vol., LL8, pp., 1-1 I, (1996)

132.) Iganua, A., et.,. al., Inw temperature PVD coatings,control and tribological characterization to be ap-plrfd in high speed hybrid rolling bearing, proc. of2"" int. conf. Balkantrib'96, Thessaloniki, pp. 839-846, (1996)

l33.lHolmbe6, K, et a/., Coating tribologr, Eslevier Am-sterdam, pp. 342, (1994)

[34.] Ivkovic, 8., fesic, D., Energetic and economic aspectof tribologicalaroperties of austempered ductileiron, proc. of 2'^' int. conf. Balkantrib'96, Thessalo-niki, pp. 367-370, (1996)

[35.] Ivkovic, 8., et., a/., Tribological characteristics ofmaterials identification and measurement problem,Journal Wear and Friction, Vol., 14, No., 4 ASB.,(1ee3).

[36.] Knotelg O, et., a/., A new technique for testing theimpact load of thin films: the coating impact test,Surface and Coatings Technology, Vol., 54155,pp.,I02-707, (1992)

[37 .] Bouza kis, K, D., Wdakis, N., Leyendecker, 7., Erker$,G., Esser G., Determination of the Fatigue Beha-viour of Thin Hard Coatings Using the Impact Testand a FEM Simulation, Surface and Coatings Te-chnoiogr, Vol., 86-87, pp.,549- 556 (1996).

[38.)Rampsq, P., M., Chandler, H, F., Page, Z, F., Mode-ling the contact response of coated systems, Surfaceand Coatings Technolory, Vo1.,49, pp., 504, (1991).

[39.) Komvopoulos, K, Elastic plastic finite element ana-lysis of indented layered media, ASME Journal ofTribology, 1989, Vol., 11 l, pp., 430, (1989)

Tibologija u industiji, Volume 20, No. 3, 1998.

140.1 Montmitonnet, P., et., al., Finite element analysis ofelastoplastic indentation: Part Il-Application tohard Coatings, ASME Journal of Tribologl, Vol.,115, pp.,15-19, (1993)

141,.1Hertz,I/., Collected Works, Vol. I, Barth-Verlagl*ipzig, (1895).

[42.] Swanson Analysis System, INC., ANSYS user ma-nuals: Vol.1 Theo, Vol. 2 Procedures, Vol. 3 Ele-ments Vol.4 Commands (1995)

[43.] Niemann, G., Winter, //., Maschinen-elemente,Band II, Springer Verlag, (1982)

lM.lBouzakis, K, D., ndnk^,1v, An evaluation methodof thin PVD films adhesion, using the impact testand a FEM simulation of the contact response, Tri-bology in Industry Vol.,3, pp.69-75, (1995)

[45.)Gupta P. K, Wabwit, J. A., Contact stresses betweenan elastic cylinder and a layered elastic solid, Trans.of the ASME, J. Lubr. Technology, Vol., 96, pp.,250-257, (1974)

[46.] Bouzakis, K, D. Wdakis N. , Prediction of the fatiguebehaviour of physically vapour deposited coatingsin the Ballon-Rod rolling contact fatigue test, usingan elastic plastic linite elements method simulation,Journal WEAR, Vol., 206, pp,L97-203,(1997).

[47.] Bouzakis, K, D, Vidakis N., Effect of MechanicalStresses on the Fatigue Behaviour of Coated Rodsin Ball on Rod RCF test, int. Journal of the BTA,Vol.3, No. 3, pp.,167-178 (1997).

[48.) B o w akis, K, D., Vi da kis, N, Ka llini kidis, D,, Igartua,A., Design optimization of a cylinder on cylindercoating rcf tester, to be presented in the 9th DAA-AM, Cluz, (1998)

[49.]Rampsey, P., M., Chandler, H' F., Page,2,, -F., Mode-ling the contact nesponse ofcoated systems, Surfaceand Coatings Technolory, Yol.,49, pp., 504, (1991)

[50.) Bouzakis, K, D., hdak*,ll, Superficial plastic re-sponse determination of hard isotropic materialsusing ball indentations and a FEM optimization te-chniqug In press in Int. Journal for Materials Char-acterization, (1998).

