Rychlořezné ocele stále aktuální

Neexistuje univerzální řezný materiál, ať přírodní či umělý, který by splňoval podmínky produktivního obrábění ve vztahu na:

metodu (způsob), technologii obrábění;

fyzikálně mechanické vlastnosti obráběného materiálu (jakost, stav);

rozměrovou, geometrickou náročnost obrobku, popř. tuhost;

řezné podmínky;

užitné parametry stroje;

chování soustavy stroj - nástroj - obrobek;

a řadu dalších.

Žijeme v době stále častého skloňování názvu procesu High Speed Cutting (HSC - vysokorychlostní obrábění) u nejrůznějších aplikací (při obrábění Al slitin až po frézování kalených ocelí). Při té příležitosti je však dvojnásob nutné uvědomit si nutnost komplexního, odborného a citlivého přístupu ke konkrétnímu případu technologie třískového opracování, tzn. že zdaleka nemusí platit "pravidlo" nejrychlejší - nejproduktivnější - nejhospodárnější. I přes stále se rozšiřující podíl nových typů (modifikací) řezných destiček z SK existují nadále progresivní technologie, kde přece jen křehčí SK nemohou zcela nahradit relativně houževnatější RO. Dlouholetý cílený vývoj nových jakostí (chemické složení), technologií - primární metalurgie (ESU, PM-RO technologie atd.), sekundární metalurgie (tváření) -, režimů tepelného zpracování (vakuové, kryogenní, plazmová nitridace atd.) či povrchových úprav (tenké vrstvy - PVD technologie, chemicko-tepelné zpracování atd.) podstatně zvýšil užitné hodnoty rychlořezných ocelí, takže si své významné postavení při výrobě speciálního řezného nářadí upevnily a nadále zachovaly.Společnost ŠKO-TOOLS Group, s. r. o., Plzeň, divize Nářadí, má již devadesátiletou tradici ve výrobě především speciálního nářadí, a to v těchto oborech:

řezné (frézy, protahovací trny, osové)

upínací (otočné, pevné hroty; ISO redukce)

měřidla (závitová, tvrdoměry)

přípravky (svařovací, kontrolní)

formy (vstřikovací, lisovací)

Nadále se v tomto článku budeme orientovat prostřednictvím zkušeností z výroby řezného nářadí - konkrétně protahovacích trnů.

Kvantifikace nástroje

S rozvojem automobilového, leteckého i spotřebního průmyslu se stále častěji řeší i progresivní nasazení technologií obrábění, které zaručí přesné, produktivní, opakovatelné a vysoce efektivní zhotovení tvarových ploch (vnější i vnitřní) bez nároku na další dodatečné operace. Jednou z takovýchto výrobních metod určených pro sériovou, popř. hromadnou výrobu je technologie protahování. Úspěšná realizace protahování je možná za předpokladu:

kvalitního nástroje (rozměrová a geometrická přesnost, řezivost);

kvalitního stroje (tažná síla, tuhost);

kvalitního řezného prostředí (podmínek).

Kvantifikace nástroje z hlediska konstrukceS ohledem na hlavní zaměření tohoto článku provedeme strohý výčet konstrukčního řešení.Rozdělení protahovacích trnů:

pro vnitřní protahování (uvnitř děr obecné tvary ploch)

pro vnější protahování

1. dle provedení - celistvé, skládané; 2. dle způsobu protahování - vodorovné, svislé, speciální;3. dle sklonu zubů - bez sklonu ostří, se sklonem ostří;4. dle hlavního pohybu nástroje - přímočarý, šroubovitý, rotační, speciální (kombinovaný).Jistě by se našlo další rozdělení protahovacích trnů (např. dle tvaru obráběných ploch atd.), ale vynecháme určitě náročnou a zajímavou konstrukci nástroje) a soustředíme se na klíčovou operaci v procesu výroby, tj. tepelné zpracování.

Tepelné zpracování

Od počátku výroby uvedených nástrojů byla operace tepelného zpracování (TZ) díky štíhlostnímu poměru nejnáročnější. V 60. - 70. letech byla využívána RO typu 18-4-1 (ČSN 419824), DIN 1.3355. Posléze byla nahrazena výkonnější ČSN 419830 (DIN 1.3343) s vysokou houževnatostí a dobrou otěruvzdorností. Dodnes je aplikována na protahování ocelových obrobků s R_m < 850 MPa, třídou obrobitelnosti 11b a výše.Průběh režimu vychází z IRA diagramu viz obr. 4 a má průběh viz obr. 5.Dosažené hodnoty tvrdosti po třetím popouštění jsou 62 ÷ 64 HRC.Pro jemnozubé protahovací trny, geometricky náročné, a pro obrábění materiálu R_m < 950 MPa, R_e < 800, třída obrobitelnosti 9b a výše, je využívána vysoce výkonná RO ČSN 419852 (DIN 1.3243). Po čtvrtém až pátém popouštění předepisujeme 64 ÷ 66 HRC.S ohledem na geometrickou a štíhlostní náročnost nástroje je nutné provést TZ vertikální, díky malé tepelné vodivosti RO se třemi předehřevy, výši austenitizační teploty - prodlevu volit dle jakosti RO, tvaru zubu (raději spodní doporučené teploty), ochlazování - rychlé (minimalizace vylučování karbidů po hranicích zrn) do termální inertní solné lázně (T = 540 °C), poté vytemperovat (několik minut dle průřezu nástroje) a vlastní martenzitickou transformaci realizovat na vzduchu (AER). Případné deformace je možné v mezičase mezi 540 °C ÷ M_S eliminovat rovnáním za tepla. Vzhledem k tomu, že TZ probíhá v solných lázních, je nutné používat inertor R2 pro zamezení oduhličení v GS 430 a GS 670 a dodržet jakost povrchu R_a < 1,6 µm (snížení oxidace na povrchu). Bezprostředně po zakalení (cca při 60 °C) musí následovat první popouštění na 560 °C/2 hodiny v elektrické šachtové peci z důvodu netransformovaného zbytkového austenitu na martenzit, čímž se při správném průběhu TZ dosáhne maximální tzv. sekundární tvrdosti. Vysvětlení je v mechanismu transformace ?´ na martenzit. Poslední popouštění je nutné provádět na teplotu o 20 °C nižší, než byla předešlá hodnota popouštění.

Využití RO - PM

Zejména v posledních deseti letech se nejen na českém trhu stávají čím dál oblíbenější nástroje z RO-PM (power metallurgy). Je to dáno tím, že konvenčně vyráběné RO mají (zvláště u vysoce legovaných) zvýšenou tvorbu jehlicovitých karbidických struktur s jejich špatnou tvářitelností (což se projevuje při kování výrazně sníženou houževnatostí a tím anizotropií mechanických vlastností), ale i s problémy při třískovém obrábění a tepelném zpracování. Bariéru těchto problémů prolomila technologie práškové metalurgie a dnes jsou "vůdčími" firmami Stora-Koppaberg-ASP (Švédsko) a Crusible-CPM (USA).Pro realizaci kvalitního řezného nástroje je nezbytné stanovit tyto optimální hodnoty: složení základního materiálu, tepelného zpracování, geometrie (úhel čela, hřbetu, R atd.), popř. tenké vrstvy.

Hlavní faktory ovlivňující užitné vlastnosti nástroje

a) kvalita primární metalurgie (chemické složení, mikro- makročistota, mikro- makrostruktura, karbidická řádkovitost, velikost zrna), ESU technologieb) kvalita sekundární metalurgie (stupeň, směr protváření, pěchování - prodlužování, vláknitá textura, žíhací procesy)c) volba polotovaru (rozměry, původ)d) průběh technologického procesu (žíhání na odstranění pnutí po hrubovacích operacích)e) vhodnost teplotních režimů při TZf) technologie dokončovacích operací (způsob, použité brusivo, integrita povrchu)

Další směry vývoje

Každá moderní, progresivní výrobní společnost je hodnocena vnějším prostředím podle toho, co přinese v podobě nových inovovaných výrobků na trh. Společnost ŠKO-TOOLS Group, s. r. o., Plzeň chce mít "vysvědčení" co nejlepší, a proto v rámci technického rozvoje intenzivně vyvíjí integrované provedení protahovacích trnů, které by přineslo další podstatné zvýšení užitných parametrů, a navíc snížilo výrobní náklady na nástroj. Rovněž je, z pohledu ekologie řezných podmínek, cílem výrobce minimalizovat množství řezného oleje pomocí povrchových úprav nástroje. Tato záležitost je realizována za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu MPO v rámci programu Tandem - projektu PT-TA4/082 pod názvem "Vývoj a optimalizace povrchových úprav nástrojů".

Dr. Ing. Miloslav Kesl0

ŠKO-TOOLS Group