Témata
Reklama

Nová generace RO-PM

Jedním z největších problémů při výrobě ozubení je kvalita, řezivost a trvanlivost řezného nástroje. Výrobce odvalovacích fréz firma Pilsen Tools, s.r.o. Plzeň vyvinula a odzkoušela novou generaci RO na bázi dusíku, čímž se značně zlepšila úroveň efektivity procesu obrábění.

Trvalé zvyšování produktivity řezných nástrojů při současném zhoršujícím se stavu obrobitelnosti materiálu predikuje důležitost splnění vysokých kvalitativních požadavků na trvanlivost (životnost) řezné části. Výkon nástroje je tak ovlivňován mnoha různými faktory, jako například odolností břitu proti plastické deformaci (tvrdostí ostří), tepelnému zatížení, mikronávarům, koeficientu tření, geometrií, ale i abrazivitou, mechanickými vlastnostmi, nehomogenitou a stavem obráběných materiálů.

Reklama
Reklama
Struktura Vancron 50

Vliv krystalizace taveniny v inertním plynu
Přední výrobci vysoce legovaných rychlořezných ocelí se proto snaží vyvíjet nové metalurgické technologie, zavádět nové materiály, které by zaručily podstatné zvýšení řezivosti oproti současným jakostem RO (rychlořezných ocelí). Vývoj v oblasti řezných nástrojů směřuje k nárůstu výkonů, zvyšování spolehlivosti, trvanlivosti i stability řezné hrany včetně její dobré obrusitelnosti. Podstatného zlepšení se v posledních letech dosáhlo zavedením tzv. PM ocelí, které se vyrábějí technologií práškové metalurgie, u kterých se pozitivně projeví vliv krystalizace taveniny v inertním plynu (N2, Ar2).
Řezné nástroje vyrobené pomocí práškové metalurgie jsou podstatně houževnatější než konvenční rychlořezné oceli, tudíž délky řezné hrany mohou být podstatně větší. Uvedená technologie (PM) zároveň umožňuje bohatší legování, takže při podstatně větší tvrdosti (65-68 HRC) je nástroj poměrně velice houževnatý. Další předností je zvýšená řezivost (odolnost proti otěru i opotřebení), možnost obrábět nejrůznější jakosti i stavy materiálů, vynikající obrusitelnost - integrita povrchu (díky jemnozrnné struktuře) a tudíž dosahovaná až trojnásobná trvanlivost řezné hrany oproti klasickým RO.

Celkový pohled na realizovanou modulovou odvalovací frézu

Zadání úkolu

Od zákazníka (Wikow MGI, a. s.) byl zadán konkrétní požadavek na nástroj určený pro výrobu (obrábění) ozubení m = 6 odvalovacím způsobem na kole + pastorku z materiálu dle DIN 18CrNiMo7-6 - výkovek (stav po normalizaci cca 280 HB), bez nutnosti povrchové úpravy, s cílem ušetřit za depozici PVD vrstvy a následné náklady vyplývající z renovace nástroje včetně podstatného zkrácení průběžné doby výroby.

CNC frézka Pfauter PE 1000

Z kvantifikace procesu vyplývají následující požadavky na vlastnosti řezného materiálu: vysoká řezivost a trvanlivost i bez následných povrchových úprav; vysoká tvrdost i za zvýšených teplot řezání T< 600 °C; vysoká odolnost proti mechanickým druhům opotřebení; vysoká dynamická houževnatost; značná odolnost proti popuštění a následným objemovým změnám (min. % zbytkového austenitu po tepelném zpracování); min. a rovnoměrné změny vlivem transformací při tepelném zpracování; vyváženost mechanických a fyzikálních vlastností; vyvážená obrobitelnost a s tím související integrita povrchu.

Obrobené ozubené kolo s OF z Vancronu

S ohledem na třídu obrobitelnosti (11b) a mechanické vlastnosti výkovku (Rm = 900-1 050 MPa) byly doposud používány kobaltové RO-PM (Vanadis 30, ASP2030, CPM REX 76, atd.) s následnou povrchovou úpravou - tenká vrstva na bázi TiAlNx. Přestože aplikované PVD povlaky vyřešily již mnoho složitých procesů v obrábění, zůstávají některé vlastnosti (zvětšení poloměru řezné hrany a ostří, makročástice, adheze mezi tenkou vrstvou a substrátem, operace navíc, náklady, renovace, apod.) povlaků jako diskutabilní a někdy dokonce těžko obhajitelné u zákazníka.

