Narzędzia skrawające: Ciągła ewolucja materiałowa

Narzędzia skrawające: Ciągła ewolucja materiałowa Adobe Stock

Nowe rodzaje materiałów, z jakich wykonane są narzędzia skrawające, w dużym stopniu wpływają na zmiany w procesach obróbki skrawaniem w ostatnich latach. To od narzędzi do obróbki metali zależy wydajność i końcowy efekt procesu obróbczego. Zadanie jest trudne, ponieważ narzędzia skrawające coraz częściej muszą się mierzyć z trudnoobrabialnymi materiałami.

    • W ostatnich latach pojawiają się nowe materiały, z których wykonane są narzędzia skrawające
    • Najbardziej popularne wciąż są jednak narzędzia z węglika spiekanego
    • Wyzwaniem są narzędzia skrawające do obróbki trudnoobrabialnych materiałów
    • Ważnym trendem jest także specjalizacja i indywidualizacja narzędzi do obróbki metali
    • Dążenie do minimalizacji kosztów zwiększa zainteresowanie regenerowanymi narzędziami skrawającymi

Reklama


Jeśli przyjrzeć się segmentowi narzędzi skrawających w ostatnich latach, to z pewnością zauważy się trend, którym jest wprowadzanie nowych materiałów narzędziowych. Jak zauważa Maciej Drajerczak, doradca techniczny ds. narzędzi w ITA Polska, na rynku korzysta się obecnie z kilku podstawowych grup materiałów narzędziowych. Są to (wymienione rosnąco według twardości): stal szybkotnąca, węgliki spiekane, cermetale, ceramika inżynierska, azotek boru i diament. Z uwagi na różne właściwości tych materiałów i różnorodność operacji obróbkowych, każdy z nich ma swoją niszę.

Konieczność ciągłego rozwoju stopów bardziej zaawansowanych niż stal narzędziowa wynika również z tego, że detale produkowane w różnych gałęziach przemysłu wykonywane są z coraz wytrzymalszych materiałów.

– Tym samym narzędzia skrawające muszą poradzić sobie z coraz twardszymi i mniej podatnymi na obróbkę materiałami – zauważa Iwona Paczuska, odpowiedzialna na marketing i PR w firmie Polcomm. I dodaje, że napływ nowoczesnych technologii w różnych sektorach przemysłu powoduje, że producenci poszukują efektywniejszych narzędzi, które zapewnią lepsze właściwości skrawania. Jednocześnie dynamiczny rozwój maszyn CNC, oprogramowania CAD/CAM, a szczególnie technologii mikroobróbki i nakładania powłok, stwarzają możliwość wytwarzania narzędzi o zupełnie nowych właściwościach i przeznaczeniu.

Węglik spiekany – niekwestionowany lider wśród narzędzi skrawających

Jeżeli wziąć pod uwagę ogół zastosowań, to dzięki osiągnięciom z dziedziny inżynierii materiałowej największą popularnością cieszą się narzędzia ze spiekanego węglika wolframu w osnowie kobaltu. – Dzięki dużej twardości i odporności na wysoką temperaturę znalazły one szeroki zakres zastosowań wśród narzędzi frezarskich, wiertarskich, tokarskich i innych – tłumaczy Maciej Drajerczak. – Sama rodzina materiałów węglikowych jest dość różnorodna, ponieważ zmieniając skład, udział materiału osnowy (kobaltu) i wielkość ziarna samego węglika wolframu, można kształtować właściwości materiału w dużym zakresie.

Jędrzej Ceglarek z MMC Hardmetal Polska przyczyny tak dużej popularności węglika spiekanego upatruje przede wszystkim w stosunku ceny do osiąganych parametrów skrawania, a także w dużo lepszych właściwościach tego materiału niż stali szybkotnącej. Jak podkreśla Ceglarek, węglika charakteryzuje wysoka odporność na ścieranie i twardość. Dzięki temu znajduje coraz większe zastosowanie w obróbce materiałów hartowanych o twardości powyżej 40 HRC, która stwarza problemy narzędziom HSS. Należy zauważyć, że w dalszym ciągu trwają prace nad rozwojem zastosowań i właściwości narzędzi opartych o węglika spiekanego oraz powłoki typu PVD/CVD. Efektem jest możliwość obróbki materiałów o twardości nawet 70 HRC.

Opracowanie w latach 90. ubiegłego wieku technologii produkcji drobnoziarnistego węglika wolframu o ziarnie wielkości 20–50 nm pozwoliło na uzyskanie gatunków tego materiału o zwiększonej udarności, przy zachowaniu wysokiej twardości (nawet ok. 1900 HV). – Pozwoliło to też na swobodniejsze kształtowanie geometrii narzędzia i doprowadziło do prawdziwej eksplozji rozwoju narzędzi z węglika (szczególnie wśród frezów monolitycznych) i do wyparcia z rynku frezów ze stali szybkotnącej. Ta dominacja trwa (dzięki dalszej ewolucji węglików spiekanych i postępowi w rozwoju stosowanych na nich pokryć) i na razie nie widać, aby miało się to zmienić – dodaje Maciej Drajerczak.

Iwona Paczuska zwraca uwagę, że powstają nowe gatunki węglików spiekanych do realizowania trudniejszych procesów, przeznaczone do ściśle określonych obróbek. Przy produkcji bardziej wytrzymałych narzędzi stosuje się takie materiały, jak diament polikrystaliczny (PCD) i regularny azotek boru (CBN). Te narzędzia charakteryzuje wyższa trwałość i sprawdzają się w wielu branżach w wielu procesach obróbczych.

Polcomm, jako jedna z nielicznych firm w Polsce, używa mieszanek proszków węglikowych do produkcji płytek wieloostrzowych. Wdrożyliśmy innowacyjną technologię wytwarzania płytek skrawających o znacząco ulepszonej charakterystyce materiałowej, przeznaczonych do skrawania materiałów trudnoobrabialnych z wysokimi prędkościami – podkreśla Iwona Paczuska.

I dodaje: – Odpowiednia kompozycja materiałów, przebieg procesów produkcyjnych, wybór powłok ochronnych i obróbek wykończeniowych to elementy, które pozwalają na uzyskanie innowacyjnych rozwiązań narzędziowych.

Narzędzia skrawające do trudnoobrabialnych materiałów

Powiązane firmy

Reklama

W branży narzędziowej jednym z powszechniejszych trendów jest upraszczanie logistyki narzędziowej poprzez stosowanie narzędzi o uniwersalnej geometrii. Dotyczy to jednak konwencjonalnych materiałów (stali konstrukcyjnych i narzędziowych, stopów aluminium).

Inaczej to wygląda w przedsiębiorstwach o bardziej wyspecjalizowanym profilu produkcji. Szczególnie tych, które mają do czynienia z tzw. materiałami trudnoobrabialnymi (zaliczamy do nich tytan i jego stopy, żarowytrzymałe stopy niklu i niektóre gatunki żarowytrzymałych stali nierdzewnych).

Jak tłumaczy Maciej Drajerczak, właściwościami, które sprawiają, że obróbka tych materiałów jest szczególnie wymagającą, są słaba przewodność cieplna, utwardzanie się materiału pod wpływem sił skrawania, duża wytrzymałość i twardość, także przy wysokiej temperaturze.

Takie warunki utrudniają uzyskanie stabilnego procesu produkcyjnego i znacząco obniżają czas żywotności narzędzia. Wymuszają też stosowanie dużo niższych parametrów obróbki niż dla bardziej konwencjonalnych materiałów. – Generuje to duże koszty narzędziowe i maszynowe. Daje też znaczne pole do usprawnień zarówno w kwestii zmniejszenia zużycia narzędzi, jak i skrócenia czasu obróbki. Stąd nowe rozwiązania w konstrukcji narzędzi – dodaje przedstawiciel firmy ITA.

Nie oznacza to jednak odchodzenia od węglika spiekanego. Pojawiają się nowe, specjalne gatunki węglika o zwiększonej udarności. Ogranicza ona możliwość wykruszenia narzędzia, a także stosowanie większej średnicy rdzenia narzędzia dla zwiększenia jego sztywności. Specjalna konstrukcja rowków wiórowych ułatwia formowanie i ewakuację wióra, co przeciwdziała ich zakleszczeniu. Ponadto ich gładka powierzchnia ogranicza tarcie i nagrzewanie narzędzia. Coraz powszechniejsza jest też konstrukcja frezów o zmiennym kącie linii śrubowej krawędzi skrawających. Nie tylko dobrze tłumi to drgania, poprawiając stabilność obróbki, ale także pozwala na skuteczniejsze korzystanie z nowoczesnych strategii CAM w postaci frezowania trochoidalnego.

Także Jędrzej Ceglarek zauważa wzrost wykorzystania elementów z materiałów trudnoobrabialnych, szczególnie w przemyśle lotniczym i medycznym. – Firma Mitsubishi Materials podąża za tym trendem i coraz odważniej stawia na produkcję wysokowydajnych narzędzi skrawających z diamentu polikrystalicznego (przeznaczonych do obróbki aluminium), płytek tokarskich z regularnego azotku boru (przeznaczonych do obróbki żeliwa i stali hartowanych) lub frezów ceramicznych. Zastosowanie naszych produktów, przeznaczonych do materiałów trudnoobrabialnych, pozwala na zdecydowane zwiększenie wydajności obróbki. Dostrzegalna poprawa wynosi 5–10 razy w stosunku do tradycyjnie stosowanych narzędzi z węglika spiekanego.

Wybrani producenci i dystrybutorzy narzędzi skrawających
Firmafrezywiertłarozwiertakinarzędzia do wytaczanianarzędzia do gratowanianarzędzia do przecinanianarzędzia do gwintowanianarzędzia tokarskie
ITA
MMC Hardmetal  
Taegutec Polska 
YG-1   
Centrum Techniki Macro
Fanar     
Haimer       
Integra Tools    
N-Pol Cutting Tools      
NS Tools   
PAFANA
POLCOMM    
Tungaloy 
Firmapłytki do frezowaniapłytki do wierceniapłytki do toczeniapłytki innenarzędzia specjalnenarzędzia wielofunkcyjneInne
ITA  
MMC Hardmetal 
Taegutec Polska
YG-1  
Centrum Techniki Macro
Fanar    
Haimer       
Integra Tools      
N-Pol Cutting Tools       
NS Tools
PAFANA
POLCOMM  
Tungaloy 

Specjalizacja i indywidualizacja narzędzi do obróbki metali

Na rynku zauważalna jest też coraz dalej idąca specjalizacja, która ma na celu zaspokojenie bardzo różnych potrzeb odbiorców narzędzi skrawających. Jak mówi Iwona Paczuska: – Od lat projektujemy i produkujemy indywidualne rozwiązania narzędziowe dla branży motoryzacyjnej, lotniczej i maszynowej. Narzędzia specjalne najczęściej wybierane są w celu zmniejszenia czasu obróbki i redukcji kosztów oraz podczas obróbki bardzo trudno skrawalnych materiałów. Czasami także w celu spełnienia bardzo specjalistycznych wymagań branżowych.

Coraz powszechniejszym rozwiązaniem staje się także powlekanie narzędzi specjalnymi powłokami. Przedstawicielka firmy Polcomm wyjaśnia, że stosuje się powłoki na bazie azotków, węglików czy węglikoazotków różnych pierwiastków. W celu zwiększenia twardości i żywotności narzędzi opracowywane są coraz nowsze gatunki powłok PVD i CVD. Powłoki nadają narzędziom lepsze właściwości tnące i zapewne w tym kierunku w dalszym ciągu będzie się rozwijać rynek narzędzi skrawających.

Narzędzia skrawające po regeneracji

Wszyscy przedsiębiorcy szukają oszczędności kosztów swojej działalności, dlatego tak istotna jest obecnie możliwość regenerowania narzędzi monolitycznych (np. wierteł, frezów). Jak przekonuje Jędrzej Ceglarek, regeneracja pozwala na kilkukrotne użycie narzędzia (standardowo 2–3-krotne), bez utraty przy tym trwałości ostrza. Warto pamiętać, że głównym warunkiem, który pozwala poddać narzędzia procesowi szlifowania i powlekania, jest stan zużycia krawędzi skrawających. Wszelkie wykruszenia i wyłamania najczęściej eliminują taką możliwość.

Nie tylko jednak redukcja wydatków na narzędzia skrawające jest istotna. Maciej Drajerczak stwierdza, że regeneracja narzędzi jest korzystna także dla środowiska. Pozwala bowiem na zmniejszenie zużycia energii i zasobów pierwiastków, które rzadko występują w skorupie Ziemi (takich jak wolfram czy kobalt). Aby jednak w pełni wykorzystać możliwości regeneracji narzędzia, należy uchwycić odpowiedni moment – kiedy narzędzie jest już stępione, ale krawędź skrawająca nie jest jeszcze nadmiernie wykruszona.

Zbyt duże zużycie lub (co gorsza) złamanie narzędzia sprawia, że podczas regeneracji może być konieczna znacząca redukcja jego długości i średnicy. To ogranicza zarówno zakres zastosowania, jak i liczbę potencjalnych regeneracji – mówi doradca techniczny ds. narzędzi w ITA Polska. – W skrajnym przypadku regeneracja może być niemożliwa lub nieopłacalna (np. z powodu zbyt znacznego skrócenia części roboczej narzędzia). Przy odpowiedniej wprawie w wymianie narzędzia jeszcze przed jego nadmiernym uszkodzeniem frezy czy wiertła mogą być w pełni regenerowane wielokrotnie. Przynosi to znaczne oszczędności. Natomiast właściwości zregenerowanych narzędzi będą zależały od sposobu przeprowadzenia regeneracji.

Iwona Paczuska podkreśla, że usługi regeneracji to dla firmy produkcyjnej oczywistość. Polcomm od lat wykonuje regeneracje i ostrzenie narzędzi, notując duże zainteresowanie tymi usługami. W zdecydowanej większości użytkownicy zlecają regenerację producentowi narzędzia, który odtwarza jego pierwotną geometrię. Narzędzie po regeneracji ma więc cechy narzędzia nowego. Tak jest przy narzędziach produkowanych na potrzeby konkretnych zastosowań aplikacji.

Regeneracja w przypadku wysokiej klasy narzędzi stanowi rozwiązanie uzasadnione zarówno z technicznego, jak i finansowego punktu widzenia. Coraz bardziej skomplikowane geometrycznie narzędzia sprawiają jednak, że odtworzenie cech oryginalnego narzędzia bywa trudne dla firm, które specjalizują się jedynie w usługach serwisowych.

Trendem, który od lat się rozwija, a jednocześnie wyklucza regenerację, są narzędzia z wymiennymi płytkami skrawającymi. W przypadku tych narzędzi sami wymieniamy ostrza – płytki wieloostrzowe. Takie rozwiązania znacząco obniżają koszty gospodarki narzędziowej w firmie – dodaje Iwona Paczuska.

Również Maciej Drajerczak zwraca uwagę, że nowoczesne wysokowydajne narzędzia mają często skomplikowaną geometrię, co stanowi wyzwanie dla przeprowadzającego regenerację. Nowe narzędzia po szlifowaniu, przed pokryciem, często są poddawane dodatkowym zabiegom, np. dogładzaniu krawędzi skrawającej. Wydłuża to jej żywotność i gwarantuje stabilne zużycie.

Wymaga to jednak wiedzy na temat tych operacji i możliwości ich przeprowadzenia. A jak dodaje na zakończenie Maciej Drajerczak, tylko producent ma odpowiednie know-how i odpowiednie możliwości techniczne, aby przeprowadzić pełną regenerację i zapewnić narzędziom taki sam poziom żywotności i wydajności jak narzędziom nowym.
 

Artykuł ukazał się w czasopiśmie

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę