Drugie życie narzędzi skrawających
Adobe Stock – kargonaWymiana narzędzi skrawających po kilku cyklach obróbki – nierzadko standardowa praktyka w zakładach produkcyjnych – coraz częściej przestaje mieć sens. Wzrost cen narzędzi, a jednocześnie rosnąca świadomość ekologiczna sprawiają, że regeneracja narzędzi skrawających staje się rachunkowo uzasadnionym wyborem. Pod warunkiem jednak, że wie się, kiedy i jak z niej korzystać.
Rozmowa o regeneracji narzędzi skrawających prawie zawsze zaczyna się od pieniędzy. I trudno się temu dziwić – koszty zakupu nowych narzędzi węglikowych potrafią być znaczącą pozycją w budżecie działu utrzymania produkcji. Ceny węglika spiekanego, który jest głównym surowcem do ich wytwarzania, w ostatnich latach rosły w bardzo szybkim tempie. Produkcja nowych narzędzi wiąże się jednak także z kosztami energii i zaawansowanych technologicznie procesów wytwarzania. Na tym tle regeneracja – czyli przywrócenie zużytego narzędzia do stanu roboczego przez ostrzenie, korektę geometrii i ewentualne naniesienie nowych powłok – jawi się jako logiczna odpowiedź rynkowa.
Ale ekonomia to nie jedyny argument. Roman Bartosik, właściciel firmy Beta&Dar oferującej regenerację narzędzi, zwraca uwagę również na wymiar środowiskowy: – Regeneracja narzędzi zmniejsza ilość produkowanych odpadów, co czyni ten proces interesującym dla firm stawiających na ekologiczne rozwiązania. W warunkach intensywnej konkurencji i nieustannej presji cenowej pytanie o sens regeneracji wydaje się wyjątkowo zasadne – a odpowiedź jest często twierdząca.
Aspekt środowiskowy nabiera znaczenia w kontekście coraz powszechniejszych polityk ESG (environmental, social, governance – środowisko, społeczeństwo, ład korporacyjny) w firmach produkcyjnych. Mniejsza liczba wyrzucanych narzędzi to mniej odpadów, które zawierają metale ciężkie, mniejsze zapotrzebowanie na energochłonny przetwór surowców pierwotnych i niższy ślad węglowy całego procesu produkcyjnego. To argument, który coraz częściej pojawia się nie w rozmowach z księgowymi, lecz z działami sustainability.
Kiedy regeneracja się opłaca
Regeneracja narzędzi nie jest uniwersalnym remedium na wszystkie koszty związane z obróbką. Jej opłacalność jest funkcją kilku zmiennych jednocześnie: ceny narzędzia, jego geometrii, przeznaczenia i wymaganych tolerancji procesu, w którym będzie dalej pracować.
W segmencie narzędzi premium – frezów specjalnych, wierteł do głębokich otworków, narzędzi profilowych na zamówienie – koszt nowego narzędzia jest na tyle wysoki, że nawet kilkukrotna regeneracja pozwala wygenerować znaczącą oszczędność przy zachowaniu akceptowalnej jakości.
– Regeneracja narzędzi skrawających przynosi najwięcej korzyści w przypadku narzędzi z wyższych półek cenowych i odznaczających się wyjątkowo dobrą jakością. Wtedy zastąpienie zużytego narzędzia fabrycznie nowym naraża przedsiębiorstwo na znaczące koszty – wyjaśnia Roman Bartosik. – Jednocześnie utrata mikrostruktury materiałów może sprawić, że poddane regeneracji narzędzie optymalnie sprawdzi się w mniej zaawansowanych procesach obróbczych lub takich, w których tolerancje są luźniejsze.
Warto podkreślić, że zregenerowane narzędzie nie musi być gorsze. Powinno jednak trafić do odpowiedniego zadania. Praktyka wielu zakładów produkcyjnych pokazuje, że opłacalnym modelem jest kaskadowe wykorzystanie narzędzi. Oznacza to, że nowe narzędzie pracuje w operacjach wymagających najwyższej precyzji, a po regeneracji wędruje do zadań z większymi tolerancjami. Taka strategia maksymalizuje ekonomiczność inwestycji w narzędzia bez kompromisu co do jakości finalnych produktów.
Z drugiej stronie mamy narzędzia tanie i standardowe. Jeśli cena nowego frezu wynosi kilkanaście złotych, to koszt jego regeneracji – uwzględniając logistykę, czas i sam proces – może przewyższać wartość gotowego produktu. W tej kategorii rachunek ekonomiczny przechyla się wyraźnie na stronę zakupu nowego.
Nie każde narzędzie można przywrócić do życia
Jednym z popularniejszych mitów na temat regeneracji narzędzi jest przekonanie, że każde narzędzie można doprowadzić do takiego stanu jak wtedy, gdy było nowe. Rzeczywistość jest jednak dużo bardziej zniuansowana.
– Niemal wszystkie narzędzia skrawające można zregenerować, ale nie wszystkie można przywrócić do pierwotnej geometrii. Dotyczy to zwłaszcza narzędzi profilowych. Szczególnym przypadkiem są mikronarzędzia o średnicach poniżej milimetra, które z założenia są jednorazowego użytku. Natomiast proste frezy czy wiertła można odwzorować idealnie, dysponując odpowiednią szlifierką narzędziową – mówi Marcin Kurcoń, dyrektor zarządzający, Vollmer Polska.
Istotne jest zatem rozróżnienie między narzędziami o prostej geometrii (takich jak standardowe wiertła, frezy walcowe, narzędzia tokarskie) a narzędziami profilowymi, których skomplikowany zarys ostrzy odtworzyć jest znacznie trudniej. Lub jest to zupełnie niemożliwe bez specjalistycznych danych i odpowiedniego oprogramowania. Osobną kategorią są płytki wymienne. W ich przypadku koncepcja regeneracji praktycznie nie ma zastosowania. Ich cena jednostkowa jest bowiem niska, a precyzja wykonania wymagałaby procesu, który byłby równoważny do wytwarzania narzędzia od początku.
Marcin Kurcoń zauważa również interesującą asymetrię między dwoma podstawowymi typami narzędzi – wiertłami a frezami: – O ile wiertła poddane serii ostrzeń nie powinny wykazywać obniżonej jakości względem nowego narzędzia, o tyle trwałość regenerowanych frezów będzie widocznie niższa z każdym kolejnym ostrzeniem w porównaniu z nowym narzędziem. Biorąc pod uwagę drastyczny wzrost cen węglika spiekanego, perspektywa serwisu narzędzia – a co za tym idzie wydłużenie czasu jego wykorzystania – jest coraz bardziej atrakcyjna. Ten aspekt kompensuje możliwe różnice w jakości narzędzia nowego i ostrzonego.
Innymi słowy: regeneracja frezu jest opłacalna, nawet jeśli każda kolejna generacja narzędzia jest nieco słabsza od poprzedniej. Każdy dodatkowy cykl życia narzędzia to oszczędność, która przy odpowiednio wysokiej cenie wyjściowej z łatwością uzasadnia koszty procesu regeneracji.
Wyzwania: mikrostruktura, powłoki i granica możliwości
Regeneracja narzędzi to nie tylko ostrzenie – choć właśnie ono bywa utożsamiane z całym procesem. Przywrócenie narzędzia do stanu roboczego oznacza również korektę geometrii, kontrolne pomiary, a w przypadku narzędzi z powłokami – usunięcie pozostałości starej powłoki i naniesienie nowej. Każdy z tych etapów jest osobnym wyzwaniem technicznym.
Roman Bartosik wskazuje na dwa ograniczenia, z jakimi mierzy się każdy serwis narzędziowy. W toku użytkowania narzędzia dochodzi do utraty mikrostruktury materiału, przez co podlega on mikrouszkodzeniom i niewielkim, ale istotnym z punktu widzenia precyzyjnej obróbki przemianom.
– Dodatkowym utrudnieniem jest odtworzenie powłok. Powłoki, takie jak TiAlN, DLC czy TiN, bywają trudne do pełnej rekonstrukcji z zachowaniem pierwotnej funkcjonalności – dodaje Roman Bartosik.
Utrata mikrostruktury to zagadnienie z pogranicza metalurgii i tribologii, które dla użytkowników narzędzi bywa abstrakcyjne. Jego skutki są jednak jak najbardziej wymierne.
Węglik spiekany, z którego wykonana jest większość współczesnych narzędzi, to kompozyt ziaren węglika wolframu spojonych spoiwem na bazie kobaltu. Pod wpływem wysokich temperatur i sił skrawania struktura tego materiału ulega lokalnym zmianom. Ziarna mogą rosnąć lub przeorganizowywane jest ich rozproszenie. Efektem jest zmiana właściwości mechanicznych – narzędzie staje się podatniejsze na kruchość lub gorzej znosi obciążenia udarowe.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Jeszcze bardziej złożona jest kwestia powłok. Współczesne narzędzia skrawające są bardzo często pokryte powłokami PVD lub CVD, które – zależnie od składu – zwiększają twardość powierzchniową, zmniejszają tarcie czy poprawiają odporność termiczną. Po ostrzeniu z powierzchni narzędzia zostaje usunięta powłoka.
Serwis narzędziowy może ją przywrócić, jeśli dysponuje odpowiednim wyposażeniem do nanoszenia powłok i recepturą zastosowaną w oryginalnym produkcie. Jeśli tym nie dysponuje, narzędzie wraca do pracy bez powłoki lub z powłoką standardową, co nie zawsze odpowiada wymaganiom aplikacji.