151..) Bouzakis, K., D., Wdakis N., Determination of thePlastic Behaviour of Hard Materials Using theRockruell B Test and a FEM Simulation, Int. Journalof the BTA, vol., 3, No., 3, pp.,792-203, (1997)

[52.) Besselilg, J., F., A theory of elastic, plastic and creepdeformation of an initially isotropic material sho-wing anisotropic strain - hardening creep recoveryand secondary crsep, Journal of applied mechanicspp.529-536, (1958)

l$.1Weck, M., Koch,.,4., Spindle Bearing Systems forHigh-Speed Applications in Machine Tools, Annalsof the CIRP, col, 4211, pp., 445-448, (1993)

154.1 Cundil, R., I, High precision Silicon Nitride ballsfor Bearings, Ball Bearing Journal, Yot,247, pp.,26-32, (1993)

[55.)Weclg M., Hanrath, G.,Increase of Speed and Lifeti-me of Spindle Bearing Systems by Combining Hy-br id Bearings with Coated Races, Product ionEngineering, Vol. IV/|, pp.,79-82, (1997)

[56.] EC Technical Report, "Final report of the BRITEproject EUROBEARINGS No BRE2- CT92- 0333",information in WWW internet http: //apollo.cor-

rt7

dis.hy'cordiscgi/srchidadb?ACTlON = D&SESSION= 189151 998-2-22&DOC=59, (1997)

[57.] Bouzakis, K, D, Mitsi, 5., Mansour, G, Wdakis, N.,Determination of friction torque of angular contactball bearings, considering djfferent friction coeffi-cient models, Proc. of the 2"" Intern, C,onf. Balkan-trib'96, pp., 667 -67 8, (1996)

158.1Bouzakis, K, D, MitsL 5., Mansour, G., Vdakis, N.,The Determination of Load Distribution and Fric-tion Torque of Angular Contact Ball Bearings, Tri-bologl in Industry, Vo1.,18, No.,2, pp., 63-69, (1996)

159.) De Mul, et., a/., Equilibrium and Associated [,oadDistribution in Ball and Roller Bearings Loaded inFive Degrees of Freedom While Neglecting Friction,ASME Journal of Tribologl, vol., 111, pp.,742-148,(1e8e).

[60.)Hanis, I, .4., Rolling Bearing Analysis, John WileySons Inc., Ne'w York, (1991)

[61.] The contribution of WZL to the BRITE project "EU-ROBEARINGS", contract No BRE2-CT92- 0333,Third Annual progress report, Torino, also in EU(1ee6).

[62.]The contribution of TEKNIKER to the BRITE pro-ject "EUROBEARINGS", contract No BRE2- CT92-0333, Third Annual progress report, Torino, also inEU (1ee6).

[63.] The contribution of Gamfior to the BRITE project"EUROBEARINGSU, contract No BRE2-CT92-0333, Third Annual progress report, Torino, also inEU (1ee6).

[64.)Bouzakis, K, D, Wakis, N, Mitsi, M., Fatigue Pre-diction of Thin Coatings on the Steel Races of Hy-brid Bearings.Used in High Speed Machine ToolsSpindles, In press in: ASME Journal of Tribolog5r,Vol., No,,121 (1999).

165.)Author Collective, The accepted REFINE projectproposal, F,C, (1997)

[66,] Bouzakis, K, D., et., Al., The wear behaviour of coa-tings on various substrate materials in milling,proc. of NORDTRIB9B, Denmark, pp.,925-932,(lee8).

[67.] Bouzakis, K, D.,Wdakis, N., Kompogiannb S., Thewearbehaviour ofcoate{ HSS tools in gear hobbing,to be presented in the 9ur DA,rd{\{ Cluz, ( 1998)

168.1 Leyendecker, 7., e/ aI, Industrial deposition of bina-rry, ternary and quartenary nitrides of Titanium Zir-con ium and A lumin ium, Journa l o f vacuumtechnologr, vol., A5 (4), pp., 2I73-2L79, (1990)

169.1 Bynte, G., Bienia,.B., Tool life scatter when millingwith TiN-coated HSS indexible inserts, Annals ofthe CIRP, vol.,40, pp., 45-48, (1991)

[70.] Koenig, W., et., a/., New Approaches to Charac-terizing the Performance of Coated Cutting Tools,Annals of the CIRP Vol. 41 (1992).

