Spolehlivý působ boje s mikrodefekty

Zkoušky prováděné s vylepšeným typem karbidového vrtáku ukázaly nové možnosti pro dosažení kvality díry.

Pro letecké výrobce a společnosti z oblasti všeobecného strojírenství, které se chtějí rozvíjet v oblasti letecké výroby, stojí integrita povrchu děr zcela přirozeně v popředí jejich zájmu.

„Dvakrát měř a jednou řež“ je ve výrobě všeobecně známé úsloví, ale při obrábění obtížně obrobitelných materiálů se to snadněji řekne, než udělá. Proto když přední světový výrobce působící v oblasti leteckého průmyslu hledal způsob, jak eliminovat celou druhou fázi svých vrtacích operací a zároveň zlepšit kvalitu děr v jím vyráběných leteckých součástech, obrátil se na světovou jedničku v oblasti obrábění kovů. James Thorpe, globální produktový manažer ze společnosti Sandvik Coromant, v tomto článku vysvětluje, proč s výrobou kvalitnějších děr nedílně souvisí konstrukční řešení vrtáku.

Výroba děr je nejčastější ze všech obráběcích operací, je ale také nejčastěji považována za samozřejmost. Mnoho strojírenských podniků nevidí sebemenší důvod ke změně nebo modernizaci svého stávajícího nástrojového vybavení pro výrobu děr a již roky používá stejné nástroje a hodnoty řezných parametrů. Jelikož však stále přetrvávají nepředvídatelné vlivy pandemie COVID-19, nadešel čas k celkové změně.

Ve své nedávno zveřejněné zprávě COVID-19 – stručný přehled označuje společnost McKinsey & Company současnou situaci v oboru jako „příští standard“, kde mohou výrobci očekávat nepředvídatelné a trvalé posuny v zákaznické poptávce. Tato zpráva podotýká, že „mají-li se výrobci vydat ekonomicky a sociálně životaschopnou cestou, bude nutná pružnost a přizpůsobivost.“

Většina výrobců například hledá nové dodavatelské základny a produkty. Strojírenské podniky, které se dříve specializovaly na určitou oblast výroby, tudíž uvolňují kapacitu svých CNC soustruhů a frézek pro obrábění širší škály houževnatých a obtížně opracovatelných materiálů. Zároveň musí výrobci hledat nové způsoby, jak zvýšit ziskovost a zkrátit časy cyklů, aniž by při tom došlo ke snížení kvality produktu.

Jinými slovy nadešel čas, aby výrobci přehodnotili, jakým způsobem díry vyrábějí.

Bílá vrstva

Pro výrobce působící v leteckém průmyslu a společnosti z oblasti všeobecného strojírenství, které se chtějí rozvíjet v oblasti letecké výroby, stojí integrita povrchu děr zcela přirozeně v popředí jejich zájmu. Vyšší kvalita děr má zásadní význam z hlediska prevence defektu součástí a je do značné míry určována výrobními procesy používanými pro obrábění nebo dokončování děr.

Aby splňovaly nejpřísnější standardy pro výrobu a kvalitu dílů, nástrojová řešení a geometrie břitů vrtáků se neustále vyvíjejí. Zlepšuje se také použití řezné kapaliny, což se projevuje snížením množství tepla hromadícího se v nástroji. A zkoušky prokázaly, že každý z těchto faktorů může být směrodatný pro tzv. efekt „bílé vrstvy“ na povrchu obráběného materiálu .

Pojem bílá vrstva pochází od předního světového výrobce působícího v leteckém průmyslu, který je rovněž zákazníkem společnosti Sandvik Coromant. Jedná se o tenkou, extrémně jemnozrnnou strukturu, která je v součástech pozorována po vrtání a její vznik je způsobován teplem vytvářeným vrtákem. Nejenom že bílá vrstva může měnit vlastnosti povrchu materiálu, ale zákazníkovými procesy řízení kvality je také považována za nepřípustnou.

U děr vrtaných v leteckých součástech, k nimž patří disky turbín, kompresorová kola, pláště a hřídele, využívá výrobce pro jejich dokončování přesně stanovené procesy. Z toho důvodu se rozhodl navázat partnerskou spolupráci se společností Sandvik Coromant, která měla pomoci zjistit, proč se bílá vrstva tvoří a jak tomu zabránit.

Je důležité zmínit, že zkoušky nebyly motivovány pouze řízením kvality. Na úrovni vyššího managementu se zákazník rozhodl zkrátit celkovou dobu výroby a zvýšit ziskovost odstraněním veškerých sekundárních obráběcích procesů.

Druhé dějství

Sekundární proces přichází na řadu po vytvoření díry karbidovým vrtákem a může zahrnovat vystružování, zahlubování nebo frézování potřebné pro dokončení součásti. S výjimkou obrábění děr s přísnými tolerancemi je sekundární fáze spíše než z důvodu přesnosti rozměrů zařazována především kvůli splnění požadavků na integritu povrchu – omezení problematických jevů, jako je vznik bílé vrstvy.

Z hlediska celkových nákladů je sekundární proces ještě nákladnější než použití nízkých hodnot řezných parametrů, což je další způsob, jak zachovat integritu povrchu. To je důvod, proč chtěl zákazník společnosti Sandvik Coromant tento proces zcela odstranit. Dodavatel nabízející produkt umožňující výrobu díry požadované velikosti bez jakýchkoli sekundárních procesů má silnou obchodní pozici, jelikož je schopen zajistit významné snížení nákladů na vyrobenou součást.

Hledání příčin a možné prevence vzniku bílé vrstvy zahrnovalo čtyři zkoušky vrtání vysokopevného chromniklového materiálu Inconel 718, který je v leteckém průmyslu velice oblíbený. Bylo to vůbec poprvé, co zákazník takové šetření provedl.

V rámci zkoušek bylo hodnoceny výsledky vrtání dvěma typy monolitních karbidových vrtáků z nabídky Sandvik Coromant, CoroDrill R840 a CoroDrill R846. Každý z nich pracoval při dvojím různém nastavení hodnot řezných parametrů: 58 mm/min a 98 mm/min, respektive hodnotách otáček 829 ot/min a 757 ot/min. V průběhu zkoušek byly měřeny hodnoty řezné síly a kroutícího momentu, stejně jako tloušťka bílé vrstvy.

Na základě těchto zkoušek byl vrták R840 nahrazen vrtákem CoroDrill^® 860 s geometrií -GM a vrták R846 byl nahrazen vrtákem CoroDrill^® 860 s geometrií -SM. Každý z těchto nástrojů nové generace je navržen tak, aby se ještě více zvýšila jeho životnost, aniž by tím byla ohrožena kvalita díry.

Výsledky přinesly několik cenných poznatků o tom, co má vliv na tloušťku bílé vrstvy. Za zmínku stojí především to, že typ R846 vytvářel menší množství bílé vrstvy díky úpravě zakřivených a radiálních částí svého ostří. Naproti tomu se předpokládá, že přímé ostří a zkosení, jimiž je opatřen břit R840 mají přímou souvislost s vyššími řeznými silami, kroutícím momentem a tloušťkou bílé vrstvy. Konstrukce vrtáku tedy rozhoduje o tom, zda lze dosáhnout vysoké kvality díry a snížení tvorby bílé vrstvy, aniž by bylo nutné přijmout snížení hodnot řezných parametrů.

Nejenom, že zkoušky prováděné předním světovým leteckým výrobcem ve spolupráci se společností Sandvik Coromant odhalily pár věcí o bílé vrstvě, ale společnost také dokázala eliminovat některé sekundární procesy, jako je vystružování a ponorné frézování, což jí přineslo prospěch z hlediska úspory času a nákladů. Výsledky navíc potvrdily, že konstrukční řešení použité u řady monolitních karbidových vrtáků CoroDrill^® 860 značky Sandvik Coromant je opodstatněné.



Delší životnost nástroje a lepší kvalita díry je u vrtáku CoroDrill^® 860 s geometrií -SM dána konstrukcí vrtáku.

Lepší konstrukční řešení

Součástí této řady je výše zmíněný typ CoroDrill 860 s geometrií -GM (CD860-GM), který byl navržen jako spolehlivý univerzální vrták pro vrtání obtížně obrobitelných materiálů ISO P, M, K a H ve všech průmyslových odvětvích. Dále pak CoroDrill 860 s geometrií -SM (CD860-SM) pro obrábění materiálů ISO-S, jako jsou žárovzdorné slitiny (HRSA), titan nebo slitiny Inconel. Tento druhý typ vrtáku se osvědčil a získal si oblibu zejména v leteckém průmyslu.

U vrtáků CD860-GM a CD860-SM odborníci společnosti Sandvik Coromant v praxi ukázali podstatu toho, jak delší životnost nástroje a lepší kvalita díry závisí na konstrukci vrtáku. Typ CD860-GM se vyznačuje pokrokovou konstrukcí drážek s leštěným povrchem, která zlepšuje odvádění třísek a zajišťuje vysokou pevnost jádra a snižuje řezné síly působící při vrtání.

Naproti tomu typ CD860-SM využívá novou nástrojovou třídu a vylepšenou, optimalizovanou geometrii špičky, což přináší další prodloužení životnosti nástroje při práci s obtížně obrobitelnými HRSA materiály. Výsledkem je vyšší kvalita díry.

Vrták CoroDrill 860 již úspěšně prošel řadou zkoušek prováděných v mnoha různých průmyslových odvětvích před jeho uvedením na trh. Ve Franci použil jeden strojírenský podnik vrták CD860-GM pro obrábění konstrukční oceli AISI 4140. Byl schopen dosáhnout kvalitního opracování díry s výbornou přímostí a rozměrovou přesností jak při vstupu vrtáku do záběru konkávním, tak i konvexním povrchem. Na základě toho firma navázala nový obchodní vztah se společností Sandvik Coromant.

Další zákazník společnosti Sandvik Coromant, italský výrobce působící v oblasti všeobecného strojírenství, dosáhl při použití vrtáku CD860-GM pro obrábění pevné slitinové oceli 34CrNiMo6 zvýšení produktivity o více než 45 % ve srovnání s konkurenčním vrtákem. Kromě toho dosáhl také o 100 % delší životnosti nástroje. Jindy zase vrták CD860-SM dosáhl impozantních výsledků při obrábění slitiny Inconel 718. Konkrétně v případě zkoušek prováděných v polských Katovicích dokázal vrták CD860-SM dosáhnout o 180 % delší životnosti ve srovnání s výsledky běžnými při použití CoroDrill R840.

Bez ohledu na odvětví – ať už jde o letecký průmysl, všeobecné strojírenství, nebo jiné oblasti – vysoké výkonnosti nástroje lze dosáhnout pouze tehdy, je-li vrták pro daný účel správně navržen. V současné době mohou další podporu poskytnout nové online nástroje, jako Sandvik Coromant CoroPlus^® Tool Guide. S pomocí tohoto digitálního nástroje přístupného prostřednictvím webového prohlížeče si po zadání příslušného obráběného materiálu, průměru díry a hloubky vrtání mohou uživatelé vyhledat slinovaný rotační nástroj, který nejlépe splňuje jejich požadavky, a odpovídající řezné podmínky.

I když v případě vrtání stále ještě „dvakrát měř a jednou řež“ zcela neplatí, výkonnost vrtáků CD860-GM a CD860-SM pomáhá výrobcům přehodnotit, jakým způsobem díry vyrábějí.

www.sandvik.coromant.com

  Vyžádejte si více informací…