Gwintowanie i wiercenie w materiałach trudnoobrabialnych

Ta potrzeba rynku spowodowała utworzenie przez zespół R&D projektu, w którego ramach powstała linia gwintowników 1400-HT i wierteł HRC. Są przeznaczone do pracy z materiałami trudnoobrabialnymi, takimi jak stal Hardox, stopy tytanu, Inconel i materiały o Rm powyżej 1200 MPa, ale również stopy aluminium czy żeliwa sferoidalne. 

Nowe narzędzia dedykowane są przede wszystkim użytkownikom, którzy potrzebują wykonać otwory o stosunkowo dużej średnicy w materiałach charakteryzujących się znaczną twardością. Takich, które wykorzystuje się w następujących branżach: energetyka (producenci elektrowni wiatrowych), kolejnictwo (producenci taboru kolejowego, podkładów kolejowych), automotive (producenci samochodów ciężarowych i sprzętu budowlanego) oraz przemysł zbrojeniowy. 

Punktem wyjścia projektu były wyniki własnych prac B+R wnioskodawcy nad dwiema nowymi powłokami nanostrukturalnymi na bazie azotku tytanowo-aluminiowego. W toku prac badawczych uzyskano powłokę TiAlSiN przeznaczoną dla gwintowników i wierteł. Powłoka – dzięki dodatkowi krzemu – charakteryzuje się wyższą twardością i odpornością temperaturową od bazowej powłoki TiAlN. 

Dzięki zastosowaniu targetów TiAlSi uzyskano wielowarstwową powłokę o nanokompozytowej strukturze. Powłoka wytwarzana jest technologią z wysoką jonizacją strumienia plazmy bez fazy kroplowej (HiPIMS), która zapewnia właściwości mechaniczne lepsze niż w przypadku standardowego rozpylania magnetronowego. 

Powłoki wytwarzane tą metodą charakteryzują się bardziej zwartą strukturą i niższymi naprężeniami. Dzięki temu powłoka TiAlSiN ma wysoką odporność na pękanie i ścieranie. Modyfikacja krzemem i wytwarzanie nowatorską metodą HiPIMS sprawiają, że powłoka TiAlSiN doskonale sprawdza się przy obróbce materiałów trudnoobrabialnych.

Z racji relatywnie szerokiego spektrum obrabianych materiałów bardzo ważne było opracowanie właściwej geometrii narzędzi. Prace rozpoczęto od opracowania założeń konstrukcyjnych (korelacja między kątem natarcia, kątem przyłożenia, kształtem powierzchni natarcia i promieniem zaokrąglenia krawędzi skrawającej) w celu wytworzenia modeli CAD. 

Na ich podstawie wytworzono próbne partie gwintowników, a następnie przeprowadzono badania momentu skrawania i żywotności narzędzi. Pozwoliło to wytypować najlepszą konstrukcję. 

Zastosowana spirala rowka R15 w połączeniu z dużą pojemnością rowka pozwala łatwo ewakuować wiór ze strefy skrawania. Odpowiednio dobrana wartość zaskoku (kąt przyłożenia) na części skrawającej ostrza (tzw. nakroju) i części kalibrującej gwint, w połączeniu z kątem natarcia 6° umożliwia stabilną pracę gwintownika przy jak najmniejszych oporach skrawania.

Podobnie jak w przypadku gwintowników opracowano założenia konstrukcyjne i modele CAD wierteł. Na ich podstawie wytworzono partie próbne, a następnie poddano testom momentu skrawania i żywotności narzędzi. 

Wiertło HRC charakteryzuje się specjalnym kształtem rowka wiórowego (uzyskanego ze ściernicy profilowej), czterema łysinkami, które zapewniają wielopunktowe podparcie narzędzia i stabilizują je w otworze, ujemnym kątem natarcia na rowku, a także minimalnym zaokrągleniem krawędzi skrawającej.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Inżynieria powierzchni

Od ręcznych po mechaniczne metody wykonywania gwintów

Proces tworzenia gwintów wewnętrznych i zewnętrznych, czyli popularne gwintowanie, można przeprowadzać przy użyciu różnych urządzeń i narzędzi. Najczęściej stosuje się metody obróbki skrawaniem, choć możliwe jest także uzyskanie gwintu w wyniku obróbki plastycznej.

Właściwie opracowana makrogeometria ostrza to tylko część sukcesu. Niezbędne jest jej połączenie z mikrogeometrią krawędzi i powierzchni. Właściwe przygotowanie krawędzi i powierzchni poprawia stabilność pracy narzędzi, ogranicza wykruszanie się krawędzi skrawających, poprawia odprowadzanie wiórów ze strefy obróbki. 

Zminimalizowane zostanie zjawisko owijania się wiórów na narzędziu, a w rezultacie – ograniczone niekontrolowane urywanie się narzędzi i ryzyko rozbicia poosiowego gwintu. W celu osiągnięcia ww. efektów wykorzystano 4 metody mikroobróbki. 

Drag Finishing (polerowanie planetarne) – to mechaniczna obróbka narzędzi, która polega na przeciąganiu ich przez wsad szlifierski ruchem planetarnym. Metodę tę wykorzystano do nadawania promieni zaokrągleń na wiertłach. 

Stream Finishing (polerowanie strumieniowe) – polega na przeciąganiu narzędzie przez wsad szlifierski ruchem kołowym, zastosowano do usuwania pozostałości gratu i wygładzania promieni zaokrągleń krawędzi skrawającej na gwintownikach. 

Dry blasting – polega na obróbce powierzchni luźnym materiałem ściernym w strumieniu sprężonego powietrza. Tej metody użyto do przygotowania powierzchni pod powłoki PVD i ich wygładzenia na gwintownikach. 

Wet blasting – polega na obróbce powierzchni luźnym materiałem ściernym w strumieniu mieszanin powietrza, wody i ścierniwa. Tę metodę zastosowano do przygotowania powierzchni wierteł pod powłoki PVD i ich wygładzenia na wiertłach.

Opracowane nowe linie gwintowników 1400-HT i wierteł HRC to przykład udanego wdrożenia projektu badawczo-rozwojowego zespołu R&D. Projekt został zainspirowany potrzebą rynku dostarczenia narzędzia, które gwarantuje bezpieczny oraz efektywny proces wiercenia i gwintowania materiałów trudnoobrabialnych. Z powodzeniem wykorzystano tu wieloletnie doświadczenie firmy FANAR S.A. i najnowocześniejsze dostępne technologie produkcji.