Dělení materiálu při přípravě metalografických vzorků
DĚLENÍ MATERIÁLŮ PŘI PŘÍPRAVĚ METALOGRAFICKÝCH VZORKŮ
Hlavným účelom delenia materiálov je odkryť, respektíve sprístupniť meracie miesto. Tento účel môže byť väčšinou splnený viacerými možnými spôsobmi, z ktorých niektoré sú efektívnejšie ako iné. Preto by malo byť prvým krokom definovanie oblasti záujmu – meracieho miesta a zvolenie tých najefektívnejších krokov (rezov) na dosiahnutie cieľa. Alebo skrátene: správna a efektívna voľba jednotlivých rezov môže ušetriť mnoho času a prostriedkov.
Ďalšou dôležitou výstupnou hodnotou je oddelenie vzorky od celku a jej zmenšenie na prijateľnú veľkosť. Menšia vzorka je výhodná pri kontrole, manipulácii a pri archivovaní vzoriek.
Významným trendom vo vývoji deliacich zariadení je automatizácia, ktorá zvyšuje produktivitu a odbremeňuje operátorov od rutinných činností. V oblasti automatizácie je spoločnosť QATM jednoznačným lídrom na trhu. Moderné prístroje disponujú veľkou dotykovou obrazovkou, možnosťou konfigurácie rôznych automatických osí, intuitívnym softvérom a funkciou MPP (Multipositioning).
Z hľadiska konštrukcie je dôležité, aby boli zariadenia dostatočne tuhostne a robustne dimenzované. Nežiaduce vibrácie skracujú životnosť prístroja a majú negatívny vplyv aj na kvalitu vzoriek. Rozbrusovacie píly QATM sú, ako jedny z mála, konštruované podľa priemyselných a nie laboratórnych štandardov. Vďaka tomu sú mimoriadne odolné a vyznačujú sa dlhou životnosťou. Zároveň si udržujú nízku hmotnosť vďaka využitiu špeciálnych zliatin hliníka
Kvôli vo všeobecnosti vysokej hmotnosti, je potrebné umiestniť zariadenie na stôl s dostatočnou pevnosťou. QATM ponúka kvalitný kovový laboratórny nábytok, ktorý je možné navrhnúť a vyskladať na mieru. V stole môže byť zabudovaná napríklad recirkulačná jednotka, odkladacie priestory atď. Pri precíznych deliacich zariadeniach je vhodné vyhnúť sa nadmerným vibráciám.
Z hľadiska reznej kapacity a presnosti môžeme deliace zariadenia rozdeliť do nasledovných kategórií:
• Presné resp. precízne deliace píly
PRESNÉ resp. PRECÍZNE DELIACE PÍLY
Využívame tam kde je potrebný presný rez bez ovplyvnenia materiálu.
Používajú sa rozbrusovacie kotúče na báze Al2O3 alebo diamantové kotúče s kovovou matricou. Kotúče sú hrubé spravidla od cca. 0,4 do 1mm s priemerom od 100 do 200mm.
Typické aplikácie sú napríklad výskum, geológia, elektronické súčiastky, kontrola kvality atď.
Obr.1 Precízna rozbrusovacia píla Qcut 150 A
Do tejto kategórie môžeme zaradiť aj diamantové pásové píly Exakt.
Vyznačujú sa mimoriadnou dosiahnuteľnou presnosťou a skvelými výsledkami pri delení materiálov s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami. Je možné deliť mäkké a heterogénne materiály ako napríklad biologické vzorky, tkanivá, ale aj extrémne tvrdé materiály ako tvrdokovy a minerály, prípadne kompozity s rôznymi vlastnosťami.
Typické aplikácie sú napríklad výskum, lekárstvo – patológia / histológia, petrografia, ale nájdu uplatnenie napr. aj pri špeciálnych úlohách v priemysle.
Obr.2 Diamantová pásová píla píla EXAKT 300 CP/CL
STOLNÉ ROZBRUŠOVACIE PÍLY
„Štandardné“ laboratórne rozbrusovacie píly nájdeme takmer v každom metalografickom laboratóriu. Sú obľúbené pre svoju univerzálnosť.
Vyznačujú sa vysokým výkonom a kompaktnými rozmermi. Pri rezaní je možné dosiahnuť pomerne vysokú presnosť. Dostupné sú rôzne modely od základných manuálnych s priemerom kotúča 250mm až po výkonné automatické programovateľné píly s priemerom kotúča až do 350mm.
