Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů v součástkách z hliníkových slitin. Musejí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Při vrtání do hliníku je nutno zkombinovat inovativní materiálové třídy a technologie povlakování. Jedině tak lze totiž zajistit delší životnost nástrojů a menší nárůstek na břitech, což je přesně to, co potřebují velkovýrobci motorových bloků, hlav válců, skříní pro převodovky či turbodmychadla, čepů řízení nebo součástí brzdových systémů.

Díky této výzvě se výzkumní pracovníci společnosti Sandvik Coromant pustili do vývoje optimalizovaného vrtacího řešení, které by se mohlo zařadit do kompletního portfolia řešení určených pro výrobce hliníkových automobilových součástek. Tajemství tohoto vrtáku spočívá ve správné volbě třídy. Za tím účelem byly pro novou nabídku vrtáků značky Sandvik Coromant vyvinuty třídy ze slinutého karbidu a polykrystalického diamantu (PCD): CoroDrill 400 a CoroDrill 430.

Díky dostupnosti nové třídy N1DU z polykrystalického diamantu (PCD) získáváme opravdový náskok na trhu. Třída N1DU umožňuje použití PCD po celé délce břitu, takže zajišťuje mnohem delší životnost nástroje. Vzhledem k nízkému koeficientu tření a vysoké tepelné vodivosti PCD jsou břity nástroje méně náchylné k vytváření nárůstku na břitu (BUE). Kromě toho je u produktů CoroDrill 400 a 430 drážka navržena s ohledem na lepší odvod třísek v monolitním či kompozitním materiálu.

Abychom dokázali potenciál této technologie, nabízíme příklad zákazníka provádějícího zkušební obrábění otočného čepu řízení z materiálu N1.3.C.AG, což je slitina hliníku s 6% až 8% obsahem křemíku. Seznam požadavků zde byl pořádně dlouhý: zákazník potřeboval vyvrtat 180 000 otvorů (30 000 součástek) o průměru 12,3 mm s tolerancí +0,2/–0 mm. Prostřednictvím dvoupaletového obráběcího stroje Howa byly najednou založeny čtyři součástky, přičemž řezná kapalina se přiváděla pod tlakem 34,5 baru.

Byl nasazen nástroj CoroDrill 400 ve třídě N1DU PCD, přičemž protivníkem mu byl nástroj od místního výrobce. Cílem bylo vrtat otvory o hloubce 24 mm. Nasazení vrtáku od Sandvik Coromant umožnilo zákazníkovi zvýšit některé řezné parametry – například otáčky vřetena se mohly zvýšit z 8 000 na 9 500 min-1. Kromě toho došlo i ke zvýšení řezné rychlosti z 309 m.min-1 na 367 m.min^-1, přičemž posuv se mohl zvýšit z 2 000 mm.min^-1 na 3 325 mm.min^-1.

Přestože i konkurenční nástroj zvládl obrábění 30 000 dílů, CoroDrill 400 dosáhl stejného výsledku při zachování výrazné části své životnosti. Kromě toho byly naplněny také všechny požadavky v oblasti tolerance a zákazník popisoval výsledný povrch obrobených otvorů jako „sametově hebký“. Největší dojem však učinila výsledná zpráva o produktivitě, která říká, že celková délka cyklu na součástku se snížila o 43 %, přičemž náklady na díl poklesly o 21 %. U série čítající 30 000 kusů tato čísla pro zákazníka představují významnou úsporu.

Obdobného úspěchu se podařilo dosáhnout u skříní převodovek vyrobených z materiálu N1.3.S.UT s 9% až 12% obsahem křemíku. Zákazník, využívající horizontální obráběcí centrum Toyoda FA-550-2, požadoval jednorázové vrtání s vývrtem a zkosením. Od nástroje o průměru 7,3 mm se vyžadoval vstup do předem zhotovených otvorů o průměru 5 mm se zkosením a vrtání do hloubky 30 mm, to vše za pomoci vysokotlakého přívodu řezné kapaliny.

Tým společnosti Sandvik Coromant na toto zadání odpověděl pomocí dvoustupňového vrtáku CoroDrill 400 (s vyvrtávací částí a zkosením) z materiálu třídy N1DU PCD. Nástroj byl následně nasazen proti místnímu konkurenčnímu produktu. Oba měly stejné řezné podmínky zahrnující mj. otáčky vřetena 9 500 min-1, řeznou rychlost 218 m.min^-1 a rychlost posuvu 2 286 mm.min^-1.

Konkurenční produkt zvládl dokončit pouze 250 převodových skříní, přičemž v této fázi už na povrchu otvoru začaly být patrné stopy po vytahování spirály a začal se rovněž občas objevovat „vejčitý tvar“ otvoru. Kromě toho se začala posouvat skutečná poloha.

Naproti tomu nástroj CoroDrill 400 zvládl vyrobit přes 2 000 součástek, to vše při dodržení rozměrových a geometrických tolerancí. Na konci testu zákazník informoval, že „polohování bylo stejně přesné jako na začátku… a nevyskytovaly se žádné stopy po vytahování nástroje“.

Z hlediska produktivity šlo o více než dobré výsledky. Nejen že se podařilo zkrátit délku cyklu na jednu součástku o 14 %, ale náklady na vyrobený kus zároveň poklesly o celých 74 %. V souhrnu označil výrobce výkonnost za „vynikající“.

Vrták CoroDrill 400 Pro se obecně doporučuje pro vrtání do plného materiálu, protože jeho drážky mají větší objem a umožňují lepší odvádění třísek. Pro vrtání do materiálu s předem zhotovenými nebo předlitými otvory je vhodnější vrták CoroDrill 430, protože má tři drážky pro odvod třísek, které zlepšují jeho stabilitu a udržuji správnou polohu vrtáku bez ohledu na odchylku souososti s předem zhotoveným otvorem. Mezi další optimalizované prvky vrtáků CoroDrill 400 a CoroDrill 430 patří leštěné drážky pro odvod třísek a přesné kanálky pro přívod řezné kapaliny, které podporují využití mikrolubrikace (MQL – minimum quantity lubrication).

Tyto nové nástroje patří do sortimentu optimalizovaných slinovaných rotačních nástrojů Sandvik Coromant, unikátní řady rotačních nástrojů pro speciální účely, které nabízejí výjimečnou účinnost, spolehlivost a trvanlivost. Tuto řadu optimalizovaných nástrojů by uživatelé měli volit v případě, že vyžadují nástroj pro konkrétní materiál nebo aplikaci.

Jako doplněk těchto vrtáků vznikly rovněž řady závitníků CoroTap 100, 200, 300 a 400 určené speciálně k použití v materiálech ISO N. Tyto závitníky doplňují vrtáky CoroDrill 400 a 430 a zajišťují pro automobilový průmysl kompletní řešení určené k výrobě otvorů v hliníkových součástkách.

CoroTap 100 je závitník s přímými drážkami určený pro použití ve slepých i průchozích dírách, který se vyznačuje přerušovaným profilem zubu (přerušovanou šroubovicí) umožňujícím snížení krouticího momentu a lepší pronikání řezné kapaliny. CoroTap 200 a CoroTap 300 jsou závitníky se šroubovitým podbroušením drážky na špičce nástroje určené pro výrobu závitů v průchozích či slepých dírách. Tyto závitníky jsou k dispozici buď v provedení s 35° úhlem stoupání šroubovice a bez povlaku, které je určeno pro obrábění hliníkových slitin s nízkým obsahem křemíku, nebo v provedení s 15° úhlem stoupání šroubovice a s povlakem či bez povlaku, které je určeno pro obrábění abrazivních materiálů s vysokým obsahem křemíku. CoroTap 400 je tvářecí závitník vhodný pro použití v průchozích i  slepých otvorech, s optimalizovaným profilem zubu a délkou závitové části, což přispívá ke snížení krouticího momentu při obrábění hliníkových součástí.

Vzhledem k tomu, že výrobci automobilových součástek jsou pod vzrůstajícím tlakem na dodávky špičkových dílů za čím dál nižší ceny, nabízí jim tyto nástroje možnost dosáhnout požadované zlepšení při vrtacích operacích. Vyšší spolehlivost, přesnost, nižší náklady na otvor či delší a konzistentnější životnost nástroje, lepší opakovatelnost či vyšší bezpečnost procesu tak již nejsou pouhým snem a stávají se skutečností.

Andrew Reynolds, Aaron Howcroft

Sandvik Coromant

nevena.rasic@publitek.com

www.sandvik.coromant.com/uk