Materiały i powłoki narzędzi do obróbki kół zębatych i wielowypustów

Porównanie podstawowych grup materiałów narzędziowych pod względem twardości na gorąco oraz odporności na obciążenia i wykruszenie.

Narzędzia do obróbki kół zębatych i wielowypustów pracują w bardzo różnych warunkach. Frez ślimakowy wykonuje ciągłą obróbkę obwiedniową, dłutak Fellowsa jest cyklicznie obciążany podczas ruchu posuwisto-zwrotnego, narzędzie do Power Skivingu pracuje przy wysokich prędkościach względnych, a przeciągacz rozdziela naddatek pomiędzy wiele kolejnych ostrzy.

Z tego powodu nie istnieje jeden materiał ani jedna powłoka właściwa dla wszystkich narzędzi do uzębień.

O trwałości i opłacalności narzędzia decyduje współpraca wielu elementów:

• materiału podłoża,
• obróbki cieplnej,
• konstrukcji narzędzia,
• geometrii ostrza,
• przygotowania krawędzi,
• rodzaju i grubości powłoki,
• dokładności wykonania,
• sposobu mocowania,
• bicia promieniowego i osiowego,
• sztywności obrabiarki,
• parametrów skrawania,
• chłodzenia albo pracy na sucho,
• prawidłowego ostrzenia i regeneracji.

Najdroższa stal proszkowa, nowoczesna powłoka PVD albo pełny węglik nie gwarantują automatycznie najniższego kosztu produkcji. Duży frez przeznaczony do krótkiej serii może być najbardziej opłacalny w klasycznym HSS lub HSSE. Z kolei niewielkie narzędzie wykorzystywane wielkoseryjnie na szybkiej i sztywnej obrabiarce może uzasadniać zastosowanie PM-HSS albo węglika.

Szukasz konkretnego freza, dłutaka, przeciągacza lub sprawdzianu? Pełny zakres produktów przedstawiamy na stronie narzędzia do kół zębatych i wielowypustów. W tym poradniku koncentrujemy się na materiale podłoża, powłoce i regeneracji narzędzia.

Sprawdzone materiały i powłoki w narzędziach CTI

Jakość narzędzia zaczyna się od jakości półfabrykatu. CTI korzysta wyłącznie ze sprawdzonych dostawców materiałów narzędziowych, w tym Erasteel oraz Böhler. W zależności od zastosowania wykorzystuje między innymi klasyczne stale HSS i HSSE oraz stale proszkowe z rodzin Erasteel ASP i Böhler Microclean.

Powłoki narzędzi oferowanych przez Tradensa wykonywane są przez Oerlikon Balzers. Materiał podłoża, obróbka cieplna, geometria ostrza i powłoka są dzięki temu dobierane jako jeden spójny układ technologiczny.

Nie opieramy wykonania narzędzia na anonimowym materiale opisanym wyłącznie ogólnym symbolem gatunku. W przypadku specjalnych frezów, dłutaków i przeciągaczy powtarzalne źródło materiału ma znaczenie dla twardości, stabilności wymiarowej, szlifowalności oraz trwałości kolejnych dostaw narzędzi.

Dlaczego cena nowego narzędzia nie jest najważniejszym kryterium?

Cena zakupu jest tylko jednym z elementów kosztu produkcji. W analizie ekonomicznej należy uwzględnić również:

• liczbę prawidłowo wykonanych części do pierwszego ostrzenia,
• liczbę możliwych regeneracji,
• koszt ostrzenia i ponownego powlekania,
• czas wymiany narzędzia,
• czas ustawiania i pomiaru bicia,
• czas cyklu obróbki,
• koszt godziny pracy obrabiarki,
• ryzyko wykruszenia krawędzi,
• ryzyko wykonania braków,
• dostępność narzędzia zapasowego,
• możliwy czas oczekiwania na nowe narzędzie.

Narzędzie tańsze o kilkanaście procent może być droższe w eksploatacji, jeżeli szybciej się zużywa albo ogranicza parametry maszyny. Jednocześnie zakup pełnowęglikowego freza może być nieopłacalny, jeśli seria jest zbyt mała lub obrabiarka nie pozwala wykorzystać wymaganych prędkości.

Najbardziej miarodajnym wskaźnikiem jest:

całkowity koszt narzędzia, jego regeneracji i obsługi przypadający na jedną prawidłowo wykonaną część.

Jakich właściwości wymaga się od materiału narzędziowego?

Twardość

Materiał narzędzia musi być wyraźnie twardszy od obrabianej części. Wysoka twardość poprawia odporność na ścieranie i stabilność ostrza, ale zwykle wiąże się z ograniczeniem ciągliwości.

Dlatego samej wartości twardości nie można traktować jako rankingu jakości materiałów.

Twardość na gorąco

Podczas skrawania strefa ostrza nagrzewa się do wysokiej temperatury. Materiał musi zachować twardość i odporność na odkształcenie również po nagrzaniu.

Im wyższa prędkość skrawania i mniejsza skuteczność odprowadzania ciepła, tym większe znaczenie ma twardość na gorąco.

Odporność na zużycie ścierne

Jest szczególnie istotna podczas:

• produkcji wielkoseryjnej,
• obróbki materiałów ściernych,
• pracy z dużą prędkością,
• długiego kontaktu ostrza z częścią,
• skrawania na sucho,
• obróbki elementów ze zgorzeliną lub niejednorodną powierzchnią.

Ciągliwość i odporność na wykruszenie

Materiały o wysokiej ciągliwości lepiej znoszą:

• obróbkę przerywaną,
• niejednorodne obciążenie,
• niewielkie drgania,
• uderzenia przy wejściu w materiał,
• pracę na starszej lub mniej sztywnej maszynie,
• miejscowe przeciążenie pojedynczych ostrzy.

Cecha ta ma szczególne znaczenie dla dłutaków Fellowsa, przeciągaczy i dużych frezów o drogich, skomplikowanych profilach.

Wytrzymałość na ściskanie

Wysokie obciążenia na niewielkiej powierzchni krawędzi występują między innymi w przypadku frezów ślimakowych, przeciągaczy oraz narzędzi do Power Skivingu.

Materiał nie może ulegać miejscowemu zgniataniu ani trwałemu odkształceniu.

Szlifowalność

Narzędzia do uzębień mają precyzyjne i często bardzo złożone profile. Materiał musi umożliwiać:

• wykonanie profilu,
• ostrzenie powierzchni natarcia,
• korekcję geometrii,
• ponowne profilowanie,
• regenerację bez przypaleń,
• uzyskanie odpowiedniej jakości powierzchni.

Materiał o bardzo wysokiej odporności na zużycie może wymagać dłuższego i droższego szlifowania.

Stabilność wymiarowa

Zmiany wymiarów po obróbce cieplnej lub szlifowaniu mogą powodować błędy:

• profilu,
• podziałki,
• kąta pochylenia,
• bicia,
• wymiarów mocowania.

Stabilność wymiarowa jest szczególnie ważna przy wysokich klasach dokładności oraz narzędziach o cienkich zębach.

Materiały stosowane na narzędzia do obróbki kół zębatych

Wpływ podstawowych dodatków stopowych na twardość na gorąco, odporność na zużycie, ciągliwość i szlifowalność stali szybkotnących.

W narzędziach CTI oferowanych przez Tradensa wybór nie ogranicza się do ogólnego określenia „HSS” albo „stal proszkowa”. Dobierany jest konkretny gatunek materiału od sprawdzonego producenta, odpowiadający konstrukcji narzędzia, wymaganej trwałości, wielkości serii oraz możliwościom obrabiarki.

Stal szybkotnąca HSS

Klasyczna stal szybkotnąca, spotykana między innymi w gatunkach zbliżonych do M2, pozostaje ważnym materiałem na narzędzia do uzębień.

