Témata
Zdroj: Sci-line

Filozofie pro řezné nástroje

06. 04. 2022

Řezný nástroj vzniká průnikem vlastností materiálů, potřeb výroby a možností technologií. Vznik nových řezných nástrojů pro budoucnost je oblastí, kde se stále více setkává fyzika s filozofií v souladu s tím, do jaké hloubky postupuje naše poznávání struktur materiálů a jaké jsou naše efektivní schopnosti je ovlivňovat a vytvářet.

Leoš Kopecký

Leoš Kopecký, *1958, vystudoval VUT v Brně, elektrotechnologie, Konzervatoř Jaroslava Ježka v Praze, text a scénář. Od 1990 působí jako novinář a mediální expert, 2009-2012 Akademie věd ČR (SSČ) - popularizace vědy, marketing, od 2013 externí redaktor pro TA ČR, nezávislý novinář, publikování pro propagaci vědy, výzkumu a inovací. V 2015 založen nezávislý projekt Sci-line - online platformupro komunikaci R&D, nových materiálů a technologií. Projekt je zastřešen aktivitami společnosti ArtCom 3000, jejíž je spoluzakladatelem.

Reklama

Opracovávání hmoty nástrojem je jedním z projevů lidského druhu, který jej zvýhodňuje oproti ostatním živočišným druhům na Zemi, a výroba pazourkových nástrojů je označována za kulturní revoluci ve vývoji lidstva. Jde o princip, který funguje dodnes – měkčím nástrojem byl vytvořen výrobek tvrdší s většími užitnými vlastnostmi.

Nové, revoluční vlastnosti

Během vývoje jsme se naučili obrábět ke svému prospěchu nejen materiály, které nám poskytovala příroda, ale i ty nové, jež jsme začali vytvářet cíleně sami. A jak rostly a stále rostou naše nároky na vlastnosti nových materiálů, rostou a vyvíjejí se i požadavky na možnost jejich opracování. Přesnost, specifické charakteristiky povrchů, rychlost opracování a další parametry, které ještě nedávno byly určujícími, jsou dnes doplňovány vysokými nároky na energetickou úspornost, snižování odpadu a přísné sledování a eliminace ekologických dopadů všech procesů. Často protichůdné požadavky ovlivňují vývojové trendy, a daří se tak vytvářet nástroje a technologie se zcela novými revolučními vlastnostmi. Je to trend a současně je to tlak působící na výrobní procesy, který nám Čechům sedí. Dokážeme vyvíjet úžasné technologie, přestože se tváříme někdy odmítavě k novým ekologickým potřebám, včetně Green Dealu, a jindy rezervovaně k implementaci principů Průmyslu 4.0. My to ale vždycky nakonec dokážeme. 

Jak rostly a stále rostou naše nároky na vlastnosti nových materiálů, rostou a vyvíjejí se i požadavky na možnost jejich opracování. (Zdroj: Sci-line)
Reklama
Reklama

Už v předminulém století jsme získali zkušenost, která nás řadila ke strojírenské špičce světa, také za to jistým způsobem mohl tlak okolností a vnějších vlivů. Tehdy jsme potřebovali vyrábět, ale neměli jsme stroje. Vznikly tak tzv. mateřské stroje, na kterých jsme dokázali vyrábět stroje přesnější, než byly ony samy. Takže dnes se v žádném případě není třeba bát, že se v nových technologiích a materiálovém výzkumu nějak ztratíme. Nejenže disponujeme odborníky, ale výzkum a vývoj je docela slušně dotován ze státního rozpočtu, což je nesmírně důležité, protože nároky v této oblasti rostou exponenciálně v důsledku toho, že se zde střetává hned několik vývojových trendů. Nejvýznamnější podpora v posledním desetiletí přišla prostřednictvím dotací od Ministerstva průmyslu a obchodu ČR a Technologické agentury ČR. V centrální databázi je možno najít 42 projektů, které se přímo vývojem řezných nástrojů zabývají a celkový objem dotací překročil 400 mil. Kč. Jedním příkladem za všechny může být projekt s názvem Výzkum a vývoj vysoce přesných produktivních řezných nástrojů nové generace s využitím inovativních technologií a progresivních materiálů, oceněný Technologickou agenturou v roce 2017 v kategorii Ekonomický přínos. Výzkum byl podpořen částkou 8,8 mil. Kč a řešili ho odborníci ze Západočeské univerzity v Plzni, Fakulty strojní a z výrobních firem Final Tools. Navíc v roce 2021 získala firma od MPO ocenění Česká hlava v kategorie Industrie.

Vystružovací nástroj pro ø 12H7 ve tvárné litině – řezná rychlost 250 m.min–1, posuvová rychlost 12 m.min–1
(Zdroj: FIinal Tools)

Interakce dvou materiálů

I kdyby šlo proces vývoje řezných nástrojů zjednodušit a vnímat ho jen „materiálově“, už tak by to bylo složité. Každý řezný materiál má své specifické vlastnosti a neexistuje jeden univerzální. Přitom ale požadavky na něj máme vlastně velmi podobné až univerzální. Vyžadujeme tvrdost a pevnost, houževnatost a pevnost v ohybu, řezivost, odolnost proti teplotním rázům, odolnost proti otěru, chemickou stálost a neutralitu vůči obráběnému materiálu a podobně. Přitom interakce obou materiálů – obráběného a řezného, je sama o sobě další kategorií vyžadující vysokou odbornost v oblasti fyziky i chemie. Nejpoužívanějším materiálem současných progresivních řezných materiálů (např. výstružníků) je slinutý karbid a řezné břity jsou obvykle opatřeny PVD tenkou vrstvou.

Reklama

Digitalizace v procesu obrábění

Druhým používaným řezným materiálem je cermet, pro obrábění těžkoobrobitelných materiálů se využívá vlastností kubického nitridu boru a polykrystalického diamantu ve formě břitových destiček, povlaků nebo vrstev. Povlaky vytvářené různými technologiemi patří k nejdynamičtěji rozvíjející se části procesu a prosazují se tenké vrstvy používaných materiálů v tloušťkách od jednotek až po tisíce nanometrů. Je jisté, že nanotechnologie s využitím sloučenin, zatím nejčastěji titanu nebo wolframu, sehrají v budoucnu významnou úlohu. Nejde totiž jen o vytváření povrchů nástrojů pomocí povlaků, ale i o procesní kapaliny, které jsou významným médiem zvyšujícím kvalitu obrobku i produktivitu procesu a snižujícím opotřebení nástroje. Progresivní kovoobráběcí kapaliny (Metalworking Fluids – MWF) využívají unikátních nanočástic, které napomáhají dosažení žádoucího výsledku, přičemž i malá změna složení MWF může výrazně ovlivnit výkonnost ve výrobních procesech. Už jen schopnost regulovat teplotní režimy při výrobě přináší pozitivní efekty i v podobě energetických úspor a zvýšení spolehlivosti. 

Detail hrany výstružníku Final-Tools. (Zdroj: TA ČR)

Dalším významným parametrem je snižování objemu odpadního materiálu a následné nakládání s ním. I tyto procesy ovlivňují řezné nástroje a jejich další vývoj a budoucnost zcela jistě výrazně ovlivní i digitalizace, robotizace a umělá inteligence. Ta nepochybně sehraje významnou roli při navrhování nových materiálů. Například už na konci roku 2019 publikoval Mark Messner v Journal of Mechanical Design novou metodu využití konvoluční neuronové sítě pro navrhování struktur nových materiálů se specifickými vlastnostmi, která nepotřebuje hory fyzikálních simulací a strojový čas superpočítačů pro modelování a predikci chování materiálů v extrémních podmínkách. Postačí běžný notebook.

Vydání #4
Kód článku: 220435
Datum: 06. 04. 2022
Rubrika: Redakce / Věda a výzkum
Firmy
Související články
Pořádná špona je dnes věda

S obráběním, vrtáním pomocí nástroje začali pravděpodobně jako první už staří Egypťané cca 4 000 let před naším letopočtem, přičemž využívali tětivu luku – základ smyčcového soustruhu. Potom přišel středověk, dále Leonardo da Vinci a návrh prvního soustruhu… Technologie třískového obrábění ale v porovnání s dnešní dynamikou vývoje postupovala jen pomalu.

Pokročilé mazání pro úspornost a spolehlivost

Věda a výzkum přinášejí zcela unikátní řešení i pro procesy zdánlivě zavedené a v oblastech, kde by inovace laik neočekával. Každý pozitivní a použitelný krok ke zlepšení klimatické situace naší planety je přínosem a jednou z nesmírně efektivních, užitečných, a vlastně poměrně snadných a finančně nenáročných záležitostí. Takovými by mohly být aplikace pokročilých tribologických řešení především pro dopravu, průmysl a výrobu energií.

Modernizace laboratoře pro měření emisí

Od listopadu 2011 je v Roztokách u Prahy otevřen objekt VTP Roztoky. Objekt o celkové ploše 4 200 m2 využívá pro k realizaci svých aktivit zejména Centrum vozidel udržitelné mobility (CVUM), založené při ČVUT v Praze, Fakultě strojní. Budova vznikala právě na základě požadavků vědeckých a akademických pracovníků z ČVUT, kteří hledali nové laboratorní a kancelářské prostory se záměrem vytvořit špičkové výzkumné pracoviště a navázat tak na projekty Výzkumných center spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka I, II, úspěšně řešené v  letech 2000 až 2011 pod vedením prof. Jana Macka. Záměr se podařilo realizovat také díky synergii projektů, využitých pro financování výstavby objektu a následně vybavení jednotlivých laboratoří. V loňském roce, sedm let po oficiálním otevření, byla realizována přístavba a obnova emisního vybavení v laboratoři s válcovou brzdou.

Související články
Mezi vědou a rodinou

S Mgr. Kseniyí Illkovou, Ph.D., mladou vědkyní působící v Praze, jsem se potkala při příležitosti předávání cen Wernera von Siemense. Získala totiž ocenění za vynikající kvalitu ženské vědecké práce. Na tom by jistě nebylo nic zarážejícího – vynikající práce byla oceněna, tak to bývá. Na první pohled však všechny přítomné zaujal doprovod mladé ženy – několikaměsíční miminko. A tak mě samozřejmě zajímalo, jak vlastně lze skloubit práci na špičkové úrovni a rodinu...

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Podpora mezinárodního výzkumu

Inženýrská akademie České republiky, z. s., (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem (byl ukončen v závěru???) roku 2016.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci, Sekce Czech Knowledge Transfer Office

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborná podpora rozvoje technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR sdružují přední specialisty daného oboru a poskytují expertní a poradenské služby. Vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím, která vycházejí z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Během celého letošního roku jsme zde jednotlivé odborné sekce představovali, dnes tak činíme naposledy.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci, Sekce Strategie výzkumu a vývoje

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborná podpora rozvoje technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR sdružují přední specialisty daného oboru a poskytují expertní a poradenské služby. Vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím, která vycházejí z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra jednotlivé odborné sekce představujeme.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborná podpora rozvoje technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR sdružují přední specialisty daného oboru a poskytují expertní a poradenské služby. Vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím, která vycházejí z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra jednotlivé odborné sekce představujeme.

Trendy v nabídce doprovodných služeb a v koordinaci podniku

V současné době se řada výrobních podniků snaží být konkurenceschopná ve využívání nejnovějších trendů, ale i vědeckých poznatků. Tyto jsou markantní zejména v oblasti technologické, ovšem nelze se upnout pouze na přijímání technologických novinek a přitom opomíjet ostatní obory, neboť i tyto mohou podnikatelům nabízet zásadní poznatky a mít vliv na celkovou úspěšnost daného podniku. O tom, že je prospěšné, jak pro zákazníka, tak pro samotný podnik nabízet doprovodné služby k dodávaným výrobkům (jako např. montáž, zaškolení, servis), je asi dnes už zbytečné hovořit. Tyto služby jsou dnes téměř všude samozřejmostí a nabývají na významu i v průmyslovém sektoru.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci - sekce Elektrotechnika

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborně podporovat rozvoj technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR, sdružující přední specialisty daného oboru, poskytují expertní a poradenské služby a vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím vycházejícím z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra v průběhu roku 2016 postupně představujeme jednotlivé odborné sekce.

Inženýrská akademie ČR nabízí spolupráci Sekce stavebnictví a architektura

Poslání Inženýrské akademie ČR (IA ČR) spočívá v odborné podpoře a rozvoji technických věd a technického školství, jakož i aplikaci nových poznatků vědy a výzkumu. Naším cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Tentokrát se zaměříme na stavebnictví a architekturu.

Mechanika na VŠ

V nynějším vydaní jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na mechaniku a mechatroniku. Naši nabídku vyslyšelo pracoviště na Strojní fakultě v Brně.

Strojírenské konstruování na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naši nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Praze, Brně a Liberci.

Energetika na VŠ

V nynějším vydání jsme o strukturovanou prezentaci požádali ústavy zaměřené na výrobní stroje a komponenty. Naší nabídku vyslyšela pracoviště na strojních fakultách v Ostravě a Plzni.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit