Témata
Reklama

Testování PVD povlaků na rychlořezných vrtácích (2. část)

Povlakovat, nebo chladit? Na tuto častou otázku z praxe se zaměřuje studie FSI VUT v Brně, kde byla provedena již celá řada testů aplikací PVD povlaků i substrátů od různých firem a společností, včetně hodnocení vlivu různých chladicích a mazacích prostředí.

V minulém vydání časopisu MM Průmyslové spektrum byl vysvětlen princip zkoušek testování PVD povlaků a prezentovány dosažené výsledky krátkodobých zkoušek. Dnes se zaměříme na výsledky zkoušek dlouhodobých.
Reklama
Reklama
Reklama

Výsledky u dlouhodobých zkoušek

Obecným charakteristickým znakem u těchto testů byl nárůst obou sledovaných veličin v závislosti na době vrtání a míře opotřebení vrtáků. Hlavním cílem těchto testů bylo zjištění celkové trvanlivosti vrtáku. Při obrábění zušlechtěné oceli nebylo možno považovat vrtání HSS vrtáky bez povlaků za ekonomicky přijatelné. Jejich trvanlivost dosáhla 16 děr s použitím chlazení při nižší řezné rychlosti, 3 děr při obrábění za sucha a při použití zvýšené rychlosti nedosáhla jediné celé díry, bez ohledu na chlazení. Rovněž tak účinek povlaku Movic(r) byl již krátkodobější, neboť materiál vykazoval abrazivnější účinky a po obrobení přibližně 20 děr se výsledky podobaly nástroji s povlakem TiN (u nižší řezné rychlosti). Ze dvou alternativních chladicích emulzí vykázala emulze CIMSTAR 560 u této operace lepší účinky než druhá testovaná emulze, a proto byla použita i u vyšší řezné rychlosti. Tento dílčí výsledek nelze přeceňovat, neboť šlo o předběžný test, reprezentovaný jediným nástrojem každého druhu. Výsledky při použití vyšší řezné rychlosti mají statisticky důležitější význam, neboť se jednalo o 4x opakovaná měření pro každý druh nástroje, a proto jsou výsledky prezentovány intervalem střední hodnoty dosažených trvanlivostí se spolehlivostí 95 %.

TiAlN - nejodolnější povlak

Nejodolnějším povlakem ze všech testovaných povlaků byl TiAlN - viz následující obrázky, které dokumentují výchozí stav šroubovitého vrtáku a stav konečný na konci vrtacích zkoušek. Z rozvoje opotřebení je patrný nelineární nárůst fazety opotřebené plochy od středu k obvodu nástroje, odrážející narůstající řeznou rychlost od osy rotace nástroje směrem k maximálnímu průměru vrtáku, a dále "ztráta" příčného ostří. I přes celkovou délku odvrtaných děr i objemy odebraných materiálů však nástroj nebyl totálně zničen, ale byl opětovně přebrusitelný a přepovlakovatelný.

Dílčí charakteristiky

Při obou řezných rychlostech (Pozn.: Pro dlouhodobé zkoušky (na oceli 15 241.7) byla řezná rychlost v první sérii testů vc = 13,4 [m/min], s konstantním posuvem s = 0,12 [mm/ot.] a ve druhé sérii byla zvýšena na vc = 34 [m/min], přičemž posuv zůstal zachován. Kritériem opotřebení bylo dosažení úplné ztráty vrtacích schopností vrtáku bez ohledu na dílčí opotřebení, tzn. vrták již nebyl schopen proniknout do vrtaného materiálu) byly dosažené řezivostní parametry takto povlakovaného nástroje vynikající, a proto je zde uveden celkový zkušební protokol pro bližší charakteristiku nástroje, na kterém lze pozorovat tyto dílčí charakteristiky:
  • uspokojivý nárůst Fx a Mk vzhledem k době vrtání;
  • s časovým rozvojem opotřebení byl podíl dané axiální síly k maximální síle (odpovídající konečnému opotřebení nástroje) Fx/Fmax parabolicky rostoucí, přičemž podíl jádra vůči meznímu zatížení vrtáku (Fj/Fmax) byl podobně vzrůstající v rozsahu 50 až 80 %;
  • relativní podíl jádra na posuvové síle Fj/Fx byl téměř vždy konstantní a dosahoval přibližně 80 %; to znamená, že jádro si uchovávalo přibližně konstantní relativní podíl na celkové axiální síle po celou dobu trvanlivosti břitu;
  • s časovým rozvojem opotřebení byl podíl daného krouticího momentu k maximálnímu namáhání v krutu (odpovídající konečnému opotřebení nástroje) Mc/Mmax mírně rostoucí, přičemž podíl jádra vůči meznímu zatížení vrtáku (Mj/Mmax) byl téměř stagnující kolem 22 %;
  • relativní podíl jádra na krouticím momentu Mj/Mc byl po celou dobu vrtání téměř konstantní - jádro si po celou dobu trvanlivosti břitu uchovávalo přibližně konstantní relativní podíl na daném krouticím momentu, který dosahoval přibližně 25 %;
  • namáhání břitu vrtáku ve směru odvodu třísky Fc1 bylo velmi příznivé, neboť dominantní složkou je Fh1, působící ve směru řezné rychlosti a přítlaková vertikální složka Fv1 byla minoritní, což dokumentuje nízký rozvoj fazety opotřebení;
  • rozvoj predikované meze pevnosti materiálu Rm ve srovnání s rozvojem měrné řezné síly kc byl stabilizovanější, neboť výpočtový model zahrnoval účinek normálních napětí v primární zóně deformace (obecně vyšší hodnota tohoto parametru vůči mezi pevnosti v tahu z tahové zkoušky odrážela vyšší deformační rychlost použitou při obrábění ve srovnání s konvenční tahovou zkouškou);
  • rozvoj měrné energie obrábění vykazoval lineární nárůst od hodnoty 3,5 k hodnotě 4,5 [J/mm3], což bylo možno považovat za limitní kritérium testu, při kterém nástroj ztrácel schopnost vrtat;
  • součinitel tření na čele rovnoměrně vzrůstal z hodnoty přibližně 0,6 na hodnotu blízkou 1,0, při které bylo pozorováno poškození povlaku v místě kontaktu čelní plochy vrtáku s třískou. Hodnoty blízké jedné a vyšší byly charateristické pro nepovlakované HSS vrtáky s adhezním ulpíváním třísky ve formě mikrosvarů a nárůstků, a proto nesouhlasily s hodnotami pro Newton-Coulombovo tření, uváděnými v jiných typech třecích testů.
  • Dílčí závěry z této části testování:
  • nejvyšší trvanlivosti dosáhl povlak TiAlN při obou použitých řezných rychlostech s chlazením pomocí emulze CIMSTAR 560 o koncentrací 5 %;
  • trvanlivost povlakovaného nástroje vůči stavu nepovlakovanému byla prodloužena o 3500 % u nižší řezné rychlosti a o 4600 % u vyšší řezné rychlosti;
  • přínos chladicích emulzí byl prokazatelnější pomocí dlouhodobých zkoušek;
  • přestože cena tohoto povlaku nedosáhla navýšení ceny vrtáku o 100 %, dosažené zvýšení řezivosti povlakovaného nástroje vyjádřené nárůstem objemu odebraného materiálu přesáhlo 1300 % a více než 55 000 % ve srovnání s nepovlakovaným nástrojem a chlazením uvedenou emulzí.
  • Celkový závěr

    Vyrobit dokonalý tvrdý povlak na rychlořezné oceli je pravděpodobně náročnější než u slinutých karbidů, neboť jsou více citlivé na použité výrobní technologie a další způsoby předúprav a poúprav funkčních povrchů břitů. Dosažené přínosy podpořily jejich vyšší výhodnost při použití náročných podmínek vrtání. Použití povlakovaných nástrojů nepředstavuje zvyšování nákladů, ale naopak v konečném výsledku jejich významnou úsporu. I přes moderní trend eliminace chladicích kapalin a podpoře obrábění za sucha tyto zkoušky, jakož i další zkušenosti u obdobných testů povlakovaných HSS ocelí, prokázaly příznivý vliv používání chladicích kapalin při vrtání.
    Reklama
    Vydání #11
    Kód článku: 11105
    Datum: 07. 11. 2001
    Rubrika: Výroba / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Prestižní ocenění Zlatá medaile

    Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

    Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

    Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

    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 ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

    Související články
    Úspora vedlejších časů

    V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Automatizovaná upínací technika

    Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

    Univerzální brusky pro broušení na kulato

    Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

    Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

    Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

    Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

    Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

    Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

    Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

    Chytré měření upínací síly

    Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

    Progres v navyšování podílu na trhu

    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.

    Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

    Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

    Technologie pro firmu s dobrou tradicí

    Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

    Proč používat strategii trochoidního frézování?

    Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

    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