[71.) Klocke, F., el., Al., Improved cutting processes withadapted coating systems, Annals of the CIRP, vol.,47,pp.,65-68, (1998)

17 2.1 Kauvery R, H., Wilzfrdsen mit Titannitrid'beschi'chteten HSS-Werkzeugen, Dissertation, TH Aa-chen, (1987).

173.)Bounkis, K-D. Wdnkis, N., Effect of the Mechani"calStresses Developed During Gear Hobbing on theFatigue Failure of Tool Coatings, Int. Jour. Manu-facturing Science & Production, Vol.,1-1, pp., 51-58,(1ee7)

174.)Toenshoff, H., K, et., a/., Prozessichere Trockevbear'beitung mit TiAIN beschicteten Werkzeugen, VDI-Z special werkzeuge Mail 98, pp.,62-65, (1988)

[75.] Toenshoff, H., K, et., a/., Surface bonding by waterpeening, Int. conference on Surface Engineering,hsrg, P., Mayr, DGM Informationsgesellschaft,(1ee3)

[76.]Bowakis K, D., et., a/., Experimental and FEM ana-lysis of the fatigue behaviour of PVD coatings onHSS substrate in milling, Annals of the CIRP, vol.,47,pp.,69-73, (L998)

l77.lBowakis, K, D'mdakis, N., Kompogiannrs, S., Thefatigue and wear performance of coated HSS toolsin fly hobbing, To be presented in third int. conf.Balkantrib'99, Romania, (1999)

[78.)Bouzakis, K, D., et. ai., Chip formation and chip flawfriction characteristics in turning with PVD coatedinserts, To be presented in third int. conf. Balkantri-b'99, Romania, (1999).

179.j Bouzakis, K., D., Methenitis, G., Determination ofthe technological parameters, which are used to de-scribe the time course of cutting force componentsin mi l l ing, Annals of the CIRP, vol . ,34l I l85,pp,,l4l-I44 (1985)

180.) B ouza kis, K, D., Ant onia dis, A., Optimal selection ofmachining data in gear hobbing regarding the toolmechanical stresses occurring during the cuttingprocess, Annals of the CIRP Vol. 37, pp.lO9-l12,(1e88)

[87.] Broolcs, K, Word directory and handbook of har-dmetals, 4th edition, international carbide data,(1e87)

lS2.lBouzakis, K, D., Efstathiou, K, Wlakis, N., The fai-lure mechanism of PVD coated hardmetal inserts inmilling, Int. Journal Tribologl in Industry, Vol.19,No.3, pp., 93-702., (1997)

lS3.lBouzakis, K, D., Antoniadis A, Berechnung der me-chanischen Werkzeugspannungen beim Hartme-tall- Wiilzfriisen, VDI-Z, Vol. 1.35, pp. 83-88.(1993)

[84.) Zlatanovic, M., Muentz, W., D., Wear resistance ofplasma nitrited and ion plated hobs, Surface andcoatings technology, Vol., 41, pp,44t-459, (1996)

185.1Zlatanovic, M., at., al., Matching of TiN coatingstructures by plasma nitriding of substrates, Va-cuum, Vol., 44, pp., 83-88, (1993)

[86.] Erkerc G., PVD-Processtechnik zur Beschichtungvon Spindellagern unter 160oC, Doctoral Thesis,RWTHAachen, (1998)

118 Tibologija uindustiji, Volume 20, No.3, 1998.

UDK 621.83 6.N4.6:621.892.ffi2.0L

B.IVKOWC

Simulacija tribolo5kih procesa uzoni rezanja na tribometru "BlockOn Disk"

Neprekidni razvoj twvih mateijah, ahta i sredstava za hladenje i podmaivanje namete potrcbu za stalnimbvodmjem el<speimentalnih istraiivanja u obradi rezanjem, mdi odredivanja obradivosti novih mateijah itibolotkih karalaeristilca novih rentih alata i sredstava m hladenje i podmazivanje.

