A legkorszerűbb T9300 eszterga termékvonal fejlesztése

2013 tavaszán és őszén bevezetésre került mind a magyar, mind a világpiacon öt forradalmi eszterga lapka. A T9300-ra keresztelt termékvonal a Pramet Tools következő anyagait tartalmazza: a T9310-es különösen kemény és termikusan stabil anyag, a T9315-ös nagy teljesítményű lapka, a T9325-ös sokoldalú, ill. a kifejezetten szívós T9335. Mindezek a keményfém alapanyagok egyedülálló MT-CVD bevonatot kapnak a gyártási folyamat végén.

A termékvonal piaci bevezetését intenzív fejlesztési folyamat előzte meg, amit többféle forgácsolási, funkcionális és technológiai teszteléssel kezdtünk és kiegészítettük számos helyszíni, ügyféllátogatással egybekötött teszteléssel is. Az eredmények közül mutatunk be néhányat ebben a cikkben.

A megfelelő alapanyag kiválasztása

Napjaink modern forgácsoló anyaga, a keményfém lapka, két részből áll. Egyrészt WC- MxC –Co alap keményfémből, másrészt egy vékony bevonatrétegből, mely a CVD, ill. a PVD technológián alapszik. A megfelelő keményfém alap kiválasztása kritikus pont, hiszen ez a teljes vágó felület alapvető mechanikai tulajdonságainak közvetítője. A keményfém alap tulajdonságai számos tényezőtől függnek, de elsősorban a kobalttartalomtól (a szívósság foka) és a karbidszemcsék (kemény, kopásálló) méretétől és összetételétől. A megfelelő alsó réteg kiválasztása a kritikus pont, hiszen az egész forgácsoló/vágó anyag meghatározó megmunkálási tulajdonságait ez hordozza.

A T9300 termékvonal FGM platformmal készül, vagyis az anyagot funkcionálisan építjük fel. Az alap keményfémek kobalttartalmukban és a felhasznált keményfém-szemcse méretében különböznek egymástól. Az úgynevezett FGM bázisréteg legfontosabb előnye, hogy a keményfém felülete a felületi magas  kobalttartalom miatt szívósabb mint a belső mag. Kifejezetten nehezen alakulnak ki repedések ezen a rétegen, ill. ritkán terjednek tovább. Pontosan ezt az előnyt használjuk ki az MT-CVD-vel bevont anyagoknál, hiszen általában ezen a bevonaton gyakran fordulhatnak elő repedések.

A legújabb T9300 vonal fejlesztése során a keményfém alapvető mechanikai tulajdonságaira koncentráltunk, vagyis a kopásállóságra és a szívósságra. A Vickers-keménységet keménységmérővel teszteltük 30kg-ig. A keményfém szívósságát a Palmquist módszer alapján a próbadarabok ék bemetszéses hajlító vizsgálatából származtattuk. A bemetszéses vizsgálatokat a Cseh Tudományos Akadémia brnói Anyagtudományok Intézetével együtt hajtottuk végre. A kopásállóságra és szívósságra kapott relatív átlag értékek összehasonlítását mutatja az 1. sz. ábra, ahol a referencia anyag a T9310.

1. ábra: HV30 keménységi és Palmquist tesztjének mért értékei

1. ábra: HV30 keménységi és Palmquist tesztjének mért értékei

A funkcionális forgácsolási tesztek egyik célja az volt, hogy az alap réteg tulajdonságait meg lehessen határozni, vagyis azt, hogy megszakított forgácsolás esetén mekkora a váltólapka élettartama. A 2. ábrán látható alkatrész egy henger, többféle, cserélhető hasábbal, amin a lapkák dinamikus terhelését vizsgáltuk különböző forgácsolási feltételek esetén.

2. ábra: Megszakított forgácsolás teszt

2. ábra: Megszakított forgácsolás teszt

A bevonat jellemzői

A bevonat jelenleg a magas minőségű keményfém és gyorsacél forgácsoló anyagok szerves részét képezi. Ez az elválasztó réteg a bázisanyag és a munkadarab anyaga között.

A T9300 vonal bevonatának kiválasztása során szem előtt tartottuk, hogy milyen kopás fordul elő a célcsoport megmunkálási folyamatai során. A bevonat két fő rétegből épül fel. Az alapanyag (hordozó réteg) magas kopásállóságú TiCN réteg, ami ezen felül a bevonat tökéletes tapadását is biztosítja az alap keményfémhez. A bevonatréteg második és egyben külső réteg egy különleges alfa-Al2O3. Ennek a rétegnek az egyediségét az adja, hogy az Al2O3 kristályszemcse rácsszerkezete egy előre meghatározott módon épül fel. Minden Al2O3 szemcse kristályszerkezetének elrendezése az adott terhelés mentén, hatalmas számú előnyt biztosít. Mindez azt jelenti a T9300 termékcsalád bevonatának esetén, hogy a szemcsék közötti hibák ritkább előfordulása miatt jobb a kémiai ellenállás, magasabb fokú a hőstabilitás, jobb az élrátét képződés megelőzésének képessége, ill. az alap keményfémnek magas fokú az integritása.

Az egyik műszaki vizsgálat során, melyet a Pramet Tools tesztlaborjában hajtottunk végre a bevonat teljesítményének meghatározására, nagysebességű forgácsoló tesztet is magában foglalt 1000 m/perc vágósebességgel. A 3. ábrán szemléltetett eredmények megmutatják, hogy a régi (9210) és az új (T9310 – T9335) bevonat technológia között szembeszökő a különbség, vagyis vékonyabb bevonatú keményfém anyagok hasonló eredményeket érhetnek el, mint az MT-CVD bevonatú 9210-es lapka, ami eddig a legkopásállóbb anyagunk volt.

3. ábra: Az új T9300 bevonat eredményeinek összehasonlítása a régi 9210 anyagával

3. ábra: Az új T9300 bevonat eredményeinek összehasonlítása a régi 9210 anyagával

Tesztelés a megrendelőnél

4. ábra: Az ügyfeleknél tesztelt T9300 értékelése

4. ábra: Az ügyfeleknél tesztelt T9300 értékelése

Azzal a céllal, hogy a megrendelők saját gyáraikban tesztelhessék az új termékeinket, több mint 1500 mintadarab váltólapkát gyártottunk, több mint 80 féle méretben. A tesztelésen több mint 25 kereskedő vett részt mind a magyar, mind a nemzetközi piacon. Az adatgyűjtés és az értékelés mintegy tíz hónapon keresztül zajlott. A 4. ábra tortadiagramja az elért eredmények végső értékelését mutatja be a globális versenytársakkal szemben. A végrehajtott tesztek 78%-a jobb vagy azonos volt a versenytársak anyagaihoz képest.

Következtetések

Hatalmas figyelem kísérte a Pramet Tools új T9300-as vágóanyagának fejlesztését, majd bevezetését nemcsak a magyar, hanem a világpiacon is. A számos teszt, hitelesítési teszt, ill. az ügyfeleknél tett látogatások alkalmával bebizonyosodott, hogy a szóban forgó anyag hatalmas potenciált kínál az esztergálási műveleteknél, különösen a P anyagcsoport megmunkálásakor. Az alapvető különbségek, összehasonlítva mind a régi anyaggal, mind a versenytársak által kínált megoldásokkal, hamar szembe tűnnek, amikor a megmunkálás termelékenységéről van szó, például magas vágási sebességű vagy nagy előtolású forgácsolás esetén.

Írta Petr Flašar

Forrás Pramet Tools R&D Anyagfejlesztés

További információ:

A Pramet hivatalos oldalán.