Témata
Zdroj: Rotana

Nový nástroj obrábí titan výrazně efektivněji

Společnost Rotana a Fakulta strojní ČVUT v Praze významně zdokonalily parametry řezného nástroje osazeného polykrystalickým diamantem (PKD). Firma z Velkého Meziříčí zaměřující se na vývoj, výrobu a renovaci obráběcích nástrojů z ultratvrdých materiálů se spojila s vědci v rámci projektu z programu Trio IV. Výsledkem je v mnoha ohledech unikátní nástroj speciálně navržený pro obrábění titanu a jeho slitin.

Reklama

Titan, jenž má největší poměr pevnosti k hustotě ze všech kovů, se vyznačuje mimořádnou chemickou stálostí a výjimečnou odolností proti korozi. Díky tomu nachází uplatnění v mnoha oborech produkujících výrobky s vysokou přidanou hodnotou. Titan a jeho slitiny se používají k výrobě šperků, medicínských implantátů, ochranných štítů vesmírných družic, při výrobě vysoce namáhaných automobilových dílů, letadel nebo ponorek i jako klíčový prvek v metalurgii.

Prvek disponuje unikátními přednostmi, ale také řadou vlastností, které komplikují jeho zpracování. Vzhledem ke své charakteristice se titanové slitiny obrábějí o poznání obtížněji než například podobně pevné oceli. Nejenže je titan výrazně houževnatější, ale známý je i svou malou tepelnou vodivostí, což může při řezu způsobit nadměrné zahřívání materiálu i nástroje. Při obrábění pak dochází k problému při utváření třísky a vyšší teplota zintenzivňuje degradační procesy nástroje, což výrazně zkracuje jeho životnost.

Nastavení experimentu měření soustružnických PKD nástrojů. (Zdroj: Rotana)

Pro testy byla vyrobena sada optimalizovaných nástrojů

Zdokonalení parametrů řezného nástroje primárně určeného k obrábění titanu a jeho slitin probíhalo v režii expertů z firmy Rotana a z ČVUT v několika etapách. Ty zahrnovaly jak testování samotného materiálu břitu a jeho trvanlivosti, tak i testování tvaru břitu a technologie jeho výroby, optimálního tlaku procesní kapaliny, limitní řezné síly či vhodné řezné rychlosti.

Pro experimentální testy byla vyrobena sada optimalizovaných PKD nástrojů VBD RHE-0559-0-PKD s utvařečem. Vedle volby PKD coby nejvhodnějšího materiálu k osazení břitu a nástroje šlo i o nalezení a vytvoření optimálního tvaru břitu, a to tak, aby byla vhodnou geometrií redukována plocha kontaktu čela a třísky, a tím bylo redukováno množství tepla přecházejícího do břitu.

Porovnání dosažených trvanlivostí břitu testovaných nástrojů. (Zdroj: Rotana)

Snížení životnosti nástroje coby následku tepelného zatížení lze minimalizovat také adekvátním způsobem chlazení. Důležitým prvkem vývoje nástroje se tak stala implementace efektivního vysokotlakého chlazení. Zatímco standardní chlazení probíhá na úrovni 40–70 barů, tým expertů použil systém umožňující zvýšit tlak kapaliny přímo do místa řezu na bezmála trojnásobnou hodnotu; v konečném důsledku tlak dosahoval až 140 barů.

Další rozsáhlé a neméně důležité testování proběhlo při volbě technologie výroby břitu samotného nástroje. Vedle klasického broušení zahrnovalo i elektroerozivní obrábění a laserové zpracování. Nejlepší výsledky přinesla laserová technologie, která dokáže – na rozdíl od řady technologií ostatních – přímo dělit diamantové zrno na řezné hraně břitu za každých okolností čistě, kompletně a v jedné linii, což zaručuje maximální životnost a stabilitu nástroje při obrábění.

Reklama
Reklama
Reklama

Prototyp s utvařečem prokázal vynikající životnost

V rámci velice podrobných a náročných testů byly vlastnosti projektového prototypového nástroje RHE-0559-0-PKD s utvařečem konfrontovány s některými dalšími nástroji při soustružení slitiny titanu Ti6Al4V. Pro srovnání byly vybrány dva konkurenční nástroje: karbidový nástroj VBD RCMX 120400 a nástroj PCD VBD stejného tvaru s označením RCGW 1204MOFN-F12.

Detailní informace o mikro- a makrogeometrii břitových destiček poskytlo měření mikroskopem, ke kontrole mikrogeometrie vzorků PKD nástrojů a pro získání důležitých dat o výrobě a kvalitě zpracování byla provedena SEM analýza. Testování bylo rozděleno do dvou fází s různými řeznými rychlostmi (300 m.min−1 a 200 m.min−1) a s identickým posuvem, s danou hloubkou řezu a s vysokotlakým chlazením olejovou emulzí.

Řezná hrana prototypového nástroje RHE-0559-0-PKD s utvařečem a řezná hrana konkurenčního PKD nástroje RCGW 1204MOFN. (Zdroj: Rotana)

Výsledkem byla vysoká intenzita opotřebení až do fáze lavinovitého otěru a tvorba dlouhých smotaných třísek vlivem vysokých teplot, resp. řezných rychlostí u konkurenčních VBD destiček. Naopak v případě projektového nástroje RHE-0559-0-PKD s utvařečem se záhy ukázala zcela vynikající životnost, dosahující za daných pracovních podmínek až 55 minut (při řezné rychlosti 200 m.min−1). Během opracování materiálu tak došlo v porovnání s konkurenčními karbidovými nástroji k více než devítinásobnému zvýšení výkonu!

Reklama

Vyjádřeno přesnými čísly dosáhl prototypový PKD nástroj z dílny firmy Rotana a ČVUT trvanlivosti břitu 840 s při 300 m.min−1, respektive 3 300 s při 200 m.min−1 s plynulým otěrem. Oproti tomu konkurenční PKD nástroj dosáhl značně kratší trvanlivosti (50 s při 300 m.min−1, respektive 350 s při 200 m.min−1), a to především kvůli nadměrnému opotřebení řezné hrany. Nutno podotknout, že nezanedbatelný podíl na vynikajících hodnotách prototypového nástroje měla vedle použití nové geometrie destiček především již zmíněná aplikace vysokotlakého chlazení.

Zákazníci Rotany mají k dispozici mimořádný produkt

Spolupráce mezi firmou Rotana a Fakultou strojní ČVUT v Praze vedla k vývoji inovativního soustružnického nástroje s o poznání delší životností a s výrazně nižšími náklady na obráběcí operace a to naznačuje velký potenciál pro další aplikace v průmyslu. Náročné testy prokázaly, že tuzemské firmě se podařilo navrhnout nástroj s mimořádnými parametry, jehož vlastnosti byly pečlivě validovány.

Fotodokumentace opotřebení břitu testovaných nástrojů na hřbetě testovaných VBD při podélném soustružení titanové slitiny Ti6Al4V při řezných podmínkách: vc = 200 m.min–1, fot = 0,2 mm, ap = 0,3 mm. (Zdroj: Rotana)

Nejnovější testy nástroje z polykrystalického diamantu, prováděné jako součást projektu Trio IV, přitom přirozeně navazovaly na práce a výsledky podobného výzkumu z roku 2020. Jako takové představují další posun ve schopnostech firmy vyvíjet, vyrábět a dodávat svým zákazníkům prvotřídní produkty.

To je možné nejen s ohledem na stále robustnější firemní know-how, ale i díky léty vycizelované schopnosti vhledu do problematiky třískového obrábění. V neposlední řadě zde hraje roli i kvalitní a neustále vylepšované zázemí a samozřejmě velké penzum den za dnem odváděné práce.

Související články
Nebojte se výzev!

Tuto větu mi na konec rozhovoru řekl Ing. Radomír Zbožínek, člen představenstva Tajmac-ZPS, který se stále podílí na dění v mateřské firmě. Slovo "mateřská" pro pana Zbožínka platí dvojnásob, do firmy totiž nastoupil 1. listopadu 1972, takže zde "kroutí" již svou 46. sezonu. Tak akorát na to, aby jeho slova mohla posloužit i dalším lidem.

Role technické univerzity v udržitelné společnosti, Doc. Miroslav Španiel, ČVUT v Praze

Smyslem této série podcastů je představit současnou roli univerzity a hledat její skutečné postavení a poslání ve vztahu k vývoji konkurenceschopnosti tuzemské ekonomiky a společnosti jako takové. Hovoříme s rektory a děkany technických univerzit a fakult o jejich denní operativě, realizaci dlouhodobé strategie, jejich pohledu na ukotvení vzdělávací instituce ve společnosti a dalších tématech. Tentokráte jsme o rozhovor požádali docenta Miroslava Španiela, děkana Fakulty strojní ČVUT v Praze.

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.

Související články
Ultratvrdé nástroje pro speciální aplikace

Trh, nejen ten český, se dynamicky mění - do hry vstupují nové trendy a s nimi nové materiály s novými užitnými i mechanickými vlastnostmi, které bude potřeba obrábět i v budoucnu. Schopnosti dnes běžně dostupných nástrojů pro třískové obrábění již nebudou dostačující. To si uvědomuje společnost Rotana, která se specializuje zejména na výrobu rotačních nástrojů. V loňském roce proto vybudovala výzkumné a vývojové centrum, kde se intenzivně věnuje vývoji speciálních nástrojů z ultratvrdých materiálů, jako jsou PKD, CVD-D nebo PCBN. Tyto nástroje by měly primárně sloužit pro high-end technologie.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Věnujte pozornost vedlejším časům při obrábění

Firma Grumant se již 25 let zabývá prodejem nástrojů a strojů pro třískové obrábění. Zároveň je již známo to, že klade silný důraz na podporu svých zákazníků. 25 let zkušeností jejích techniků ukazuje, že řada zákazníků se soustředí hlavně na kontrolu a optimalizaci strojního času a přehlíží ztráty časů vedlejších. A právě zkrácení vedlejších časů je klíčem k razantnímu zvýšení produktivity, zisku a překvapivě i cesta jak odlehčit problému nedostatku kvalifikovaných obráběčů.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

PKD a CBN nástroje

Nástroje s řeznými hranami z PKD (polykrystalického diamantu) a CBN (kubického nitridu boru) jsou obzvlášť vhodné pro opracování hůře obrobitelných a vysoce abrazivních materiálů. V těchto případech dosahují vysokých kvalitativních parametrů zároveň při velké efektivnosti, tj. enormních trvanlivostí spolu s vynikající kvalitou obrobených povrchů při extrémní procesní spolehlivosti.

Přínos vědců pro českou ekonomiku

Výzkumná a vědecká pracoviště jsou častými nositeli průlomových objevů a řešení. Jejich přínos pro konkurenceschopnost firem a národních ekonomik je neoddiskutovatelný. Jak si vede v této oblasti Akademie věd ČR, jak spolupracuje s průmyslovou sférou a kde vidí svou přidanou hodnotu? Na toto téma jsme diskutovali s předsedkyní AV ČR profesorkou Evou Zažímalovou.

Profesor Stanislav Hosnedl 80

V říjnu tohoto roku se prof. Stanislav Hosnedl dožívá významného životního jubilea 80 roků. V roce 1964 dokončil studia v oboru Konstrukce obráběcích strojů na VŠSE FST v Plzni. Roku 1984 získal vědecko-akademický titul CSc., který po revoluci, později v roce 1990, obhájil také na ČSAV Praha. V roce 1992 se habilitoval a konečně v roce 2002 byl jmenován profesorem pro obor Strojní inženýrství.

Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

25. mezinárodní konference Hydraulika a pneumatika

Novotného lávka v centru Prahy bude ve dnech 8.–9. června 2022 hostit již 25. mezinárodní konferenci Hydraulika a pneumatika, jejímž cílem je výměna odborných zkušeností a nových poznatků ve výzkumu a vývoji hydraulických a pneumatických prvků a systémů.

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