Rozsah aplikácií, na ktoré sa používajú, je veľmi široký. Zahŕňa oblasť metalografie všeobecne, kontrolu kvality v priemysle ale aj výskum a špeciálne aplikácie.
Obr.3 Stolná rozbrusovacia píla QATM Qcut 250 A
SAMOSTATNE STOJACE PÍLY
Veľké priemyselné rozbrusovacie píly sa využívajú všade tam, kde je potrebná veľká rezná kapacita a vysoký výkon.
Sú konštruované pre „heavy-duty“ aplikácie a vyznačujú sa robustnou konštrukciou, veľkoobjemovou recirkulačnou jednotkou, vysokým výkonom hlavného motora a čerpadla na chladenie. Priemer rezného kotúča sa pohybuje v rozpätí od 400 do 800mm. Výkon hlavného motora dosahuje u najväčších modelov až 16KW. Modely vybavené 5-osovým manipulátorom sa uplatnia napríklad pri automatizácii komplikovaných rezných sekvencií.
Typické aplikácie sú napríklad kontrola kvality v priemysle, kontrola zvarov diferenciálov, všeobecne na delenie dielov veľkých rozmerov a môžu nájsť uplatnenie aj v priemyselnej výrobe.
Obr.4 - Automatická rozbrusovacia píla s 5timi osami QATM Qcut 430 BOT
VYBRANÉ ZÁKLADY TECHNOLÓGIE DELENIA
Rozbrusovanie za mokra je v istom zmysle forma trieskového obrábania, pri ktorej rotujúce brusivo odoberá triesku z materiálu. Na rezné plochy je privádzaná voda s prímesou chladiacej kvapaliny, ktorá chladí a čistí reznú plochu.
So zväčšujúcou sa dĺžkou kontaktnej plochy stúpa riziko prehriatia vzorky a opotrebenia kotúča. Vzorku sa snažíme vždy rezať takým spôsobom, aby bola rezná resp. kontaktná plocha kotúča čo najmenšia (Obr.5).
Obr.5 - Ilustračný diagram – odporúčaný spôsob rezu
Rýchlosť rezania prispôsobujeme typu materiálu, veľkosti kontaktnej plochy atď. Často je nutné odskúšať to priamo v laboratóriu empiricky. Pomalší posuv sa spravidla rovná vyššej kvalite povrchu. Tlak by mal byť konštantný a nie príliš vysoký. Príliš silným tlakom je možné spáliť materiál až do hĺbky cca. 1mm. Odporúča sa „pulzný posuv“, kedy sa rezanie strieda s krátkymi pauzami, pri ktorých sa rezná plocha ochladzuje a čistí. Jednou z unikátnych vlastností píl od QATM sú plne nastaviteľné parametre pulzného posuvu.
Správna voľba kotúča závisí spravidla od tvrdosti deleného materiálu. Zaužívaná zjednodušená definícia znie: čím tvrdší materiál, tým mäkší materiál matrice a naopak. Pre materiály na báze železa sa používajú kotúče na báze Al2O3. Pre neželezné kovy sa používa brusivo SiC. Rôzne typy kotúčov sa líšia v použitom materiáli matrice, veľkosti brúsnych častíc atď. V praxi je často nutné nájsť kompromis - optimálne kotúče z hľadiska ceny a opotrebovania (ekonomická stránka), reznej rýchlosti (produktivita) a kvality rezu. Jedným z najobľúbenejších typov kotúčov v našej ponuke sú kotúče FS-C, ktoré majú dobrý pomer ceny, výdrže a prevádzkových vlastností.
Súčiastka, ktorú budeme rezať, musí byť dostatočne pevne upnutá a nesmie vibrovať. Nedostatočne upevnená vzorka, môže spôsobiť zničenie kotúča, prípadne poškodenie vzorky alebo zariadenia. Pri niektorých materiáloch musíme naopak dávať pozor, aby sme nepoškodili vzorku príliš silným upnutím. Pri výbere upínacích prípravkov odporúčam kontaktovať našich obchodných inžinierov, ktorí Vám navrhnú ideálne riešenie. Okrem širokého portfólia štandardných upínačov je možné pri špeciálnych aplikáciách navrhnúť a dodať upínacie zariadenie „na mieru“ (Obr.6).
Obr.6 - Píla Brillant 275 a špeciálny na mieru navrhnutý upínací prípravok na vyrezávanie segmentov z diferenciálu.
Jedným z najčastejších problémov pri delení je zatváranie rezu a zaseknutie kotúča (Obr.6). Je to spôsobené tým, že v dôsledku napr. chemicko-tepelného spracovania, sa v povrchovej vrstve materiálu vytvorí tlakové napätie. Tieto tlakové napätia sú prospešné pre finálny výrobok (napr. cementovaná hriadeľ), ale môžu spôsobovať veľké problémy pri práci v laboratóriu.
Tento proces prebieha zjednodušene takto:
Pri rezaní hriadeľa odstránime povrchovú vrstvu a neutralizujeme tlakové napätia na tejto strane hriadeľa.
Ďalším rezaním postupne oslabujeme jadro hriadeľa, až do okamihu kedy tlakové napätia vo vrstve na opačnej strane hriadeľa prevládnu a prevýšia pevnosť nedorezaného materiálu jadra.
V niektorých prípadoch dokáže kotúč zvierajúce sa boky rezu postupne odbrúsiť. V horšom prípade sa rez rýchlo uzatvorí a zovrie kotúč takou silou, že sa kotúč roztrhne a ostane v reze zaseknutý. Tento problém môžeme obmedziť správnym upnutím materiálu. Vzorku upíname veľmi pevne z obidvoch strán. Vhodné môže byť predopnutie vzorky v opačnom smere oproti očakávanej deformácii. Používame vhodné prípravky. Napríklad na hriadele používame čeľuste s V-drážkami. Ďalší veľmi efektívny spôsob, ako sa tomu dá predísť, je rezanie na „dvakrát“. Prvý krát zarežeme do hriadeľa približne do polovice prierezu. S rezaním prestaneme s bezpečnou rezervou skôr, ako sa pnutie uvoľní. Hriadeľ otočíme o 180° a režeme presne oproti prvému rezu. Tlakové napätia takto neutralizujeme a zaseknutie kotúča nehrozí.
Obr.7 - Ilustračný diagram – zovretie kotúča v reze
Dôležitým spotrebným materiálom sú chladiace emulzie, ktoré musia v extrémnych podmienkach spĺňať rôzne funkcie ako napr. chladenie, mazanie, čistenie, antikorózne a antibakteriálne vlastnosti. Kvalitná chladiaca kvapalina, dokáže výrazne predĺžiť životnosť rozbrusovacích kotúčov.
Typickým príkladom je napr. antikorózna kvapalina QATM Coolcut, ktorá spĺňa všetky technické a bezpečnostné požiadavky.
Video: Ukázka dělení vzorku na Qcut 430 BOT (Brillant 3D)
- automatické metalografické pile s 5-ti osami řezání.
PRÍKLAD PARAMETROV DELENIA KALENEJ OCELE
V tabuľke nižšie je uvedený príklad parametrov delenia kalenej ocele s priemerom 20mm na rozbrusovacej píle QATM Qcut 250 A.
|
ZÁVER
Delenie materiálov na účely metalografie ale aj iných odborov je komplexný proces, na ktorý vplýva veľké množstvo premenných. V tomto článku nebolo našou ambíciou sa všetkým detailne venovať. To je úloha výrobcu deliacich zariadení. Dúfam však, že operátorom, ktorí denne pracujú s laboratórnymi zariadeniami, prinesie základný rozhľad. Na modernú prípravu vzoriek sú kladené vysoké nároky ako napríklad rýchlosť, spoľahlivé konzistentné výsledky a kvalita vzoriek. Tieto nároky je možné splniť len s kvalitnými prístrojmi, spotrebným materiálom a zaškolenou odbornou obsluhou.
V prípade akýchkoľvek otázok nás prosím kontaktujte. Naši obchodní inžinieri Vám radi odporučia vhodný prístroj, prípadne navrhnú vhodný postup, či spotrebný materiál na vašu aplikáciu.
Team Metalco Testing
|
Zdroje: www.qatm.com |
Tento článek pro vás připravil náš zkušený kolega Andrej Pavolka, kterého můžete kontaktovat v případě problémů, dotazů apod. na |