05. května 2021 16:43

Příprava na další neočekávanou událost s extrémními dopady na společnost

~ Jak pokročilejší soustružení ocelí může výrobcům pomoci vyrovnat se s čímkoli,
co na ně v budoucnosti čeká ~

Soustružení kovů je exaktní věda, kde jsou k dosažení co nejlepších výsledků u jednotlivých materiálů nutné jemné variace obráběcího procesu. Žijeme však v době, která není ani trochu exaktní, a analytici předpovídají, že průmysl se musí připravit na nepředvídatelnost trhu – neboli „nový standard“ – formovaný probíhající pandemií COVID-19. Rolf Olofsson, produktový manažer ze společnosti Sandvik Coromant, objasňuje, jak by se měl proces soustružení lišit v závislosti na obráběném materiálu a jak to může výrobcům pomoci plně se adaptovat na nejisté časy, které nás čekají. 

Inzerce

Je třeba jasně říci, že nástup COVID-19 je pro průmysl událostí označovanou jako „černá labuť“ – což je termín používaný pro neočekávanou událost s extrémními dopady na společnost a zcela měnící směr, jímž jsme se všichni až doposud ubírali.

Výrobci by se v éře nového standardu mohli ocitnout před dvěma scénáři. Někteří výrobci mají před sebou scénář vysoké poptávky a řada důležitých průmyslových odvětví, jako jsou potravinářský a farmaceutický průmysl, během omezení volného pohybu zrychlily tempo růstu. V takových případech jsou zapotřebí nástrojová řešení schopná pomoci zvýšit rychlost úběru kovu, zkrátit časy cyklů a podpořit rychlé přechody mezi jednotlivými výrobními dávkami.

Jiní výrobci jsou postaveni před scénář nízké poptávky. Ti požadují nástroje schopné vyrobit větší počet kusů na břit a současně zajistit bezpečnost obráběcího procesu, omezit prostoje ve výrobě a umožnit zahájení bezobslužné výroby. Například v některých oblastech hromadné výroby došlo k jejímu téměř úplnému zastavení.

V obou případech platí, že klíčovým faktorem ziskové výroby při soustružení ocelí je kombinace nejvhodnějšího nástrojového vybavení, od vřetena stroje až po špičku nástroje,​ a znalostí jeho správného použití.

Výrobci musí také tyto cíle udržovat dlouhodobě, jelikož si nemůžeme být jisti, jak se bude scénář tohoto případu černé labutě dále vyvíjet. Ve své nedávné zprávě COVID-19 – stručný přehled předkládá analytik společnosti McKinsey & Company výrobcům aktuální klima jako „blízký standard“, kde mohou výrobci očekávat nepředvídatelné a trvalé posuny v zákaznické poptávce.

V této zprávě se uvádí, že mají-li se výrobci vydat ekonomicky a sociálně životaschopnou cestou, bude nutná pružnost a přizpůsobivost. Společnost Pricewaterhouse Coopers (PwC) pak ve své zprávě COVID-19 – co znamená pro průmyslovou výrobu výrobním společnostem doporučuje, aby expandovaly do nových průmyslových odvětví — a využívaly výhody, které jim nabízejí nové příjmové toky — ať už proto, že jsou k tomu nuceny zanikajícími trhy, nebo proto, že jednoduše zaregistrují příležitosti.

Podstatné je, že výrobci a výrobní závody budou muset být dostatečně flexibilní, aby se vyrovnali nejen s pokračujícími dopady globální pandemie, ale také s příštím případem černé labutě.

 Flexibilita výroby

Co ale flexibilita znamená pro výrobce zabývající se sériovou výrobou? Zahrnuje řadu faktorů, včetně rychlejších přechodů mezi výrobními dávkami, optimalizovaného nebo redukovaného stavu skladových zásob a minimalizace časových ztrát spojených s výměnami opotřebených břitových destiček.

Zásadní význam pro dosažení této flexibility bude mít výběr řešení pro soustružení oceli – včetně nástrojových břitových destiček – která zákazníkům umožní posun na novou úroveň efektivity výroby. V současné době si většina z nich uvědomuje, jak významná je volba nástrojové třídy břitových destiček. Mnoho lidí si však neuvědomuje, že zvýšení výkonnosti, snížení nákladů a zajištění vyššího stupně bezpečnosti obráběcího procesu lze dosáhnout posouzením celé nástrojové koncepce — všeho, počínaje třídou břitových destiček, až po nástrojový držák a způsob upnutí.

To však musí platit i pro obrábění problematických druhů materiálů, v souvislosti s nímž zákazníci společnosti Sandvik Coromant žádají o rady. K nim patří podskupiny materiálové kategorie ISO P, zahrnující nelegované oceli a nízkolegované oceli, u nichž je použití tříd GC4415 a GC4425 obzvláště relevantní. Zásadní význam pro dosažení optimálních výsledků má pochopení rozdílu mezi jednotlivými materiály.

Obecně platí, že každý výrobce chce dosáhnout alespoň tří z následujících cílů: zvýšení rychlosti úběru kovu, většího počtu kusů na řeznou hranu, zkrácení času cyklu, minimalizace ztrát a optimalizovaného využití skladových zásob. Pro výrobce to rovněž znamená, že s využitím stejné nástrojové třídy musí být schopni opracovat nejrůznější ocelové součásti spadající do stejné materiálové skupiny.

I když cíle jsou jasné, obrábění kovů spadajících do skupiny ISO P snadné není. Kovy skupiny ISO P vykazují obsáhlý soubor vlastností, přičemž u jednotlivých materiálů může být velice obtížně umět si s nimi poradit. Naproti tomu při obrábění žárovzdorných slitin (HRSA), které náleží do skupiny S, se s velkou pravděpodobností setkáme s nízkou tepelnou vodivostí, což má za následek koncentraci tepla v oblasti řezu, která může vést až k deformaci obráběcího nástroje. Poradit si s touto jedinou vlastností lze relativně snadno, ale v případě mnoha různých vlastnosti, jako u materiálů skupiny ISO P, to může být mnohem náročnější.

Co když ale například jeden materiál kombinuje adhezní vlastnosti nízkolegovaných ocelí s nestandardní tepelnou vodivostí, jak ve své publikaci Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrete and Steel Buildings popisuje materiálová specialistka Therese McAllister? Jeden nástroj nemá vždy schopnost čelit kombinaci obou těchto vlastností, aniž by docházelo k jeho nadměrnému opotřebení.

Hlavním problémem je, že obrábění kovů není totéž jako řezání materiálu s nízkou pevností – obráběcí nástroj materiál nerozřezává na dvě části, ale spíše na něj působí tlakem, dokud se materiál neoddělí ve formě třísek. Během tohoto procesu dochází ke tření a vzniku obrovského množství tepla, jakož i k chemickým reakcím, což může iniciovat difuzi a opotřebení ve tvaru žlábku. Škodlivý může být i samotný tlak.

A tak i když většina našich zákazníků chce dosáhnout alespoň tří z těchto pěti cílů, pouhé zvýšení rychlosti obrábění použitím agresivních řezných parametrů k dosažení všech těchto cílů nevede. Stačí se zeptat výrobních závodů zabývajících se výrobou velmi přesných součástí pro oblast leteckého průmyslu a výroby ložisek, nebo výrobců snažících se dosáhnout svých cílů v oblasti snižování spotřeby energie a emisí uhlíku.

Abych parafrázoval List Korintským, říká se, že všichni nemohou mít všechno, stále se však ocitáme v situaci, kdy cesta k dalšímu případu černé labutě je otázkou flexibility.

Rentabilní, flexibilní soustružení ocelí

Společnost Sandvik Coromant věnovala řešení těchto problémů obrovské množství výzkumného a vývojového úsilí. Jeho výsledkem je dvojice nových karbidových tříd pro soustružení materiálů ISO P, které společnost uvádí na trh pod označením GC4415 a GC4425.

Práce, kterou jsme v souvislosti s tím ve společnosti Sandvik Coromant odvedli, měla do značné míry spojitost s druhou generací naší technologie Inveio^®. První generace technologie Inveio představuje převratný technologický objev, jehož využití umožnilo dosažení usměrněné krystalografické orientace v povlakové vrstvě z oxidu hlinitého, díky čemuž se životnost břitových destiček a jejich odolnost proti otěru posunula na zcela novou úroveň.

U naší technologie druhé generace jsme orientaci krystalů podstatně vylepšili, což přineslo zvýšení odolnosti proti otěru a konzistentnější kvalitu a výkonnost. Tyto vlastnosti také zlepšují odolnost proti působení tepla a houževnatost, rozšiřují oblast použití a výrobním závodům a výrobcům umožňují řešit problémy se soustružením materiálů ISO P a zároveň naplnit těchto pět stanovených základních cílů. Nabízí také úroveň flexibility, jaká nemá konkurenci napříč celým odvětvím – jedná se o nástroj pro hromadnou i sériovou výrobu.

Tak jako u běžných strojírenských aplikací i v tomto případě očekáváme, že dosažený pokrok bude přínosný také pro automobilový průmysl, výrobu energetických zařízení, letecký průmysl, výrobu ložisek a výrobu zařízení pro ropný a plynárenský průmysl. V případě druhé generace již od počátku spolupracujeme s některými našimi partnery, kteří naše nové karbidové třídy pro soustružení materiálů ISO-P využívají v aplikacích zahrnujících dokončovací až hrubovací operace se spojitými až lehkými přerušovanými řezy při obrábění vnějších i vnitřních ploch.

Jejich zkoušky byly mimo jiné prováděny ve spolupráci se zákazníkem společnosti Sandvik Coromant působícím v oblasti všeobecného strojírenství, který k výrobě přítlačných kladek použil karbidové břitové destičky Sandvik Coromant GC4425. Při návrhu třídy GC4425 byl kladen důraz na zvýšení její odolnosti proti otěru, odolnosti proti účinkům tepla a houževnatosti. Navíc je způsobilá pro práci při vyšších hodnotách řezných parametrů. Břitové destičky byly použity pro obrábění materiálu ISO-P, což je označení používané pro nelegované až vysokolegované třídy ocelových materiálů, jejichž obrábění je problematické a složité a u nichž se průměrná tvrdost dle Brinella obvykle pohybuje okolo 205 HB.

Na obrobku se provádělo spojité podélné soustružení vnějších ploch a polodokončování. Řezná rychlost (vc) byla 200 m/min (656 ft/min), rychlost posuvu (fn) byla 0.4 mm/ot (0.015 inch/ot) a hloubka řezu (ap) byla 4.0 mm (0.15 inch). Životnost konkurenčních břitových destiček, u nichž docházelo k opotřebení v důsledku plastické deformace, byla pouhých 12 kusů. Břitová destička ve třídě GC4425 naproti tomu vydržela pracovat o 50 % déle a její opotřebení probíhalo rovnoměrně a předvídatelně.

Zatím přesně nevíme, jaký bude nový standard po skončení globální pandemie. Víme ale, jaké jsou cíle našich zákazníků, a máme exaktní znalosti problematiky soustružení kovů. Díky kombinací těchto dvou poznatků lze dodat nástroje, které budou v budoucnosti zapotřebí pro podporu ziskového soustružení kovů – s využitím plného potenciálu, který skýtají exaktní znalostí problematiky obrábění kovů, a to i nastane-li případ černé labutě.

www.sandvik.coromant.com