Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> High-end technologie pro výrobu ultratvrdých nástrojů
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

High-end technologie pro výrobu ultratvrdých nástrojů

Z důvodů požadavků na snižování hmotnosti, zvyšování pevnosti a odolnosti různých strojírenských sestav se konstruktéři stále častěji přiklánějí k volbě moderních materiálů dílů, které nejsou zcela vhodné pro obrábění. Jsou jimi neželezné slitiny kovů, plasty, kompozity, ale i např. zušlechtěné oceli. Této situace využila společnost Rotana a již před pěti lety zahájila vývoj ultratvrdých řezných nástrojů. Jejich výroba obnáší zpracování speciálních tvrdých materiálů na bázi diamantu či kubického nitridu boru za použití velmi vyspělých, tzv. high-end technologií.

Moderní špičková výroba nástrojů s ultratvrdými segmenty (PKD, CVD-D a PCBN) se neobejde bez moderních výrobních technologií a znalostí pracovníků VaV centra Rotana, které jim pomáhají vytvářet ta nejvhodnější řešení. Uplynul již téměř rok od mé poslední návštěvy. Vloni jsem měla možnost prohlédnout si nově otevřené VaV centrum (MM 5/2019/190540). Nyní jsem požádala vedoucího oddělení ultratvrdých nástrojů Ing. Pavla Vítka o názor, jak hodnotí chod centra vybaveného nejmodernějšími technologiemi s ročním odstupem.

Ing. Pavl Vítek, vedoucí divize Ultratvrdé nástroje VaV centra společnosti Rotana. (Foto: autorka)

MM: Můžete se, prosím, nejdříve našim čtenářům představit? Jakou funkci v Rotaně zastáváte?

Ing. Vítek:
Ve společnosti Rotana zastávám pozici vedoucího divize Ultratvrdé nástroje. Jelikož jsme menší, ryze česká společnost, v rámci mých povinností je také obchodně-technická činnost v rozšiřování našich nástrojů na zejména český a slovenský trh.

MM: Jak dlouho se oboru ultratvrdých materiálů věnujete?

Ing. Vítek:
Původní vize produkovat ultratvrdé nástroje byla proměněna ve skutečnost již v roce 2015. Velkým krokem kupředu bylo otevření VaV centra v létě roku 2018.

MM: Před rokem, kdy jsem Rotanu poprvé navštívila, ještě nebylo VaV centrum v provozu takzvaně na plné obrátky. Jak je tomu dnes? Využíváte dnes plně kapacity centra?

Ing. Vítek:
Dnes už centrum jede na plné obrátky. Strojový park byl doplněn o některé chybějící technologie. Podařilo se nám některé vývojové projekty přetransformovat na „standardní“ opakovanou výrobu pro naše stěžejní zákazníky. Samozřejmě dál hledáme nové příležitosti a možnosti využití našich vyvíjených nástrojů. Čerpáme jak z vlastních teorií, tak z požadavků trhu. Tím jak se vyvíjí trh, vznikají nové potřeby – moderní materiály potřebují moderní metody zpracování. Zároveň pozoruji, že naši zákazníci stále častěji začleňují do vlastní výroby principy Průmyslu 4.0. Už nejde pouze o automatizaci, ale firmy pomocí nadřazených systémů řídí celé výrobní celky. A k tomu, aby vše správně fungovalo, musí být bezchybně nastaven celý výrobní proces. Všechny prvky ovlivňující proces musejí být co možná nejlépe sladěny. Proto i my se snažíme našim zákazníkům nabízet řešení na míru, aby jejich procesy byly ekonomičtější a i jejich zákazníci byli spokojeni.

MM: Daří se vám tedy naplňovat tyto cíle? Loni jste navíc říkal, že byste se rádi stali firmou s evropskou, ne-li celosvětovou působností. Máte už nějaké zákazníky ze zahraničí?

Ing: Vítek:
Řekl bych, že daří. Jdeme krok po kroku. Ale je to běh na dlouhou trať. Nejprve je nutné nabídnout zákazníkům zboží na evropské či světové úrovni. Troufnu si říci, že tento cíl se nám daří naplňovat. Již nyní jsme svými řešeními nahradili některé světové značky působící na českém trhu. Část těchto zákazníků je součástí nadnárodních značek. Pobočky některých značek si předávají různá dobrá řešení mezi sebou. A tak jsme se dostali i např. do jednoho německého závodu. Na druhé straně tu máme také výsledky vývoje. Některé aplikace však trh díky svému stavu zatím nemůže plně využít. Dokážeme vyrobit „monolitní diamantový frézovací mikronástroj“, kde je požadavek na velmi vysoké otáčky. Na trhu je však jen několik společností, které vlastní taková strojní zařízení.


Výroba nástrojů s ultratvrdými segmenty obnáší zpracování speciálních tvrdých materiálů na bázi diamantu či kubického nitridu boru za použití velmi vyspělých, tzv. high-end technologií. (Zdroj: Rotana) 

MM: V souvislosti s rozjezdem centra na plné obrátky jste zmiňoval standardní opakovanou výrobu. Je možné se za pouhý rok posunout od vývoje k sériové výrobě nástrojů?

Ing. Víte
k: Úplně bych neřekl standardní, ve smyslu standardně nabízené na trhu. Stále jde o speciální detailní řešení, ovšem navržené tak, aby geometrie nástroje dokázala opracovat i více druhů obrobků. V současné době nabízíme a vyrábíme PCBN soustružnické mikronože v tisícových sériích. Vzhledem k takovému objemu došlo k částečné standardizaci této výroby. Naše devítiosá CNC bruska, na které brousíme řeznou hranu těchto nástrojů, je schopna pracovat v autonomním režimu 24 hodin 7 dní v týdnu. Operátoři stroj pouze kontrolují na dálku pomocí chytrých zařízení – mají tzv. pohotovosti/služby. Probíhá zde různý sběr dat z výroby. Takže i my ve vlastní výrobě využíváme některé principy Průmyslu 4.0. Na tom, jak nyní celý proces funguje, mají velkou zásluhu i naši aplikační technici. Bez nich bychom měli pouze špičkové strojní vybavení. Samozřejmě na výrobě nejen mikronožů jsou zapotřebí i další technologie, které také využíváme v různých stadiích automatizace. Zní to velmi náročně a řeknu vám, že jednoduché to nebylo. Ne vždy se podaří dostat se za jeden rok od vývoje k opakovaným objednávkám. V tomto případě za to vděčím svým kolegům, strojnímu zázemí a v neposlední řadě i zákazníkovi, který byl ochotný a trpělivý.

MM: Jak se vám povedlo tyto moderní technologie přijmout? Jak se s nimi pracuje?

Ing. Vítek:
S rozsáhlými možnostmi laseru se stále ještě sžíváme, neboť také dodavatel stroje vyvíjí stále nové aplikační možnosti. Ale hlavní roli v tom hrají zejména zručnost, zkušenost a přístup obsluhy. Když se dostanou naši pracovníci do bodu, kdy si nedokážou sami poradit, komunikují s výrobci, ale 90 % úkonů zvládají sami. Děláme opravdu speciální aplikace. U jedné jsme dokonce narazili na limit pohybu laserové hlavy. Chtěli jsme vyrobit tvar, který byl příliš malý a složitý na to, aby jej laser dokázal korektně vyrobit. Nebyl to problém paprsku jako takového, ale jedné mechanické části zařízení.

Od minulého roku nově do strojového parku přibyla technologie EDM od společnosti Fanuc. (Zdroj: Rotana)

Řekl bych, že o tom, jak dokážeme moderní technologie využívat, svědčí i úspěšně zakončený výzkumný projekt v rámci soutěže TRIO se dvěma prototypy a jedním užitným vzorem, který jsme si nechali patentovat nad rámec projektu. Projekt probíhal ve spolupráci s ČVUT a společností Sanborn. U všech výsledků hrálo důležitou roli právě laserové obrábění, ať už to byla PCBN fréza pro obrábění zušlechtěných ocelí či litiny, nebo PKD fréza se speciálním utvářečem třísek pro obrábění kompozitních materiálů. Podařilo se také vyrobit frézu s na tupo napájeným ultratvrdým segmentem s plastickou drážkou ve šroubovici.

MM: Jaké další technologie v centru ještě využíváte?

Ing. Vítek:
Je jich mnoho. Od minulého roku nově do strojového parku přibyla technologie EDM od společnosti Fanuc a soustruh KL 285 od Kovosvitu MAS. Elektroerozivní drátovou řezačku máme nadstandardně vybavenou pátou a šestou osou. To s výhodou využíváme např. při výrobě nástroje „kukuřice“. (smích) Samozřejmě se jedná o PKD frézu se segmenty umístěnými ve šroubovici. Obecně EDM využíváme zejména na výrobu speciálních tvarů a přípravu nástrojů tzv. nahrubo. Precizní tvary pak dokončujeme pikosekundovým laserem.

Nový soustruh primárně slouží k testování soustružnických operací, kdy s výhodou využíváme vřeteno, jež lze zrychlit v poměru 1:7 až na 35 000 otáček. Primárně je stroj určen k hledání vhodných makro- či mikrogeometrií nástrojů a řezných parametrů zejména při soustružení zušlechtěných ocelí, slitin hliníku či titanu. Vybavení stroje je navíc doplněno o poháněnou osu Y. Dnes se velké množství aplikací v soustružnických centrech také frézuje. I když tato osa má jisté nevýhody oproti běžnému frézovacímu centru – zejména tuhost –, je pro mnoho zákazníků možnost kompletního opracování obrobku při jednom upnutí na jednom stroji (soustružnickém centru) také velmi zajímavá. Proto ho máme, abychom co nejblíže přenesli podmínky vybavení zákazníka na naše testovací centrum, kde si prvotně můžeme vyzkoušet dané aplikace.

MM: Vedle velmi moderních výrobních zařízení jsou bez debat velmi progresivní také materiály, ze kterých ultratvrdé segmenty nástroje vyrábíte. Můžete ve zkratce objasnit, v čem jsou tak ojedinělé?

Ing. Vítek:
Výrobní program Rotany se opírá především o výrobu speciálních nástrojů ze slinutých karbidů od dlouhého vrtání, tvarového frézování, přes tvarové soustružnické aplikace až po mikronástroje. Jak jsem zmínil, díky požadavkům trhu a vlastní vizi se také věnujeme nástrojům s ultratvrdou řeznou hranou. Ultratvrdých materiálů se vyskytuje hned několik, my pracujeme s PCBN (polykrystalický kubický nitrid boru), PKD (polykrystalický diamant) a CVD-D (chemical vapor deposition of diamond) segmenty. Navíc díky implementaci bezkontaktní pikosekundové laserové technologie je možné opracovávat tyto ultratvrdé materiály bez sekundární deformace. Laserový paprsek vytváří řeznou hranu napříč zrny a výsledná hrana je spojitá a velmi ostrá.

PCBN je vysoce výkonný řezný materiál, který je fúzně slinován z kubického nitridu boru s vhodným pojivem, nejčastěji na bázi hliníku. Díky své chemické netečnosti k železným kovům je předurčen k obrábění kalených ocelí o tvrdosti 45 HRC až 60 HRC, žárupevných a vysoce abrazivních materiálů. Dále jej lze perfektně využít do litiny. PKD vznikají fúzním slinováním diamantového prášku s vhodným pojivem, nejčastěji na bázi kobaltu. CVD-D je high-tech řezný materiál, který neobsahuje žádné externí pojivo. Tento parametr ovlivňuje mikrogeometrii řezné hrany, která se projeví enormní trvanlivostí řezného nástroje, ale i výslednou kvalitou obrobených ploch. Tyto materiály je vhodné využívat na obrábění neželezných kovů a jejich slitin, slinutého karbidu a nekovových materiálů, jako jsou plasty, skleněné lamináty, grafit nebo kompozitní materiály. K výhodám CVD-D patří také možnost výroby segmentu o minimální tloušťce 0,3 mm – takže lze vyrobit např. kulovou frézu o průměru 1,5 mm pro vysoce efektivní obrábění.

MM: Jak dlouho si trh ještě vystačí s těmito materiály? Budou potřeba ještě tvrdší?

Ing. Vítek:
Je těžké určit dlouhodobou využitelnost těchto materiálů. Ale myslím, že k tomu mají předpoklad. Podle sběru dat spotřeb z celosvětového měřítka se za poslední roky aplikace těchto materiálů rok od roku zvyšují. A jestli budou potřeba ještě tvrdší materiály?! Těžko říct. Ale jakmile se objeví nové a dostupné možnosti, určitě se budeme snažit přijít se svojí troškou do mlýna.

MM: Takže jste se ještě nesetkali s tím, že by CVD-D nástroj byl na nějakou aplikaci krátký?

Ing. Vítek:
Nelze říct, že by byl CVD-D vhodný pro všechny aplikace. Materiál je na bázi diamantu, tudíž je nevhodný pro obrábění ocelí. A tam, kde ho lze použít, se může stát, že to není ono. Ovšem obrábění není pouze o nástroji – vlastní obrábění je ovlivněno celou soustavou faktorů (stroj vs. upnutí vs. nástroj vs. obrobek vs. člověk), a tím je např. výrazně ovlivněna tuhost, vibrace apod. Principiálně platí, že čím tvrdší materiál, tím je křehčí. Proto je potřeba pečlivě volit nástroj vzhledem ke stroji, upínání nástroje, možnosti řezných podmínek, chlazení atd. Faktorů ovlivňujících výsledek je mnoho. Když zákazník dovolí, dokážeme i se svojí zkušeností poradit a aplikaci spolu s ním ideálně naladit.

MM: Co považujete za dosavadní největší úspěch, a naopak za neúspěch?

Ing. Vítek:
Za úspěch považuji to, že máme čím dál tím více stávajících zákazníků i aplikací. Mezi ně se řadí i lídři českého průmyslu. Neúspěchem nebo spíše smutnou okolností bych označil nedostatek času na realizaci všech našich myšlenek – prostě nemáme prostor převést je do praxe. A budu upřímný, pracovali jsme i na aplikacích, které nakonec z různých důvodů nevyšly. Na druhou stranu jich není mnoho.

MM: Co vás na vaší práci nejvíce motivuje?

Ing. Vítek:
Když to všechno funguje jak u nás, tak u zákazníka.

MM: Děkuji za rozhovor a přeji, ať vám to i nadále u vás i u zákazníka funguje!

Eva Buzková

Další články

Průmysl 4.0
Inovace
Výzkum/ vývoj
Automatizace, regulace
Nekonvenční technologie
Nástroje pro obrábění / řezné materiály
Obráběcí stroje a technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: