Nové materiály k výrobě forem

V poslední době se na trhu objevila nabídka nových kovových materiálů, které jsou svými vlastnostmi určeny pro výrobu forem na plastické hmoty, a tvářecích, řezných i střižných nástrojů pro ty náročné aplikace, kde již dosavadní nabídka nevyhovuje. Švédská firma Uddeholm Tooling AB představila nástrojovou ocel UNIMAX UNIVERSAL TOOL STEEL, která je vysoce odolná proti opotřebení, vhodná pro náročné aplikace při práci zastudena i zatepla. Chemické složení: 0,5 % C, 0,2 % Si, 0,5 % Mn, 5 % Cr, 2,3 % Mo a 0,5 % V. Vyznačuje se vysokou prokalitelností, nezvyklou kombinací vysoké tažnosti a vysoké tvrdosti, je ideální pro formy, resp. jejich díly vystavené vysokému otěru, pro nástroje ke kování zastudena a pro nástroje na válcování závitů. Podle tvrzení výrobce se výhodné vlastnosti této oceli projeví tím více, čím větší je vyráběná forma a čím složitější je vyráběný dílec. Je vhodná k výrobě výlisků z armovaných plastů, k výrobě velmi velkých sérií a k lisování za použití vysokých tlaků. Její vysoká tažnost zabraňuje vzniku křehkých lomů, a tím zvyšuje spolehlivost nástroje; na druhé straně vysoká tvrdost a rozměrová stálost z ní tvoří velmi dobrý podklad pro aplikaci povlaků PVD i CVD. Pozoruhodná je vysoká tepelná vodivost této oceli – 25 W/m°C při 200 ?C a 28 W/m?C při 400 °C, což je vyšší než u stávajících ocelí řady H13 -, která dovoluje zkrácení výrobního cyklu a zvýšení životnosti nástroje. Kalením lze docílit tvrdost v rozmezí 61 – 64,5 HRC. To, že se zvyšuje kvalita i běžných nástrojových ocelí, lze dokumentovat na nízkouhlíkové nástrojové oceli NIMAX, která je vhodná především pro výrobu vstřikovacích forem na plasty, pro výlisky, kde záleží na vysoké kvalitě povrchu. I tuto ocel uvedal na trh společnost Uddeholm Tooling AB. Chemické složení oceli je 0,1 % C, 2,5 % Mn, 3,0 % Cr a 1,0 % Ni. Vyznačuje se excelentní obrobitelností a vynikající leštitelností, což podstatně snižuje čas nutný k vyrobení formy. Ke snadnějším opravám a údržbě nástrojů přispívá výborná svařitelnost (není třeba předehřívání ani následné tepelné opracování opravovaného dílce). Zlepšenou obrobitelnost lze dokumentovat srovnáním výsledků dosažených při opracování běžné oceli 1.2738 o tvrdosti 380HB. Pro odebrání stejného objemu materiálu frézováním bylo možno zvýšit řeznou rychlost destiček SANDVIK o 35 %; při vrtání děr vrtákem ISCAR, vybaveným VDSK, bylo dosaženo o 110 % vyšší životnosti ve srovnání s ocelí 1.2738. Firma Eschmann Stahl GmbH uvedla na trh ocel ES ANTIKOR SL, určenou k výrobě forem na zpracování agresivních a vysoce korozivních plastů. Chemické složení oceli je 0,04 % C, 1,2 % Mn, 0,12 % S, 13 % Cr plus stopové prvky; dodává se tepelně zpracovaná na tvrdost 320 HB. Svými vlastnostmi daleko předstihuje běžné korozivzdorné nástrojové oceli, vyznačuje se dobrou tvarovou stálostí a dává velmi kvalitní povrch při jemném broušení. Má velmi dobrou obrobitelnost, při opracování dává krátkou drobivou třísku. Je proto vhodná pro takové formy, kde se od výsledného výlisku vyžaduje vysoká kvalita povrchu, jako jsou průhledné nápojové láhve a podobně. Pro zvýšení stálosti kvality povrchu pracovní dutiny formy a prodloužení její životnosti lze použít i kalení laserem. Dle údajů výrobce je reálné očekávat až 30% snížení nákladů při nasazení nástrojů z ní vyrobených, a to nejen snížením pořizovacích nákladů, ale i snížením nákladů na opravy a výměnu nástroje. KVALITA POVRCHU PO OBRÁBĚNÍ V REŽIMU HSC Na výrobce forem jsou v současnosti kladeny enormní požadavky, jejichž splnění by ještě před několika lety bylo naprosto nereálné. Splnit zadání, co se týče technických parametrů formy, se považuje za samozřejmost; k tomu však přistupuje faktor času, který vystupuje do popředí zejména v poslední době. Extrémní zkrácení požadovaného termínu platí i pro formy rozměrné a tvarově náročné; logicky se proto hledají všechny cesty pro zkrácení průběžné doby výroby. Technologie, které dovolují úběr velkého objemu třísek za jednotku času, jsou známé a relativně často používané. Problémem se stává životnost nástroje i při obrábění kaleného materiálu, protože jeho výměna během operace je z více hledisek nevýhodná. Žádoucí je rovněž pokud možno kvalitní povrch formy po třískovém opracování, aby dokončující operace na činném povrchu formy měly co nejmenší rozsah. Na veletrzích EMO 2007 i EUROMOLD 2007 proto výrobci řezného nářadí nabízeli výrobcům forem sady nástrojů osazených CBN či opatřených odpovídajícími povlaky, dosahující velmi kvalitní povrch po obrobení a deklarovali výrazné zvýšení jejich životnosti. Např. firma GDE-WERKZEUGE / Halver, SRN nabízí nástrojové sady stopkových fréz kulových a do rohu, značené SSB, SSR a SFB. Frézy mají jmenovitý průměr ? 0,2–2,0 mm a jsou osazeny CBN. Tolerance jmenovitého průměru fréz je 5 ?m; životnost dosahuje desetinásobku povlakovaných fréz ze slinutého karbidu. K dispozici je několik provedení – pro extra hladký povrch či pro opracování materiálů s tvrdostí až 72 HRc. Tyto nástroje pracují s otáčkami vřetena mezi 40 – 50 000 ot/min, posuvy mezi 1500 – 5000 mm/min a hloubkou řezu od 0,005 do 0,1 mm. V důsledku opotřebení nástroje nevznikají žádné odchylky od požadovaného geometrického tvaru a materiál řezné hrany, řezná geometrie a řezné podmínky způsobují další žádoucí efekt – výsledný povrch je lesklý a opticky bezvadný. MITSUBISHI CARBIDE představila série fréz IMPACT MIRACLE. Jde o stopkové frézy ? 0,1 – 12,0 mm, vyrobené z monolitního slinutého karbidu, opatřeného novým PVD povlakem. PVD povlak vychází z již známého povlaku Miracle / AlTiSi / N, je však tvrdší (3700 HV proti 3200 HV) a více odolný vůči vysokým teplotám. Nová technologie nanášení nanokrystalového povlaku zajišťuje vyšší odolnost proti oxidaci (1300 ?C proti 1100 ? C) a nižší koeficient tření, což jsou vlastnosti nutné k dosažení vyšší životnosti a spolehlivosti nástroje. Doporučená hloubka řezu je 0,05 – 0,30 mm, posuv 160 – 4500 mm/ min při otáčkách vřetena 1 – 40 000 ot/min. Nástroje jsou určeny k obrábění kalených ocelí o tvrdosti až 70 HRc, docilují vynikající obrobený povrch a jsou tudíž předurčeny k obrábění dutin forem. Švýcarská firma UNION TOOL EUROPE S.A. nabízí monolitické stopkové frézy HRRS a HFB o ? 2 – 12 mm, se čtyřmi drážkami, které jsou rovněž opatřené PVD povlakem „Hard Max“. Jsou určené pro produktivní hrubovací operace při opracování materiálů o tvrdosti až 65 HRc; přesto s nimi lze dosáhnout velmi dobrou kvalitu povrchu. I tyto nástroje se vyznačují zvýšenou životností proti nástrojům stávající nabídky. Rakouská firma Boehlerit přichází s výměnnými řeznými destičkami Steeltec LC225, určenými pro řezné rychlosti řádu 300 m/min pro opracování oceli; nový nanokrystalický TiCN povlak garantuje až 50% zvýšení životnosti proti stávajícím druhům. Předpokladem dosažení životnosti nástroje a kvality opracovaného povrchu, které slibují výrobci nástrojů, jsou však nutné podmínky jejich nasazení. Ty jsou dány nejen obráběcím strojem, ale i jeho řídicím programem, který musí zajistit dosažení požadovaného povrchu, i když se jedná o povrch složený z rovin a několika obecně zborcených ploch. Od obráběcího stroje požadujeme tuhost, odolnost proti vibracím, dostatečný rozsah posuvů i otáček na vřetenu a dostatečně dimenzované dynamické funkce. CNC program musí bezchybně kontrolovat veškeré rychlé a přesné pohyby všech pohybových řetězců. Pro docílení vysoce kvalitního opracovaného povrchu je však žádoucí, aby měl něco navíc, což lze dokumentovat na sofistikovaných CNC programech série 30/31/32i firmy GE FANUC. Tato systémová řada se vyznačuje velmi rychlým zpracováním dat, které podmiňují realizaci specializovaných softwarových funkcí. Programy jsou schopny řídit až 40 os, z toho 24 současně. Vnitřní paměť 8MB dostačuje pro vysoké objemy dat, které se často vyskytují při zpracování úloh obrábění v režimu HSC. Jsou vybaveny automatickými funkcemi kontroly posuvu A1CC1 a A1CC2, které optimalizují akceleraci i brzdění v řízených osách a upravují rychlost i zrychlení při práci v rozích nebo v kruhových segmentech. Pro optimální kvalitu obrobeného povrchu kontrolují rychlosti při změně zrychlení a softwarově eliminují podmínky, které by mohly způsobit vznik kmitání a rázů v kinematickém řetězci každé řízené osy. Rázy a kmitání, zvláště při rychlostech posuvu a otáčkách, uvedených výše, způsobují nežádoucí nerovnosti obrobeného povrchu, proto je nutno předejít jejich vzniku především postupným náběhem zrychlení na definovanou hodnotu při každé změně rychlosti v řízené ose. Pokud taková funkce není k dispozici, bylo by možno dosáhnout excelentního povrchu jen za cenu výrazného omezení velikosti posuvů a zrychlení, což je ale v rozporu s principy HSC. Další softwarové funkce jsou extrapolační bloky - je jich k dispozici až 1000 - které řídí pohyb v ose s přihlédnutím ke dráze, jež bude následovat; rovněž lze pro každou řízenou osu s ohledem na její slabá místa individuálně stanovit limitní zrychlení. Nejdůležitější funkcí pro řízení práce v HSC režimu je schopnost CNC systémů pracovat s obecnými křivkami a plochami ve formátu NURBS. Systémy 30/31/32i nabízejí možnost přebírat křivky NURBS z CAD/CAM procesoru. Při tom se využívají matematické funkce, zajišťující hladké a plynulé přechody mezi jednotlivými křivkami, takže vznikají rovnoměrné a hladké přechody obrobených ploch. Jde-li o to získat zvlášť jemný povrch, využívá se s výhodou NANO-interpolace. Tato funkce generuje řídicí povely ke změně polohy v řádu nanometrů a tomu musí odpovídat nejen schopnost dostatečně rychle zpracovat velké množství dat, ale i úroveň pohonů a celého kinematického řetězce řízených os, aby se i při vysokých rychlostech a zrychleních dosáhlo vysoké kvality obrobeného povrchu. PETR BOROVAN