Wpływ ustawienia na proces toczenia stali w Twoim zakładzie
Co łączy strategię wojenną stosowaną przez starożytnych Rzymian i gatunki materiału narzędziowego do toczenia stali z grupy ISO P stworzone przez firmę Sandvik Coromant oraz w jaki sposób gatunki te mogą zwiększyć ogólną wydajność Twojego zakładu? W artykule Rolf Olofsson, Product Manager w firmie Sandvik Coromant, światowego lidera w branży obróbki skrawaniem metalu, wyjaśnia, dlaczego pokrycie i podłoże gatunków płytek węglikowych mogą znacznie zwiększyć wydajność i produktywność obróbki tokarskiej stali.
W branży obróbki metali często uważa się błędnie, że stal jest łatwa w obróbce. Doświadczeni operatorzy obrabiarek wiedzą, że toczenie stali z grupy ISO P bynajmniej nie jest łatwe. Pierwszym z wielu problemów jest rozpiętość materiałów sklasyfikowanych jako ISO P, do których należą stale od ciągliwych niskowęglowych po wysokostopowe.
Po drugie, twardość różnych stali z tej grupy różni się znacznie. Ich zastosowania są różne, za czym idzie zróżnicowanie warunków obróbki w zakładach.
Toczenie stali jest bez wątpienia dużym wyzwaniem, a biorąc pod uwagę wszystkie zmienne, dobór gatunku uwzględniający szeroki zakres właściwości stali z grupy ISO P jest zadaniem jeszcze trudniejszym.
Złota rączka wśród gatunków
Dla każdego gatunku tego typu odporność na wykruszenia ma zasadnicze znaczenie. Nie mniej ważna jest twardość ostrza na tyle duża, by uniknąć deformacji plastycznej na skutek bardzo wysokich temperatur w strefach skrawania.
Ponadto gatunek musi być wyposażony w pokrycie odporne na starcie powierzchni przyłożenia, powstawanie zużycia kraterowego (żłobka na powierzchni natarcia) i narostu. Ważne jest, aby pokrycie przylegało do podłoża; słabo przylegające pokrycie odsłania podłoże, co prowadzi do szybkiego zniszczenia płytki.
Wobec takiej gamy wymagań, kluczowe znaczenie ma zrozumienie struktury gatunku do toczenia stali, aby móc podjąć uzasadnioną decyzję w sprawie doboru gatunku do Twojego zastosowania.
Struktura płytki węglikowe
Wszystkie gatunki węglikowe zawierają rdzeń z węglika spiekanego, określany także mianem podłoża. Podłoże określa udarność i wytrzymałość gatunku. Należy także wiązać go z odpornością na odkształcenie plastyczne.
Podłoże z węglika spiekanego jest zazwyczaj pokryte kilkoma warstwami pokrycia, takimi jak węglikoazotek tytanu (TiCN), tlenek glinu (Al2O3) i azotek tytanu (TiN), które zapewniają płytce odpowiednią udarność krawędzi i odporność na ścieranie. Przepis na doskonałą odporność na różne objawy zużycia: starcie powierzchni przyłożenia, zużycie kraterowe, powstawanie narostu, ale także zapewnienie przywierania do podłoża oraz większą trwałość ostrzy narzędzia wynikają ze szczegółów widocznych pod mikroskopem, które uwzględniono przy projektowaniu płytki.
Rzymska „ściana tarcz"
W tradycyjnych pokryciach z tlenków glinu kierunek wzrostu ziaren jest przypadkowy, co pokazuje Rysunek 1a. Jeśli można stymulować wzrost ziaren w warstwie pokrycia tak, aby były one ustawione w tym samym kierunku, co zaznaczono kolorem żółtym na Rysunku 1b, skutkiem jest doskonała odporność na zużycie.
Aby lepiej zrozumieć znaczenie tekstury krystalograficznej, rozważmy przykład z historii starożytnego Rzymu. Gdy rzymskie legiony przystępowały do oblężenia, często stosowały „ścianę tarcz" – formację zwaną Testudo. Wszystkie tarcze były w niej wyrównane względem siebie i ustawione ciasno jedna przy drugiej, nie pozostawiając żadnych luk podatnych na atak. Ściana utworzona z tarcz sprawiała, że nacierający Rzymianie byli w stanie stawić opór agresji wrogów.
Ustawienie kryształów względem siebie w warstwie pokrycia działa podobnie: gęsto upakowane, zorientowane w jednym kierunku ziarna tworzą tarczę i zapewniają lepszą odporność na trudne warunku panujące w strefie skrawania.
Ziarna uporządkowane w jednym kierunku
Eksperci z działu badawczo-rozwojowego firmy Sandvik Coromant znaleźli sposób, by kontrolować wzrost ziaren w pokryciu z tlenku glinu tak, aby wszystkie ziarna były uporządkowane w ten sam sposób, z najmocniejszą stroną w kierunku powierzchni płytki. Ta opatentowana technologia, znana pod nazwą Inveio®, stanowi techniczny przełom i wznosi płytki na nowy poziom odporności na zużycie i trwałości ostrza narzędzia.
Gęsto obsadzone, uporządkowane w jednym kierunku ziarna tworzą mocną barierę skierowaną na strefę skrawania. W przypadku gatunków z pokryciem Inveio® znacznie zwiększa to odporność na zużycie kraterowe i starcie powierzchni przyłożenia. Innym pożądanym skutkiem jest efektywność odprowadzania ciepła ze strefy skrawania, dzięki czemu ostrze zachowuje doskonałe właściwości nawet przy długotrwałej pracy w materiale. W efekcie uzyskujemy przewidywalne narzędzie o dużej trwałości.
Dzięki wprowadzeniu pokrycia wykonanego w technologii Inveio® drugiej generacji – zastosowanego w stworzonych przez firmę Sandvik Coromant najnowszych gatunkach do toczenia stali GC4415 i GC4425 – wzrosły korzyści płynące z zastosowania pokrycia z jednokierunkowym uporządkowaniem ziaren polikryształu. Ulepszona tekstura umożliwia osiągnięcie jeszcze wyższej powtarzalności rezultatów oraz znacznie zwiększa odporność na zużycie.
Skrawanie przerywane
Po omówieniu dwóch pierwszych czynników ważnych dla doboru gatunku płytki, czyli podłoża i pokrycia, przyjrzyjmy się trzeciemu: zdatności do skrawania przerywanego. Jest to ważny wymóg, gdyż pomaga uniknąć nagłych awarii płytki.
Należy szukać płytek, które zostały poddane obróbce wykończeniowej: proces, w ramach którego pokrycie płytki jest poddawane bombardowaniu bardzo drobnymi, ostrymi cząstkami ceramicznymi. Wyobraź sobie młotek uderzający w pokrycie, aby wzmocnić je i nadać mu większą wytrzymałość. Płytki poddane obróbce wykończeniowej spisują się doskonale podczas skrawania przerywanego.
Nowe gatunki GC4415 i GC4425
Firma Sandvik Coromant wprowadziła niedawno na rynek dwa nowe gatunki do toczenia stali z grupy ISO P. Gatunki GC4415 i GC4425 są idealnym rozwiązaniem dla producentów korzystających z produkcji masowej i seryjnej.
Wyposażone w nowe podłoże wzmocnione przez pokrycie wykonane w technologii Inveio®, dwa nowe gatunki oferują niezawodną wydajność i doskonałą odporność na ścieranie. Ponadto, nowy proces obróbki wykończeniowej gatunków sprzyja zwiększeniu poziomu niezawodności skrawania przerywanego, zapobiegając nagłym wykruszeniom i dając nowym gatunkom przewagę w szerokim zakresie zastosowań.
Dzięki tym gatunkom klientom udało się wdrożyć produkcję z większymi prędkościami skrawania (Vc) i wielokrotnie większym posuwem (Fn). Na przykład jeden z klientów z branży maszynowej poddał przedmiot obrabiany z utwardzanej stali AISI 4140 wielokierunkowej zewnętrznej obróbce zgrubnej za pomocą płytki w gatunku GC4425. W porównaniu z zastosowaną w tym samym procesie płytką zgodną z ISO z oferty konkurencji, klientowi udało się osiągnąć poprawę produktywności o 100%, połączoną ze skróceniem czasu skrawania o 50% i redukcji kosztów o 30%.
Obróbka materiałów z grupy ISO P jest złożonym procesem. Uwzględniając przy doborze gatunku kilka czynników, takich jak udarność podłoża i nowe osiągnięcia technologiczne ma polu materiałoznawstwa i konstrukcji narzędzi, można dokonać ogromnego skoku w dziedzinie wydajności toczenia stali i ogólnej produktywności swojego zakładu.
