18. srpna 2021 08:36

Vliv jednotné krystalografické orientace na proces soustružení ocelí

~ Nové břitové destičky ve třídách GC4415 a GC4425 se vyznačují spolehlivou funkcí a výkonností a mimořádnou odolností proti opotřebení ~

Co má společného starověká římská válečná strategie s nástrojovými třídami značky Sandvik Coromant pro soustružení oceli ISO P a jak to může pomoci zvýšit produkci vašeho závodu? Rolf Olofsson, produktový manažer ze společnosti Sandvik Coromant, která zaujímá vedoucí postavení mezi výrobci obráběcích nástrojů, v tomto článku vysvětluje, jak mohou povlak a substrát karbidových nástrojových tříd výrazným způsobem ovlivnit efektivitu a produktivitu procesů využívaných při soustružení ocelí.

Inzerce

Rozšířenou mylnou představou napříč kovozpracujícím průmyslem je, že obrábění ocelí není nijak složité. Zkušení pracovníci zabývající se obsluhou strojů jsou si však vědomi, že o soustružení oceli ISO P nic takového tvrdit nelze. První z mnoha komplikací souvisí s rozmanitostí materiálů tvořících skupinu ISO P, kam spadají jak tvárné nízkouhlíkové oceli, tak i oceli vysokolegované.

Další je tvrdost jednotlivých ocelí, která se může v celé škále značně lišit. Liší se i typy aplikací a různé jsou také podmínky v jednotlivých výrobních závodech.

Je zřejmé, že soustružení oceli je náročné a vzhledem ke všem proměnným je volba nástrojové třídy, která vyhoví široké škále vlastností ocelí ISO P, o to více obávaným úkolem.

Nástrojová třída pro všechny obory
U každé takové nástrojové třídy je rozhodující její odolnost proti náhlému lomu. S ní souvisí schopnost řezné hrany dosáhnout tvrdosti potřebné k tomu, aby odolala plastickým deformacím vyvolaným extrémními teplotami působícími v oblasti řezu.

Břitová destička musí být navíc opatřena povlakem schopným bránit rozvoji opotřebení hřbetu, opotřebení ve tvaru žlábku a vytváření nárůstku na břitu. Důležité také je, aby povlak spolehlivě přilnul k podkladu – pokud na něm pevně nedrží, není substrát chráněn, což vede k jeho rychlému poškození.

Vzhledem k tak velkému množství požadavků je nezbytné znát vnitřní stavbu nástrojové třídy pro soustružení oceli, abyste při jejím výběru pro danou aplikaci mohli činit informovaná rozhodnutí.

Struktura karbidové břitové destičky
Všechny karbidové nástrojové třídy mají jádro ze slinutých karbidů, označované také jako substrát. Použitý substrát určuje pevnost a houževnatost nástrojové třídy. Lze mu rovněž přisuzovat odolnost proti plastické deformaci.

Substrát ze slinutého karbidu je obvykle pokryt několika povlakovými vrstvami, např. z karbonitridu titanu (TiCN), oxidu hlinitého (Al2O3) nebo nitridu titanu (TiN), které břitové destičce dodávají houževnatost či vlastnosti jako odolnost proti otěru nebo adheznímu poškození. Návod na dosažení vynikající odolnosti vůči různým druhům opotřebení – hřbetu, ve tvaru žlábku nebo vzniku nárůstku na břitu – adheze k substrátu a delší životnosti spočívá v mikroskopických detailech, které hrají roli při návrhu povlakové vrstvy.

Římská štítová hradba
U konvenčního povlaku z oxidu hlinitého je směr růstu krystalů náhodný, jak je patrné z obrázku 1a. Pokud však lze jejich růst v povlakové vrstvě řídit a zajistit, aby všechny krystaly byly orientovány ve stejném směru, jak je na obrázku 1b znázorněno žlutě, dosáhne se tím vynikající odolnosti proti opotřebení.

Abychom vám pomohli lépe pochopit, v čem spočívá síla jednotně orientovaných krystalů, podívejme se na příklad z římské historie. Starověké římské legie v obklíčení často využívaly štítovou hradbu — formaci zvanou želva. V této formaci byly všechny štíty vyrovnány a neprodyšně přitisknuty tak, aby mezi nimi nebyly žádné zranitelné mezery. Štítová hradba Římanům pomáhala odolat napadení protivníkem při postupu.

Jednosměrné vyrovnání krystalů v povlakové vrstvě funguje podobným způsobem – těsně uspořádané, jednotně orientované krystaly fungují jako štít a zajišťují zvýšenou odolnost proti účinkům náročných podmínek působících v oblasti řezu.

Jednotně orientované krystaly
Odborníci společnosti Sandvik Coromant specializovaní na výzkum a vývoj našli způsob, jak v povlaku z oxidu hlinitého řídit růst krystalů tak, aby se všechny krystaly vyrovnaly stejným směrem a svou nejodolnější částí směrem k vnějšímu povrchu. Tato patentovaná technologie, známá jako povlak Inveio®, je převratným technologickým objevem, díky němuž se břitové destičky posunuly na novou úroveň odolnosti proti opotřebení a životnosti.

Těsně uspořádané pakety jednosměrně orientovaných krystalů tvoří pevnou a odolnou bariéru, sloužící jako ochrana proti podmínkám působícím v místě řezu a třískám. To nástrojovým třídám využívajícím technologii Inveio® pomáhá výrazně zvýšit odolnost proti opotřebení ve tvaru žlábku a opotřebení hřbetu. Dalším příznivým účinkem je rychlejší odvádění tepla z místa řezu, což umožňuje, aby si řezné hrany uchovaly svůj tvar i při delších časech v řezu. Získáte tak po všech stránkách předvídatelný nástroj s dlouhou životností.

Zavedení technologie Inveio® druhé generace — využívané u nejnovějších nástrojových tříd pro soustružení ocelí GC4415 a GC4425 značky Sandvik Coromant — přineslo další rozšíření výhod povlaku s usměrněnou krystalografickou orientací. Ještě jednotnější krystalografická orientace přispívá k dalšímu zvýšení konzistence výkonnosti a výrazně vyšší odolnosti proti otěru.

Operace s přerušovaným řezem
Nyní, když jsme rozebrali první dvě hlediska pro výběr třídy břitové destičky, konkrétně substrát a povlak, ještě se krátce podíváme na třetí: funkci a výkonnost při provádění operací s přerušovaným řezem. Jedná se o důležitý požadavek, protože nám pomáhá předejít veškerým náhlým poškozením břitové destičky.

Hledejte břitové destičky, u nichž je prováděna následná úprava – proces, při kterém je povlak břitové destičky otryskáván velmi jemnými, ostrými keramickými částicemi. Představte si je jako kladívka, která dopadají na povlak a tím jej zpevňují a zvyšují jeho odolnost. Břitové destičky, které prošly důkladnou následnou úpravou, spolehlivě fungují i při přerušovaných řezech.

Nové nástrojové třídy GC4415 a GC4425
Společnost Sandvik Coromant nedávno uvedla na trh dvě nové třídy břitových destiček pro soustružení ocelí ISO P. Třídy GC4415 a GC4425 jsou ideální pro výrobce zabývající se hromadnou nebo sériovou výrobou.

Obě tyto nástrojové třídy, v jejichž nitru se nachází nový substrát, jehož odolnost zvyšuje technologie Inveio®, nabízejí spolehlivou funkci a výkonnost a vynikající odolnost proti opotřebení. Kromě toho bylo prokázáno, že u obou tříd břitových destiček zlepšuje nová následná úprava jejich funkci a výkonnost při provádění operací s přerušovanými řezy, brání všem typům náhlého poškození a umožňuje jim zvýšení produktivity v široké oblasti použití.

Díky těmto třídám mohli zákazníci přejít na vyšší řezné rychlosti (Vc) a násobně vyšší rychlosti posuvu (Fn). V jednom z případů zkusil výrobce působící v oblasti všeobecného strojírenství použít pro hrubovací obrábění vnějších ploch obrobku z oceli 4140 v tepelně zpracovaném stavu břitové destičky ve třídě GC4425 s využitím obrábění ve všech směrech. Ve srovnání s tím, když pro stejný proces používal konkurenční ISO břitové destičky, se zákazníkovi podařilo dosáhnout zvýšení produktivity o 100 % a současně zkrácení času cyklu o 50 % a snížení nákladů o 30 %.

Obrábění ocelí ISO P není jednoduché. Vezmete-li při výběru nástrojové třídy v úvahu různá hlediska, jako houževnatost substrátu nebo pokrokové technologické novinky v oblasti materiálového inženýrství a nástrojových technologií, můžete dosáhnout obrovských rozdílů v efektivitě soustružení ocelí a celkové produktivitě vašeho strojírenského závodu.

Společnost Sandvik Coromant uvedla na trh dvě nové třídy břitových destiček GC4415 a GC4425 určené pro soustružení ocelí ISO P.

Všechny typy karbidových nástrojových tříd mají jádro neboli substrát ze slinutých karbidů, které určuje jejich pevnost a houževnatost.

Sandvik Coromant

Společnost Sandvik Coromant, která je součástí globální průmyslové strojírenské skupiny Sandvik, zaujímá vedoucí postavení v oblasti výroby nástrojů a nabídky odborných znalostí a řešení pro obrábění kovů, jimiž se řídí průmyslové standardy a inovace požadované kovozpracujícím průmyslem nyní i pro další průmyslovou epochu. Podpora vzdělávání, rozsáhlé investice do výzkumu a vývoje i silné partnerství se zákazníky jsou zárukou rozvoje technologií obrábění, které přinášejí změny, udávají směr a určují budoucnost průmyslové výroby. Celosvětově společnost Sandvik Coromant vlastní více než 3 100 patentů, zaměstnává přes 7 900 zaměstnanců a své zastoupení má ve 150 zemích.

Podrobnější informace naleznete na www.sandvik.coromant.com