U hboratoiji za obradu metala i tibologiju Maiinskog falatlteta Univerziteta u Kragujevcu Cine se polafiajive( viSe godim da se tiboloiki prccesi u zotti rezanja simulimju na Tibometima Pilt on Disk i Block onDisk. U ovom radu dat je pikaz osnovnog pilaza sintulacije tibololkih procesa u zoni rezanja na Tribometru"Block on Disk"

KIj uhw re ti : Tibo lo gij a, tib o met a r, ob ra d ivo s t

1. I.]VOD

U tribologiji rezanja proudavaju se procesi trenja i ha-banja u zonama kontakta alata i materijala predmetaobrade u svim vrstama obrade rezanjem (struganje, glo-danje, bu5enje, provladenje i dr.). Brojni izvedeniistraiivadki programi u kojima su odredivani obradivostmaterijal4 eksploatacijske karakteristike alata i tribo-lo5ka (antifrikciona i antihabaj uda) svojstva sredstava zahladenje i podmazivanje, zasnivali su se na merenjimasila trenja u zonama kontakta reznog klina alata sa ma-terijalom predmeta obrade i merenjima pohabanosti ala-ta u odredenim vremenskim periodimarezanja.

U sawemenim istraiivadkim programima u kojima serazvijaju novi konstrukcijski i alatni materijali, novi post-upci poveianja otrpornosti na habanje alata i nove vrstesredstava za hladenje i podmazivanje deo istraZivanjaobavezno ima tribolo5ki karakter. Zavrina ocena eks-ploatacionih svojstava materijala, alata i sredstava zahladenje i podmazivanje donosi se na osnovu merenjasila trenja i odredivanja veka trajanja alata u razliditimproizvodnim uslovima.

Produktivnost obradnih procesa, tro5kovi obrade i po-tro5nja energije u proizvodnim procesima zavise u velikojmeri od velidine sila trenja u zonama rezanjaiintenzitetahabanja reznih elemenata alata u predvidenim uslovimaobrade.

Drugi problem koji se re5ava savremenim istraZivadkimprogramima odnosi se na odredivanje velidine i karakte-

Prcf. dr Bmr*o lvkovit, dipL ing.MaJ inski fa kultet u Kraguj evcu

120

ristika defektnog sloja materijala na obradenim povr-Sinama predmeta obrade. Velidina i karakteristike ovogsloja utidu u velikoj meri na antihabajuda i antifrikciona(tribolo5ka)svojstva predmeta kome povrSina pripada,posebno ako je to klizna powlina. Karakteristike i veli-dina defektnog sloja na obradenim povr5inama predmetaobrade zavise od velidine radijalne komponente sila re-zanja, koje deluju normalno na obradenu povr5inu i odsila trenja koje se javljaju uzoni rezanjazavreme trajanjaobradnih procesa.

Sila trenja koja deluje u pravcu glavnog kretanja zavisiod velidine radijalne komponente sile rezanja i javlja seu zoni kontakta ledne povr5ine reznog klina alata iobradene povriine predmeta obrade. Sila trenja u zonikontakta strugotine i grudne pow5ine reznog klina alatazavisi od velidine komponente sile rezanja normalne nagrudnu powiinu alata i hrapavosti spoljaSnje strane stru-gotine. Obe sile trenja u zoni rezanja doprinose pove-ianju generisane toplote u procesu rezanja i temperaturana kontaktnim powiinama alata i obradenoj pow5inipredmeta obrade.

Sa rastom pohabanosti reznog klina alata rastu obe kom-ponente sile rezanja i u odgovarajuCoj meri i sile trenja.Posledica rasta ovih sila su poviSene temperature ipovecan pritisak alata na obradenoj povr5ini predmetaobrade, 5to dovodi do promene strukture i osobina kon-taktnog sloja materijala odnosno do pojave defektnogsloja sa osobinama razliditim od osobina osnovnog ma-terijala. Do uslova obrade u kojima se pojavljuje defektnisloj najmanje debljine i karakteristika koje se najmanjerazlikuju od karakteristika osnovnog materijala dolazi semerenjem sila trenja u procesu rczanja i pra6enjemrazvoja procesa habanja alata sa vremenom rezanja.

fz

'!EFa

Tibologija u industiji, Volume 20, No. 3, 1998.

Razvoju metoda za efikasno i pouzdano odredivanjeobradivosti materijala, eksploatacij skih karakteristikaalata i triboloikih karakteristika sredstava za hladenje ipodmazivanje poklanjana je u proteklim decenijama ve-lika paZnja, a utro5eno je mnogo vremena i sredstava.Medutim ovaj problem je i dalje nedovoljno re5en jerrazvijene pouzdane metode nisu dovoljno efikasne, aefikasne metode nisu pouzdane.

U ovom radu prikazan je poku5aj da se modeliranjemkontakta izmedu ledne povrline alata i obradenepovr5ine predmeta obrade na tribometru "Block onDisk" raaije efikasna i pouzdana metoda za ramatranjenavedenih problema.

2. OSNOVT POSTOJECTH UETODAODREDIVANJA OBRADIVO STIMATERUALA EKSPOLOATACU S KIHKARAKTERISTIKA AI"ATA ITRIBOLOSXTN SVOJSTAVASREDSTAVA ZA HLADENJE IPODMAZIVANJE

Osnovna velidina kojima se odreduju obradivost materi-jala, eksploatacijske karakteristike alata i tribolo5kawojswa sredstava za hladenje i podmazivanje je "posto-janost alata" odnosno vreme efektivnog rezanja do poja-ve kritidne pohabanosti alata.

Pouzdana metod4 za odredivanje postojanosti alata sa-stoji se u neprekidnom rezanju materijala sa reznimalatom do pojave njegove kritidne pohabanosti uz ili bezprimene sredstva za hladenje i podmazivanje, Dobijenapostojanost alata sluZi kao mera obradivosti materijala,za odredivanje eksploatacijske karakteristike alata ili zaodredivanje lcvaliteta sredstava za hladenje i podmazi-vanje sa triboloikog aspekta (antifrikcionih i antihaba-ju6ih svojstava SHP-a). Promenom uslova obrade, naprimer, promenom brzine rezanja menja se i postojanost

Parametar habanja u mm0.c

0.4

o.3

o.2

0.1

0.0o n 4 0 T w 8 0

Vreme rezanja u min

/

t'/4'

v

{

SAkt I

alata pri konstantnim ostalim uslovima obrade Sto uka-zuje na relativnost ovih karakteristika. Da bi se odredilaobradivost grupe konstrukcijskih materijala, na primer,neophodno je izvr5iti njihovu obradu istim alatima uzkori5ienje jednog sredstva za hladenje i podmazivanje ito do pojave kritidne pohabanosti alata. Uporedenjemostvarene postojanosti alata utvrduje se redosled mate-rijala po njihovoj obradivosti. Da bi dobijeni rezultat biopouzdan potrebno je ponoviti ispitivanje najmanje jo5jedan put.

Kolidina materijala koja se primenom ove metode zaodreclivanje njihove obradivosti tro5i je ogromna kao ivreme ispitivanja. Medutim, ako se ovaj postupakponovinekoliko puta dobijaju se rezultati dija je pouzdanostizvanredna. Efikasnost i ekonomidnost metode su veomaniske.

Metodu je moguie koristiti i za uporedna ispitivanjavi5evrsta alata ili sredstava za hladenje i podmazivanje. Uovim sluEajevima koristi se jedna vrsta materijala pred-meta obrade i na primer, jedna wsta alata a menjaju sesredstva za hladenje i podmazivanje.

Indeks obradivosti materijalaB u odnosu na materijalr{odreden je odnosom ostvarenih postojanosti alata priobradi oba materijala.

Na isti nadin odreduju se indeksi kvaliteta alata i sredsta-va za hladenje i podmazivanje. Ova metoda koristi se idanas u mnogim labortorijama u ogranidenom obimu isamo za proveru rezultata dobijenih takozvanim "brzim"metodama koje se odlikuju velikom efikasno5iu ali im jepouzdanost sl aba strana.

