Powłoki narzędzi dla wspierania zrównoważonej obróbki

Powłoki narzędzi dla wspierania zrównoważonej obróbki Sandvik Coromant

W ostatnich latach bardzo zmieniło się nastawienie producentów do kwestii zrównoważonego rozwoju. Z badań przeprowadzonych przez firmy Schneider Electric i Omdia wynika, że 49% firm produkcyjnych inwestujących w zrównoważony rozwój oczekuje wyższej wydajności i obniżenia kosztów. Jednak choć rozmowy dotyczące zrównoważonej produkcji zwykle dotyczą rozwiązań z kategorii Przemysł 4.0, firmy nie mogą zignorować znaczącej roli, jaką mogą odegrać narzędzia skrawające, takie jak powlekane monolityczne węglikowe frezy trzpieniowe. W tekście Anders Micski, dyrektor ds. gatunków i technologii w oddziale narzędzi monolitycznych (SRT) w firmie Sandvik Coromant, wyjaśnia, dlaczego zaawansowane powłoki narzędziowe mogą sprzyjać bardziej zrównoważonej obróbce.

Obecnie zakłady obróbki skrawaniem zdają sobie sprawę, że właściwa strategia zrównoważonego rozwoju decyduje o sukcesie lub porażce – zwłaszcza w kontekście dzisiejszych problemów z łańcuchami dostaw oraz niedoborów materiałów i wykwalifikowanego personelu. Jednak na drodze do uczynienia produkcji bardziej zrównoważoną stoją potężne przeszkody. Niemal jedna trzecia liderów produkcji uczestniczących w badaniu przeprowadzonym przez firmy Schneider Electric i Omdia stwierdziło, że istniejące zasoby i infrastruktura ich organizacji stanowią przeszkodę na drodze ku bardziej ekologicznej przyszłości. W badaniu 27% ankietowanych wskazało koszty lub budżet jako główną przeszkodę, natomiast dla 19% wyzwaniem były zmiany w kulturze organizacji lub ryzyko związane ze zmianą istniejących procesów.

Chcąc przezwyciężyć te przeszkody, producenci powinni wziąć pod uwagę istotne korzyści z punktu widzenia zrównoważonej produkcji, jakie może przynieść zastosowanie lepszych narzędzi skrawających. Większa trwałość narzędzi może z pewnością sprzyjać zrównoważonej produkcji i wiąże się z szeregiem innych zalet, do których należy zmniejszenie liczby narzędzi potrzebnych w przebiegu produkcji oraz zmniejszenie zapotrzebowania na kosztowne wymiany narzędzi. Inną zaletą trwalszych narzędzi jest możliwość wytwarzania bardziej wszechstronnych produktów – z dwóch powodów. Po pierwsze: za pomocą narzędzia o dłuższym okresie eksploatacji można zrealizować większą liczbę cykli produkcyjnych, zanim zajdzie potrzeba jego wymiany lub serwisowania. Po drugie: przy dłuższym okresie użytkowania narzędzie utrzymuje swoją precyzję i wydajność przez dłuższy czas, czego skutkiem jest wyższa jakość i powtarzalność wytwarzanych produktów.

Nie oznacza to, że uzyskanie przewagi nad konkurencją w produkcji nie jest wyzwaniem. Z jednej strony obniżka kosztów dzięki doborowi właściwych narzędzi i strategii optymalizacji pomaga z znacznym skróceniu czasu obróbki oraz nawet dwukrotnym wydłużeniu okresu eksploatacji narzędzia. Z drugiej strony ciągłe prace badawczo-rozwojowe nad wyzwaniami, przed którymi stoją zakłady obróbki skrawaniem, mają zasadnicze znaczenie dla zapewnienia technologicznej gotowości narzędzi i ich wymaganego standardu. 

Różne rodzaje zużycia

Skupmy się na węglikowych frezach trzpieniowych. Na trwałość frezów wpływa kilka czynników. Należą do nich różne rodzaje zużycia, w tym zużycie kraterowe i starcie na powierzchni przyłożenia, a także wykruszanie się krawędzi skrawającej, które często jest skutkiem drgań występujących w przedmiocie obrabianym lub w obrabiarce. 

Kilka aspektów konstrukcji frezu trzpieniowego wpływa na jego podatność na zużycie, w tym podłoże, powłoka ochronna i geometria narzędzia. Geometria ma szczególny wpływ na funkcjonalność narzędzia, co opisano w raporcie Study on tool life and its failure mechanisms autorstwa Kamala Institute of Technology & Science (KITS) w Indiach: „Geometria narzędzia ma kluczowy wpływ na jego trwałość, a do ważnych czynników należą kąt przyłożenia i kąt natarcia”. Ponadto wybór materiału lub gatunku dla narzędzia może istotnie wpływać na jego prędkość obrotową i posuw podczas obróbki, oddziałując na takie czynniki, jak odporność narzędzia na zużycie, jego twardość, odporność na wysokie temperatury oraz tarcie i spływ wiórów.  

W firmie Sandvik Coromant dział ds. gatunków i technologii, będący częścią jednostki biznesowej dla monolitycznych narzędzi obrotowych (BU SRT), stale prowadzi badania nad tymi czynnikami, szukając nowych sposobów poprawy trwałości narzędzia. Zespół ten współpracuje z innymi działami badawczo-rozwojowymi Sandvik Coromant, pracującymi nad tworzeniem powłok narzędzi wykonanych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD). PVD to proces, w którym powłoka osadza się na powierzchni narzędzia, aby zwiększyć jego trwałość i funkcjonalność, a w szczególności – wydłużyć okres jego eksploatacji. 

Badając nowe możliwości zwiększenia trwałości narzędzi, działy ds. gatunków i technologii oraz PVD skupiły się nad badaniach nad wpływem powłok PVD, z pominięciem innych czynników, takich jak substrat i geometria. W badaniach prowadzonych przez Sandvik Coromant uwzględniono także informacje przekazane przez klientów, które pomogły inżynierom Sandvik Coromant w dalszej optymalizacji właściwości pokrycia wykonanego metodą PVD.

W wyniku tych badań powstały nowe pokrycia, co doprowadziło do dalszej poprawy trwałości narzędzia i tym samym zwiększeniu wydajności samego narzędzia. Obejmują one jedno rozwiązanie do obróbki materiałów z grupy ISO-P i drugie do obróbki materiałów z grupy ISO-M. 

Nowa powłoka

Ciągłe prace badawczo-rozwojowe prowadzone przez Sandvik Coromant doprowadziły do powstania szeregu nowych powłok do monolitycznych węglikowych frezów trzpieniowych. Najnowsze rozwiązanie to asortyment powłok wykonanych w technologii Zertivo 2.0, które łączą najwyższej klasy produktywność z wyjątkową wydajnością skrawania metalu przy najwyższym możliwym poziomie niezawodności obróbki. Umożliwia to wykorzystanie w pełni potencjału gatunku. Gatunek frezarki wykonany w technologii Zertivo oferuje bardzo odporną krawędź skrawającą. Bardzo udarny substrat i zoptymalizowane pokrycie skutecznie zapobiegają wykruszaniu się krawędzi i pęknięciom, do których dochodzi w trudnych warunkach obróbki.

Niezawodne frezowanie

Powłoki wykonane w technologii Zertivo 2.0 są zupełnie wyjątkowe i w dwóch nowych gatunkach przeznaczone specjalnie do monolitycznych frezów trzpieniowych CoroMill Plura HD do ciężkiej obróbki zgrubnej stali ISO P i stali nierdzewnej ISO M. Asortyment CoroMill Plura obejmuje wysokiej jakości węglikowe frezy trzpieniowe zapewniające produktywność, wydajność i doskonale niezawodny przebieg frezowania. 

CoroMill Plura HD to w ofercie Sandvik Coromant rozwiązanie pierwszego wyboru do ciężkiego frezowania stali i stali nierdzewnej (grupy ISO P i ISO M), umożliwiające bezpieczną i wydajną obróbkę frezami trzpieniowymi. Dzięki nowym gatunkom z powłoką w technologii Zertivo 2.0 można osiągnąć jeszcze lepszą trwałość narzędzia, bezpieczeństwo obróbki i produktywność. Nowe gatunki umożliwiają zwiększenie zalecanej prędkości skrawania o 30% w głównych obszarach zastosowań do materiałów z grup ISO P i ISO M, a także w drugorzędnych zastosowaniach do materiałów z grup ISO K i ISO S (dzięki zoptymalizowanemu kształtowi rowka wiórowego, który zapewnia skuteczne odprowadzanie wiórów).

Asortyment CoroMill Plura obejmuje narzędzia do ciężkiej obróbki zgrubnej i obróbki wykończeniowej, nadające się do różnych zastosowań i materiałów, w tym również do materiałów trudno skrawalnych i bardzo twardych stali nawet do 63 stopni w skali twardości C wg Rockwella (HRc). Gatunki przeznaczone do obróbki stali nierdzewnej są dostępne w dwóch wariantach frezów: z chłodziwem doprowadzanym wewnętrznie w celu poprawy kontroli temperatury i spływu wiórów oraz bez wewnętrznego doprowadzania chłodziwa.

Testy wydajności

Frez CoroMill Plura HD udoskonalony dzięki technologii Zertivo 2.0 został poddany licznym testom wydajności i porównany z monolitycznymi węglikowymi frezami trzpieniowymi z oferty konkurencji. Jeden z testów polegał na obróbce przedmiotu z materiału SS1672 (C45) 160 HB z grupy ISO P, a inny test – na obróbce przedmiotu z materiału 1.4404 (316L) z grupy ISO M. 

W przedmiocie z materiału ISO M wykonano frezowanie rowków, podczas którego narzędzia pracowały z następującymi parametrami: prędkość skrawania (Vc) wynosząca 90 m/min, posuw na ostrze (fz) wynoszący 0,05 mm/ostrze, promieniowa głębokość skrawania (ae) wynosząca 10 mm oraz osiowa głębokość skrawania (ap) wynosząca 5 mm. Frez CoroMill Plura HD osiągnął wzrost trwałości narzędzia o 65%. W materiale ISO P wykonano frezowanie występu na sucho z następującymi parametrami skrawania: Vc wynosząca 235 m/min, fz wynoszący 0,1 mm/ostrze, ae wynosząca 7,5 mm i ap wynosząca =5 mm. W tym procesie frez CoroMill Plura HD osiągnął wzrost trwałości narzędzia o 150% w porównaniu z narzędziem z oferty konkurencji. 

Firma Sandvik Coromant zaleca stosowanie frezów CoroMill Plura HD w technologii Zertivo 2.0 do produkcji części maszyn, na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego oraz ogólnie w obróbce stali i stali nierdzewnej. W przyszłości inżynierowie Sandvik Coromant zajmujący się narzędziami skrawającymi i pracami badawczo-rozwojowymi planują rozszerzenie zastosowania pokryć w technologii Zertivo 2.0 na całą linię narzędzi. Pokrycia te mają pomóc klientom w osiągnięciu lepszej wydajności i oszczędności wobec kontynuacji zwrotu producentów w stronę zrównoważonego rozwoju. 

Źródło: Sandvik Coromant

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę