Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Břitové destičky pro vysoce produktivní obrábění
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Břitové destičky pro vysoce produktivní obrábění

Požadavek vysoké produktivity a minimálních nákladů při obrábění na automatizovaných obráběcích strojích vyvolává vysoké nároky na úroveň nástrojů s vyměnitelnými břitovými destičkami SK. Tyto nástroje mají dnes dominantní podíl v moderních technologiích obrábění.

Jde především o požadavek vysokého řezného výkonu, tj. velkého minutového úběru obráběného materiálu, při vysoké provozní spolehlivosti, tedy při vysoké rovnoměrnosti řezných vlastností. Dalším neméně významným prvkem je maximální odolnost břitu proti mechanickým a teplotním rázům.
Moderní NC obráběcí stroje jsou koncepčně zaměřeny především na zkrácení vedlejších časů, a tím na kvalitativně vyšší stupeň využití časového fondu stroje pro vlastní řezání. Za těchto podmínek, kdy v průměru po více než 80 % doby chodu stroje probíhá obrábění, má zásadní význam na produktivitu neboli počet obrobků za jednotku času nasazení VBD z materiálu s maximálním řezným výkonem. Pro dosažení optimálních nákladů na obrobení obrobku je důležité použití nákladově optimálních hospodárných řezných podmínek.

Nové materiály břitových destiček

Uvedené požadavky v maximální míře splňují nové materiály břitových destiček řady 6000 a 8000 pro soustružení, frézování i vrtání obrobků prakticky ze všech strojírenských materiálů. Materiály obou řad jsou výsledkem intenzivních výzkumných a vývojových prací odborných pracovišť firmy Pramet Tools.
Materiály 6620, 6630 a 6640, které tvoří základní řadu 6000, mají široké aplikační oblasti a velmi univerzální použití při soustružení ocelí uhlíkových i slitinových konstrukčních i nástrojových, ocelolitiny i korozivzdorných ocelí a tvárné šedé i temperované litiny. Jsou s úspěchem používány jak pro dokončovací soustružení, tak i pro polohrubování i těžké hrubování a lze jednoznačně prohlásit, že splňují požadavky jak s ohledem na otěruvzdornost, tak i na houževnatost.
Doplňková řada materiálů pro soustružení 8000 obsahuje speciální druhy 8016, 8030 a 8040. Materiál 8016 prokazuje velmi dobré řezné vlastnosti při jemném a dokončovacím soustružení ocelí i korozivzdorných a speciálních žárupevných slitin, ale i šedé tvárné a temperované litiny. Doporučuje se i pro soustružení hliníku a mědi a jejich slitin.
Materiály 8030 a 8040 jsou určeny především pro soustružení speciálních žárupevných a žáruvzdorných slitin i austenitických ocelí. Jsou základními materiály břitových destiček pro soustružení závitů, pro upichovací a zapichovací nástroje, pro středové břitové destičky vrtáků a obecně všude tam, kde je požadován ostrý a pevný břit.
U obou řad materiálů došlo k zásadní inovaci podkladových materiálů i povlaků, což vedlo k výraznému nárůstu výkonnosti i provozní spolehlivosti.

Materiály řady 6000

U podkladových materiálů dochází k výraznému posuvu od materiálů se základním složením WC - TiC (TaNb)C + Co k materiálům systému WC + Co většinou s jemnozrnnou strukturou. Důvodem byla především očekávaná vyšší pevnost břitu materiálů systému WC + Co při určitém obsahu kobaltové pojicí fáze v porovnání se systémem WC - TiC + Co. Pro dosažení určité pevnosti břitu vyžaduje systém obsahující tuhý roztok (WTi)C vyšší obsah kobaltu. Zvýšený obsah kobaltu má však za následek snížení meze tepelné stability břitu.
U nepovlakovaných materiálů měla přísada TiC funkci inhibitoru difuzního opotřebení, které je dominantním typem opotřebení při obrábění oceli vysokými řeznými rychlostmi a je hlavní příčinou vzniku výmolu na čele. U povlakovaných materiálů této řady tvoří povlak velmi účinnou difuzní a oxidační bariéru, takže význam tuhého roztoku (WTi)C, tedy obsahu titanu, se zmenšuje a jeho přítomnost v podkladovém materiálu není nezbytná. To platí o materiálech 6620 a 6640, které oba mají podkladový materiál typu WC + Co, avšak s různým obsahem Co.
Poněkud jiná je situace u materiálu 6630. Podkladový materiál v tomto případě obsahuje titan i tantal (a niob), avšak na povrchu má tenkou vrstvu (řádově desítky (m) materiálu systému WC + Co se zvýšeným obsahem kobaltu, ale bez tuhého roztoku (WTi)C. Tento tzv. strukturně gradientní materiál opět využívá výhody větší pevnosti břitu materiálu WC + Co. Tato povrchová podpovlaková vrstva tvoří bariéru proti šíření trhlin vzniklých v povlaku do jádra břitové destičky a omezuje možnost křehkého porušení břitu.

Povlaky materiálů řady 6000

U povlaků materiálů řady 6000 se výhradně používá moderní středoteplotní metoda MT CVD. Důvodem přechodu k této metodě, u které probíhá nanášení podstatné části povlaku při nižší pracovní teplotě v porovnání s dříve používanou chemickou metodou CVD, je především snaha eliminovat nepříznivý účinek ohřevu na pracovní teplotu na výslednou pevnost břitu. Je zapotřebí upozornit na někdy málo známou skutečnost, že u břitových destiček s vysokoteplotními povlaky CVD dochází v důsledku dlouhodobého ohřevu na pracovní teplotě kolem 1000°C v povrchových vrstvách podkladového materiálu ke strukturním změnám, které vedou k výraznému snížení pevnosti břitu.
Povlaky u materiálů řady 6000 nanesené metodou MT CVD jsou vícevrstvé povlaky různého chemického složení, jejichž tloušťka se pohybuje v rozmezí 5 až 18 µm.
Materiál 6620 je charakteristický povlakem, jehož převládající "nosnou" vrstvou je Al2O3 s vynikající odolností proti otěru při vysokých řezných rychlostech. Na povrchu je tenká "zlatá" vrstva TiN s protinárůstkovým účinkem. Další vrstvy směrem k povrchu substrátu tvoří TiCN.
Materiál 6630 je opatřen rovněž vícevrstvým povlakem s převládající složkou TiCN a povrchovou tenkou vrstvou TiN. Dále obsahuje vrstvy Al2O3 i TiN. Tloušťka tohoto povlaku je poněkud menší, než je tomu u materiálu 6620.
Materiál 6640 je opatřen nejtenčím vícevrstvým povlakem s převládající vrstvou TiCN a opět s povrchovou tenkou vrstvou TiN.

Materiály řady 8000

Doplňková řada materiálů pro soustružení má podkladové materiály o složení WC + Co s různým obsahem Co, a tudíž s rozdílnou základní pevností břitu. Zejména materiál 8040 s výjimečně vysokým obsahem Co prokazuje vynikající řezné vlastnosti při nejtěžších případech hrubovacího soustružení se silně přerušovaným řezem.
Povlaky materiálů 8016, 8030 a 8040 jsou naneseny nízkoteplotní fyzikální metodou PVD. Jde o moderní typ povlaku sestávající ze supertvrdých nanokrystalických kompozitních vrstev. Na břitových destičkách Prametu řady 8000 jsou komerčně využity poprvé na světě.
Jelikož se tyto povlaky nanášejí při podstatně nižší pracovní teplotě, cca 600 až 650 °C, kdy je intenzita difuzních pochodů v podkladovém materiálu zanedbatelná, nedochází u těchto materiálů ke snížení pevnosti břitu. Naopak podle některých výzkumných prací v povlaku dochází ke vzniku tlakových zbytkových napětí, která omezují šíření trhlin, vzniklých v důsledku cyklického mechanického a tepelného zatížení břitu, zejména při přerušovaném řezu.
Vliv metody povlakování na odolnost břitu proti mechanickým a teplotním rázům názorně ukazují výsledky technologické zkoušky čelním soustružením čepů přerušovaným řezem. Dosažená rozmezí mezního počtu rázů, uvedená na diagramu v obr. 2, ukazují podstatně vyšší odolnost břitů s povlaky PVD proti cyklickému zatížení mechanickými i teplotními rázy.

Výkonnost materiálů řady 6000 při soustružení ocelí

Úroveň výkonnosti materiálů 6620, 6630, 6640, charakterizovaná řeznou rychlostí v15 při trvanlivosti břitu T = 15 min v závislosti na posuvu f, je možno posoudit z výsledků laboratorních technologických zkoušek při podélném soustružení břitovými destičkami CNMG 120408E - M při konstantní hloubce řezu. Obráběným materiálem byla ušlechtilá uhlíková ocel 12050.9. Výsledky hodnot v15 jsou v diagramu na obr. 3.

Nové materiály řady 8000 pro frézování

Novou řadu materiálů pro frézování tvoří druhy 8016, 8026 a 8040. Tato řada navazuje na osvědčenou řadu materiálů 816, 826 a 836. V důsledku dalšího zdokonalení povlaků a zčásti i použitím nových podkladových materiálů došlo u těchto materiálů k významnému zlepšení jejich řezného výkonu.
U materiálů 8016 a 8026 jsou použity podkladové materiály systému WC + Co, resp. WC + (TaNb)C + Co. Zcela nový podklad má materiál 8040, který má rovněž složení WC + Co s výjimečně vysokým obsahem Co, obdobně jako u materiálu stejného složení pro soustružení.

Povlaky materiálů pro frézování

Povlaky materiálů nové řady pro frézování jsou, obdobně jako u materiálů řady 8000 pro soustružení, naneseny fyzikální metodou PVD. Jde o zdokonalené moderní typy povlaků sestávající ze supertvrdých nanokrystalických kompozitních vrstev, stejně jako výše popsané povlaky řady 8000 pro soustružení. V řadě materiálů pro frézování tak zaujímají PVD povlaky dominantní postavení především s ohledem na jejich příznivý vliv na houževnatost podkladového materiálu.
Povlaky PVD na materiálech řady 8000 však také velmi významně zlepšují otěruvzdornost podkladového materiálu, jak to názorně dokládají výsledky laboratorních zkoušek frézovaní materiálu 12050.1, uvedené v obrázku 5. Byly porovnávány vlastnosti břitové destičky SPCN 1203EDSR jednak z nepovlakovaného materiálu S26, dále z téhož materiálu s jednoduchým povlakem (TiAl)N, z povlakovaného materiálu 826 1. generace (TiAl)N + TiN, z materiálu s multipovlakem 826 2. generace a nakonec z materiálu 8026 s povlakem supertvrdých nanokrystalických kompozitních vrstev. Z výsledných hodnot trvanlivosti břitu je zřejmý devítinásobný nárůst trvanlivosti břitu u materiálu 8026 v porovnání s nepovlakovaným podkladem S26. Jestliže uvážíme, že pevnost břitu 8026 zůstává prakticky shodná s nepovlakovaným podkladem S26, ale jeho otěruvzdornost je řádově vyšší, a tudíž je vyšší i řezný výkon, jsou důvody poklesu významu nepovlakovaných materiálů při frézování zřejmé.

Aplikační oblasti materiálů řady 8000 pro frézování

V současné době pokrývá stávající řada povlakovaných materiálů 8016, 8026 a 8040 velkou většinu operací rovinného frézování, frézování do rohu, kopírovacího frézování a jejich použití převládá prakticky u všech dodávaných nástrojů Prametu. Stávající materiály řady 8000 umožňují díky vynikající pevnosti břitu realizovat konstrukční řešení břitových destiček s velmi pozitivní geometrií s úhly čela (o = 20 ( 25° pro frézování ocelí uhlíkových i slitinových se zvýšenou pevností. Příkladem může být frézování zápustek a forem z nástrojových ocelí o pevnosti Rm = 900 ( 1400 MPa. Významně rozšiřují použití fréz Prametu i pro frézování austenitických korozivzdorných i žáruvzdorných ocelí, superslitin i velmi tvrdých zušlechtěných ocelí. Pro tyto případy přinášejí ostrý a pevný břit s relativně velkými pozitivními úhly čela. Přehled aplikačních oblastí a doporučené použití materiálů 8016, 8026 a 8040 je v tabulce na obr. 6.

Výkonnost materiálů řady 8000 při čelním frézování oceli

Nárůst výkonnosti materiálů řady 8000 při frézování oceli 12050.9 byl potvrzen i výsledky dalších laboratorních zkoušek, ve kterých byly porovnávány materiály staré řady 816, 826 a 836 s řadou 8016, 8026 a 8040. Tyto výsledky jsou uvedeny ve formě závislosti v30 na posuvu fz na diagramech na obr. 7a - c. Z uvedených hodnot řezné rychlosti v30 je zřejmé, že dochází k výraznému nárůstu výkonnosti nové řady 8000. Totéž potvrzují i výsledky provozních zkoušek.
Díky funkčním vlastnostem nových materiálů s PVD povlaky velmi silně klesá význam nepovlakovaných materiálů.

Další články

Obráběcí stroje a technologie
Nástroje pro obrábění / řezné materiály

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: