Témata
Reklama

Povlakované nástroje zaručují vyšší hospodárnost

Stále rostoucí podíl používání těžkoobrobitelných materiálů vede k rychlejšímu opotřebení břitů nástrojů a tudíž k jejich menší trvanlivosti. Tento problém lze odstranit použitím nových vhodných materiálů břitu, povlakovaných nástrojů, optimální geometrie břitu a optimálního tvaru utvařeče.

Výsledkem rychlého inovačního procesu v oblasti materiálového výzkumu je na jedné straně vývoj nových materiálů a jejich kombinace, které jsou vhodné z hlediska požadavků na jejich použití v konstrukci strojů a zařízení. Na druhé straně to má za následek růst objemu těžkoobrobitelných materiálů, jako jsou slitiny na bázi titanu nebo niklu, jakož i sendvičové materiály s hliníkovou matricí. Pro obrábění těchto materiálů je nutné použít metody a nástroje vyhovující jejich základním požadavkům. Důraz je kladen jednak na vysokou produktivitu (tj. velký objem odebraného materiálu za jednotku času), dodržení požadované kvality obrobeného povrchu, přesnosti rozměrů a tvaru, jakož i na vysokou efektivitu vynaložené energie, tj. optimální spotřebu energie na objem odebraného materiálu za jednotku času, které tyto nástroje a metody obrábění umožňují.

Reklama
Reklama
Reklama
Zkoušky vrtání monolitním vrtákem ze slinutého karbidu byly provedeny na slitině AlSi.

Těžkoobrobitelné materiály zvyšují opotřebení břitu nástroje

S použitím nových konstrukčních materiálů vznikají problémy s jejich efektivním a bezpečným obráběním. Jedná se například o opotřebení břitu nástroje, jeho malou trvanlivost a s tím spojené vyšší náklady na nástroje. Na obr. 1 je ukázán nárůstek na hřbetě vyměnitelné břitové destičky. Opotřebení břitu nástroje ovlivňuje samozřejmě jednak přesnost rozměrů i tvaru vyráběné součástky a současně jakost obrobené plochy. Na obr. 2 je ukázán nárůstek na vrtáku z rychlořezné oceli a jsou znázorněny nepřesnosti rozměrů a polohy díry způsobené opotřebením vrtáku. Z uvedených příkladů plynou stále nové požadavky na nutnost řešit vhodné metody obrábění a nová konstrukční řešení nástrojů. V závislosti na vhodných řezných podmínkách je nutné současně řešit především řeznou část nástroje (obr. 3).

Aby se zmenšily rozdíly mezi tvrdými řeznými materiály, které odolávají opotřebení, a materiály houževnatými, které odolávají opotřebení méně, ale lze je lépe použít při přerušovaném obrábění, byly vyvinuty nové řezné materiály s vhodnými legujícími prvky, které spojují výhody obou. Největší význam v třískovém obrábění mají slinuté karbidy. Kombinací velikosti zrna, legujících prvků, jakož i podílem a druhem vazby lze dosáhnout určitých vlastností, jako je tvrdost, pevnost v tlaku a modul pružnosti.

Jemnozrnný karbid wolframu

Největší význam z hlediska tvrdosti má karbid wolframu. Přidáním kobaltu jako pojiva se u řezných materiálů dosáhne zvýšení pevnosti v ohybu, současně se ale sníží tvrdost slinutého karbidu. Aby se odstranil tento nepříznivý vliv pojiva, používá se jemnozrnný karbid wolframu o velikosti zrna do 0,7 μm. Vývoj jemnozrnného karbidu wolframu (velikost zrn méně než 0,7 μm), ultrajemnozrnného (velikost zrn menší než 0,5 μm) a nanozrn (velikost menší než 0,1 μm) umožnil zvýšit tvrdost slinutého karbidu. Kombinací velikostí zrn karbidu wolframu a pojiva lze dosáhnout lepších vlastností, než mají dosavadní standardní slinuté karbidy. U stopkových fréz s břity z jemnozrnného karbidu wolframu  WC-10Co se při frézování korozivzdorné oceli (X10CrNiMoTi 18 10) dosáhlo při stejných řezných podmínkách téměř dvojnásobné trvanlivosti břitu (obrobeno 39 metrů) oproti běžně používanému slinutému karbidu K10.  

Obr. 2. Nárůstek na vrtáku z RO po 20 dírách a znázornění změny polohy osy díry po obrábění AlSi12(Cu) 10 Bohrung - po 10 dírách -0,53/0,03 mm 1 Bohrung - po 1 díře -0,08/-0,18 mm 20 Bohrung - po 20 dírách 0,61/-0,12 mm 1 Bohrung - po 1 díře Ф 8,23 mm 20 Bohrung - po 20 dírách Ф 8,05 mm 10 Bohrung - po 10 dírách Ф 8,17 mm Obr. 3. Konstrukční prvky břitu nástroje Schneidstoff - řezný materiál Mikrogeometrie - mikrogeometrie Makrogeometrie - makrogeometrie Beschichtung - povlak Obr. 4. Nárůstek na břitu monolitního karbidového vrtáku třídy K10 po vyvrtání 200 děr Obr. 5. Opotřebení břitu monolitního karbidového vrtáku třídy K10 opatřeného povlakem ta-C po vyvrtání 200 děr

Povlaky zvyšují trvanlivost břitu nástroje

Od vzniku technologie povlakování nástrojů pomocí CVD a PVD metod je v současné době povlakem opatřeno 90 % všech vyměnitelných břitových destiček. Důvodem je jednak zvýšení trvanlivosti břitu sníženým třením a zvýšenou ochranou proti tepelnému přetížení, za druhé optický kontrast mezi povlakem a základním materiálem slinutého karbidu, což usnadňuje lepší posouzení velikosti opotřebení břitu. U vyměnitelných břitových destiček z KNB opatřených povlakem, např. TiAlN, se zvýší trvanlivost břitu o 30 až 40 % ve srovnání s nepovlakovanými břitovými destičkami z KNB.

Zajištění definovaného utváření třísky při obrábění materiálů tvořících dlouhou třísku je důležitým  požadavkem zejména u nástrojů s břity z KNB nebo PKD. Použití laseru nebo elektrojiskrového obrábění (EDM) umožňuje vytvořit utvařeče nebo geometrii břitu zaručující dělení třísky na břitech i u vyměnitelných břitových destiček z KNB i PKD, a tím zajistit vysokou bezpečnost a produktivitu obrábění. Možnosti zlepšení procesu obrábění skýtá vedle makrogeometrie také mikrogeometrie břitu. Vhodným zaoblením ostří monolitních vrtáků ze slinutého karbidu bylo dosaženo pomalejšího průběhu opotřebení, a to i přes zvýšení řezných sil.  

Tetraedrálně vázané amorfní uhlíkové materiály

Řešením uvedených požadavků se zabývají mimo jiné také Europäischen Sozialfond a Sächsischen Aufbaubank, které podporují výzkumnou skupinu na Hochschule Mittweida. Ve spolupráci s mezinárodními sesterskými fakultami matematiky, přírodních věd, informatiky a fakulty strojní pracuje šest absolventů vysoké školy na rozdílných tématech.

Na strojní fakultě jsou zpracovávána témata „Podmínky použití tetraedrálně vázaných, amorfních uhlíkových materiálů (ta-C), nanokrystalických diamantů (n-D) a kubického nitridu boru (KNB) při povlakování, optimální pracovní geometrie břitu a výběr mikrostrukturovaného nástroje". V rámci řešení úkolu je zkoumáno použití různých vrstev povlaků na řezných nástrojích pro soustružení, vrtání a frézování. Výzkumy mají zvýšit efektivitu obrábění řeznými nástroji. Hlavním cílem však je především zvýšení trvanlivosti břitu nástroje, bezpečnosti procesu obrábění a úspora energií.

Nárůstek na hřbetě vyměnitelné břitové destičky po obrábění materiálu AlSi12(Cu)

U vrtáků s povlakem ta-C je nižší posuvová síla

První pokusy byly provedeny při vrtání slitiny AlSi s obsahem 12 % Si. Byl použit monolitní karbidový vrták ISO třída K10 průměr 8 mm. Při řezných podmínkách řezná rychlost 126 m.min-1, posuv 0,25 mm a chladicí emulze KSS bylo do opotřebení břitu nástroje vyvrtáno 200 děr. S vrtáky opatřenými ta-C povlakem se posuvová síla snížila o cca 20 %, snížil se také dynamický podíl posuvové síly a rovněž se snížilo opotřebení břitu nástroje. Důvodem tohoto snížení jsou zlepšené podmínky tření při odcházející třísce. Obr. 4 ukazuje tvoření nárůstku u nepovlakovaného monolitního vrtáku z karbidu K10. Z obr. 5. je zřejmé, že u stejného vrtáku, který je však opatřen povlakem ta-C o tloušťce 2 μm, se nárůstek netvoří.  

Eckhard Wissuwa a Stefan Scholze

MM Das Industriemagazin, č. 37/2010

Zpracoval -VŘ-

dana.benesova@mmspektrum.com

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

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 110512
Datum: 11. 05. 2011
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

Související články
Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

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.

Dokonalé povrchy řezných nástrojů

Leštění řezných hran nástrojů je čím dál žádanějším procesem v oblasti strojírenství. Stalo se již zřejmým faktem, že stav řezných hran má obrovský vliv na životnost nástroje a řeznou charakteristiku. Existuje dnes zajímavá alternativa dobře známým procesům, jako je broušení nebo tryskání. Je to úprava řezných hran pomocí vlečného omílání.

Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Nanokompozitný povlak 4. generácie - nACRo4

Počas technologického procesu, akým je rezanie, frézovanie, vŕtanie, tvárnenie atď., je dôležité ochrániť nástroj s kvalitným povlakom, pričom sa dosiahne zníženie opotrebenia a naopak zvýšenie životnosti samotného nástroja. V dnešnej dobe nanoštrukturované povlaky priťahujú pozornosť mnohých vedcov po celom svete z dôvodu syntetizovania materiálov s unikátnymi fyzikálno-chemickými vlastnosťami. Nanokompozitný povlak nACRo4 (nanokompozitná vrstva 4. generácie) sa skladá z nanokryštalických zŕn AlCrN, ktoré sú zabudované do amorfnej matrice Si3N4.

Zvýšení životnosti odvalovacích fréz

Odvalovací frézy jsou nástroje, které se používají při výrobě ozubení odvalováním. Jde o nejčastější způsob výroby ozubených kol, kdy se samotná fréza odvaluje po vnějším obvodu obráběného kola, které se pomalu otáčí. Zuby odvalovací frézy tak vytvářejí profil ozubení. Pro zajištění požadované přesnosti a kvality povrchu vyráběných ozubených kol při minimálních nákladech je nezbytné sledovat celý komplex výrobních parametrů. Kontrolovat je nutné zejména geometrii řezné hrany, drsnost povrchu a kvalitu povlaku na odvalovacích frézách.

Nesousledné frézování

K výrobě zákaznických nástrojů neodmyslitelně patří rozvaha o životnosti a údržbě navrhovaných nástrojů. Její součástí je doporučení strategie obrábění včetně jeho smyslu. A to je zase přizpůsobeno konstrukčním možnostem obráběcího stroje. Konvenční stroje, které zajišťují posuv pomocí prosté soustavy šroub-matice, umožňují pouze nesousledný způsob frézování. Důvodem je obtížně odstranitelná vůle mezi šroubem a maticí. Ta by při volbě sousledného obrábění vedla v mezích této vůle ke vtažení obrobku pod frézovací nástroj a jeho jistou destrukci.

Cesty k vyšší energetické účinnosti v třískovém obrábění

Energie je stále dražší. Z analýzy spotřeby energie u obráběcích strojů a z návazného procesu obrábění je možné odvodit konkrétní závěry pro zvýšení energetické účinnosti a stanovit, co je základem pro optimalizaci nástrojů a procesu obrábění.

Patrick De Vos

Patrick De Vos se narodil v roce 1959 v Belgii. Už při studiu se věnoval oboru výrobní technologie. Po jeho skončení na škole zůstal ještě dva roky jako učitel a vědecký pracovník a věnoval se optimalizaci obráběcího procesu a výrobních technologií. Od roku 1983 pracuje pro Seco, kde vystřídal několik různých pozic. Od roku 2006 zastává svoji současnou funkci manažera výuky, kde je zodpovědný za vzdělávání zaměstnanců i zákazníků.

Produktivní a hospodárné obrábění vláknových kompozitů

S potřebou snižovat hmotnost výrobků při zachování jejich mechanických a dalších vlastností roste počet konkrétních aplikací pro použití specifických konstrukčních materiálů. Jedním z příkladů materiálů s rozšiřujícím se využitím jsou vláknové kompozitní materiály s polymerní matricí. Tyto materiály dnes již nejsou využívány výhradně v leteckém průmyslu, ale rozšiřují se dále například v oblasti automobilového průmyslu, energetice, stavebnictví nebo pro spotřební a sportovní zboží.

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