Tribotechnické listy

 

 

Nová generace RO-PM

Jedním z největších problémů při výrobě ozubení je kvalita, řezivost, trvanlivost řezného nástroje. Výrobce odvalovacích fréz PILSEN TOOLS vyvinul a odzkoušel novou generaci RO na bázi dusíku, čímž se značně zlepšila úroveň efektivity procesu obrábění.

Trvalé zvyšování produktivity řezných nástrojů při současném zhoršujícím se stavu obrobitelnosti mat. predikuje důležitost splnění vysokých kvalitativních požadavků na trvanlivost (životnost) řezné části. Výkon nástroje je tak ovlivňován mnoha různými faktory jako např. odolností břitu proti plastické deformaci (tvrdostí ostří), tepelnému zatížení, mikronávarům, koeficientu tření, geometrií, …; ale i abrazivitou, mech. vlastnostmi, nehomogenitou, stavem, ... obráběných materiálů.
Přední výrobci vysoce legovaných rychlořezných ocelí se proto snaží vyvíjet nové metalurgické technologie, zavádět nové materiály, které by zaručily podstatné zvýšení řezivosti oproti současným jakostem RO. Vývoj v oblasti řezných nástrojů směřuje k nárůstu výkonů, zvyšování spolehlivosti, trvanlivosti i stability řezné hrany včetně její dobré obrusitelnosti. Podstatného zlepšení se v posledních letech dosáhlo zavedením tzv. PM ocelí, které se vyrábějí technologií práškové metalurgie, u kterých se pozitivně projeví vliv krystalizace taveniny v inertním plynu (N2, Ar2).
Řezné nástroje vyrobené pomocí práškové metalurgie jsou podstatně houževnatější než konvenční rychlořezné oceli, tudíž délky řezné hrany mohou být podstatně větší. Uvedená technologie (PM) zároveň umožňuje bohatší legování, takže při podstatně větší tvrdosti (65-68HRC) je nástroj poměrně velice houževnatý. Další předností je zvýšená řezivost - odolnost proti otěru i opotřebení, možnost obrábět nejrůznější jakosti i stavy materiálů, vynikající obrusitelnost – integrita povrchu (díky jemnozrnné struktuře) a tudíž dosahovaná až trojnásobná trvanlivost řezné hrany oproti klasickým RO.

Zadání úkolu

Od zákazníka jsme dostali konkrétní požadavek na nástroj určený pro výrobu (obrábění) ozubení m=6 odvalovacím způsobem na kole + pastorku z mat. dle DIN 18CrNiMo7-6 – výkovek (stav po normalizaci ca 280HB), bez nutnosti povrchové úpravy frézy, s cílem ušetřit za depozici PVD a následné náklady vyplývající z renovace nástroje včetně podstatného zkrácení průběžné doby výroby.

Analýza

Při řešení zadaného úkolu, v našem případě řezného nástroje (OF), hraje dominantní úlohu úroveň zpracování analýzy a nastavení kriteriální funkce.

Postupové etapy návrhu a konstrukčního řešení řezného nástroje:

* kvantifikace procesu

· technol. operace: frézování nesousledné - hrubovací, přerušovaný řez do plna;

· polotovar: výkovek stav 1,obrobitelnost -11b;

· typ stroje: CNC frezka - Pfauter PE 1000 popř. OFA 71 CNC;

· nástroj:profil nástroje odpovídá základnímu profilu ozubení (hřebeni);

· fréza se odvaluje po obvodu obrobku, jednotlivé zuby (břity) frézy se postupně zařezávají;

· integrací všech pohybů a průnikem těles (válce (kružnice) obrobku + přímkového břitu frézy) je výslednou obálkou evolventní bok zubu;

* kinematika pohybů -záběrové poměry-nástroj + obrobek se po sobě odvalují;

· obráběné kolo (obrobek)se při výrobě plynule otáčí;

· nástroj koná hlavní rotační pohyb, osy obráběného kola a nástroje jsou na sebe kolmé u přímého ozubení,(u šikmého 90 ° + a nebo - úhel sklonu zubu);

· obrobení zubu v celé jeho šířce je zajištěno rovnoměrným pohybem nástroje ve směru osy obráběného kola, realizace ozubení probíhá plynule pozvolna a frézují se všechny zuby najednou (po celém obvodě);

· při každé otáčce obrobku vykoná fréza n otáček, v závislosti na počtu hřebenů a chodů a ve vztahu kolik má kolo zubů tzn.fréza spolu s ozubeným kolem představuje šroubové spojení;

* volba jakosti mat. nástroje (OF)

z popsané kvantifikace procesu vyplývají následující požadavky na vlastnosti řezného mat.:

· vysoká řezivost a trvanlivost i bez následných povrch. úprav;

· vysoká tvrdost i za zvýšených teplot řezání T< 600°C;

· vysoká odolnost proti mech. druhům opotřebení;

· vysoká dynamická houževnatost;

· značná odolnost proti popuštění a následným objemovým změnám (min.% % zbytkového austenitu po TZ);

· min. a rovnoměrné změny vlivem transformací při TZ ;

· vyváženost mech. a fyzikálních vlastností;

· vyvážená obrobitelnost a s tím související integrita povrchu;

Poznámka:

s ohledem na třídu obrobitelnosti (11b); mech. vlastnosti výkovku (Rm= 900 – 1050MPa) byly doposud používány kobaltové RO-PM (VANADIS 30; ASP2030; CPM REX 76; …) s následnou povrchovou úpravou – TV na bázi TiAlNx .Přestože aplikované PVD povlaky nám vyřešily již mnoho složitých procesů v obrábění, zůstávají některé vlastnosti (zvětšení R řezné hrany a ostří, makročástice, adheze TV-substrát, operace navíc, náklady, renovace,..) povlaků jako diskutabilní a někdy dokonce těžko obhajitelné u zákazníka.

Doporučená jakost RO-PM musí splňovat následující požadavky:

· výsledná tvrdost po min. 4X popouštění 62 – 65HRC; (nutno splnit podmínku nutnou: K =Hná : H obr.mat. ≥ 1,6)

· odolnost proti teplotnímu zatížení do T≤ 600°C tzn. vysoká popouštěcí teplota;

· otěruvzdornost zejména proti mech. způsobům opotřebení (abrazi, adhezi);

· optimální vazba mezi tvrdostí a houževnatostí (vysoká odolnost proti vzniku vrubů, kráterů, zaoblení, rozdrobení, popraskání, destrukce řezné hrany);

· vysoká tuhost (štíhlostní poměry) a kinematická rovnováha nástroje;

· rozměrová a geometrická stálost; snadná, jednoduchá reprodukovatelnost ostří;

· optimální obrobitelnost a obrusitelnost;

· variabilní, universální použitelnost;

· optimální geometrie břitu ve vztahu k řezným podmínkám v procesu obrábění;

· optimální integrita povrchu břitů;

Na základě detailní analýzy a zkušeností byla zvolena jakost RO-PM - VANCRON 50

Tech. specifikace – kvantifikace zvolené RO-PM:

chemické složení:

označení

technologie

C

N

Cr

Mo

W

V

MN

hmotnostní %

objem.%

VANCRON 50

PM

1,1

2,6

4,5

2,3

0,6

12

19

· charakteristika: vysoce legovaná slitinová Cr-Mo-V-N ocel s – vysokou odolností proti opotřebení (především vlivem homogenní dobře distribuované fáze VN s nízkým koeficientem tření);

· vysokou pevností v tlaku;

· optimálním poměrem mezi tvrdostí a ostatními mech. hodnotami;

· vysokou stálostí rozměrů při TZ;

· značnou odolností proti popouštění;

Poznámka:

vlivem schopnosti N2 tvořit s Fe přesycený tuhý roztok (intersticiální N2 přesycen ve feritu)došlo k jemné distribuci nitridů (těžké částice), čímž si ocel zachovala vysokou houževnatost i při poměrně vysoké tvrdosti; kontinuální precipitace sekundární fáze nitridů především na bázi vanadu a současně redistribuce intersticiálního dusíku do energeticky příznivějších poloh (kolem mřížkových poruch) a vznik jemných koherentních precipitátů s homogenním napěťovým polem dává oceli vysoké užitné vlastnosti;

Poznámka:

uvedené legování je možné jen díky PM technologii; při konvenčním způsobu výroby RO by bylo naprosto nereálné a současně nepřípustné !!!

porovnání mech. vlastností s ostatními RO-PM (provedeno v laboratořích fy Uddeholm)

konstrukční řešení nástroje – zakomponovány všechny prvky z detailní analýzy

Výsledek řešení

Praktické odzkoušení odvalovací frézy m 6 (¢ 112, 10 hřebenů, délka 90mm) bylo na stroji PFAUTER PE1000.

POZN: z důvodu dodaného polotovaru RO-PM bohužel nebyl nástroj rozměrově optimální, čímž by se ještě podstatně zlepšila ekonomika procesu obrábění;

Shrnutí naměřených hodnot a grafické znázornění je na následujících dokumentech:


Diskuse

Na konkrétním nástroji – odvalovací fréze m=6 byla aplikována poslední vývojová jakost RO-PM, která nejen že umožnila zvýšení řezné rychlosti, trvanlivosti, ale především dokázala svými vlastnostmi nahradit i PVD tenké vrstvy, které jsou velmi častou součástí povrchové úpravy nástrojů. Tímto se podstatně zkrátí výrobní proces, ušetří náklady jak za PVD depozici tak s tím souvisejícím přeostřováním a následným povlakováním.

V tabulce 1 jsou vyhodnoceny výsledky zkoušek frézovacích nástrojů z materiálu Vancron 50, ASP 2030 a z HSSE (19 852.4). U každé jakosti je uvedena i alternativa, kdy je nástroj PVD depozicí napovlakován (TiAlNx).

V grafu 1 je znázorněn poměr pořizovacích nákladů nástroje včetně povlakování(pokud je realizováno) vztažený na náklady za vyfrézování ozubení na 1 kusu.

Graf 2 uvádí strojní čas potřebný pro vyfrézování ozubení na 1 kusu.

Graf 3 uvádí počet kusů, které se vyfrézují daným nástrojem po dobu jeho životnosti.

Z těchto grafů vyplývá, že nenapovlakovaný nástroj z materiálu Vancron 50 plně nahradí povlakovaný nástroj z materiálu HSSE a dokonce je i na stejné úrovni jako povlakovaný nástroj z materiálu ASP 2030. Varianta použití nástroje z materiálu Vancron 50 bez povlaku je nejvýhodnější v nákladech na výrobu jednoho kusu.

Závěr

Fa PILSEN TOOLS s.r.o. trvale sleduje a vyvíjí nová konstrukční řešení (protuberans, prostorové uspořádání zubů,…)odval. fréz s cílem dosažení max. produktivity obrábění ozubení i na zušlechtěných vysoce houževnatých ocelí;

POZN: tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím MPO - FT-TA4/082 a MŠMT – E!4261-TECTECH.

Autor: Dr.Ing. Miloslav KESL

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
3 + 8 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd