Hospodárné obrábění těžko obrobitelných materiálů
Jak lze při obrábění těžko obrobitelných materiálů hospodárně sladit často protichůdné požadavky, ukazuje příklad obrábění protéz kyčelního kloubu systémem nářadí firmy Paul Horn GmbH, kterou na českém a slovenském trhu zastupuje společnost SK Technik, spol. s r. o.
Volba nástroje
Výhody sladěného systému nářadí se zřetelně ukazují například při výrobě totálních endoprotéz kyčelního kloubu, jejichž komponenty - koule kloubu a kloubové lůžko - se vyrábějí z CoCr-ocelové tyčoviny. Jelikož výrobce nebyl spokojen se životností, oslovil renomované výrobce nářadí s požadavkem na předložení konceptu obrábění a realizace zkoušek. Specialisté firmy Horn se při řešení tohoto úkolu soustředili na šířku břitu výměnné řezné destičky a její vliv na parametry řezu a životnost. Nezávisle na konkrétním případu obrábění je systém nářadí tvořen držákem a výměnnou řeznou destičkou, kde hlavní roli hraje její geometrie, složení substrátu a povlaku. Tyto tři komponenty je třeba definovat a sladit tak, aby celkovou souhrou všech parametrů byl vytvořen vyvážený systém nářadí. Pro obrábění komponentů protézy byla zvolena výměnná řezná destička Horn typ 229 v kombinaci s modulárním systémem držáku typ 220.
Geometrie destičky
Břitová destička je spolehlivě držena v kazetě prizmatickým, po celé délce konvexně formovaným ložem. Styčnou plochou 22 mm je hlavně u zápichu profilu drážky a úpichu rovných čelních ploch zaručeno pevné uložení. Zápich s následným podélným soustružením vykazuje jen minimální vychýlení břitu. Druhý břit leží hlavou dolů, tedy otočen o 180o. Tímto provedením je dosaženo dodatečné stability přes tvarovaný doraz v lůžku destičky. Při definici geometrie ostří pro tento úkol bylo nutné mít na zřeteli, že vysoké podíly chromu, niklu, kobaltu, molybdenu a titanu omezují tvárnost třísek. Zatímco u nízkolegovaných ocelí výrazné utváření třísky zlepšuje kontrolu tvoření třísky, v našem případě se zvětšující se silou utváření třísky stoupá nebezpečí vylomení řezného materiálu na hlavním ostří nebo na geometrii výměnné destičky. Z toho důvodu byla zvolena geometrie, která na jedné straně "měkce" řeže a na druhé straně se vyznačuje stabilním hlavním ostřím. V praxi se osvědčila geometrie Horn .3. s drážkovým utvařečem s mírným utvářením třísky. Zúžení třísky představuje v závislosti na posuvu 1 až 2,5 procenta šíře ostří. Tento poměr zabezpečuje i u relativně hlubokého zápichu či úpichu do 25 mm bezproblémový odvod třísek. Geometrie je v pozitivním provedení, aby byla tříska jemně vyzvednuta a mohla čistě odtéct do utvařeče.
Řezný materiál a povlak
Spolurozhodující pro hospodárné obrábění je i správná volba tvrdokovu a jeho povlaku dle aplikace. Jelikož u většiny vysoce legovaných a těžko obrobitelných materiálů se teplo vzniklé pnutím jen velmi těžko odvádí třískou, v prostoru ostří extrémně narůstá teplota. Situaci ještě zhoršuje přívod chladicího média, které na rozdíl od podélného soustružení DIN nástroji musí být na ostří přivedeno přídavnými tryskami. Přesvědčivé zlepšení odolnosti vůči teplotě a opotřebení se projeví správnou volbou povlaku. Především povlak TiAlN s jeho homogenní strukturou i supernitridy s jejich vysokou povrchovou tvrdostí a oxidačními teplotami, poskytují zřetelnou výhodu. Jako optimální k rozměrům koule kloubu a bederního lůžka se ukázala šířka břitu 4 mm. Obrábění probíhá na soustruhu Nakanuta TW10. Osmiprocentní emulze je přivedena k hlavnímu ostří tryskami integrovanými v držáku.
Bezpečnost procesu a životnost nástroje
Z důvodu rozsáhlé automatizace výroby musely být přednostně zohledněny otázky bezpečnosti procesu a kontroly odvodu třísek. Po několika zkouškách byla požadovaná bezpečnost procesu realizována u řezné rychlosti vc = 50 m.min-1 a posuvu f = 0,08 mm na otáčku. Těmito řeznými podmínkami v kombinaci s povlakem se supernitridem TH36 a zaoblením hran ostří v oblasti CVD byla očekávání zákazníka zřetelně překročena. Původní životnost nástrojů byla zvýšena použitím nářadí typu 229 ze sedmi kloubových koulí na 25 kloubových koulí.Čím jsou obráběné materiály exotičtější, tím komplexnější řešení nářadí je třeba volit, aby bylo možné optimalizovat výrobní náklady. Jen výjimečně lze sáhnout ke standardnímu nářadí - muselo by se přistoupit na příliš mnoho kompromisů. Pro aplikace obrábění těžkoobrobitelných materiálů se doporučují speciální nástroje, jejichž odladění musí probíhat v úzké spolupráci výrobce nářadí a zákazníka. Jen tak je možné vyvinout nástroje a strategie obrábění, které odstraní neproduktivní vedlejší časy, zaručí vysokou bezpečnost procesu a celkově umožní hospodárnou výrobu.
Harald Haug
SK Technik
