Témata
Reklama

Řezná keramika a kubický nitrid boru

03. 09. 2003

Řezná keramika a CBN jsou řeznými materiály, které umožňují vysokorychlostní obrábění a obrábění velmi tvrdých materiálů

Vysokorychlostní obrábění, obrábění za sucha a obrábění velmi tvrdých materiálů představují výzvu současnému obráběcímu průmyslu. K její realizaci musí být splněny odpovídající předpoklady, zahrnující jak obráběcí stroje odpovídajících parametrů, tak i nástroje a samotné metody třískového obrábění. V tomto řetězci hrají důležitou roli řezné materiály, jejichž fyzikální vlastnosti a z nich plynoucí výkonové charakteristiky jsou předpokladem k uskutečnění vysokovýkonných obráběcích operací.
Reklama
Reklama
Reklama

Obrábění velmi tvrdých materiálů

Obrábění velmi tvrdých materiálů vyžaduje vysokou tvrdost, otěruvzdornost a odolnost vůči vysokým teplotám (kontakt se žhavými třískami), stejně tak jako dobrou vrubovou houževnatost a vysokou odolnost řezné hrany proti lomu a vydrolování. Tyto požadavky splňuje směsná keramika a CBN. Typickou oblastí jejich použití je například obrábění ozubených kol pro převodovky, hnacích kuželových kol se šikmými zuby, talířových ozubených kol, válečkových ložisek, kuličkových tažných šroubů a válcové frézování. Tvrdé slitiny jsou upřednostňovány při výrobě šnekových extrudérů (strojů k výrobě forem z termoplastických materiálů) nebo ventilů větších rozměrů.

Směsná keramika se submikronovou strukturou

Nové druhy směsné keramiky SH2 se vyznačují neobyčejnou homogenitou a jemnou strukturou v oblasti submikronových částic. Společná kombinace a způsob konečného zpracování byly optimalizovány za účelem získání požadovaných vlastností. Průměrná velikost zrna se pohybuje výrazně pod hranicí 1?m. Porovnání, jak jemná struktura zvýší tvrdost a houževnatost tradičních materiálů, je uvedeno v tabulce 1.
Při dokončovacích operacích se použitím submikronové směsné keramiky zvyšuje bezpečnost operace i životnost nástroje. Při obrábění v nepřerušovaném řezu a při rovnoměrném přídavku na obrábění se již použití tohoto typu směsné keramiky vžilo. Další nespornou výhodou, kterou směsná keramika nabízí, je dobrý poměr ceny a výkonových parametrů tohoto materiálu. Mimoto je standardně k dispozici široká paleta utvařečů třísky a geometrií vyměnitelných břitových destiček.

Kubický nitrid boru Wurbon

CBN, např. Wurbon, se v porovnání se směsnou keramikou vyznačuje ještě vyšší tvrdostí a houževnatostí. Podobně jako u řezné keramiky existují i různé druhy CBN, jejichž vlastnosti se odvíjejí od jeho složení, tedy na podílu CBN, druhu pojiva a na struktuře. Na základě rozdílných vlastností se liší také oblasti použití jednotlivých typů Wurbonu. Pro tvrdé obrábění připadají v úvahu druhy s obsahem CBN 50 - 65 % (WBN600 a WBN650). Jsou používány především pro obrábění kalených ocelí až do tvrdosti 65 HRC, např. kalených a zušlechtěných ocelí, ložiskových tělísek, mrazuvzdorných a žáruvzdorných ocelí a nástrojových ocelí.
Druhy Wurbonu s nízkým obsahem CBN jsou k dispozici ve dvou variantách: standardně jako plné destičky, anebo s napájenou řeznou hranou. Další možností je CBN napájený na celé ploše VBD. Druhy s vysokým obsahem CBN (80 - 95 %) mají velkou houževnatost a otěruvzdornost (WBN100 a WBN750). V oblasti obrábění velmi tvrdých materiálů jsou upřednostňovány při obrábění tvrdých litin nebo kalených ocelí s velkým přídavkem na obrábění nebo při obrábění tvrdých slitin. K dispozici jsou v podobě masivních řezných destiček z plného materiálu (WBN100). Řada WBN 750 je na trhu nabízena i v podobě jednotlivých kusů.

Který řezný materiál použít pro obrábění?

Oba materiály, směsná keramika i Wurbon, pokrývají široké spektrum aplikací. Otázkou je, jakému řeznému materiálu dát v konkrétních podmínkách přednost. Výběr by měl být založen na předchozích zkušenostech a následujících zásadách (viz též tab. 2):
  • pro dokončovací operace při nepřerušovaném řezu volíme směsnou keramiku;
  • pokud jsou požadovány větší řezné hloubky (což je při obrábění spíše výjimečné) nebo pro přerušovaný řez je vhodnější Wurbon;
  • u velkých tvrdostí v oblasti 63 - 65 HRC je za normálních okolností používán Wurbon;
  • při frézování tvrdých materiálů by měl být přednostně použit Wurbon.
  • Na zřetel by měla být také brána skutečnost, že při tvrdém jemném soustružení mohou být směsná keramika a Wurbon použity za stejných řezných rychlostí a posuvů. Výsledkem jsou shodné obráběcí časy. Oba dva řezné materiály je možné použít jak pro obrábění za sucha, tak i pro obrábění s chlazením. Pokud to požadovaná výsledná kvalita procesu dovoluje, je nejčastěji s ohledem na pracovní prostředí a také na snížení výrobních nákladů přistupováno k obrábění za sucha. Naproti tomu v případě frézování je doporučováno přistoupit k metodě s chlazením.
    Dalším důležitým bodem je zodpovězení otázky, zda je při zajištění bezpečnosti procesu dosahováno požadované kvality povrchu a rozměrové tolerance obrobku. Jednoznačnou odpověď lze dát pouze na základě vyhodnocení praktických zkoušek. Volba optimálního řezného materiálu a technologického procesu se pak nejčastěji odvíjí od požadavků na hospodárnost celého procesu.

    Opracování šedé litiny pomocí CBN a keramiky na bázi SiN

    Vysokorychlostní soustružení perlitické šedé litiny je odvětví, kterému v současné době jednoznačně dominuje keramika na bázi siliciumnitridu. Nutnou podmínkou je, aby stroj i nástroj byly určeny pro obrábění za náročných podmínek, které vznikají při vysokorychlostním obrábění. Ke klasickým obrobkům opracovávaným touto metodou patří brzdové nebo spojkové kotouče. V této oblasti může být vedle keramiky na bázi SiN úspěšně použit i kubický nitrid boru (např. WBN100 a WBN750). S jejich použitím je často spojeno očekávání, že při dalším zvyšování řezné rychlosti dojde ke zkracování hlavního času operace. V praxi ovšem tento požadavek zůstává nenaplněn, neboť i nasazení nejmodernějších obráběcích strojů za aktuálních řezných podmínek přesahuje jejich výkonové možnosti. Při zachování průřezu třísky (ap x f) je další zvyšování otáček nerealizovatelné. Důležitým poznatkem je skutečnost, že možná úspora obráběcího času a finálních nákladů jsou v nepoměru s nutným zvýšením bezpečnostních opatření. Z tohoto důvodu by již nemělo být přistupováno k vyšším obráběcím rychlostem, než jaké jsou používány v současnosti. Pravdou však zůstává, že se v současné době experimentuje s řeznými rychlostmi přesahujícími hranici vc > 2000 m.min-1. V souvislosti se zmíněním obráběcích časů je také nutné dodat, že již dnes je obráběcí čas brzdového kotouče kratší než čas potřebný k výměně nástroje. Výhody obrábění CBN nástroji jsou totiž dány i otěruvzdorností tohoto materiálu a z toho vyplývajícího snížení četnosti výměny nástroje a tedy i časových prostojů, čímž lze poměrně snadno docílit zvýšení produktivity.
    Ovšem ne v každém případě může být při obrábění odlitku nahrazena SiN keramika kubickým nitridem boru. Jaké faktory použití CBN ovlivňují, zůstává stále předmětem výzkumu. Jistou roli určitě sehrávají poruchy ve vnitřní struktuře materiálu a shluky jednotlivých materiálů uvnitř slitin. Často citovaný obsah feritu (< 5 %) se na základě nejnovějších poznatků nezdá být tím nejvíce rozhodujícím faktorem. Vzhledem k dosavadnímu nedostatku poznatků mohou dát jasnou odpověď na možnosti a hospodárnost použití těchto materiálů pouze praktické zkoušky.

    Shrnutí

    Svými vlastnostmi a oblastmi použití se řezná keramika a CBN vzájemně doplňují. Bohaté nástrojové programy umožňují nalézt optimální řešení obráběcího procesu z hlediska hospodárnosti. To platí jak pro tvrdé obrábění, tak pro obrábění vysokorychlostní. Součástí dodávky nástroje bývá rovněž výrobcem doporučený vhodný materiál, pro který je nástroj určen, a také know-how pro jeho nejvhodnější použití. K úzké spolupráci mezi výrobcem stroje, nástroje a uživatelem by mělo být přistupováno již ve fázi projektování výroby, což následně umožní docílit nejvyšší možné míry efektivnosti a hospodárnosti obráběcího procesu.
    Reklama
    Vydání #9
    Kód článku: 30910
    Datum: 03. 09. 2003
    Rubrika: Trendy / MSV 2003
    Autor:
    Firmy
    Související články
    900 000 nástrojových datových záznamů navíc

    Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

    Kolaborativní roboty - potenciál automatizace v automobilovém průmyslu

    Kolaborativní roboty, neboli koboty, vytvářejí další příležitosti pro automatizaci automobilového průmyslu. Jsou charakteristické svou schopností pracovat ve specifické výrobní oblasti, po boku pracovníků. Dále pak rychlou implementací a snadným přesunem na nové úkoly. V neposlední řadě i intuitivním programováním a obsluhou. Mohou pomoci v procesech jako je vstřikování, při obsluze strojů nebo při balení a paletizaci ve velkých i malých podnicích.

    Aditiva s nanočásticemi a vlastnosti procesních kapalin

    Myšlenka, že lze v různých výrobních procesech použít kovoobráběcí kapaliny - Metalworking Fluids (MWF), aby se zajistila kvalita obrobku, snížilo opotřebení nástroje a zvýšila produktivita procesu, je velmi stará. Už Leonardo da Vinci vytvořil několik testovacích sestav umožňujících analýzu tření za různých podmínek.

    Související články
    Budoucnost české výroby

    Česká výroba prochází složitým obdobím. Naši výrobci musí každý den řešit složité úkoly a problémy, za které si z části ani nemohou. Doba už je taková, je potřeba se jí ale postavit čelem.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Edge computing pomáhá definovat podnikovou přeměnu

    Edge computing už není jen vzdálený koncept. Jak podniky implementují flexibilní řešení pro hybridní cloud a jak se pokrok v open source systémech, jako je Kubernetes, a technologiích pro 5G stává realitou, tak se rozvíjí i edge computing. Kombinací těchto technologických sil vzniká rámec pro podnikové řešení edge computingu, které vezme moc z rukou několika a předá ji do rukou mnoha .

    Digitalizujete výrobu? Nezapomeňte na pevné základy

    ERP je tradičním podnikovým nástrojem, jehož cílem je podpořit a optimalizovat firemní procesy v rámci jednoho integrovaného řešení. Poskytuje jednotnou datovou základnu, jednotný pohled na dění ve společnosti a svým způsobem je nositelem jednotné verze podnikové pravdy, která je podkladem pro rozhodování managementu.

    Cesta k budoucímu růstu vede přes investice

    Rok 2020 by se dal přejmenovat na Rok černých labutí. Ekonomové k těmto původem australským ptákům přirovnávají události, které nikdo nečeká a které hluboce zasáhnou samotné základy hospodářství. Tak jako to dokázala pandemie nového typu koronaviru. Ze dne na den donutila vlády, aby vypnuly na několik měsíců nejen českou, ale také další klíčové ekonomiky pro české exportéry.

    Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

    Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

    Čištění upínacích kuželů nástrojů

    Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

    Modulární příprava vzduchu pro průmyslové aplikace

    Stlačený vzduch je bezpečný a spolehlivý zdroj energie za předpokladu, že se správně používá a upravuje. Často je mylně pokládán za levný nebo dokonce "bezplatný" zdroj energie, avšak v místě použití má přibližně stejnou cenu jako zemní plyn. Proto je velmi důležité instalovat správné vybavení pro úpravu a regulaci přívodu vzduchu.

    Na cestě stát se globálním jazykem produkce

    V loňském roce na veletrhu EMO se uskutečnila první "live" prezentace univerzálního rozhraní obráběcích strojů umati (universal machine tool interface), do které se na výstavě zapojilo na sedmdesát firem z deseti zemí se 110 stroji a 28 softwary. Tato inciativa vytvořit standardizované rozhraní, které uživatelům umožní snadnou a bezpečnou integraci nových strojů, softwarů a dalších zařízení do vlastních IT ekosystémů na principu plug and play, vznikla v roce 2017 pod záštitou VDW (Německá asociace výrobců obráběcích strojů). VDW nyní spojuje své síly s VDMA (Svaz německých strojírenských podniků), aby společně podporovaly šíření a používání standardů OPC UA v celém strojírenském sektoru pod značkou umati.

    Strojírenské podniky v době pandemie

    Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

    Pohodlné upínání magnetem

    Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

    Doplňkový katalog nástrojů

    Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

    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