23 października 2021

 
Coraz większe zapotrzebowanie na wysokiej jakości wyroby, często o złożonej konstrukcji lub nietypowych kształtach, wymusza na producentach stosowanie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych oraz precyzyjnych, wydajnych i opłacalnych sposobów ich obróbki. W odniesieniu do nadal powszechnie stosowanej obróbki skrawaniem wiąże się to z intensywnym rozwojem obrabiarek sterowanych numerycznie oraz narzędzi, a zwłaszcza materiałów narzędziowych (w tym nanoszonych na ostrza powłok przeciwzużyciowych).

Kazimierz Czechowski, Jerzy Stós, Iwona Wronska

Wostatnich kilkunastu latach, w ośrodkach naukowych i badawczo-rozwojowych prowadzonych było wiele projektów z tego zakresu, w szczególności w dziedzinie inżynierii materiałowej, które przełożyły się na konkretne zastosowania praktyczne. Szereg firm narzędziowych, takich jak np. Sandvik Coromant, Seco Tools, WNT, Mitsubishi, Sumitomo, Iscar, YG-1 itd., wprowadziło na rynek wiele bardzo nowoczesnych rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych, dotyczących narzędzi do obróbki wiórowej. Pozwoliło to efektywnie zastosować w przemyśle obróbkę wiórową z dużymi prędkościami skrawania – HSC (High Speed Cutting), która charakteryzuje się takimi zaletami, jak np.: dużą wydajnością ubytkową, lepszą jakością uzyskiwanej powierzchni, mniejszymi siłami skrawania, korzystnym rozpraszaniem energii cieplnej i stabilnością procesu obróbkowego. Jednocześnie rozwijana była obróbka wiórowa z dużą wydajnością - HPC (High Performance Cutting), w której nacisk kładzie się zarówno na zwiększenie prędkości skrawania, jak i na równoczesne zwiększenie prędkości posuwu lub prędkości wnikania narzędzia w materiał.
Tendencje w tym zakresie są następujące:

  • rozwijanie obróbki wiórowej materiałów w stanie twardym (HC – Hard Cutting), która jest alternatywą do szlifowania i pozwala wyeliminować niekorzystne efekty hartowania półfabrykatów o złożonych kształtach (np. form, matryc itp.); w wielu przypadkach może zastąpić także obróbkę elektroerozyjną, co wiąże się z korzyściami ekonomicznymi i ekologicznymi,
  • upowszechnianie obróbki wiórowej na sucho (Dry machining) lub z minimalną ilością cieczy obróbkowej (MQL – Minimum Quantity Lubrication), która pozwala zmniejszyć koszty eksploatacyjne i polepszyć ochronę środowiska, a przy tym wyeliminować wióry z obiegu cieczy obróbkowej, jak i uszkodzenia produktów przez wilgoć i korozję oraz w wyniku tzw. szoku termicznego.

Obróbka wiórowa z dużymi prędkościami skrawania wiąże się ze wzrostem wymagań odnoszących się do:

  • materiału narzędziowego, który powinien zapewniać bardzo dużą odporność na ścieranie i twardość w podwyższonych temperaturach, oraz dużą wytrzymałość w warunkach zmiennych obciążeń i stabilność krawędzi skrawających; dodatkowo stosowane są powłoki osadzane metodą chemiczną (CVD – Chemical Vapour Deposition) oraz fizyczną (PVD – Physical Vapour Deposition), poprawiające właściwości użytkowe ostrzy narzędzia,
  • konstrukcji narzędzia, która uwzględniać musi nie tylko siły skrawania powstające w wyniku oddzielania wióra, ale także siły odśrodkowe, oraz zapewniać właściwe mocowanie narzędzia do wrzeciona,
  • obrabiarki i jej sterowania (stosowanie np. szybkoobrotowego elektrowrzeciona, układów napędu posuwowego z silnikami liniowymi, sztywnego korpusu obrabiarki, wieloosiowego sterowania CNC -  Computer Numerical Control,
  • zagadnień diagnostyki stanu narzędzia i dokładności wykonania wyrobów, związanych z wykrywaniem i eliminacją niekorzystnych zjawisk, z pełniejszym wykorzystaniem obrabiarki i coraz większą automatyzacją produkcji.

Wymaganiom, jakie w szybkościowej obróbce skrawaniem muszą spełniać materiały narzędziowe, odpowiadają m.in.: węgliki spiekane, cermetale, ceramika, diament i azotek boru; oznaczenia tych grup materiałów przedstawiono w tablicy 1.

Tab. 1 Oznaczenia materiałów twardych na narzędzia
skrawające wg ISO 513:2004

Oznaczenie   Grupa materiałów
Węgliki
HW    Węgliki niepowlekane, głównie WC, o wielkości ziarna od 1 µm wzwyż
HF    Węgliki niepowlekane, głównie WC, o wielkości ziarna poniżej 1 µm
HT    Węgliki niepowlekane, głównie TiC lub TiN lub obydwa (tzw. cermetale)
HC    Węgliki z naniesioną powłoką
Ceramika
CA    Ceramika zawierająca głównie Al2O3
CM    Ceramika mieszana, głównie Al2O3 oraz składniki inne niż tlenki
CN    Ceramika azotkowa zawierająca głównie Si3N4
CR    Ceramika zawierająca głównie Al2O3 wzmocniona
CC    Ceramika z naniesioną powłoką
Diament
DP    Diament polikrystaliczny
DM    Diament monolityczny
Azotek boru
BL    Regularny azotek boru o niskiej zawartości cBN
BH    Regularny azotek boru o wysokiej zawartości cBN
BC    Regularny azotek boru z naniesioną powłoką



cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (33) czerwiec 2010