V modernom kovoobrábacom priemysle sa karbid volfrámu stal najbežnejšie používaným rezným materiálom. Vďaka výrazne vyššej tvrdosti, odolnosti proti oderu a tepelnej pevnosti v porovnaní s tradičnou rýchloreznou oceľou (HSS) umožňuje karbid podstatne vyššie rezné rýchlosti, čo vedie k zvýšeniu rýchlosti úberu materiálu (MRR) a zvýšenej produktivite.
Pokroky v technológii povlakovania, pri ktorej sa nanáša tenká vrstva povlakového materiálu s mikrotvrdosťou presahujúcou tvrdosť karbidu volfrámu, zmenili prirodzený vzťah medzi tvrdosťou a húževnatosťou rezných materiálov. Po povlakovaní vykazuje karbid volfrámu vyššiu odolnosť proti opotrebovaniu ako nepovlakovaný karbid s rovnakou húževnatosťou. Toto zlepšenie ďalej prispelo k zvýšeniu produktivity. V súčasnosti väčšina karbidových nástrojov, či už monolitných alebo s vymeniteľnými doštičkami, používa povlakovaný karbid volfrámu ako primárny materiál reznej hrany.
V posledných rokoch však kovoobrábací priemysel čelí novému problému: výrazne rastúcim cenám materiálov obsahujúcich volfrám. Pre tento nárast existuje množstvo dôvodov, ktoré sú často vzájomne prepojené, pričom väčšina z nich súvisí s ekonomickými a politickými faktormi. Napríklad Čína je hlavným dodávateľom volfrámu a predstavuje približne 80 % svetovej produkcie. V dôsledku toho majú akékoľvek zmeny v čínskej exportnej politike alebo v predpisoch o nerastných zdrojoch priamy vplyv na zvyšovanie cien. Okrem toho je po volfráme výrazne vyšší dopyt z iných priemyselných odvetví, najmä z elektroniky, ako aj z leteckého a kozmického priemyslu a obrany. Súčasná geopolitická situácia a logistické narušenia ovplyvňujúce dodávateľský reťazec ďalej prispievajú k rastúcim cenám.
Nákladová efektívnosť a dosiahnutie optimálnej hodnoty
Toto zvýšenie cien pochopiteľne ovplyvňuje investície do nástrojov a vedie k vyššiemu podielu výdavkov na rezné nástroje v rámci celkových výdavkov na obrábanie. Za týchto podmienok výrobcovia prirodzene hľadajú spôsoby, ako znížiť výdavky súvisiace s nástrojmi, pričom častejšie zvažujú alternatívne prístupy k obrábaniu. Zároveň je dôležité mať na pamäti, že rezné nástroje, napriek ich relatívne malému podielu na celkových nákladoch na obrábanie, môžu byť účinným prostriedkom na zvýšenie produktivity, a tým aj na zníženie skutočných výrobných nákladov. Novou výzvou pre výrobcov rezných nástrojov je preto poskytovať nákladovo efektívne riešenia, ktoré riešia ťažkosti spôsobené prudkým nárastom cien volfrámu na svetovom trhu. V konečnom dôsledku je kľúčová nákladová efektívnosť a dosiahnutie optimálnej hodnoty.
Za takýchto okolností kladie kovoobrábací priemysel väčší dôraz na cenovú dostupnosť rezných nástrojov a hľadá spôsoby, ako zvýšiť ich hodnotu. Na jednej strane si to logicky vyžaduje prijatie pokročilých technológií, revíziu existujúcich procesov, zavedenie efektívnejších stratégií obrábania a zlepšenie riadenia nástrojov vo výrobe. Na druhej strane sa priemysel spolieha na výrobcov rezných nástrojov, aby im poskytli podporu, najmä pokiaľ ide o to, ako budú riešiť rastúce ceny volfrámu.
Čo teda majú výrobcovia nástrojov vo svojom arzenáli, aby čelili tejto výzve? Existuje niekoľko možných riešení.
Alternatívne rezné materiály
Jedným z prístupov je rozšírené používanie alternatívnych tvrdých rezných materiálov, ako sú cermety a keramika. Tieto materiály nepochybne ponúkajú oproti karbidu volfrámu významné výhody, vyznačujú sa vyššou tvrdosťou a väčšou tepelnou odolnosťou. Ich použitie je však obmedzené niekoľkými faktormi: sú krehkejšie, menej húževnaté a citlivejšie na nestabilné podmienky obrábania.
Extra tvrdé materiály, ako je kubický nitrid bóru (CBN) a polykryštalický diamant (PCD), poskytujú vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu, ale sú veľmi drahé. Navyše v porovnaní s karbidom volfrámu nie je ich rozsah použitia taký široký: CBN sa používa hlavne na obrábanie tvrdých ocelí, liatiny a vysokoteplotných superzliatin (HTSA), zatiaľ čo PCD je účinný predovšetkým na rezanie neželezných materiálov, ako je hliník, zliatiny medi a kompozity.
Pokročilé povlaky
Druhou stratégiou je vývoj ochranných povlakov odolných voči opotrebovaniu. Inovácie v tejto oblasti umožnili novo navrhnutým povlakovaným sortám karbidu dosiahnuť dlhšiu životnosť nástrojov. Okrem toho najmodernejšie povlaky dokážu udržať rovnakú životnosť nástrojov aj v sortách so zníženým obsahom karbidu volfrámu. Aplikácia najnovších technológií povlakovania si však vyžaduje špecializované zariadenia a procesy, čo vedie k dodatočným výrobným nákladom, ktoré môžu následne ovplyvniť konečnú cenu nástrojov.
Optimalizovaná konštrukcia nástroja
Ďalším riešením na riešenie tejto výzvy je optimalizácia konštrukcie nástroja. Jedna z možností sú združené viacstupňové nástroje s vymeniteľnými reznými doštičkami z karbidu volfrámu ktoré umožňujú racionálnejšie využitie karbidu a zvyšuje flexibilitu aj účinnosť. Podobne, tvarové rezné doštičky, ktoré maximalizujú počet rezných hrán, pomáhajú predĺžiť životnosť nástroja a spotrebu materiálu. V praxi sa rezné doštičky často používajú pri oveľa menších hĺbkach rezu, ako umožňuje ich maximálna kapacita. Okrem toho moderné metódy výroby obrobkov, ako je presné odlievanie, kovanie a vstrekovanie plastov, umožňujú vyrábať obrobky, ktoré sa presne zhodujú s profilom konečného dielu. To znižuje množstvo materiálu, ktorý je potrebné počas obrábania odstrániť. V dôsledku toho sú nástroje osadené menšími reznými doštičkami čoraz viac žiadané. Miniaturizácia veľkosti rezných doštičiek predstavuje cennú príležitosť na úsporu karbidu. A samozrejme, neustály vývoj optimalizovaných geometrií rezania a tvorby triesok neustále zlepšuje účinnosť obrábania, zvyšuje životnosť nástroja a tým znižuje spotrebu volfrámu.
Inovácie ISCAR
V oblasti inovácií hovorí program, ponúkaný spoločnosťou ISCAR, jedným z popredných výrobcov nástrojov, sám za seba a je obzvlášť zaujímavý.
ISCAR MULTI-MASTER je rada modulárnych nástrojov s vymeniteľnými karbidovými hlavičkami (obr. 1), ktorá je na trhu od začiatku storočia. Poskytuje vynikajúci príklad nákladovej efektívnosti a všestrannosti. Koncept rodiny, kde jedno telo nástroja (v terminológii MULTI-MASTER označované ako stopka) môže pojať rôzne hlavy a každá hlava je kompatibilná s viacerými stopkami, nielen šetrí karbid volfrámu, ale umožňuje aj optimalizované konfigurácie nástrojov prispôsobené špecifickým obrábacím operáciám. Tento systém zjednodušuje prispôsobenie, znižuje potrebu špeciálnych nástrojov a minimalizuje požiadavky na skladové zásoby nástrojov.
Obr. 1
Pri vŕtaní otvorov využíva rada vrtákov SUMOCHAM a jej deriváty podobný konštrukčný princíp: zostavený nástroj s vymeniteľnou reznou hlavičkou z karbidu volfrámu. Vŕtaciu hlavičku je možné namontovať na stopky s rôznym vyložením, čo zabezpečuje najvhodnejší výber nástroja podľa požadovanej hĺbky vŕtania. Použitie vymeniteľných hlavičiek znižuje nároky na veľký inventár vrtákov.
Ďalší vývoj rodiny vrtákov SUMOCHAM viedol k uplatneniu tohto princípu aj pri zahlbovaní.
Oba produktové rady, MULTI-MASTER a SUMOCHAM, sa vyznačujú extrémne pevným upnutím hlavičky, ktoré približuje dynamické správanie zostavy k správaniu monolitného nástroja alebo ho dokonca vyrovnáva. Okrem toho tieto produkty riešia bežný problém v obrábacích operáciách: časovo náročný proces výmeny opotrebovaných nástrojov. V týchto skupinách nástrojov je potrebná výmena iba hlavičky, čo je možné vykonať rýchlo a bez dodatočných nastavovacích postupov. Takáto konštrukčná koncepcia BEZ NASTAVOVACIEHO ČASU umožňuje výmenu hlavičky bez nutnosti vyberania nástroja z vretena stroja, čo výrazne skracuje prestoje stroja a poskytuje pridanú hodnotu.
Aplikáciou konceptu vymeniteľných konštrukcií na miniatúrne nástroje, ako aj na nástroje určené na obrábanie s malými hĺbkami rezu, spoločnosť ISCAR vyvinula širokú škálu produktov, najmä v rámci svojej frézovacej rady.
Obr. 2
Portfólio spoločnosti zahŕňa rady ako MICRO-3-FEED (obr. 2) pre efektívne frézovanie s vysokým posuvom (HFM) a nedávne prírastky do populárnych rád HELITANG a HELI-3-MILL, ktoré okrem iného zahŕňajú frézy s mini doštičkami pre frézovanie do rohu. Je pozoruhodné, že mnohé z týchto fréz s malým priemerom sú navrhnuté ako hlavičky pre frézy na čelné frézy, čo umožňuje ich montáž na stopky MULTI-MASTER. To výrazne rozširuje rozsah použitia oboch typov produktov. Okrem toho sú niektoré hlavice vybavené závitovým pripojením na upnutie pomocou multifunkčného modulárneho systému FLEXFIT od spoločnosti ISCAR, čo ponúka vyššiu hodnotu.
Sústružnícka rada nástrojov LOGIQ-4-TURN bola rozšírená o nástroje s menšou doštičkou (06) (obr. 3).
Táto obojstranná doštička nielen efektívne využíva karbid volfrámu vďaka štyrom vymeniteľným rezným hranám, ale je vhodná aj na upnutie skrutkou alebo pákou v závislosti od konštrukcie nástroja. Takéto inteligentné a cenovo výhodné riešenie je obzvlášť výhodné pre sústružnícke operácie vyrábajúce miniatúrne diely na strojoch švajčiarskeho typu a kompaktných sústruhoch.
Obr. 3
Pre aplikácie sústruženia ISO, ktoré vyžadujú rezy výrazne plytšie ako je maximálna hĺbka rezu štandardizovaných ISO doštičiek, spoločnosť ISCAR vyvinula rodinu nástrojov FLASH-TURN s menšími doštičkami. Táto primárna možnosť na zníženie nákladov na nástroje pri sústružení ISO je navrhnutá tak, aby maximalizovala využitie hrany a znížila náklady na diel pri zachovaní výkonu.
Obr. 4
V segmente upichovania a zapichovania vykazujú produkty DO-GRIP s tenkými, obojstrannými doštičkami (obr. 4) značný potenciál. Úzke doštičky ponúkajú dve vymeniteľné rezné hrany a umožňujú presné rezy s malou šírkou od 0,8 do 1,2 mm.
Tieto vlastnosti šetriace materiál zabezpečujú ekonomické využitie karbidu volfrámu aj materiálu obrobku, najmä pri upichovaní/zapichovaní rúrok alebo tenkostenných komponentov.
Viachranná konštrukcia rezných doštičiek ponúka značnú nákladovú efektívnosť. Ako osvedčená „klasická“ stratégia pre maximalizáciu využitia rezného materiálu, konštruktéri nástrojov prijímajú tento prístup vždy, keď je to možné. Medzi najnovšími inováciami spoločnosti ISCAR je obzvlášť pozoruhodný nedávny prírastok do rodiny PENTACUT – rad upichovacích a zapichovacích nástrojov s hviezdicovými doštičkami. Novinka obsahuje mini doštičky s priemerom vpísanej kružnice 17 mm a šírkou rezu od 1,5 do 2,5 mm. Produkty mini PENTA prinášajú jasné výhody úspory nákladov: päť rezných hrán a schopnosť vytvárať úzke rezy, čo minimalizuje odpad materiálu pri upichovaní obrobkov s malým priemerom a zapichovaní, najmä pri aplikáciách pri osadení.
Multifunkčné nástroje umožňujú vykonávať rôzne obrábacie operácie s jedným nástrojom. Takéto riešenia „všetko v jednom“ sú významným prostriedkom na zníženie nákladov na odoberanie kovu a zvýšenie ziskovosti. Vymeniteľné nástroje QUICK-D-MILL, ktoré kombinujú možnosti frézovania a vŕtania, dokonale demonštrujú účinnosť multifunkčného dizajnu. Dvojzubé, pravotočivé frézy vybavené dvoma obdĺžnikovými vymeniteľnými karbidovými doštičkami tvoria jadro konceptu QUICK-D-MILL (obr. 5).
Obr. 5
Každá doštička má štyri rezné hrany a možno ju použiť na centrálne aj obvodové rezanie, čím sa optimalizuje využitie, znižuje frekvencia výmen a znižujú náklady. Počas vŕtania pracuje fréza s jedným účinným zubom, zatiaľ čo frézovanie sa vykonáva s dvoma účinnými zubami, čo ponúka významnú funkčnú výhodu. Nové konštrukcie fréz sú dostupné v priemeroch od 16 do 32 mm, vďaka čomu sú silnými a cenovo výhodnými konkurentmi monolitných karbidových nástrojov. Pre väčšiu všestrannosť je k dispozícii aj konfigurácia hlavy MULTI-MASTER s presným vnútorným prívodom vysokotlakového chladiaceho média (HPC).
Rastúce ceny volfrámu predstavujú výzvu pre kovospracujúci priemysel a nútia výrobcov hľadať nákladovo efektívnejšie riešenia rezania pri zachovaní produktivity. Inovatívne prístupy, ako napríklad tie, ktoré ponúka spoločnosť ISCAR, sa čoraz viac zameriavajú na maximalizáciu výstupu a znižovanie nákladov na nástroje v reakcii na tieto požiadavky.
Text a foto: ISCAR