Doporučená jakost RO-PM musí splňovat následující požadavky: výsledná tvrdost po min. 4x popouštění 62-65 HRC; odolnost proti teplotnímu zatížení do T≤ 600 °C, tzn. vysoká popouštěcí teplota; otěruvzdornost zejména proti mechanickým způsobům opotřebení (abrazi, adhezi); optimální vazba mezi tvrdostí a houževnatostí (vysoká odolnost proti vzniku vrubů, kráterů, zaoblení, rozdrobení, popraskání, destrukce řezné hrany); vysoká tuhost (štíhlostní poměry) a kinematická rovnováha nástroje; rozměrová a geometrická stálost; snadná, jednoduchá reprodukovatelnost ostří; optimální obrobitelnost a obrusitelnost; variabilní, univerzální použitelnost; optimální geometrie břitu ve vztahu k řezným podmínkám v procesu obrábění; optimální integrita povrchu břitů.

Závislost pořizovacích nákladů na výkonnosti nástroje (OF) pro různé jakosti RO

Na základě detailní analýzy a zkušeností byla zvolena jakost RO-PM Vancron 50, vysoce legovaná slitinová Cr-Mo-V-N ocel s vysokou odolností proti opotřebení (především vlivem homogenní dobře distribuované fáze VN s nízkým koeficientem tření), vysokou pevností v tlaku, optimálním poměrem mezi tvrdostí a ostatními mechanickými hodnotami, vysokou stálostí rozměrů při TZ a se značnou odolností proti popouštění.

Vyhodnocení řezivosti nástrojů v závislosti na jakosti RO

Vlivem schopnosti N2 tvořit s Fe přesycený tuhý roztok (intersticiální Npřesycen ve feritu) došlo k jemné distribuci nitridů (těžké částice), čímž si ocel zachovala vysokou houževnatost i při poměrně vysoké tvrdosti. Kontinuální precipitace sekundární fáze nitridů především na bázi vanadu a současně redistribuce intersticiálního dusíku do energeticky příznivějších poloh (kolem mřížkových poruch) a vznik jemných koherentních precipitátů s homogenním napěťovým polem dává oceli vysoké užitné vlastnosti.

Životnost nástrojů v závislosti na druhu frézy

Výsledek řešení

Praktické odzkoušení odvalovací frézy m 6 (ø 112 mm, 10 hřebenů, délka 90 mm) bylo na stroji  Pfauter PE1000. Z důvodu dodaného polotovaru RO-PM bohužel nebyl nástroj rozměrově optimální, čímž by se ještě podstatně zlepšila ekonomika procesu obrábění. 

Závěr

Na konkrétním nástroji - odvalovací fréze m = 6 byla aplikována poslední vývojová jakost RO-PM, která nejenže umožnila zvýšení řezné rychlosti, trvanlivosti, ale především dokázala svými vlastnostmi nahradit i PVD tenké vrstvy, které jsou velmi častou součástí povrchové úpravy nástrojů. Tímto se podstatně zkrátí výrobní proces, ušetří náklady jak za PVD depozici, tak s tím související přeostřování a následné povlakování. V tabulce 2 jsou vyhodnoceny výsledky zkoušek frézovacích nástrojů z materiálu Vancron 50, ASP 2030 a z HSSE (19 852.4). U každé jakosti je uvedena i alternativa, kdy je nástroj PVD depozicí povlakován (TiAlNx).

V grafu 1 je znázorněn poměr pořizovacích nákladů nástroje včetně povlakování (pokud je realizováno), vztažený na náklady za vyfrézování ozubení na 1 kusu. Graf 2 uvádí strojní čas potřebný pro vyfrézování ozubení na 1 kusu. Graf 3 uvádí počet kusů, které se vyfrézují daným nástrojem po dobu jeho životnosti. Z těchto grafů vyplývá, že nepovlakovaný nástroj z materiálu Vancron 50 plně nahradí povlakovaný nástroj z materiálu HSSE, a dokonce je i na stejné úrovni jako povlakovaný nástroj z materiálu ASP 2030. Varianta použití nástroje z materiálu Vancron 50 bez povlaku je nejvýhodnější v nákladech na výrobu jednoho kusu.

Řezné podmínky a efektivnost procesu obrobení ozubení

Firma Pilsen Tools trvale sleduje a vyvíjí nová konstrukční řešení (protuberans, prostorové uspořádání zubů apod.) odvalovacích fréz s cílem dosáhnout maximální produktivity obrábění ozubení i na zušlechtěných vysoce houževnatých ocelích.

Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím MPO - FT-TA4/082 a MŠMT - E!4261-TECTECH.

Dr. Ing. Miloslav Kesl

kesl@pilsentools.cz

Pilsen Tools

Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.

On-line verzi časopis MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit na digitální trafice PUBLERO.

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 110508
Datum: 11. 05. 2011
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Vysokoteplotní kluzné vrstvy vanadu

Intenzifikace řezných procesů zvyšuje teplotu řezů. S tím souvisejí mimo jiné zvýšené nároky na tepelnou stabilitu použitých otěruvzdorných povlaků. Možným řešením je vývoj PVD povlaků s funkcí vysokoteplotních lubrikantů, které jsou schopny snížením koeficientů tření řezné teploty snižovat. K jedněm ze slibných a již studovaným systémům patří PVD vrstvy s přídavkem vanadu, které za vysokých teplot tvoří Magnéliho oxidické fáze se zmíněnou schopností. Velkým problémem je však trvanlivost těchto fází při mechanickém namáhání v průběhu obrábění. Příspěvek je věnován některým praktickým aspektům přípravy PVD vrstev CrVN a jejich vlastnostem.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Nový utvařeč třísek

Neustále probíhající vývoj nové technologie povlakování, známé pod obchodním označením Dragonskin, pokračuje ve společnosti WNT vytvořením nové řady vyměnitelných břitových destiček pro soustružení s inovativní geometrií utvařeče třísky -XU. Zaměřením na tvarové a všeobecné soustružení řeší tento utvařeč mnoho problémů zejména v operacích, kde je vyžadováno dokonalé utváření třísky.

Související články
Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Moderní povlakovací zařízení

Společnost Oerlikon Balzers zahájila v Jihlavě přípravy k instalaci nového nejmodernějšího povlakovacího zařízení Ingenia s S3p technologií (Scalable Pulsed Power Plasma).

Průmyslové aplikace nových povlaků

Firma Liss, a.s., poskytuje služby v oblasti vakuového nanášení povlaků a galvanických vrstev. V oblasti povlakování nástrojů a precizních komponentů využívá výhradně technologie firmy Platit, se kterou společně patří do skupiny BCI Group, se sídlem ve Švýcarsku.

Přesné obrábění malých vnitřních průměrů

Pro soustružení malých průměrů součástí, společnost Tungaloy Corporation vyvinula novou řadu monolitních soustružnických nožů ze slinutého karbidu s produktovým označením Tiny Turn.

Nový segmentovaný nanokompozitní povlak

Společnost SHM se věnuje vývoji nanokompozitních povlaků již od roku 1996. V letošním roce uvádí na trh nejnovější výsledek vývoje - segmentovaný nanokompozitní povlak s obchodním názvem TripleCoating SI.

Povlak na bázi AlCrN zvyšuje trvanlivost fréz čtyřnásobně

Výroba součástí řídicího ústrojů automobilů klade na obrábění vysoké nároky. Při použití povlaku na bázi AlCrN u válcových fréz a protahováků se dosáhlo dvou- až čtyřnásobné zvýšení trvanlivosti břitu. Čímž se rovněž zkrátily časy na výměnu nástrojů.

Povlak DLC zvyšuje trvanlivost závitníků

Pro závitníky na řezání závitů do titanu byl vyvinut nový povlak CrTiN s horní vrstvou DLC. Ve srovnání se závitníky z HSS s povlakem TiCN je možné s nimi pracovat s dvojnásobnou řeznou rychlostí při dvojnásobné trvanlivost.

Cermety s vysokou tuhostí

Vysoký výkon při soustružení uhlíkových a slitinových ocelí přináší nově vyvinuté cermetové materiály společnosti Tungaloy Corporation.

Neliší se jenom vzhledem

Společnost WNT rozšiřuje program zapichování a upichování o nové dvě TK sorty Dragonskin HCR1335 a HCN1345 přednostně aplikačně určené pro oceli. Výjimečnost nových vyměnitelných břitových destiček spočívá v novém typu substrátu, jedinečném povlaku a maximální procesní bezpečnosti.

Zvyšování produktivity při obrábění

Obrábění patří ke klíčovým výrobním technologiím. Hlavní předností obrábění je schopnost realizovat téměř neomezenou škálu tvarů a velikostí obrobků s potřebnou přesností a jakostí povrchu v kusové i sériové výrobě. Pro obrábění součástí na CNC strojích jsou dnes běžně komerčně dostupné všechny potřebné nástroje: softwarová CAD+CAM podpora včetně virtuálních simulací a postprocesorů na jedné straně, hardwarová realizace v podobě moderních obráběcích strojů a nástrojů na straně druhé.

Použití DLC povlaků (nejen) v automobilovém průmyslu

Povlakování v České republice zažívá v posledních letech velmi plodné období. Těchto služeb masivně využívají zejména firmy z všeobecného strojírenství a automobilového průmyslu. Stále více nachází uplatnění také u firem působících v leteckém, potravinářském, energetickém a elektrotechnickém průmyslu.

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