Technologia po stronie regeneracji
Wyzwaniom technicznym naprzeciw wychodzą jednak coraz bardziej zaawansowane technologie. Zautomatyzowane szlifierki narzędziowe sterowane CNC, systemy pomiarowe oparte na laserze lub stykowym skanowaniu 3D, a także oprogramowanie do rekonstrukcji geometrii pozwalają dziś na precyzję, która jeszcze dekadę temu była nieomal nieosiągalna w serwisie.
Marcin Kurcoń z Vollmer Polska podsumowuje aktualny stan techniki jednoznacznie: – Współczesne technologie szlifowania i pomiaru umożliwiają przywrócenie narzędzia do jakości nowego lub nawet jakości przewyższającej pierwotną. Ograniczeniem jest typ i geometria narzędzia, a ogromną zaletą – ekonomia jego ponownego wykorzystania.
Stwierdzenie, że regenerowane narzędzie może przewyższać jakością oryginalne, może brzmieć zaskakująco, ale ma techniczne uzasadnienie. Jeśli producent narzędzia stosował standardową powłokę, a serwis narzędziowy dysponuje nowocześniejszym procesem PVD lub optymalizuje geometrię pod konkretne zastosowanie klienta, efekt końcowy może być lepszy. Jest to możliwe szczególnie w przypadku narzędzi starszej generacji, które nie były początkowo projektowane z myślą o konkretnej pracy, jaką teraz wykonują.
Kluczem do tak wysokiej jakości regeneracji są jednak zarówno precyzyjne szlifowanie, jak i równie precyzyjne pomiary. Współczesne maszyny pomiarowe do narzędzi potrafią skanować geometrię ostrzy w ciągu kilku sekund z dokładnością do dziesiątych części mikrometra.
Dane te są podstawą zarówno do oceny stanu narzędzia przed regeneracją, jak i do weryfikacji jej wyników. Bez tej pętli informacyjnej regeneracja pozostaje rzemiosłem. Z nią – staje się powtarzalnym, kontrolowanym procesem przemysłowym.
Jak zorganizować regenerację w zakładzie?
Decyzja o wdrożeniu systemu regeneracji narzędzi to wybór nie tylko technologiczny, ale również organizacyjny. Firmy produkcyjne podchodzą do tego tematu różnie – jedne budują własną zdolność wewnętrzną, inwestując w szlifierki narzędziowe i szkolenie pracowników, inne zlecają cały proces na zewnątrz, do wyspecjalizowanego serwisu.
Oba modele mają uzasadnienie. Regeneracja wewnętrzna daje pełną kontrolę nad czasem jej realizacji i pozwala błyskawicznie reagować w przypadku awaryjnego zużycia narzędzia. Wymaga to jednak zainwestowania w sprzęt, wiedzę i zarządzanie procesem. Natomiast outsourcing serwisu narzędziowego przenosi te zobowiązania na dostawcę. W zamian za to pojawiają się jednak nowe wyzwania logistyczne, w szczególności czas obiegu narzędzi i konieczność utrzymania buforów zapasowych.
Niezależnie od modelu punktem wyjścia powinna być analiza portfela narzędzi. Nie każde narzędzie można bowiem poddać regeneracji. Wyodrębnienie tych, które – ze względu na cenę, geometrię i wymagania procesu – warto regenerować, i zbudowanie dla nich ścieżki serwisowej – to próg wejścia w cały temat.
Zamiast wyrzucać – warto liczyć koszty
Regeneracja narzędzi skrawających to obszar, który może przynieść wymierne efekty. Nie jest to rozwiązanie w przypadku każdego narzędzia i każdej operacji. Jeśli jednak odpowiednie warunki są spełnione, alternatywy nie ma. Rosnące ceny surowców, zaostrzające się wymagania środowiskowe, a także dostępność coraz lepszych technologii szlifowania i pomiaru sprawiają, że rynek usług regeneracji będzie się tylko rozwijać.
Kluczem do sukcesu jest jednak porzucenie uproszczonego myślenia, że regeneracja to zawsze dobry pomysł albo że to kompromis jakościowy. Prawda, jak zwykle, leży gdzie indziej – w świadomej analizie konkretnego przypadku. Czy to narzędzie ma wystarczającą wartość? Czy jego geometria pozwala na jego regenerację? Czy w procesie, do którego wróci narzędzie, tolerowane są ewentualne zmiany właściwości? Jeśli odpowiedź na te pytania jest twierdząca, regeneracja jest nie opcją, ale oczywistością.
Współczesne technologie regeneracji narzędzi pozwalają przywrócić zużyte narzędzia skrawające do stanu porównywalnego z nowymi narzędziami. Ograniczenia pojawiają się tylko przy skomplikowanej geometrii i określonym typie narzędzi. Zaletą jest nie tylko ekonomia, ale coraz istotniejsza obecnie również ekologia.
O Autorze
