Performanţă fiabilă şi rezistenţă la uzură la strunjirea oţelului

Ce au în comun o strategie de război din Roma antică şi calităţile pentru strunjirea oţelului ISO P de la Sandvik Coromant, şi cum poate ajuta acest lucru la creșterea randamentului atelierului mecanic? În cele ce urmează, Rolf Olofsson, Manager de produs în cadrul companiei Sandvik Coromant, liderul global în domeniul aşchierii metalului, analizează modul în care stratul de acoperire şi substratul calităţilor din carbură pot face o diferenţă enormă în ceea ce priveşte eficienţa şi productivitatea proceselor de strunjire a oţelului.

O concepţie eronată în industria prelucrării metalului este faptul că prelucrarea oţelului este o operaţie simplă. Operatorii cu experienţă ştiu că strunjirea oţelului ISO P nu este deloc o operaţie uşoară. Printre principalele preocupări se numără sfera de materiale din clasificarea ISO P, care variază de la oţeluri ductile cu conţinut redus de carbon până la oţeluri înalt aliate.

În al doilea rând, duritatea diferitelor oţeluri variază semnificativ de la un capăt al spectrului la altul. De asemenea, tipul de aplicaţie şi condiţiile de prelucrare din ateliere variază.

Fără îndoială, strunjirea oţelului este o provocare şi, date fiind variabilele, sarcina de selectare a calităţii pentru a acoperi gama largă de proprietăţi ale oţelurilor ISO P este şi mai intimidantă.

O calitate universală

Pentru o astfel de calitate, rezistenţa la rupere este esenţială. În aceeaşi măsură, este esenţial să existe o muchie aşchietoare care poate asigura duritatea necesară pentru a rezista la deformarea plastică cauzată de temperaturile extreme prezente în zonele de aşchiere.

De asemenea, calitatea trebuie prevăzută cu un strat de acoperire care să poată preveni uzura flancului, formarea de cratere şi încărcarea muchiei. Este important ca stratul de acoperire să adere la substrat; dacă acesta nu se lipeşte, substratul este expus, cauzând defectarea rapidă. Având în vedere multitudinea de cerinţe, este esenţial să înţelegeţi structura unei calităţi de strunjire a oţelului pentru a lua o decizie informată atunci când alegeţi una pentru o anumită aplicaţie.

Structura unei plăcuţe din carbură

Toate calităţile din carbură conţin un miez de carbură cementată, cunoscut şi sub denumirea de substrat. Substratul defineşte tenacitatea şi rezistenţa calităţii. Rezistenţa la deformare plastică poate fi atribuită tot acestuia.

Substratul din carbură cementată este, de regulă, acoperit de câteva straturi de acoperire, de exemplu, carbonitrură de titan (TiCN), alumină (Al2O3), nitrură de titan (TiN), care îi conferă plăcuţei proprietăţi de tenacitate a muchiei, aderenţă şi rezistenţă la uzură. Secretul rezistenţei superioare pentru tipuri diferite de uzuri: uzura flancului, formarea de cratere şi încărcarea muchiei; aderenţa la substrat şi durabilitatea îmbunătăţită a sculei se datorează detaliilor microscopice care fac parte din proiectarea stratului de acoperire.

 FOTO 1. Sandvik Coromant a lansat două calităţi de plăcuţă noi pentru strunjirea oţelului ISO P, GC4415 şi GC4425.

 FOTO 2. Toate calităţile din carbură conţin un miez, sau un substrat, din carbură cementată care defineşte tenacitatea şi rezistenţa calităţii.

Zidul de scuturi roman

În cazul acoperirilor din alumină convenţionale, direcţia creşterii cristalului este aleatorie, aşa cum se indică în foto 3. În cazul în care creşterea stratului de acoperire poate fi controlată pentru a asigura faptul că toate cristalele se aliniază în aceeaşi direcţie, aşa cum se indică cu galben în foto 4, se obţine o rezistenţă la uzură superioară.

Pentru a vă ajuta să înţelegeţi puterea alinierii cristalelor, să luăm un exemplu din istoria Romei antice. Atunci când legiunile Romei antice conduceau un asediu, acestea foloseau adesea un zid de scuturi — formaţiunea Testudo. În această formaţiune, toate scuturile erau aliniate şi strâns apropiate pentru a evita formarea spaţiilor vulnerabile. Zidul de scuturi i-a ajutat pe romani să facă faţă atacurilor inamicilor în timp ce avansau pe teritoriul acestora.

Alinierea cristalelor într-un strat de acoperire funcţionează într-un mod similar: cristalele unidirecţionale compacte acţionează ca un scut şi asigură rezistenţă optimă împotriva condiţiilor dificile din zona de aşchiere.

Cristale unidirecţionale

Experţii departamentului de cercetare şi dezvoltare din cadrul Sandvik Coromant au găsit o modalitate de a controla creşterea cristalelor stratului de alumină, pentru a se asigura că toate cristalele se aliniază în aceeaşi direcţie, cu cea mai rezistentă parte orientată spre suprafaţa superioară. Această tehnologie patentată, cunoscută sub denumirea de acoperire Inveio®, este o inovaţie tehnologică care le oferă plăcuţelor un nou nivel de rezistenţă la uzură şi durabilitate.

Cristalele unidirecţionale compacte formează o barieră puternică spre zona de aşchiere şi aşchii. Acest lucru ajută calităţile dotate cu Inveio® să îmbunătăţească considerabil rezistenţa la formarea de cratere şi uzura flancului. Un alt efect dorit este evacuarea căldurii mai rapid din zona de aşchiere, ceea ce îi permite muchiei aşchietoare să-şi păstreze forma pentru timpi de aşchiere mai lungi. Per total, obţineţi o sculă previzibilă cu o durabilitate mare.

Odată cu introducerea tehnologiei Inveio® din a doua generaţie — prezentă în cazul celor mai noi calităţi de la Sandvik Coromant pentru strunjirea oţelului, GC4415 şi GC4425 — avantajele stratului de acoperire unidirecţional au fost consolidate. Orientarea îmbunătăţită a cristalelor asigură o performanţă mai consecventă, precum şi o optimizare semnificativă a rezistenţei la uzură.

 FOTO 4. În cazul Inveio® , fiecare cristal din acoperirea din alumină este aliniat în aceeaşi direcţie, spre suprafaţa superioară.

 FOTO 3. Strat de acoperire din alumină CVD convenţional cu orientare aleatorie a cristalelor.

Operaţii de aşchiere intermitentă

Acum că am discutat despre primele două considerente pentru alegerea unei calităţi de plăcuţă, şi anume substratul şi stratul de acoperire, să-l analizăm şi pe al treilea: performanţa în timpul operaţiilor de aşchiere intermitentă. Aceasta este o cerinţă importantă deoarece ne ajută să evităm ruperile bruşte ale plăcuţei.

Să analizăm plăcuţele care au fost supuse unei tratări ulterioare: un proces în cadrul căruia particule ceramice foarte fine şi ascuţite bombardează stratul de acoperire al plăcuţei. Imaginaţi-vă un ciocan care loveşte stratul de acoperire pentru a-l ranforsa şi întări. Plăcuţele care au fost supuse tratării ulterioare eficiente obţin rezultate bune în timpul aşchierii intermitente.

Noile calităţi GC4415 şi GC4425

Sandvik Coromant a lansat recent două calităţi de plăcuţă noi pentru strunjirea oţelului ISO P. Calităţile GC4415 şi GC4425 sunt ideale pentru producătorii care lucrează cu configuraţii de producţie în masă şi în serie.

Fiind dotate cu un substrat nou la bază, care este ranforsat cu tehnologie Inveio®, cele două calităţi oferă performanţă fiabilă şi rezistenţă superioară la uzură. În plus, s-a descoperit că noua tratare ulterioară a calităţilor creşte performanţele în cadrul operaţiilor de aşchiere intermitentă, prevenind ruperile bruşte şi oferind ambelor calităţi de plăcuţă performanţe superioare într-o gamă largă de aplicaţii. Clienţii au putut implementa viteze de aşchiere (Vc) mai mari şi viteze de avans (Fn) sporite cu aceste calităţi. Într-un caz, un producător din domeniul ingineriei generale a supus o piesă de prelucrat din oţel 4140 pretratat termic unui proces de degroşare externă multidirecţională cu plăcuţa GC4425. Comparativ cu utilizarea unei plăcuţe ISO a concurenţei pentru acelaşi proces, clientul a obţinut o creştere de 100% a productivităţii, cu un timp de ciclu cu 50% mai mic, plus o reducere de 30% a costurilor.

Prelucrarea oţelului ISO P este complicată. Ţinând cont de câteva considerente la alegerea unei calităţi, cum ar fi tenacitatea substratului şi noile avansuri tehnologice în domeniul ştiinţei materialelor şi al tehnologiei de prelucrare, puteţi face o diferenţă enormă în ceea ce priveşte eficienţa de strunjire a oţelului şi productivitatea generală a atelierului dumneavoastră mecanic. A