Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Náročným úkolem pro výrobce obráběcích nástrojů je dodat řešení, která mohou nabídnout ještě delší životnost nástroje a/nebo vyšší produktivitu, aby strojírenským podnikům pomohli uspět na silně konkurenčním globálním trhu. Velkou naději najít jedno takové nové řešení má společnost Sandvik Coromant.

Materiály klasifikované jako korozivzdorné oceli se v rámci skupiny ISO M dále dělí do celé řady různých podskupin. Dvě nejběžnější jsou však austenitické korozivzdorné oceli a duplexní korozivzdorné oceli.

Mezi austenitické korozivzdorné oceli spadají dobře známé třídy jako 304 a 316. I když v žíhaném stavu jsou tyto materiály relativně měkké a mají velmi dobrou tažnost, při všech způsobech obrábění dochází u těchto tříd ke značnému mechanickému zpevňování. V důsledku mechanického zpevňování se vytváří tvrdý povrch a tvrdé třísky, což je zase příčinou opotřebení ve tvaru vrubu a poklesu kvality obrobené plochy součásti.

Také vysoká tažnost austenitických korozivzdorných ocelí představuje překážku pro úspěšné soustružení. Tyto materiály tvoří dlouhé, tuhé, spojité třísky, které se jen obtížně dělí, přičemž může docházet i k ulpívání kovu na břitu nástroje (tzv. tvorbě nárůstku – BUE). Tepelná vodivost austenitických korozivzdorných ocelí je ve srovnání s jinými typy oceli nízká, takže teplo se může na čelní ploše obráběcího nástroje snadno hromadit. V takovém případě může vést vysoký stupeň tepelné roztažnosti těchto ocelí ke zkroucení, případně špatné kontrole tolerancí během soustružení.

Pokud jde o duplexní korozivzdorné oceli, mezi něž patří např. třída 2205, struktura těchto materiálů je směsí feritu a austenitu. Mají vyšší pevnost v tahu než austenitické korozivzdorné oceli, a zatímco mechanické zpevňování není tak výrazné jako u austenitických tříd, v důsledku vyšší pevnosti v tahu jsou zapotřebí vyšší řezné síly (výkon) a nižší řezné rychlosti. Relativní obrobitelnost duplexních korozivzdorných ocelí v důsledku vysoké pevnosti v tahu a meze kluzu bývá obecně považována za skutečně špatnou. Při soustružení duplexních korozivzdorných ocelí vznikají pevné třísky a může docházet k jejich zasekávání a k nárůstu působících řezných sil. Navíc vzniká velké množství tepla, které vede k plastické deformaci a opotřebení ve tvaru žlábku.

Pokud jde o soustružení korozivzdorných ocelí, existuje celá řada osvědčených rad a triků. Například při obrábění austenitických korozivzdorných ocelí, zejména při zachování konstantní hloubky řezu, velmi dobře funguje použití ostrých břitů, které mohou řezat až pod mechanicky zpevněnou vrstvou. Pro obrábění duplexních korozivzdorných ocelí jsou vhodnější malé úhly nastavení, které brání opotřebení ve tvaru vrubu a tvorbě otřepů, a rozhodující je také stabilita upnutí nástrojů a upnutí obrobku v upínacím přípravku.

Břitové destičky GC2220 jsou vyrobeny z nové nástrojové třídy, kde je využit optimalizovaný substrát se sníženým obsahem kobaltu, který zajišťuje její tepelnou odolnost v kombinaci s vnitřním MT-TiCN povlakem se sloupcovitou (kolumnární) strukturou.

Navzdory těmto poznatkům je dosažení skutečného zlepšení při soustružení korozivzdorných ocelí přímo spojeno s volbou vhodné břitové destičky. Až doposud však platilo, že nalezení nástrojové třídy pro aplikace při hrubovacím až středním obrábění, která by měla správnou tvrdost pro vysokorychlostní soustružení korozivzdorných ocelí za stabilních podmínek, je poměrně náročnější. Aby strojírenské podniky, které se zabývají soustružením součástí z austenitických a/nebo duplexních korozivzdorných ocelí, dosáhly zvýšení počtu obrobených součástí na řeznou hranu, a tudíž snížení nákladů na vyrobenou součást, potřebují břitové destičky, které jsou schopny odolat plastické deformaci a otěru.

Naslouchání odezvám, které na toto téma společnost Sandvik Coromant získala od zákazníků, ji přivedlo k vývoji třídy břitových destiček GC2220. U této nové nástrojové třídy je využit optimalizovaný substrát se sníženým obsahem kobaltu, který zajišťuje její tepelnou odolnost, v kombinaci s vnitřním MT-TiCN povlakem se sloupcovitou (kolumnární) strukturou, který je tvrdý a odolný proti abrazivnímu opotřebení. Snad nejdůležitější ze všeho je, že dlouhé životnosti je u třídy GC2220 dosaženo díky využití patentově chráněné technologie povlakování Inveio. Těsně uspořádané pakety jednosměrně orientovaných krystalů vytvořených technologií Inveio fungují jako pevná a odolná bariéra poskytující maximální tepelnou ochranu proti podmínkám působícím v místě řezu.

Prodloužení životnosti nástrojů, zaznamenané při soustružení součástí z austenitických a duplexních korozivzdorných ocelí při použití GC2220, je výsledkem zvýšení odolnosti proti plastické deformaci o 25 % až 30 % ve srovnání s předchozí generací nástrojových tříd a přináší snížení nákladů na nástroje a zmenšení objemu skladových zásob, jakož i snížení nákladů na obrobenou součást. Menší počet výměn břitových destiček také zvýšuje produktivitu, což je zárukou rychlejší návratnosti investic.

Pokud jde o řezné podmínky, nejlepší výsledky jsou patrné při obrábění za stabilních podmínek se spojitým nebo lehkým přerušovaným řezem a při středních až vysokých řezných rychlostech, což potvrdila i řada případových studií prováděných u zákazníků působících v oblasti výroby čerpadel a ventilů.

Například v případě ventilu vyrobeného z austenitické korozivzdorné oceli (200 HB) vykazovala konkurenční nástrojová třída při podélném soustružení a provádění čelních operací rozsáhlou plastickou deformaci po celé délce ostří po obrobení 230 součástí (12 sekund v řezu na obrobenou součást). Hodnoty řezných parametrů byly následující: řezná rychlost 107 m.min-1, rychlost posuvu 0,3 mm.ot.-1 a hloubka řezu 1,3 mm.

Zatímco u konkurenční nástrojové třídy bylo v tomto okamžiku nutné provést výměnu, společností Sandvik Coromant vyvinutá třída GC2220 nevykazovala prakticky žádné poškození ostří a byla schopna pokračovat dál a nakonec dokončit 522 součástí před tím, než bylo nutné provést její výměnu, což představuje prodloužení životnosti nástroje o 127 %.

Při podobné zkoušce, prováděné tentokrát v oblasti výroby čerpadel a ventilů při vnějším podélném soustružení příruby z austenitické korozivzdorné oceli (200 HB), dosáhla konkurenční břitová destička trvanlivosti pouhých sedm obrobených součástí, než bylo nutné provést její výměnu (47 sekund v řezu na obrobenou součást). Řezná rychlost byla 160 m.min-1, rychlost posuvu 0,2 mm.ot.-1 a hloubka řezu 2 mm.

Hlavním důvodem výměny břitové destičky byla rozsáhlá plastická deformace, která byla zjištěna po celém ostří. Naopak GC2220 vykazovala mnohem menší plastickou deformaci a byla schopna pokračovat dál a obrobit dalších 12 součástí, což představuje prodloužení životnosti nástroje o 71 %.

Za zmínku stojí také to, že třídu GC2220 lze použít jak pro obrábění za mokra, tak i pro obrábění za sucha a je vhodná i při obrábění dalších materiálů, jako jsou martenzitické korozivzdorné oceli nebo nízkouhlíkové oceli.

Sandvik Coromant

Nevena Rasic

nevena.rasic@publitek.com

www.sandvik.coromant.com/uk