Projekt Národní centrum kompetence - STROJÍRENSTVÍ (NCKS) byl realizován od ledna 2019 do prosince 2022. V konsorciu bylo zapojeno celkem 26 účastníků, z toho 9 výzkumných organizací a 17 průmyslových partnerů.
Zdánlivě paradoxní označení se týká zcela výjimečné techniky, která se používá při dokončování velmi lesklého povrchu elektricky vodivých materiálů, přičemž jde nejen o kovové obrobky, ale i o řezné nástroje ze slinutých karbidů. U řezných nástrojů tato technologie redukuje uvolňování pojiva (kobaltu nebo niklu, tzv. cobalt leaching), čímž mj. podporuje soudržnost řezných částic v břitu - to je výhodné například pro navazující povlakovací technologie.
Kvalita povrchu leštěného tzv. technologií DryLyte Technology (obr. 1) je až fascinující – zcela běžný je zrcadlový lesk se střední aritmetickou úchylkou povrchu Ra = 0,02–0,03 µm, a to bez poškrábání či selektivního naleptání povrchu.
Na rozdíl od jiných abrazivních technologií (např. od vlečného omílání) tato technologie nevyžaduje tak tuhé upnutí leštěných dílců, nezahrnuje potenciální kinematický problém s přeleštěním určitých břitů při nevhodné synchronizaci otáček rotorů (pozorováno např. u odjehlování kotoučových pil) a dokáže naleštit rovnoměrně i ostré špičky (nebo zastíněné dutiny) předmětů (ze všech stran) bez jejich poškození (obr. 2). Redukuje i potřebu zásobníků abraziva s rozdílnou zrnitostí nebo chemickým složením a je energeticky mnohem méně náročná.
Systém se částečně podobá klasickému elektrolytickému leštění, ale nejde o nějaké ponoření do tekutého elektrolytu. Na okraji nádoby je vodivá elektrická klec (zapojená na záporný pól) a obrobek se upíná na tzv. suport, který je připojen k pozitivnímu pólu zdroje. Jako vodivé médium mezi těmito dvěma zdroji se zde uplatňuje kyselina, obsažená v porézních zrnech nasypaných v pracovním bubnu stroje (obr. 3).
Podobně jako v případě klasického elektrolytického leštění není v tomto systému automaticky zajištěno zcela rovnoměrné leštění všech ploch (to je dáno mj. proudovou hustotou), zvláště vnitřních nebo členitějších povrchů. Proto je zapotřebí, aby se obrobek v tomto médiu pohyboval prostorově. Pohyb se skládá ze tří základních částí – rotačního pohybu kolem osy upínače, planetového kolem hlavní osy suportu a translačního podél hlavní osy suportu. Celkový pohyb obrobku v pracovní náplni je relativně velmi pomalý, leštěné kusy se jen v podstatě reverzně brodí kuličkami, nejedná se však o nijak výrazný řezný pohyb (obr. 4).
U elektrolytického leštění se obecně využívá dvou základních mechanismů přenosu částic. V prvním mechanismu dochází k rozpouštění iontů materiálu, primárně na vrcholech povrchu. Ve druhém mechanismu se pomocí tzv. akceptoru a chelatace ionty odebírají z povrchu obrobku. V systému suchého elektrolytického leštění hrají roli oba tyto mechanismy, a to v různých poměrech. Samotný proces se skládá ze čtyř fází, které se opakují, ale každou fázi lze nastavit podle konkrétních materiálů, stavu předchozího opracování a požadavků na konečnou kvalitu povrchu:
– v první fázi (T1) není aplikováno žádné napětí, systém se chemicky vyrovnává a na povrchu obrobku a na porézních zrnech elektrolytu, obsahujících sulfonovou kyselinu, se vytváří mokrá vrstva;
– ve druhé fázi (T2) je připojeno elektrické napětí (obrobek je připojen na anodu), pomocí kterého dojde ke vzniku elektrického proudu, řízené oxidaci povrchu a rozpouštění iontů materiálu obrobku. Během této fáze se odebírá materiál a upravuje morfologie povrchu. Aplikované napětí závisí na materiálu obrobku, obvyklé hodnoty jsou 20 V až 50 V, dosahované proudy bývají zpravidla několik ampérů;
– aby se systém mohl opět chemicky vyrovnat a na povrchu obrobku a zrnech elektrolytu se obnovila mokrá vrstva, ve třetí fázi (T3) není aplikováno žádné napětí;
– v poslední fázi (T4) se změní polarita napětí, díky čemuž se oxidovaná vrstva materiálu na povrchu obrobku redukuje.
Leštění je vhodné pro celou řadu materiálů: uhlíkové a korozivzdorné oceli, superslitiny niklu, slitiny Co-Cr, titanové slitiny, slitiny Ni-Ti (materiály s tvarovou pamětí, jako je např. nitinol), barevné kovy (slitiny Cu a Al) a prakticky všechny slinované řezné a tvářecí nástroje ze slinutých karbidů. Oproti běžným metodám elektrolytického obrábění poskytuje tento systém lepší korozivní odolnost povrchu, neboť korozní potenciál obrobku se během prvních hodin leštění zlepšuje a teprve po 5–6 hodinách se dostává na úroveň klasických elektrolytických metod leštění. Vzhledem k použití sulfonové kyseliny je důležitou otázkou biokompatibilita této metody. Podle laboratorních studií lze tento systém považovat za biokompatibilní, a ne cytotoxický. Dlouhodobé laboratorní studie vzhledem k novosti technologie ještě probíhají.
Pro ověření účinků suchého elektrolytického leštění byla použita tyčová tvářená slitina Ti6Al4V (ASTM F136, Rp0,2 = 795 MPa, Rm = 860 MPa, A5 = 10 %, tvrdost HRC 32), D30mm, na které byly opracovány dílčí povrchy D20mm (obr. 5). Pro podélné soustružení na soustruhu SV18 RD byla použita vyměnitelná břitová destička KNUX 160405SR-73 Grade 6640 (pro každý řez byl použit nový břit), pro smirkování byly použity smirkové papíry různé zrnitosti a pro leštění diamantové pasty (obojí z produkce firmy Struers) – tab. 1. Kvalita povrchu byla analyzována pomocí mikroskopu Alicona IF-G5 (Bruker Alicona, Štýrský Hradec, Rakousko) a elektronového mikroskopu Tescan Mira3 (Tescan, Orsay Holding, Brno).
Pro ověření účinku suchého elektrolytického leštění na drsnost povrchu probíhalo leštění po dobu 30, 60 a 90 minut.
Účinky doby leštění na střední aritmetickou úchylku povrchu pro dílčí povrchy je zobrazen na obr. 6. Statistické zpracování na obr. 7 ukazuje nejvýraznější relativní redukci drsnosti povrchu po předchozím opracování – nejvyššího zlepšení bylo dosaženo po broušení smirkovým papírem jemné zrnitosti, resp. po hrubém leštění diamantovou pastou.
Analýza morfologie povrchu (obr. 8) ukazuje na změnu morfologie všech leštěných povrchů, nicméně nejvýraznějších účinků bylo dosaženo u povrchů č. 5–8, na kterých je patrná nová textura povrchu po suchém elektrolytickém leštění, plně nahrazujícím předchozí dokončovací metody (obr. 9) – dosažená hodnota drsnosti Ra = 0,02–0,03 mm.
Tato technologie má důležitý dopad na Abbottovu-Firestoneovu křivku nosného podílu (obr. 10): zde došlo k výrazné redukci výčnělků povrchu, čímž se zvýšil podíl nosného jádra materiálu. To má v technické praxi obecně za následek vyšší odolnost součástí proti opotřebení, zvláště v době jejich záběhu, dále ve stomatologii, chirurgii i například v potravinářském průmyslu, kde se snižuje možnost zachycení bakterií, virů či jiných mikroorganismů v površích implantátů a podobných dílců. Podobných příznivých parametrů bylo dosaženo i u dalších amplitudových charakteristik (Rq, Rz, Rt atd.) a podobně u charakteristik plošných a objemových (Sa, Sq, Sz, resp. Vmp, Vmc, Vvv a jejich poměrů).
Vzhledem k vysoké kvalitě a integritě leštěného povrchu lze technologii suchého elektrolytického leštění považovat za velmi perspektivní a také velmi šetrnou k leštěným vzorkům, s širokým potenciálem pro dokončovací obrábění všech kovových materiálů nebo materiálů obsahujících kovovou fázi.
Poděkování
Tento příspěvek byl vytvořen s podporou projektu specifického výzkumu FSI VUT v Brně „Moderní technologie pro zpracování pokročilých materiálů využívaných pro interdisciplinární aplikace“, FSI-S-22-7957.
Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.
Při příležitosti prezentace veletrhu EMO 2017 Hannover před evropskou novinářskou obcí se uskutečnilo i pražské zastavení. Zastoupení Deutsche Messe pro ČR zorganizovalo tiskovou konferenci, které se vedle generálního ředitele EMO Hannover Christopha Millera účastnil i tiskový mluvčí hannoverského veletržního komplexu Hartwig von Sass spolu s ředitelem českého svazu SST Ing. Paclíkem a předsedou Společnosti pro obráběcí stroje doktorem Smolíkem.
Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.
Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.
Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.
Na tomto místě vám tradičně přinášíme edukační článek, který poukazuje na trendy a výhledy v daném oboru, jež je nosným tématem aktuálního vydání. V tomto vydání to nebude jinak. Avšak forma je odlišná. Text je totiž tvořen na základě konceptu odborné e-knihy Stavba a provoz CNC obráběcích strojů, která díky své průběžné aktualizaci přináší odraz toho aktuálního, co současný obor výrobních strojů přináší.
Strojírenský průmysl je nejnáročnější průmyslové odvětví. Vyznačuje se mimořádně velkou pestrostí výrobků a zahrnuje v sobě desítky oborů. Výroba strojů, zařízení a přesných komponentů jsou významným oddílem českého zpracovatelského průmyslu. A právě zde vyvstává potřeba systematického výzkumu, vývoje a inovací, protože zde vznikají složité produkty s vysokým stupněm integrace, mezioborovým přesahem a rychlým cyklem inovací na trhu.
Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.
V říjnu tohoto roku se prof. Stanislav Hosnedl dožívá významného životního jubilea 80 roků. V roce 1964 dokončil studia v oboru Konstrukce obráběcích strojů na VŠSE FST v Plzni. Roku 1984 získal vědecko-akademický titul CSc., který po revoluci, později v roce 1990, obhájil také na ČSAV Praha. V roce 1992 se habilitoval a konečně v roce 2002 byl jmenován profesorem pro obor Strojní inženýrství.
Z pohledu technika lze veletrh EMO v roce 2019 považovat za zdařilý, protože byl více o invenci, kreativitě, vylepšování stávajícího i hledání nových cest. Na veletrhu bylo možné vysledovat několik řekněme fenoménů, které se objevovaly napříč veletrhem. Přitom bych je přímo nepovažoval za trendy, protože obdobné počiny, technika, software i smýšlení byly (u asijských výrobců) k vidění o šest měsíců dříve na veletrhu obráběcích strojů v Pekingu. Nedávám tímto záminku k mezikontinentální diskusi o tom, kdo trendy určuje. V tomto textu zazní několik dalších veletržních postřehů.
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?
a mnoho dalších benefitů.
... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou