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
