Témata
Reklama

Využití povlaků pro zvýšení životnosti hoblovacích nožů

Nanostrukturované povlaky použité jako povrchová úprava hoblovacích nožů pro obrábění dřeva z rychlořezné oceli přinesly výrazné zvýšení životnosti nástroje a tím i zvýšení kvality povrchu obráběného dřeva.

Hoblovací nože pro obrábění dřeva vyrobené z rychlořezné oceli (Pilana Tools) byly plazmově povlakovány Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition /Magnetron Sputtering (RF-PACVD/MS) vrstvami na bázi TiCrN. Schéma zařízení je uvedeno na obr. 1.

Reklama
Reklama


Obr. 1. Schéma zařízení RF PA CVD/MS.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Zkoušky a charakterizace vrstev

Pomocí energiově disperzní rentgenové spektroskopie (EDX) bylo určeno chemické složení nanesených vrstev. Tloušťka vrstev pak byla zkoumaná pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM). Příklady snímků s naměřenou tloušťkou vrstev Cr/CrN v závislosti na vybraných parametrech procesu depozice jsou uvedeny na obr. 2. Pro použité procesní parametry byla naměřena tloušťka vrstvy 1,70 µm.


Obr. 2. Příkladové snímky SEM profilů vrstev TiCrN.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Měření tvrdosti vrstev TiCrN bylo provedeno pomocí nanoindentace na přístroji CSM. Pomocí tohoto přístroje je možné analyzovat dynamickou odezvu materiálu na zatěžování a lze určit změny mechanických vlastností (tvrdost, Youngův modul) v průběhu pronikání hrotu do materiálu. Indentační křivky získané během měření jsou na obr. 3. Naměřené hodnoty nanotvrdosti HV byly 1 872 ± 284 GPa a pro Youngův modul 150 ± 23 GPa.

Obr. 3. Závislost proniknutí indentoru na zatížení.

Ke stanovení adhezní síly mezi substrátem a vrstvou byla využita vrypová zkouška (scratch test) s použitím zařízení od společnosti Bruker. Přístroj byl vybaven indentorem typu Rockwell (diamantový kužel). Na základě změny součinitele tření byla stanovena adhezní síla, při porušení vrstvy docházelo k jeho významné změně (viz obr. 4).


Obr. 4. Vysledek vrypové zkoušky: černá čára ‒ průběh zatěžovací síly, červená čára ‒změny součinitele tření, žlutá čára ‒delaminace vrstvy.
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Výsledky vrypové zkoušky ukazují na velmi dobrou adhezi vrstev TiCrN k ocelovému substrátu. Přilnavost vrstvy TiCrN byla od 52 do 59 N. Žádná podstatná závislost adheze na parametrech procesu plazmové depozice nebyla zjištěna.

Diskuse experimentálního ověření

Testovány byly nože Pilana 410x35x3 5811 HS, 2 nepovlakované a 2 povlakované – povlak TiCrN na jedné hoblovací fréze.

K seřízení házení nožů při usazování byl použit originální přípravek od výrobce hoblovky s číselníkovým úchylkoměrem s přesností na 0,01 mm. Počet strojových hodin byl cca 78. Zpracovávané dřevo: cca 60 % borovice, smrk (spíše měkká dřeva), cca 35 % dub zimní a letní, buk, jasan (spíše tvrdá dřeva), cca 5 % ostatní dřeva (ovocné stromy, olše, topol, akát, modřín, ořešák). Všechen materiál (fošny, prkna) prošel pomalým sušením (2 roky venkovní sušení, 1 rok sklad), průměrná abs. vlhkost dřeva 8 ‒ 12 %. Stroj: kombinovaná hoblovka s protahem UMARO MUT 400-RIG. U povlakovaných nožů není viditelný rozdíl v kvalitě povrchu a na hraně ostří před a po použití – nože se jeví jako téměř neopotřebené. Zřejmě by byly schopné pracovat po několikanásobně delší dobu. Opotřebení nepovlakovaných HSS nožů odpovídá podle subjektivního hodnocení zhruba polovině trvanlivosti. Na hraně ostří nožů bez povlaku je znatelná i linka zbroušeného ostří materiálu (otupení nože při rovnoměrném záběru se projeví údajně takto – rovnoměrným úbytkem materiálu pod úhlem směrem od záběru – viz rotace hlavy). Okem je na břitech lesklá hrana již viditelná. Opotřebení se však zatím neprojevuje na kvalitě opracovávaného povrchu ‒ viz obr. 5.

Obr. 5 Mikrosnímek ostří nepovlakovaného nástroje po 78 hodinách provozu LM

Je třeba zdůraznit, že nejen druh, ale i stav – především vlhkost a kvalita zpracovávaného dřeva ‒ mají výrazný vliv na opotřebení nožů. Opracování pomalu sušeného kvalitního dřeva klade menší nároky na opotřebení nožů (nelepí se na břity, prkna nejsou zkroucená – nože se tedy namáhají rovnoměrně, používají se na okna, dveře, nábytek, pohledové a nosné díly). Daleko náročnějšímu namáhání jsou břity vystavovány při použití na rychle sušené (uměle, v sušičce) nebo nedosušené dřevo (abs. vlhkost cca 20 % a výše), resp. dřevo nižší kvality – sukovaté, smůlovaté, popraskané, okraje kmenů apod. (často se toto dřevo opracovává na pilách a využívá na stavební prvky, ploty, zahradní nábytek apod.). Ze snímků i subjektivního hodnocení zpracovatele je patrné, že povlakované nože budou mít v každém případě delší trvanlivost, zřejmě díky své otěruvzdornosti, u pohledových dílů mohou mít pozitivní vliv i na kvalitu opracovávaného povrchu při zachování stávajících řezných podmínek (rychlost posuvu, hloubka záběru), resp. umožní zvýšit produktivitu (použít vyšší rychlosti posuvu a větší hloubky záběru – snížení počtu záběrů pro opracování na čisto, při zachování konstantní kvality povrchu). Jedinou slabinou povlakovaných nožů je, že povlak zafixuje nedokonalosti povrchu původních nožů. U nepovlakovaných nožů se podle zkušenosti drobné nerovnosti a škrábance při práci nástroje postupně „ohladí“.

Obr. 6 Mikrosnímek ostří povlakovaného nástroje s TiCrN vrstvou po 78 hodinách provozu

Závěr

Plazmová modifikace povrchu hoblovacích nožů přinesla viditelný rozdíl v kvalitě povrchu a na hraně ostří před a po použití – nože se jeví jako téměř neopotřebené. Nástroje jsou schopny pracovat po několikanásobně delší dobu oproti nepovlakovaným HSS nožům.

Výsledky tohoto projektu LO1201 byly získány za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“ a projektu OP VaVpI Centrum pro nanomateriály,pokročilé technologie a inovace CZ.1.05/2.1.00/01.0005.
prof. Ing. Petr Louda, CSc.,

Petr Louda, Totka Bakalova, Zuzana Andršová, Zbyněk Rožek

Technická univerzita v Liberci, Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace

petr.louda@tul.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 150538
Datum: 06. 05. 2015
Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
Autor:
Firmy
Související články
Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

Ekonomická řešení čištění - základní faktor úspěchu

Kvalitní čištění dílů je v průmyslu stále důležitější. Většina firem klade hlavní důraz na výrobu. Samozřejmě nelze přehlížet vazby mezi výrobním procesem a čištěním. Výrobce čisticích zařízení Pero AG proto svým zákazníkům nabízí vedle moderních technologií i komplexní poradenství pro ekonomiku a efektivitu čisticích procesů. Přesvědčit se o tom, a získat informace o aktuálních inovacích, mohli návštěvníci zákaznických dnů Pero 2018.

Související články
Vliv míchání na elektrickou vodivost povlaků

Antistatické nátěrové hmoty slouží k vytvoření elektricky vodivých povlaků, jež jsou svými vlastnostmi vhodné pro prostředí, ve kterých je nutné zamezit tvorbě a negativním důsledkům elektrostatického náboje (statické vybíjení, kumulace prachových částic a další negativní jevy).Svá uplatnění nacházejí v petrochemickém průmyslu, přesné optice, elektrotechnice a v celé řadě dalších odvětví. V rámci výzkumu na Ústavu strojírenské technologie ČVUT v Praze byl sledován vliv metody dispergace plniva a parametrů procesu míchání antistatických nátěrových hmot na finální technologické a funkční vlastnosti povlaku.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nátěry pro hezčí vzhled i lepší funkčnost

Nátěrové hmoty se běžně používají k dosažení dekoračních, ochranných a dalších funkčních účinků na určitém povrchu. Své o tom ví i společnost Synpo, která se již od padesátých let minulého století zabývá výzkumem a vývojem syntetických pryskyřic a laků. Jejich nátěrové hmoty používají např. výrobci dopravních prostředků, zemědělských strojů a jiných strojních zařízení.

Přesné měření tloušťky povlaků

Pro optimalizaci vlastností povrchových povlaků a filmů ve výzkumu, vývoji i průmyslové výrobě je důležitá přesná kontrola jejich tloušťky a rovnoměrnosti rozložení. Metrologická metoda CCI představuje mimořádnou přesnost měření pro široký rozsah tlouštěk povlaků.

Vývoj a výzkum nátěrových hmot pro letecký průmysl

Letecký průmysl vždy patřil a stále patří k tradičním průmyslovým odvětvím v České republice. Výrobky tuzemských firem a podniků „létají“ prakticky po celém světě a svými užitnými vlastnosti dlouhodobě konkurují i jiným renomovaným světovým výrobcům. Nedílnou součástí zajištění požadovaných vlastností leteckých výrobků jsou i povrchové úpravy a ochrany, které jim poskytují přidané ochranné či funkční vlastnosti a umožňují provozovat je po celou dobu jejich technického života.

Nanokompozitní supertvrdé povlaky

Supertvrdé povlaky jsou dnes běžně používané na celou řadu aplikací. Nejvíce se však aplikují na řezné obráběcí nástroje a vyměnitelné břitové destičky, a to z důvodu zvýšení jejich životnosti při obrábění i velmi tvrdých materiálů. Prof. Dr. Stanislav Vepřek, rodák z Písku, se již od roku 1963 velmi významně podílel na vývoji depozice tenkých filmů pomocí CVD technologie (Chemical Vapour Deposition). V roce 1995 byl u zrodu principu koncepce supertvrdých nanokompozitních materiálů na Technické univerzitě v Mnichově. Publikoval 398 odborných prací, obdržel mnoho významných ocenění a dodnes přednáší na univerzitách v mnoha zemích po celém světě. V oborech materiálů a povrchů je tedy světovou špičkou a MM Průmyslové spektrum vám s ním přináší rozhovor.

Tryskání až 250 tun těžkých odlitků

Pokud jde o výrobu nesmírně velkých, těžkých a složitých odlitků, je jejich původcem slévárna PJSC Energomashspetsstal. S procesem odlití je spojena rozsáhlá kontrola kvality. Aby byl získán povrch o požadované kvalitě, jsou až 12 metrů dlouhé, 7 metrů široké, 5 metrů vysoké a až 250 tun těžké díly tryskány. Zařízení, které je vůbec celosvětově největším tryskacím zařízením, koncipovala společnost Rösler, která se přitom zcela přizpůsobila stávající prostorové situaci.

Vyšší výkon při nižších nákladech

Energetická účinnost výrobních strojů a zařízení se dostává stále více do centra pozornosti. To je určitě důvod, proč je stále více tryskacích zařízení vybavováno turbínami Rösler Long Life Rutten - umožňují totiž energetické úspory až 25 %.

Koroze a ochrana proti korozi zásobníků na kapalná paliva

Známe-li příčiny koroze zásobníků na kapalná paliva (viz 1. část článku v minulém čísle), pak můžeme aplikovat ochranu proti korozi. Způsoby ochrany proti korozi lze rozdělit na následující technologické postupy: aplikace povlaků (organických a kovových), použití inhibitorů koroze a katodické ochrany. Každý z těchto postupu je jedinečný a unikátní.

Kompozitní galvanické povlaky

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.

Použití DLC povlaků (nejen) v automobilovém průmyslu

Povlakování v České republice zažívá v posledních letech velmi plodné období. Těchto služeb masivně využívají zejména firmy z všeobecného strojírenství a automobilového průmyslu. Stále více nachází uplatnění také u firem působících v leteckém, potravinářském, energetickém a elektrotechnickém průmyslu.

Analýza tloušťky pokovení ručním spektrometrem

Příspěvek pojednává o možnostech ručního spektrometru Delta pracujícího na principu ED-XRF (energiově disperzní rentgenové fluorescenci) a jeho možnostech analýzy tloušťky galvanických vrstev.

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