MM: Když jsem se prodíral expozicemi např. chicagského IMTS či evropského EMO, stále dokola mne napadala myšlenka, jak všichni ti výrobci mohou prodávat, když rozdíly v nabízeném sortimentu velkých hráčů jsou tak nepatrné. Pokud dáme stranou marketingový přístup prodeje, přece jenom bychom určité nuance zejména v detailech konstrukce a v použitých materiálech měli nalézt. V jakém stadiu je tedy současný stav konstrukce řezných nástrojů a materiálů a co můžeme od předních výrobců v krátké budoucnosti očekávat?
Doc. Píška: Konstrukce řezných nástrojů byla a dlouhodobě bude kritériem synergie tvůrčích schopností konstruktérů, specialistů materiálového inženýrství a výrobních inženýrů. Úběr materiálů dosahovaný řeznými nástroji dnes dosahuje až 1500 cm3.min-1 pro řadu technických materiálů, při řezných rychlostech do 8000 m.min-1, což jsou velmi náročné podmínky pro úspěšný návrh designu nástrojů. Na druhé straně je potěšitelné, že dnešní věda nabízí velmi silné prostředky pro verifikaci a realizaci navrhovaných konstrukcí nástrojů metodami CAD/CAM a Rapid Prototyping. Od hotového 3D modelu k prototypu nástroje může vést cesta od několika hodin po několik dnů, což vytváří vhodné podmínky pro inovace, optimalizace tvaru metodami FEM atd. Tyto inovace u řezných nástrojů zahrnují v podstatě tzv. makrozměny a mikrozměny. Geometrické makrozměny se týkají například vývoje speciálních odlehčených těles fréz - zejména pro obrábění lehkých slitin a kompozitů, vrtacích tyčí s aktivním tlumením, polyfunkčních nástrojů a používání univerzálních nástrojů pro řadu technologických operací. Vývoj geometrie vlastního břitu dlouhodobě směřuje k používání velmi pozitivních úhlů čela a břitů ve šroubovici i pro obrábění velmi tvrdých nástrojových materiálů, používání nestejných roztečí břitů, různých sklonů šroubovice pro jednotlivé zuby fréz, které tak tlumí kmity, atd. Do geometrických mikrozměn lze zařadit nové generace účinných utvářečů třísek, nejrůznějších stěračů, speciálních zaoblení a rektifikací břitů - zvláště pro povlakované nástroje. Tyto úpravy jsou dosahovány různými technologiemi - broušením, lapováním, leštěním, kartáčováním, omíláním nebo plazmou.
Na tomto místě bych rád zdůraznil, že je vhodné vždy vidět nástroje v celém systému obrábění. To znamená, že předpokladem úspěšné práce nástroje je nejen volba správné geometrie a řezného materiálu, ale i plné využití jeho řezivosti. To může ovlivnit i způsob jeho technologického použití či programování. Uvedu příklad: V současnosti stoupá potřeba tvarových nástrojů - stopkových fréz s okrouhlými břity, vyráběných často jako monolitní z velmi jemných slinutých karbidů - pro výrobu nejrůznějších tvarových ploch. Jejich tříosé programování se zahrnutím nulové rychlosti v ose rotace však vede spíše k doslovnému trápení fréz, způsobenému nevhodnou efektivní řeznou geometrií, tvorbou nárůstků atd. Proto je celkem potěšitelné, že například řada CAD/CAM systémů a CNC strojů dnes využívá pětiosého obrábění a metodu vedení frézy ve směru efektivní posuvové rychlosti se stálým odklonem osy frézy 15 až 30° vůči normále k obráběnému povrchu. Tím se docílí použití řezných rychlostí v určitém nenulovém pásmu, které mají příznivý vliv na kvalitu obrobeného povrchu, výkonnost obrábění a snížení hodnot specifických řezných sil. Podobný příklad lze uvést z oblasti HSC obrábění, kdy je nutno redukovat zatížení nástrojů v důsledku využívání vysokých posuvových rychlostí 10 až 60 m.min-1 a zrychlení 20 m.s-2 i vyššího. To je možno provést jak volbou průřezu třísky, avšak provázenou prodloužením výrobního času, tak i správným nastavením regulátorů pohonů a volbou vhodných dojezdových funkcí a jejich nadefinováním, čímž lze navíc srazit přechodové hrany, případně obrobit konturový povrch bez podřezání nástroje.
Co se týče budoucího stavu řezných materiálů, lze uvažovat takto: V důsledku rozvoje moderních obráběcích technologií HSM, HFM či MQL jsou řezné nástroje namáhány vyššími napětími, což si vyžaduje aplikaci řezných materiálů o vysoké tvrdosti, houževnatosti a chemické stálosti, které nelze z fyzikálních příčin zajistit. Tomuto ideálu se dnes nejvíce blíží jemnozrnné substráty slinutých karbidů, u kterých se díky vyšší ploše hranic zrn zvyšuje podíl kobaltového pojiva na 6 až 16 %. Tyto substráty jsou i nadále pokrývány otěruvzdornými CVD a PVD povlaky, v řadě případů strukturně nebo funkčně gradientními, které je možno dále optimalizovat podle konkrétního použití. Přestože tyto povlaky přejímají řezivostní vlastnosti nástroje, mnohem větší úsilí bude nutno zaměřit na technologii výbrusu substrátů a kvantifikaci kvality rozhraní, ovlivňující jejich adhezi k substrátu - od hodnocení morfologie povrchu až po stav reziduální napjatosti. Studium zaslouží vymezení vzniku a rozsahu tahových a tlakových složek, vznikajících brousicím procesem, a jejich superpozice s návazným povlakováním a zatížením při řezu.
Vyšší pozornost bude nutno v současnosti věnovat obrábění ocelí v zušlechtěném stavu a lehkým slitinám. Lze očekávat, že celkové množství hořčíkových odlitků se v průběhu let 1998 - 2008 pravděpodobně zdvojnásobí. Orientačně předpokládám tento rozvoj vybraných kategorií řezných materiálů následovně: U rychlořezných ocelí HSS bude probíhat i nadále rozvoj nástrojů vyráběných metodami PM, výzkum ocelí se sníženým obsahem W (nahrazovaného zejména Mo), s posílením výzkumu kohezní interkrystalické pevnosti této matrice a eliminace její pórovitosti. Vlastnosti slinutých karbidů budou i nadále řízeny obsahem karbidů (zejména WC) a pojiva (Co), tudíž bude pokračovat zjemňování velikosti karbidů na 0,2 až 0,5 µm, což se odrazí v jejich kulatějším tvaru a kompatibilnější struktuře. Cermety - materiály s vynikající oxidační schopností na bázi Ti (C,N) a s podílem (Ti,Ta,W) C a MoC - budou tvořit i nadále přechodovou oblast mezi slinutými karbidy a řeznou keramikou, zajišťující vysokou tvrdost břitu za vysokých teplot a vysokou kvalitu obrobeného povrchu za nižších posuvových rychlostí. U řezné keramiky lze očekávat vývoj monomerů nebo polymerů Al2O3 a Si3N4 na atomární úrovni při nízkých teplotách, zpevňování pomocí SiC v různé modifikaci (vlákna, jehly, disky o pevnostech až 7 GPa), zvyšující odolnost proti teplotním šokům, ohybu i tečení. Podíl použití KNB bude korelovat s růstem obrábění kalených ocelí v důsledku vysoké chemické odolnosti až do 1400 °C. U polykrystalického diamantu lze očekávat jeho aplikace na obrábění lehkých slitin v důsledku vysoké tvrdosti, nízkého součinitele tření a nízké délkové roztažnosti, zvláště u dokončovacích operací, nahrazujících broušení.
MM: Mnozí výrobci vynakládají nemalé finance na výzkum obrábění za sucha. Jakou má podle vás tato technologie perspektivu?
Doc. Píška: V současné době je možné pozorovat několik vývojových směrů v souvislosti s používáním procesních kapalin. Jednak obrábění s velmi výkonným chlazením, vedoucí k lámání třísek a k intenzivnímu chlazení, nutné zejména u hlubokého vrtání. Druhou oblastí je obrábění s minimálním množstvím mazací kapaliny, které prodělalo intenzivní vývoj s řadou nesporně příznivých výsledků v oblasti řezání závitů, vystružování, dělení materiálů a frézování načisto, zvláště v redukci pasivních sil obrábění. Z pohledu environmentálních technologií se navíc zdůrazňuje biodegradabilita těchto prostředků a jejich oxidační stabilita, čemuž dnes vyhovují plně syntetické polyolní estery s lineárními alkylovými řetězci, obohacené EP přísadami na bázi fosforu nebo síry. Třetí variantou je obrábění za sucha, které je důležitým směrem pro takové technologie, kdy může být procesní kapalina překážkou - při obrábění hlubších částí forem, kdy může bránit odvodu třísek, nebo kdy jí není vzhledem ke specifice operace potřeba vůbec, jako např. při dokončovacím obrábění, obrábění grafitických litin, automatových ocelí atd. Doposud nelze suché obrábění využít při obrábění hořčíkových slitin.
Naše zkušenost v oblasti obrábění za sucha potvrdila velmi úspěšnou aplikovatelnost PVD technologií povlakování slinutých karbidů, zejména nanokrystalických kompozitních materiálů na bázi TiAlSiN pro substráty z jemnozrnného slinutého karbidu, a obrábění bainitických tvárných litin. Podobné doporučení lze vyslovit pro povlaky na bázi TiAlN, a zejména AlTiN aplikovaných na HSS a obrábění zušlechtěných ocelí tříd 15 a 16. Na povrchu těchto povlaků lze pomocí ionizačních pulzních PVD procesů umožnit tvorbu supernitridů (dosahujících až 65 molárních procent AlN), tvořících tepelný štít s vynikající odolností proti oxidaci a chránících tak břit nástroje. Problémem při výkonném obrábění za sucha zůstává vyšší koncentrace kontaktních napětí v blízkosti ostří v důsledku snížení součinitele tření a transformace prakticky veškeré mechanické práce na teplo. Nárůst teploty řezání jako stavové veličiny má za následek iniciaci difuzního otěru, plastickou deformaci břitu, koalescenci jemných zrn povlaků - v důsledku jejich velké energie hranic zrn atd. Chemickému otěru, náchylnosti k oxidaci i difuzi kobaltu do třísky však lze zamezit i mezivrstvami dotovanými ytriem a chromem nebo jejich kombinací s (Al,Ti)N. Na těchto příkladech vidíte, jak se věda stává zajímavá a přímo zvoucí k experimentům.
MM: Ano, s tím souhlasím a myslím si, že i asijští výzkumníci jsou v tomto s vámi zajedno, což dokazuje to, jaké úrovně jejich produkty v současné době dosáhly. Jak se na jejich aktivity, zejména na evropských trzích, díváte?
Doc. Píška: Kvalita nástrojů asijského původu má neustále rostoucí úroveň ve všech druzích řezných nástrojů a nelze ji podceňovat. Zkuste si vyhledat na internetu nebo ve světovém odborném tisku rešerše na libovolné téma z této oblasti a uvidíte, kolik autorů je z této části světa. Zajeďte se podívat např. na konferenci ASME a rozhlédněte se po sále. Většina odborníků je původem zařaditelná do této části světa. To ovšem neznamená, že tito lidé nepracovali dlouhou dobu např. v USA. Oni po řadu let studovali, mnohdy až 16 hodin denně, odborné problémy v rámci doktorandského studia, obklopeni špičkovou technikou, bohatou informační databází a kvalitním týmem. Mohu to potvrdit z vlastní zkušenosti z Velké Británie. Vlády těchto zemí tento transfer významně podporují, protože i když se jim vrátí někdy jen zlomek celkového počtu vyslaných odborníků zpět, tato investice má výraznou návratnost.
MM: Vezměme si z nich příklad i my. Jak je na tom podle vás český výzkum řezných materiálů v porovnání se světovou elitou?
Doc. Píška: Tuto úroveň hodnotím prakticky za plně srovnatelnou. Řada našich firem, zabývajících se vývojem řezných materiálů a povlaků, je plně integrována do výzkumu probíhajícího na renomovaných pracovištích v zahraničí a vlastní prakticky shodné výzkumné i výrobní vybavení. Je potěšitelné, že tento vývoj je tvůrčí, původní a vede v konečném důsledku k vytváření pracovních příležitostí a obchodu. Toto považuji za nesmírně cenné duševní bohatství národa, kterému by se měly vytvářet další podmínky pro rozvoj, např. formou daňových úlev nebo finančních podpor.
MM: Jakou roli v tomto procesu hraje či může hrát vysoké technické školství?
Doc. Píška: Vysoké technické školství má tu vynikající přednost, že zpravidla koncentruje specialisty všech souvisejících oborů. Jinými slovy, pokud se vyskytne problém, je zde určitě tým odborníků, který ho dokáže úspěšně vyřešit, a k jeho řešení má zpravidla odpovídající technické zázemí. Navíc se domnívám, že každý odborník je potěšen, pokud se mu dostane té cti, že je požádán o pomoc při řešení problému. O tom svědčí i řada konzultací, návštěv a hospodářských spoluprací s průmyslovými podniky na našem pracovišti. Na druhé straně je nutno si uvědomit, že vysoké školy mají i své pedagogické a vědecko-výzkumné povinnosti, a pokud probíhá výuka, nelze řešit složité nebo nejasně definované problémy na počkání. Někdy se dostáváme i do situací, kdy jsme žádáni o řešení problému, který má dlouhodobou podnikovou genezi, má celou řadu odborných i lidských aspektů, o kterých nemáme dostatečné informace, a řešení by mělo být provedeno v krátké době a samozřejmě úspěšně. Aby bylo dodrženo latinské Rervm Cognoscere Cavsas čili poznání pravé příčiny věcí, zdůrazňuji pro úspěšnou spolupráci důležitost součinnosti a vzdělanosti obou partnerů.
MM: V rozhovoru v minulém vydání MM váš kolega ze Strojní fakulty ČVUT okomentoval současný způsob hodnocení výzkumných záměrů. Jak jeho, tak ani váš projekt nebyl odbornou komisí vybrán...
Doc. Píška: Ano, bohužel tak se tomu stalo. V loňském roce nám jeden výzkumný záměr skončil a logicky jsme připravovali výzkumný záměr navazující. Mohu konstatovat, že jsme strávili prakticky tři čtvrtiny roku touto přípravou, která zahrnovala nové pojetí práce výzkumného týmu, obsahující například na Fakultě strojního inženýrství integraci všech výrobních technologií a souvisejících specializací - obrábění, slévání, tváření, spojování a povrchových úprav, materiálového inženýrství, jakosti a metrologie. Tento řešitelský tým, který lze považovat z hlediska rozvoje výrobních technologií strojního inženýrství za velmi důležitý, nedostal na další rozvoj v rámci nového výzkumného záměru žádné finanční prostředky. Potkal nás přesně osud popisovaný v článku MF prakticky ihned po vyhlášení výzkumných záměrů. Jeden z oponentů byl z USA, přepočítal požadované finanční prostředky pomocí směnného kurzu, zvážil objem prací a konstatoval, že požadované finanční prostředky jsou ve srovnání s obdobnými projekty v USA poměrně nízké - žádali jsme 25 mil. Kč ročně po dobu 6 let. Celkové hodnocení A, A, A-B+ způsobilo pád projektu do kategorie C, bez nároku na dotaci. Naopak se nás možná dotknou výzkumné záměry prakticky hned dvakrát - nedostali jsme prostředky na vlastní rozvoj, a navíc bude muset škola doplatit 10 % finančních prostředků pro kategorii B, což může snížit prostředky na další výzkum z rozvoje ostatních oborů. VUT v Brně věnovalo nové generaci výzkumných záměrů vysokou pozornost a plně respektovalo aktuální doporučení MŠMT, opakovaně konzultovalo veškeré nejasnosti s jednotlivými garanty a výsledek je - z našeho pohledu - nepřiměřený.
Takže jak postupovat dál? Podporovat volnou soutěž a nechat o svém osudu rozhodovat individuální oponenty v zahraničí, nebo podporovat akreditované studijní obory, strategicky potřebné z hlediska národního hospodářství nebo rozvoje regionu? Očekávali jsme, že finální výběr hodnotitelskou komisí bude zahrnovat obě kritéria, zvláště když byl proveden interní výběr projektů i na fakultách VUT, včetně stanovení objemu finančních prostředků podle grantových prostředků, které VUT získalo v různých grantových soutěžích v předchozích letech. Realita je však jiná. Co na závěr? Přejme hodně úspěchů těm týmům, které měly to štěstí a výzkumné záměry dostaly, a doufejme, že rozhodnutí MŠMT bude z pohledu naší země koncepční a prozíravé.
MM: Závěrem mi dovolte otázku ve svém důsledku navazující na tu předchozí. Co lze říci o perspektivách vysokého školství při současném způsobu financování?
Doc. Píška: Vysoké školství vychovává odborníky, specialisty, manažery a do jisté míry dává příklad mladším generacím, jak pracovat a hospodařit. Avšak současná realita má dvě strany - celkový objem financí a jejich rozdělení. Celkový objem financí z HDP je nízký a rozdělení finančních prostředků se řeší každým rokem znovu od úrovně vlády až na jednotlivá pracoviště. Poslední kroky zde činí akademické senáty a v případě konsensu lze očekávat fyzicky přidělené prostředky v období května nebo i června. Následují státní závěrečné zkoušky, dovolené a k vlastnímu čerpání dochází vlastně v druhé polovině roku. S výjimkou investičních prostředků nelze žádné finanční prostředky převádět do dalších let, nelze měnit prostředky investiční a neinvestiční. To nejsou v žádném případě podmínky optimální. Inovace technologických specializací je závislá na dostatečném přísunu investičních prostředků, kterých se v grantových prostředcích na celou dobu odpisu nedostává. Tento model je podle mého názoru nevyhovující. Nepředpokládám však, že by došlo v dohledné době k nějaké přijatelné změně. Co nás tedy čeká? U technologických oborů patrně vyšší propojení s průmyslovou praxí. To není v zahraničí nic neobvyklého - po celém světě najdete řadu vrcholných podniků, vedle kterých stojí technické univerzity a spojují se výhody obou celků. Na akademické půdě se řeší problémy z praxe, a naopak praxe využívá objevů, patentů a poznatků základního výzkumu univerzity. Odborníci z praxe na univerzitu přichází a do praxe se vrací, nebo pracují například v poměru 3 : 2 v podniku a na univerzitě. Podniky mnohdy věnují školám výrobní zařízení, která už nejsou špičková, ale pořád představují funkční celky, na kterých lze provádět například výuku, a naopak škola má u nich dostupné výrobní zařízení na špičkové úrovni, takže posluchači mají ve svém oboru velmi dobrý přehled a jsou pro praxi dobře připraveni. Jsou zde však i tlaky na vlastní akademické pracovníky, kteří se musí celý život odborně vzdělávat, zkrátka mít přehled. To vede i k jinému způsobu finančního ohodnocení práce těchto pracovníků, zlepšuje to odbornou úroveň oborů a částečně eliminuje i přestárlost akademického sboru, která je u nás v současné době mnohdy hrozivá. Nicméně je potěšitelnou zkušeností, že na úřadech práce po dlouhou dobu nenajdete naše absolventy a většina studentů má v průběhu závěrečných ročníků jasno, kam nastoupí. Právě nyní zveřejňujeme řadu inzerátů hledajících absolventy našich studijních programů a převis poptávky nad nabídkou našich absolventů je celkem potěšující. To je výsledek naší práce, která nás baví, a jedná se v podstatě o formy našeho určitého sponzorství vysokého školství - mnohdy na úkor rodiny, svého volného času, dovolených atd.
Za rozhovor poděkoval Roman Dvořák