Brze metode su se, u proteklim decenijama razvijale naosnovu merenja promena pojedinih komponenti sile re-zanja, temperatura rezanja i hrapavosti obradenihpow5ina sa promenom pohabanosti alata. Brojna izve-dena istraZivanja u ovim pravcima pokazala su da jemogu6e formirati indekse obradivosti materijala i anti-frikcionih karakteristika sredstava za hladenje i poclma-zivanje na osnow merenja pojedinih komponenti silerezanja ali da se oni ne podudaraju sa indeksima koji seformiraju na osnovu postojanosti alata. UWrdeno je dapostoje znadajne razlike u promenama pojedinih kom-ponenti sile rezanja, temperature i habanju alata sa vre-menom rczanja.

U Laboratoriji za obradu metala i tribologiju Maiinskogfakulteta u Kragujevcu izveden je bio Sezdesetih i sedam-desetih godina veliki broj eksperimenata u ovoj oblastikroz realuaciju vi5e naudno-istraZivadkih programa, ma-gistarskih i doktorskih radova. U ovoj laboratoriji jerazvijena i kori5iena dugo godina radioaktivna metodaza tribololka istraiivanja u zoni rezanja koja se zasnivalaprimeni povr5inske aktivacije (TI-A Thin Layer Activa-tion) na reznim alatima.

Tibologija u itdustiji, Volume 20, No.3, 1998. 121

Sedamdesetih godina kori5deni su Ciklotroni sa spol-jainjim snopom u V Britaniji i Nemadkoj zaozraEivanjetankih slojeva materijala na uljnim povriinama reznihelemenata alata. Habanjem ledne povrline reznih ele-menata alata smanjivao se radioaktivni sloj materijala.Merenjem opadanja radioaktivnosti alata u procesu re-zanja praien je razvoj procesa habanja za svo vremerezanja. Velika osetlj ivost metode omogu6aval a j e mere-nje otpornosti alata na habanje odnosno vrlo efikasnomerenje obradivosti materijala i kvaliteta alata i SHP-asa tribolo5kog aspekta. Osnovna ogranidenja za Siru pri-menu ove metode su postojanje Ciklotrona sa spo-lja5njim snopom i istraZivada sa dovoljnim poznavanjenuklearne fizike.

3. OSNOVNI. TRIBO.MEHANIEKISISTEMI U ZONI REZANJA

Na postojanost alata utidu tribolo5ki procesi koji se zaweme rezanja razvijaju u oba osnovna tribo-mehanidkasistema odnosno u zonama kontakta spolja5nje stranestrugotine i grudne powline alata i ledne povr5ine alatai obradene povr5ine (slika 2)

Kritidna pohabanost alata kojom se odreduje njegovapostojanost odnosi se, po pravilu, na pohabanost lednepovriine reznih elemenata alata. Na slici 3 prikazane su

Slil@ 2

osnoule vrste obrade rezanjem, koje se najvi5e koriste uproizvodnim procesima, a u kojima se triboloiki procesirazrijaju u identidnim osnovnim tribo-mehanidkim siste-mima.

U osnovnom tribo-mehanidkom sistemu u kome lednapovrlina reznog elementa alata klizi po obradenojpovriini brzinom rezanja "y" uz normalno optereienjeradijalnom komponentom sile rezanja, javljaju se kaoposledica triboloSkih procesa sila trenja u pravcu glavnog

r22

\

<P

#I

SEkq 3

kretanja i proces habanja. Sredstvo za hladenje i podma-zivanje koje se, po pravilu, koristi u svimvrstama obraderezanjem svojim antifrikcionim i antihabajuCim svojstvi-ma smanjuje silu trenja i usporava proces habanja alataza vreme rczanja,

Od wojstava materijala alata i predmeta obrade i tribo-lo5kih karakteristika sredstava za hladenje i podmaziva-nje zavise u odredenim uslovima obrade intenzitet haba-nja alata odnosno njegovapostojanost i kolidina energijekoja se tro5i u procesu rezanja.

4. MODELIRANJE HABANJA AI"ATA NATRIBOMETRU'BLOCK ON DISK'

Polazeii od dinjenice da se proces habanja alata po_obepovriine reznog klina vr5i u uslovima klizanja sa pozna-tim spolja5njim optereienjem i brzinom klizanja tz gra-nidno podmazivanje i hladenje SHP-om, vr5ena su expe-rimentalna istraiivanja na Tiibometru TPD-93 (Block onDisk Tiibometar) u kojima su mereni sila trenja u zonikontakta i trag habanja na Block-u i Disk-u. Block je bioizraden od brzoreznog delika od koga se izraduju reznialati a Disk-ovi od ugljenidnih i legiranih delika dija seobrada najde5ie vrdi u proizvodnim procesima.

Kontakt izmedu Block-a i Disk-a ostvarivan je po linijidija se Sirina (trag habanja) pove6avala sa vremenomostvarivanja kontakta, kao 5to se poveiava Sirina pojasahabanja na lednoj povr5ini reznog klina alata zaweme

Tibologija uindustiji, Volume 20, No.3, 1998.

rezanja. Na slici 4 prikazano je modeliranje procesaobimnog glodanja na Tiibometru Block on Disk.

U procesu obimnog glodanja maksimalna debljina stru-gotine ne prelazi 0.1 mm tako da se proces habanjanz'tija skoro iskljudivo na lednoj povriini reznih eleme-nata glodala. Radijalna komponenta sile rezanja delujenormalno na lednu pow5inu reznih elemenata alata ikreie se, u zavisnosti od karakteristika materijala pred-meta obrade i geometrije obrade, najde56e, izmedu /5 i30 daN. U savremenim obradnim procesima brzine re-zanja pri glodanju (brzina klizanja ledne povr5ine alatapo obradenoj povr5ini) kre6u se izmedu 30 i 55 mlmin.Uslovi pod kojima se kontakt izmedu Block-a izradenogod brzoreznog delika i Disk-a izradenog od materijalapredmeta obrade odredivani su prema wsti obrade ukojoj se, na primer, koriste sredstva za hladenje i podma-zivanje dije se tribolo5ke karakteristike ispituju. Spolja-Snje normalno optereienje i brzina klizanja na Tiibome-tru odreduju se prema velidini radijalne komponente silerezanja koja se javlja u odgovarajuioj vrsti obrade.

Koeficijent trenja

Slika 5

Na osnovu izmerenih vrednosti koeficijenata trenja iSirine tragova habanja pri kori5denjuviSe wsta SHP-a naTiibometru formiraju se indeksi kvaliteta sredstava zahlaclenje i podmazivanje sa energetskog i ekonomskogaspekta. Na slici 6 prikazan je primer rezultata merenjasile trenja odnosno koeficijenta trenja i Sirine traga ha-banja dobijenih pri ispitivanju nekoliko vrsta polusinte-tidkih sredstava za hladenje i podmazivanje.

Na osnovu ovako dobijenih rezultata formiraju se odgo-varajuii indeksi kvaliteta SHP-a.

Glodalo

Radni

/

komad

Blok'11Disk

,/

SAka 4

Sila trenja koja se na Tiibometru Block on Disk izmeriodgovara sili trenja koja se u procesu rezanja javljaizmedu ledne pow5ine reznog klina i obradene povr5inepredmeta obrade. Na slici 5 prikazan je primer zapisakoeficijenta trenja dobijenog pri ispitivanju tribolo5kihkarakteristika jednog sredstva za hladenje i podmaziva-nje zajedno sa tragom habanja na Block-u izmerenim naTirlysurf No6.

I

:F

t r Ec t t rt r q

: J '

u 6

r

cF-l cF-2

Slilca 6

Tnbologija u industiji" Volume 20, No.3, 1998. t23

s. zAKrJUdlxMerenjem sile trenja odnosno koeficijenta trenja u zonikontalta Block-a i Disk-a na Tiibometru Block on Disku uslovima kontakta (normalno opteredenje, brzina kli-zanja, granidno podmazivanje) koji odgovaraju uslovimapod kojima se razvijaju procesi trenja i habanja u zonikontakla ledne povrSina reznog klina alata i obradenepow5ina predmeta obrade, stvaraju se uslovi za formi-ranje indeksa obradivosti materijala, eksploatacijskih ka-rakleristika alata i tribolo5kih karakteristika SHP-a saenergetskog aspekta.

Merenje velidine traga habanja na Block-u posle odre-denog nremena ostvarivanj a kontakta omoguiava formi-ranje indeksa obradivosti materijala, eksploatacijskih ka-rakteristika alata i triboloSkih karakteristika SFIP-a saaspekta habanja odnosno sa ekonomskog aspekta.KoriScenje tribometara Pin (Block) on Disk koji pripadafamiliji Pin on Disk i Block on Ring tribometnma zaispitivanje tribolo5kih karaktreistika SHP-a i tvrdih

prevlaka na alatima je prisutno u sve veioj meri u odgo-varajudim laboratorijama u razvijenim zemljama. Ispiti-vanje obradivosti materijala na tribometrima je, medu-tim, na samom poietku.

LNERATAM

l7.l B. IvlaviQ B. Thdi|, Proceedings of Balkantrib'96,Thibometry and Tbibodiagnostic, pp. 834, 1996, Thessa-loniki, Greece.

[2.] L MaCuti6, P TbdoroviE, B. Ivlavi.C, ThibologicalCharacteristisc of Cutting Fluid Brcup, YUTRIB'97,1977., Kopaonik, Yugoslavia.

[3.] B. Ivl<ovit, Tribological Approach to Cutting Proces-ses, J. Ti.ibologr in industry, Vol. XVII, N%, 1996.

l4.lB. Ivlovii, D. JeliC,If{achinabitity of Steels and ADIRunking Tbst on Thibometer Pin (Btock) on Dish Pro-ceedings of World Tribology Congres, 1997, London.

Simulation of Tribological Processes in The Cutting Zoneon Tribometer "Block On Disc"

Contbuons developnrent of new nnteials, toob and cuttingfluids, imposes a necessity forpennanent condaaingof expeinrcital research ilt tlrc arca of metal cuttittg for tlrc purpose of detemtination of the new materialsmachinability, and nibological charactefistics of tlrc new cutting toob and cuning fluids,In the LaboratoryforMetal CuttilryandTribologt at Faculty of Mechanical Engineeingof Univenityin Kragujevac,afrempts were made, for several yearc, to sintulate the tribologbal processes in the cutting zone on the Pin-on-Discand Block-ort-Disc tibonrcterc. In this paper is prcsented the fundantental approach to tribological procasusimulatiott, in the cutting zone, on tlrc "Block-on-Disc" tibonteter.

Curuy.nupoBarrue rpu6onorurrecKrrx trpouoccoB B 3one pe3anuflIra rptrOoMerpe "Block on Disk"

Henpeparcnoe pa3sumue Hoadx ilarnepuanos ,uHcmpyneHma u cila3ouuo oxaadumenouoa cpedcme mp6yannocmonHnoeo sKcnepbtueHmanbHozo ucanedoeauua o6pa6omxu pesaHuerr c qetoto onpedetteuua o6pa6atnwaaeJuo-cmu Hoabx tuamepucuoe u mpu6oaoeuuec,<tlt xapannepucmuK Hosoeo petcyt4eeo uHcmpyilewma u COIK.B na6opamopuu no o6pa6omKeilematuoe lv[autunocmpoumuronoeo QaKyrbmema aeopode Kpazyeea4lnrce6oaawenem numatomcn ctarynupoeamo mpu6onoauvecKue npqeccot ua mpu6ouempax"Pin on Dbk" u "Block on Disk". Bnaanonulei pa6ome usaocrceu ocnoeuoil nodxod ctotynuposaHuto mpu6onozuvecKux npoqeccoe s 3oHe p6aHu8 Hampu6ouempe " Block on Disk".

r24 Tibologija u industiji, Volume 20, No.3, 1998.