Obniżenie kosztu jednostkowego wytworzenia wyrobu
Dla osiągnięcia maksymalnej liczby wyprodukowanych egzemplarzy ważny jest dobór właściwej płytki węglikowej. Sandvik Coromant wprowadzi do swojego asortymentu nową parę gatunków węglikowych do toczenia materiałów z grupy ISO P, oznaczonych jako GC4415 i GC4425. Odnoszą się odpowiednio do wymogów P15 i P25. GC4425 oferuje udoskonaloną odporność na zużycie, wytrzymałość termiczną i udarność. Gatunek GC4415 ma uzupełniać GC4425 w zastosowaniach wymagających pracy z najwyższymi parametrami skrawania i odporności na wysoką temperaturę.
Cechy
Obydwa gatunki idealnie nadają się do obróbki stali niskostopowej i niestopowej. Z ich pomocą można dokonywać obróbki znacznej liczby przedmiotów w ramach produkcji masowej i seryjnej. Przyczyniają się one do zwiększenia trwałości ostrza narzędzia, eliminacji nagłych pęknięć oraz redukcji kosztów przeróbek wybraków i ich złomowania.
Gatunki GC4415 i GC4425 posiadają pokrycie wykonane w technologii Inveio® drugiej generacji wykorzystującej jednokierunkowe uporządkowanie ziaren w warstwie pokrycia. Wyjątkową cechę technologii Inveio można dostrzec, badając materiał pod mikroskopem: jego powierzchnia charakteryzuje się jednokierunkowym uporządkowanym rozkładem orientacji ziaren polikryształu. Takie samo zorientowanie każdego ziarna tworzącego warstwę pokrycia sprawia, że tworzy się wyjątkowo mocna bariera zwrócona w stronę powierzchni ostrza. W pokryciu Inveio drugiej generacji znacznie ulepszono uporządkowanie ziaren.
Dzięki Inveio płytka odznacza się znaczną odpornością na zużycie i większą żywotnością. Trwalsze narzędzia sprzyjają rzecz jasna zmniejszeniu kosztu jednostkowego wytworzenia przedmiotu. Ponadto oprócz innych kryteriów doboru, inżynierowie muszą uwzględnić wpływ geometrii na kontrolę spływu wiórów i wydajność obróbki.
Lepsza geometria
Geometria dotyczy kształtu samej płytki, której konstrukcja zależy od rodzaju obróbki: wykończeniowej, średniej lub zgrubnej. Każdy typ obróbki wpływa na prędkość skrawania. Ma własny obszar roboczy, wyznaczany przez akceptowalny stan łamania wiórów względem wartości posuwu i głębokości skrawania.
Aby pomóc klientom w doborze najlepszych płytek i gatunków tokarskich odpowiadających ich potrzebom, firma Sandvik Coromant umożliwiła wybór online za pomocą aplikacji CoroPlus® Tool Guide.
Podczas toczenia trzy główne parametry skrawania: prędkość, posuw i głębokość skrawania mają znaczny wpływ na trwałość ostrza narzędzia i tym samym na koszt jednostkowy. Biorąc pod uwagę fakt, że przyrost parametrów skrawania o 20% może obniżyć koszt obróbki przedmiotu o 10%. W modelu, który stworzył amerykański inżynier mechanik Frederick Winslow Taylor na początku XX wieku występuje zależność między prędkością skrawania, wskaźnikiem zużycia ostrza i jego trwałością.
Taylor doszedł do wniosku, że wykorzystywanie największej możliwej głębokości skrawania zmniejsza liczbę koniecznych przejść i tym samym skraca czas obróbki. Jednak twierdził zarazem, że optymalny przebieg toczenia stali zależy od stabilności mocowania, w którym znajduje się narzędzie, uchwytu przedmiotu obrabianego oraz zastosowania chłodziwa w obrabiarce, a także mocy napędów obrabiarki.
Podejście całościowe do obniżenia kosztu jednostkowego
Model Taylora pokazuje, że optymalizacja obróbki tokarskiej stali wykracza poza kwestię doboru gatunków i geometrii. Dlatego producenci powinni raczej rozważyć całościową koncepcję wyposażenia w narzędzia. Składowe elementy narzędzia – gatunek płytki, konstrukcja mocowania i oprawka narzędziowa – mogą zwiększać wydajność, obniżać koszty i sprzyjać osiągnięciu wyższego poziomu niezawodności procesu.
Tego rodzaju całościowe i alternatywne podejście zostało przetestowane przez klienta z branży maszynowej. Zastosował on stworzoną przez firmę Sandvik Coromant płytkę węglikową w gatunku GC4425 do produkcji wału napędowego. Gatunek GC4425 zaprojektowano tak, aby uzyskać lepszą odporność na zużycie, wytrzymałość termiczną i udarność. Dodatkowo zapewnia on możliwość pracy z wyższymi parametrami skrawania. Płytkę zastosowano w obróbce stali w gatunku AISI 4140 po wstępnej obróbce cieplnej, tj. stali stopowej chromowo-molibdenowej o twardości 40 HRC (skali twardości C wg Rockwella).
Gatunek jest często używany do produkcji wszelkich przedmiotów – od kół zębatych po pompy – w różnych zastosowaniach w branży motoryzacyjnej i budowlanej.
Wyniki badań
Przedmiot obrabiany ze wstępnie ulepszonej cieplnie stali 4140 został poddany wielokierunkowej zewnętrznej obróbce zgrubnej. W celach testowych wyniki uzyskane przez płytki GC4425 porównano z wynikami konkurencyjnej płytki (o kształcie zgodnym z normą ISO) użytej do realizacji tego samego procesu. Kluczowa okazała się możliwość zwiększenia prędkości skrawania (vc) i niemal podwojenia wartości posuwu (fn). Płytka konkurencji pracowała z parametrami vc= 183 m/min i fn = 0,33 mm/obr., natomiast płytka GC4425 – vc = 244 m/min i fn = 0,51 mm/obr.
W ostatecznym rozrachunku płytka marki Sandvik Coromant umożliwiła poprawę produktywności o 100% przy jednoczesnym skróceniu czasu skrawania o 50%. W sumie klientowi udało się obniżyć koszty o 30%.
Wynik ten pokazuje, że uwzględnienie całościowej koncepcji wyposażenia w narzędzia umożliwia producentom zwiększenie rentowności produkcji i obniżenie kosztu jednostkowego. Opisane holistyczne podejście do kwestii doboru gatunków i geometrii płytek oraz całej ekonomiki produkcji będzie mieć zasadnicze znaczenie dla producentów chcących zachować konkurencyjność w obliczu trwających konsekwencji pandemii COVID-19.
Co tydzień otrzymaj od nas porządną dawkę wiedzy o branży przemysłowej!
