Spolupráce dvou českých firem SHM, s.r.o. a NAREX Ždánice, spol. s r.o. s odborníky z Ústavu strojírenské technologie, VUT Brno přinesla nový specializovaný závitník FeniX s unikátním povlakem Tigaan Taps do korozivzdorných ocelí, který obstojí v konkurenci jak na domácím, tak i světovém trhu.
Závitování je nedílnou součásti mnoha strojírenských aplikací, kde slouží ke spojování dílů nebo přenosu pohybu. Pro výrobu vnitřních závitů se často využívají řezací závitníky s broušenými drážkami pro odvod třísek a přívod chladící kapaliny. Do průchozích otvorů se využívají závitníky s přímou drážkou a do neprůchozích otvorů závitníky se šroubovitou drážkou. Geometrie drážky je pro výkon závitníku klíčovým faktorem – hlavně v případě šroubovitých drážek, které odvádí třísky směrem nahoru a mají zeslabené jádro, což má za následek zvýšení rizika ztráty stability nástroje a případného zlomení. O to víc to platí při obrábění houževnatých materiálů, kdy vzniká dlouhá tříska.
Obr. 1: Příklad odvodu třísky šroubovicí nástroje.
Závitníky, které jsou určené pro obrábění specifických materiálů (korozivzdorné nebo pevnostní oceli), se dnes vyrábějí převážně z rychlořezných ocelí, často práškových, jejichž jemná struktura je schopna udržet výkon déle než tradiční oceli. Musí také odolat mnoha mechanismům opotřebení, jako jsou abraze, oxidace, plastická deformace nebo křehký lom. Z důvodu náročnosti aplikace je mnoho nástrojů opatřeno povrchovou úpravou např. PVD (physical vapour deposition) povlaky, které zvyšují výkon a životnost nástroje. Mezi nejběžnější povlaky pro závitování patří nitrid titanu s případnou přítomností dalších prvků jako je uhlík nebo hliník za účelem zvýšené tvrdosti a tepelné stability. Mnoho nejnovějších povlaků obsahuje též závěrečnou měkkou, kluznou vrstvu ve formě WC/C, která zabraňuje nalepování obráběného materiálu a zároveň pomáhá zajetí nástroje.
Impulz spolupráce
Společnost SHM, s.r.o. působí na trhu již přes 30 let a má rozsáhlé zkušenosti v oblasti PVD povlaků pro obráběcí a tvářecí nástroje. I z toho důvodu se na nás obrátili zástupci firmy NAREX Ždánice, spol. s r.o., která patří k předním výrobcům řezacích závitníků v Evropě. Ve vývojovém oddělení této společnosti probíhal vývoj nové kompletní řady závitníků do korozivzdorných ocelí. Byla inovována geometrie nástrojů, v případě šroubovitých drážek byla vyrobena kompletně nová geometrie 45° drážky. V této souvislosti jsme byli požádáni o vytvoření speciálního povlaku pro tuto řadu vysoce výkonných závitníků.
Na rovinu musíme přiznat, že úkol, který se prvně jevil jednoduše, naopak hrozil velkým neúspěchem. Zpočátku totiž testované standardní povlaky z naší nabídky na nově vyvíjených závitnících vůbec neobstály. Docházelo k nelepování, a i následnému zalamování. Po posouzení charakteru opotřebení jsme se rozhodli k dalšímu kolu testů, kde se velmi nadějně projevil povlak TiC/C. Z těchto poznatků jsme usoudili, že bude výhodné přejít k systematickému testování a využít kapacit a přístrojového zázemí na Ústavu strojírenské technologie, VUT Brno.
Cílem bylo nalézt vhodné parametry zkoušky pro otestování různých druhů povlaků, ze kterých bychom vybrali nejlepší kandidáty pro závěrečné testování ve zkušebně firmy NAREX Ždánice.
Průběh řezných zkoušek
Testování probíhalo při obrábění korozivzdorné oceli 1.4301 (ČSN 17 240), která díky své univerzálnosti patří k často využívaným ocelím a zároveň jejíž obrábění představuje výzvu kvůli relativně vysoké houževnatosti. Varianta nastavení zrychleného testu, která byla záměrně ztížena pro úsporu času a nákladů, kombinovala zvýšenou řeznou rychlost 15 m/min s menším průměrem předvrtaného otvoru 5 mm. Ta dosáhla nejlepších výsledků z hlediska sledování rozvoje opotřebení nástroje při řezání závitu M6.
Skrze mikroskop byla přímo měřena fazetka opotřebení na hřbetě, Obr.2, po určitém počtu zhotovených závitů s maximálním počtem 468, což byla hodnota zvolena pro rychlou selekci nově vyvíjených povlaků. Po úspěšném ukončení tohoto zrychleného testu povlak postupoval do „dalšího kola“. Analyzovány byly všechny 3 břity zkoumaných závitníků, orientace břitů byla jednoznačně spojena s číselným označením na stopce závitníku. Každý měřený závit byl zároveň kontrolován kalibrem.
Obr. 2: Zkoumaná oblast řezné části závitníku.
Všechny povlaky až na AlTiN-BN, u kterého došlo přibližně po 100 závitech ke zlomení, dosáhly stanoveného kritéria 468 závitů pro postup do dalšího kola. Přesto byly mezi jednotlivými verzemi vidět rozdíly v opotřebení. V tomto směru nejlépe dopadly TiC/C a AlTiN-AlTiC/C, u kterých opotřebení nepřesáhlo 0,1 mm. U AlTiN-WC/C a AlTiN-XO jsme pozorovali vyštípnutí nebo vyšší otěr, Obr. 3.
Při nasazení finálních dvou verzí ve zkušebně firmy NAREX Ždánice se již projevily odlišnosti ve výkonu. U TiC/C po 1 000 závitech docházelo k zalepování nástroje a hrozilo jeho zlomení, kdežto AlTiN-AlTiC/C překročilo hranici 1 800 závitů bez viditelných potíží. A při opětovném dotestování závitníku s AlTiN-AlTiC/C na univerzitě za již standardních řezných podmínek s řeznou rychlosti 5 m/min a průměrem předvrtaného otvoru 5,1 mm atakoval hranici 6 000 závitů.
Obr. 3: Porovnání opotřebení na jednotlivých verzích povlaků.
Nová řada FeniX s povlakem Tigaan Taps
Obr. 4: Nová produktová řada závitníků do korozivzdorné oceli.
Úspěšného výsledku bylo dosaženo intenzivní spoluprací všech tří partnerů, kteří se podíleli na jednotlivých aspektech vývoje. Firma NAREX Ždánice vyvíjela geometrii nástroje, firma SHM navrhla testované povlaky a kolegové z univerzity zajistili potřebnou podporu při testování nástrojů. Což jen podtrhuje, že pokud znalosti a zkušenosti z průmyslu a akademické obce jsou efektivně využity, vedou ke zdárnému cíli.
Obr. 5: Kalota povlaku Tigaan Taps.
AUTORI: Vjačeslav Sochora, SHM; Jan Zouhar, ÚST VUT v Brně a kolektiv vývoje NAREX Ždánice
FOTO: SHM
