Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Aby bylo možné zajistit tak dokonalou funkci a výkonnost a současně odolnost proti působení extrémních sil a tepla, jsou břitové destičky vyráběny z jedněch z nejtvrdších materiálů na světě. Klíčem k úspěchu je absolutně nekompromisní přesnost – to je důvod, proč proces jejich výroby není ničím menším než formou umění. Jedním ze dvou závodů společnosti Sandvik Coromant, které se zabývají výrobou prášků sloužících jako základ finálního výrobku, je její zařízení v Gimo ve Švédsku. Odsud jsou prášky následně distribuovány do dalších výrobních závodů nebo jsou využívány přímo tímto zařízením pro další výrobu.

Typická břitová destička je vyrobena z 80% podílu karbidu wolframu a kovové, nejčastěji kobaltové matrice, která tvrdá karbidová zrna pojí dohromady. Proces výroby břitových destiček je velice složitý a jeho úplné dokončení vyžaduje více než dva dny, přičemž je nutné překonat celou řadu problémů. Vedle absolutní přesnosti a spolehlivosti je naprosto nezbytná také čistota. Pečlivé sledování kvality v průběhu celého procesu není pouhou možností, ale naprostou nutností.

Prvním krokem je vytvořit pro každý konkrétní prášek směs obsahující naprosto přesné množství přísad. Wolfram, surovina získávaná z omezených zdrojů, pochází buď z dolu vlastněného společností Sandvik v Rakousku, nebo z recyklovaných břitových destiček. Kobalt, titan a veškeré ostatní přísady pocházejí od vybraných dodavatelů, kteří mohou zaručit takovou konzistentní kvalitu, aby nemohlo dojít ke zhoršení vlastností finálního výrobku. Protože na prvním místě je vždy bezpečnost, je každá výrobní šarže důkladně kontrolována v laboratoři. Při průchodu vážicí linkou jsou hlavní přísady během jednotlivých zastávek automaticky nadávkovány do kontejnerů. U některých břitových destiček se velmi malé množství vybraných přísad přidává ručně. Poté, co kontejner projde všemi příslušnými zastávkami, dosahuje hmotnost plného kontejneru několika stovek kilogramů.

Dalším stanovištěm je mlecí provoz, kde se přísady z kontejneru mísí s etanolem, vodou a organickou sloučeninou. Potom jsou rozemlety na částice požadované velikosti – obvykle o průměru 0,1 až 5 mikrometrů. V závislosti na receptuře a finálním výrobku může tento proces trvat od 8 do 55 hodin. Výsledkem je šedá kašovitá hmota, která svou konzistencí připomíná jogurtový nápoj. Tato suspenze se následně čerpá do rozprašovací sušárny, kde se pro odpaření směsi vody a etanolu používá horký plynný dusík.

Když je prášek suchý, skládá se z kulovitých granulí o průměru přibližně 100 mikrometrů. Do laboratoře je odeslán vzorek na kontrolu jakosti. Prášek, který je nyní připraven pro lisování, se pak dávkuje do menších sudů a zpracovává se na lisech, přičemž organická sloučenina slouží jako pojivo, které po vylisování udržuje prášek pohromadě. Jakmile je nainstalována forma určená pro výrobu konkrétního typu břitové destičky, dutina lisovacího nástroje se naplní práškem a stroj pak při výrobě jednotlivých břitových destiček vyvine tlak až 50 tun. Přestože je tento proces vysoce automatizovaný, aby byla zajištěna maximální kvalita a přesnost, je každá destička zvážena a v pravidelných intervalech je prováděna vizuální kontrola operátorem. V této fázi jsou břitové destičky stále velice křehké, takže následujícím článkem výrobní linky je slinovací pec.

Pec je schopna najednou pojmout několik tisíc destiček. V průběhu procesu, který trvá zhruba 13 hodin, se destičky zahřejí přibližně na teplotu 1 500 stupňů Celsia, přičemž dochází k natavení a sloučení slisovaného prášku do slinutého karbidu, materiálu s mimořádnou tvrdostí. Při tomto procesu dochází ke značnému smrštění: velikost slinuté břitové destičky je zhruba jen polovina velikosti vylisovaného kusu. Následuje další návštěva laboratoře a kontrola jakosti, po které se broušením horní a dolní plochy destičky upraví její tloušťka na předepsanou hodnotu. Protože slinutý karbid je tak tvrdý, pro broušení břitové destičky na správnou tloušťku se používá kotouč se 150 miliony malých průmyslových diamantů. Břitové destičky se pak často ještě dále brousí. Tímto způsobem je dosaženo jejich přesné geometrie a velikosti.

Jedná se o kritickou fázi celého výrobního procesu, při níž se pro dosažení velice přísných tolerancí využívají 6osé brousicí desky. V souvislosti s tím vznikl před mnoha lety v Gimo i vtip: „Stačí kýchnout a změní se tolerance.“

Když je broušení úspěšně dokončeno, břitové destičky se vyčistí a připraví na povlakování. Aby nepřišly do styku s mastnotou nebo prachem, musí se s destičkami manipulovat v rukavicích. Povlakování lze provádět dvěma různými způsoby. Buď s využitím chemické depozice z plynné fáze (metoda CVD), nebo depozice odpařením z pevné fáze (metoda PVD). Pro metodu CVD je příznačné, že substrát je vystaven jednomu nebo více těkavým chemickým prekurzorům, které reagují s povrchem substrátu, přičemž vzniká požadovaný povlak. Proces PVD probíhá v nízkotlaké peci, kde jsou destičky umístěny na otočném stole, na kterém je na ně nanášen povlak, díky němuž se stávají tvrdšími, houževnatějšími a ještě odolnějšími proti opotřebení.

Když je tato fáze dokončena, břitové destičky jsou připraveny pro balení a distribuci – nejprve však musejí projít další důkladnou kontrolou kvality. Přestože byly v průběhu celého procesu mnohokrát kontrolovány, jsou znovu ručně a vizuálně zkoumány. Kromě toho jsou porovnány s výkresovou dokumentací a výrobními směrnicemi a laserem je na nich vyznačena správná nástrojová třída.

To však byl jen zrod břitové destičky. Vzhledem k tomu, že wolfram je získáván z omezených zdrojů – podobně jako ostatní suroviny využívané v tomto procesu – znovuzrození s využitím recyklace je mimořádně důležité. Protože po dobu životnosti břitové destičky se ve skutečnosti opotřebí jen její velmi malá část, většinu materiálu lze znovu použít. Existují různé způsoby recyklace vzácných přírodních zdrojů, jejichž volba závisí na složení použitých břitových destiček: v případě přímé recyklace s využitím metody zinkové lázně jsou použité karbidy rozloženy na prášek pomocí chemických a/nebo fyzikálních prostředků, aniž by docházelo ke změně jejich dosavadního složení. Je tudíž zaručena minimální spotřeba energie a množství chemického odpadu. V případě nepřímé chemické recyklace jsou všechny materiály rozpuštěny na jednotlivé atomové složky, po jejichž rafinaci, extrakci a krystalizaci, následované tepelnými procesy práškové metalurgie, jsou výsledkem ryze čisté produkty.

Ale i v dalších fázích výroby mají své místo dlouhodobě udržitelná řešení, která chrání životní prostředí: například přebytečné teplo ze slinovací pece je recyklováno a využíváno k vytápění provozních prostor v zimním období nebo k jejich chlazení během léta. Kromě toho se recykluje i odpadní karbid nahromaděný během procesu broušení, stejně jako olej používaný jako řezná kapalina.

„Naší prioritou je kvalita bez jakýchkoli kompromisů, a abychom ji zajistili, zavedli jsme za tímto účelem velice komplexní proces,“ říká Marco Zwinkels, vedoucí vývoje a výzkumu technologických platforem ve společnosti Sandvik Coromant. „Zároveň si uvědomujeme, že pracujeme se vzácnými surovinami, které by se neměly ztrácet v odpadu, proto děláme vše, co je v našich silách, abychom docílili toho, že naše výroba bude šetrná k životnímu prostředí. A to je důvod, proč je většina materiálů používaných pro výrobu břitových destiček získávána s využitím recyklačních procesů.“

Sadnvik Coromant

nevena.rasic@publitek.com

www.sandvik.coromant.com/cz

Něco navíc....

Video o výrobě řezných destiček Sandvik Coromat v Gimo