HSS nie należy traktować jako materiału przestarzałego. W określonych zastosowaniach zapewnia on najbardziej racjonalne połączenie ceny, ciągliwości, szlifowalności i możliwości regeneracji.

W narzędziach CTI również klasyczne wykonania HSS nie są oparte na przypadkowym półfabrykacie. Materiał pochodzi od sprawdzonych dostawców i jest dobierany do wymiarów narzędzia, sposobu obróbki cieplnej oraz planowanego cyklu ostrzenia i ponownego powlekania.

Zalety HSS

• korzystna cena dużego półfabrykatu,
• wysoka ciągliwość,
• dobra odporność na obciążenia przerywane,
• mniejsza skłonność do nagłego wykruszenia niż węglik,
• dobra szlifowalność,
• możliwość wykonania dużych i skomplikowanych narzędzi,
• możliwość wielokrotnego ostrzenia,
• dobra przydatność do produkcji jednostkowej i krótkich serii.

Ograniczenia HSS

• niższa odporność na ścieranie niż PM-HSS i węglik,
• mniejsza twardość na gorąco,
• niższe dopuszczalne prędkości skrawania,
• krótsza trwałość w wysokowydajnej produkcji seryjnej,
• ograniczona możliwość wykorzystania potencjału szybkich obrabiarek CNC.

Kiedy HSS może być najlepszym wyborem?

Przede wszystkim w przypadku:

• bardzo dużych frezów,
• produkcji jednostkowej,
• krótkich serii,
• narzędzi odtworzeniowych,
• starszych obrabiarek,
• niestabilnych warunków obróbki,
• dużych frezów krążkowych,
• dużych frezów do kół łańcuchowych,
• narzędzi, których wyższa trwałość nie zrekompensuje ceny droższego materiału.

Stal szybkotnąca kobaltowa HSSE

HSSE, określana również jako HSS-Co, zawiera dodatek kobaltu poprawiający zachowanie materiału w podwyższonej temperaturze.

W narzędziach do uzębień spotyka się między innymi gatunki M35 i M42. Ostateczny wybór powinien uwzględniać wymagany kompromis pomiędzy twardością na gorąco, odpornością na ścieranie i ciągliwością.

W ofercie CTI podstawowym wykonaniem kobaltowym jest między innymi HSSE-M35. Od poziomu HSSE zalecamy stosowanie co najmniej powłoki Alcrona Pro, ponieważ ekonomiczna powłoka TiN nie wykorzystuje w pełni potencjału droższego i bardziej odpornego cieplnie podłoża.

Zalety HSSE

W porównaniu z klasycznym HSS może zapewniać:

• większą twardość na gorąco,
• możliwość zastosowania wyższej prędkości skrawania,
• wyższą odporność na zużycie,
• stabilniejszą krawędź przy większych obciążeniach cieplnych,
• nadal korzystną odporność na wykruszenie,
• dobrą możliwość ostrzenia i regeneracji.

Typowe zastosowania

HSSE jest często właściwym kierunkiem dla:

• dużych frezów ślimakowych,
• frezów do kół łańcuchowych,
• dużych frezów krążkowych,
• dłutaków Fellowsa,
• przeciągaczy,
• wiórkowników,
• noży do kół stożkowych,
• narzędzi pracujących w bardziej wymagającym materiale.

Przy dużym narzędziu HSSE może zapewnić lepszy wynik ekonomiczny niż PM-HSS, ponieważ cena półfabrykatu proszkowego rośnie razem z jego średnicą, długością i masą.

Stale proszkowe PM-HSS

 

Porównanie składu chemicznego stali Böhler S390 i S290 stosowanych między innymi na wysokowydajne narzędzia do obróbki uzębień.

PM-HSS to stale szybkotnące wytwarzane metodami metalurgii proszków. Proces pozwala uzyskać bardziej jednorodną strukturę oraz równomierniejsze rozmieszczenie węglików niż w klasycznej stali wytwarzanej metodą konwencjonalną.

Dzięki temu PM-HSS może łączyć:

• wysoką odporność na zużycie,
• wysoką twardość na gorąco,
• dobrą wytrzymałość na ściskanie,
• stabilną krawędź skrawającą,
• większą ciągliwość niż typowy pełny węglik,
• dobrą współpracę z powłokami PVD,
• możliwość wielokrotnego ostrzenia.

W narzędziach CTI stosowane są stale proszkowe pochodzące od uznanych producentów Erasteel i Böhler. W zależności od konstrukcji narzędzia i wymaganej wydajności wykorzystywane mogą być między innymi:

• Erasteel ASP 2030,
• Erasteel ASP 2052,
• Erasteel ASP 2060,
• Böhler S390 Microclean,
• Böhler S290 Microclean.

Gatunku nie dobieramy wyłącznie na podstawie teoretycznej twardości. Istotne są również odporność na zużycie, ciągliwość, stabilność krawędzi, wytrzymałość na ściskanie, twardość na gorąco oraz możliwość bezpiecznego szlifowania i wielokrotnej regeneracji narzędzia.

Dlaczego producent materiału ma znaczenie?

Ten sam ogólny symbol gatunku nie zawsze oznacza identyczną powtarzalność materiału pochodzącego z różnych źródeł. W narzędziu specjalnym różnice w czystości metalurgicznej, rozmieszczeniu węglików, stabilności po obróbce cieplnej albo szlifowalności mogą wpływać na profil, trwałość i liczbę możliwych regeneracji.

Dlatego CTI nie zastępuje materiałów Erasteel lub Böhler anonimowym odpowiednikiem wybranym wyłącznie ze względu na niższą cenę półfabrykatu. Ma to szczególne znaczenie przy drogich frezach ślimakowych, dłutakach Fellowsa, przeciągaczach i narzędziach do Power Skivingu, w których przedwczesne uszkodzenie powoduje znacznie większy koszt niż sama różnica w cenie materiału.

Kiedy PM-HSS ma największy sens?

Gdy:

• narzędzie ma małe lub średnie wymiary,
• produkcja jest seryjna,
• wymagana jest większa trwałość niż w HSSE,
• narzędzie będzie wielokrotnie ostrzone,
• maszyna umożliwia zastosowanie podwyższonych parametrów,
• proces jest za mało stabilny dla pełnego węglika,
• przestój maszyny i wymiana narzędzia są kosztowne,
• potrzebny jest kompromis pomiędzy odpornością na zużycie i ciągliwością.

Kiedy PM-HSS może się nie zwrócić?

Przede wszystkim przy bardzo dużym narzędziu przeznaczonym do wykonania niewielkiej liczby części.

Dotyczy to szczególnie:

• dużych frezów krążkowych,
• dużych frezów palcowych,
• frezów do kół łańcuchowych o dużych podziałkach,
• specjalnych narzędzi odtworzeniowych,
• narzędzi do jednorazowych lub sporadycznie powtarzanych zamówień.

W takich warunkach HSS albo HSSE mogą zapewnić niższy koszt jednej części mimo mniejszej trwałości katalogowej.

Zestawienie przykładowych klasycznych oraz proszkowych stali szybkotnących wraz z udziałem podstawowych pierwiastków stopowych.

Materiały o podwyższonej twardości na gorąco

Pomiędzy klasycznymi stalami proszkowymi i pełnym węglikiem występują również rozwiązania materiałowe opracowywane przez konkretnych producentów narzędzi.

Ich celem jest uzyskanie:

• większej dopuszczalnej prędkości niż przy typowym PM-HSS,
• większej twardości na gorąco,
• jednocześnie wyższej odporności na uszkodzenia niż w przypadku pełnego węglika.

Nie są to jednak jednolite gatunki normowe, które można automatycznie stosować jako zamienniki pomiędzy różnymi producentami. Ich wybór musi być powiązany z konkretną konstrukcją narzędzia, powłoką i zatwierdzonym procesem.

Jeżeli stosowany jest materiał niestandardowy albo wysokowydajny, jego producent i oznaczenie powinny zostać jednoznacznie określone w specyfikacji narzędzia. Nie rekomendujemy używania nieidentyfikowalnych określeń handlowych bez możliwości potwierdzenia rzeczywistego pochodzenia i właściwości materiału.

Węglik spiekany HM i VHM

Porównanie udziału WC, dodatków węglikowych i kobaltu oraz gęstości, wielkości ziarna i twardości wybranych gatunków węglika spiekanego.

Porównanie gęstości materiałów stosowanych na narzędzia do uzębień, pokazujące większą masę węglika w stosunku do stali szybkotnących.

Pełny węglik spiekany umożliwia stosowanie prędkości niedostępnych dla klasycznych stali szybkotnących i zachowuje wysoką twardość w podwyższonej temperaturze.

W narzędziach monolitycznych stosuje się najczęściej drobnoziarniste lub ultradrobnoziarniste gatunki na bazie WC-Co. Wielkość ziarna i udział spoiwa dobiera się do wymaganego kompromisu pomiędzy odpornością na ścieranie a ciągliwością.

Zalety węglika

• bardzo wysoka odporność na zużycie,
• wysoka twardość na gorąco,
• możliwość stosowania dużych prędkości skrawania,
• możliwość skrócenia czasu cyklu,
• dobra przydatność do obróbki na sucho,
• wysoka stabilność krawędzi w prawidłowo ustawionym procesie.

Ograniczenia węglika

• większa kruchość niż HSS i PM-HSS,
• wysoka wrażliwość na bicie,
• wysokie wymagania wobec sztywności maszyny,
• ryzyko nagłego wyszczerbienia,
• wyższa cena zakupu,
• wysoki koszt dużych narzędzi,
• trudniejsza i droższa regeneracja,
• duża masa większych narzędzi.

Kiedy pełny węglik ma sens?

Gdy:

• produkcja jest odpowiednio duża,
• obrabiarka jest szybka i sztywna,
• mocowanie narzędzia i części jest stabilne,
• bicie jest bardzo małe,
• proces wykorzystuje odpowiednio wysokie prędkości,
• skutecznie usuwane są wióry,
• wyeliminowano drgania i przypadkowe uderzenia,
• skrócenie czasu cyklu ma dużą wartość ekonomiczną.

Węglik nie kompensuje zużytej maszyny, słabego mocowania ani niewłaściwych parametrów. W niestabilnym procesie bardziej ciągliwe narzędzie PM-HSS może osiągnąć wyższą trwałość praktyczną.

Narzędzia składane i z wymiennymi ostrzami

Nie wszystkie narzędzia muszą być monolityczne.

W zależności od konstrukcji stosuje się:

• stalowy korpus z wymiennymi płytkami węglikowymi,
• głowice z wymiennymi nożami,
• przeciągacze segmentowe,
• przeciągacze z wymiennymi wkładkami,
• frezy wielkogabarytowe z wymiennymi ostrzami,
• głowice do kół stożkowych z oddzielnymi nożami,
• dłutaki na płytki.

Rozwiązanie składane pozwala zastosować kosztowny materiał tylko w strefie skrawania. Korpus zapewnia sztywność i mocowanie, natomiast wymienny element odpowiada za skrawanie.

Może to obniżyć koszt eksploatacji, ale wymaga bardzo dokładnego pozycjonowania ostrzy oraz stabilnego systemu mocowania.

Porównanie podstawowych materiałów

Materiał	Odporność na zużycie	Odporność na wykruszenie	Potencjalne parametry	Koszt narzędzia	Typowe zastosowanie
HSS	umiarkowana	wysoka	umiarkowane	niski	Duże narzędzia, krótkie serie, starsze maszyny
HSSE	wyższa niż HSS	wysoka	średnie	średni	Duże frezy, dłutaki, przeciągacze, trudniejsze warunki
PM-HSS	wysoka	dobra lub bardzo dobra	wysokie	wyższy	Produkcja seryjna, frezy, dłutaki, Power Skiving, przeciągacze
Materiały pośrednie	bardzo wysoka	zależna od rozwiązania	bardzo wysokie	wysoki	Wybrane procesy wysokowydajne
Węglik VHM	bardzo wysoka	niższa	najwyższe	bardzo wysoki	Stabilna produkcja wielkoseryjna, obróbka szybka i na sucho
Płytka węglikowa	bardzo wysoka	zależna od gatunku	wysokie	wymienny element	Dłutaki na płytki, głowice i narzędzia składane

Tabela przedstawia kierunki doboru, a nie sztywne reguły. Ostateczna decyzja musi uwzględniać geometrię, wielkość narzędzia, serię, obrabiarkę i sposób regeneracji.

Czym jest powłoka narzędziowa?

Podstawowy podział powłok przeciwzużyciowych stosowanych na frezach, dłutakach, przeciągaczach i innych narzędziach do uzębień.

Powłoka, nazywana również pokryciem, jest cienką warstwą nakładaną na przygotowaną powierzchnię gotowego narzędzia.

Nie zastępuje właściwego materiału bazowego. Jej zadaniem jest poprawa warunków występujących na styku:

• ostrza,
• obrabianej części,
• powstającego wióra.

Odpowiednio dobrana powłoka może:

• ograniczyć zużycie ścierne,
• ograniczyć zużycie adhezyjne,
• zwiększyć twardość powierzchni,
• zmniejszyć tarcie,
• ograniczyć nagrzewanie podłoża,
• zmniejszyć zużycie kraterowe,
• ograniczyć tworzenie narostu,
• poprawić odprowadzanie wiórów,
• umożliwić zastosowanie wyższej prędkości,
• wydłużyć czas pomiędzy ostrzeniami.

Powłoka nie skompensuje jednak:

• nieprawidłowego profilu,
• zbyt miękkiego podłoża,
• przypalenia po szlifowaniu,
• nadmiernego bicia,
• niewłaściwej geometrii krawędzi,
• drgań maszyny,
• błędnych parametrów.

Powłoki narzędzi CTI dostarczanych przez Tradensa wykonywane są przez Oerlikon Balzers. Dzięki temu stosujemy nie tylko ogólny typ chemiczny warstwy, lecz konkretne, powtarzalne systemy powłokowe, takie jak TiN, Alcrona Pro i Alcrona EVO, dobierane do materiału podłoża i warunków pracy.

PVD, CVD i PACVD

Schemat porównujący charakter naprężeń występujących w warstwach PVD i CVD oraz ich wpływ na zachowanie powłoki.

Powłoki PVD

PVD oznacza fizyczne osadzanie warstwy z fazy gazowej. Technologia umożliwia nanoszenie cienkich i twardych warstw na odpowiednio przygotowane narzędzia HSS, HSSE, PM-HSS oraz węglikowe.

W przypadku monolitycznych narzędzi do uzębień jest to podstawowa grupa procesów powlekania.

PVD stosuje się między innymi na:

• frezach ślimakowych,
• frezach krążkowych,
• dłutakach Fellowsa,
• narzędziach do Power Skivingu,
• przeciągaczach,
• wiórkownikach,
• nożach do kół stożkowych,
• płytkach skrawających.

Zaletą jest możliwość zachowania precyzyjnej geometrii oraz stosowania powłoki na narzędziach, które przeszły już właściwą obróbkę cieplną.

Powłoki CVD

Proces CVD opiera się na reakcjach chemicznych zachodzących podczas osadzania warstwy. Klasyczne CVD przebiega zwykle w wyższej temperaturze i znajduje szerokie zastosowanie przede wszystkim w produkcji płytek oraz określonych narzędzi węglikowych.

W przypadku precyzyjnych, monolitycznych narzędzi HSS i PM-HSS do uzębień najczęściej analizuje się przede wszystkim rozwiązania PVD.

Powłoki PACVD

PACVD wykorzystuje plazmę do wspomagania chemicznego osadzania, dzięki czemu możliwe jest prowadzenie procesu w niższej temperaturze niż przy klasycznym CVD.

Dla użytkownika narzędzia ważniejsza od samej nazwy technologii jest odpowiedź na pytania:

• czy temperatura procesu jest bezpieczna dla podłoża,
• czy warstwa ma właściwą adhezję,
• czy jej grubość odpowiada profilowi,
• czy przygotowanie krawędzi zostało dobrane do procesu,
• czy powłoka odpowiada materiałowi obrabianemu.

Najczęściej stosowane rodziny powłok

 

Porównanie twardości, odporności termicznej i zastosowania wybranych powłok Oerlikon Balzers.

Porównanie parametrów wybranych powłok AlCrN i TiAlN oferowanych przez różnych producentów.

TiN

TiN jest klasyczną i nadal stosowaną powłoką narzędziową.

TiN zalecamy przede wszystkim dla:

• narzędzi wykonanych z HSS,
• produkcji jednostkowej i krótkich serii,
• dużych narzędzi, przy których istotny jest koszt początkowy,
• umiarkowanych parametrów skrawania,
• starszych obrabiarek niewykorzystujących potencjału droższych materiałów,
• narzędzi, których zwiększona trwałość Alcrony Pro lub EVO nie zostałaby wykorzystana w planowanej partii.

Od poziomu HSSE zalecamy co najmniej Alcronę Pro. Pozwala to lepiej wykorzystać odporność cieplną i wyższy koszt bardziej zaawansowanego materiału podłoża.

TiN nie jest automatycznie najlepszym rozwiązaniem dla nowoczesnej produkcji wysokowydajnej, ale nie należy go również uznawać za technologię nieaktualną.

TiCN

TiCN może zapewniać wysoką odporność na zużycie ścierne i korzystne warunki tarcia w odpowiednio dobranym procesie.

Jego wybór zależy od:

• temperatury skrawania,
• obrabianego materiału,
• sposobu chłodzenia,
• geometrii ostrza,
• dominującego rodzaju zużycia.

Nie należy traktować TiCN jako uniwersalnej powłoki do wszystkich frezów i dłutaków.

TiAlN i AlTiN

Powłoki z grup TiAlN i AlTiN są stosowane w procesach o większych obciążeniach cieplnych niż typowe zastosowania TiN.

Mogą być analizowane przy:

• podwyższonych prędkościach,
• obróbce na sucho,
• ograniczonym chłodzeniu,
• obróbce stali o większej wytrzymałości,
• procesach wymagających większej odporności termicznej.

Sama ogólna nazwa chemiczna nie definiuje jednak wszystkich właściwości. Produkty różnych dostawców mogą różnić się strukturą, grubością, naprężeniami i przygotowaniem podłoża.

Powłoki AlCrN

Porównanie zużycia narzędzi z powłoką TiAlN i Alcrona Pro przy różnych prędkościach frezowania obwiedniowego.

Powłoki na bazie AlCrN należą do ważnych współczesnych rozwiązań stosowanych na narzędziach do uzębień.

Do tej grupy należą między innymi:

• Alcrona,
• Alcrona Pro,
• Alcrona EVO,
• inne rozwiązania AlCrN różnych producentów.
• Alcrona Pro i Alcrona EVO

Alcrona Pro była szeroko stosowana na frezach ślimakowych, dłutakach Fellowsa, narzędziach do Power Skivingu i innych narzędziach do uzębień.

W ofercie CTI Alcrona Pro pozostaje podstawowym zalecanym pokryciem narzędzi HSSE i PM-HSS do standardowej produkcji seryjnej. Alcronę EVO rekomendujemy przede wszystkim do większych serii, wysokiego wykorzystania maszyny oraz procesów, w których trwałość narzędzia i ograniczenie liczby przestojów mają bezpośredni wpływ na koszt jednej części.

Jej następcą w ofercie Oerlikon jest Alcrona EVO. Producent wskazuje między innymi na zwiększoną twardość, niższą przewodność cieplną, poprawioną adhezję, większą odporność na szok termiczny i zużycie adhezyjne w porównaniu z Alcrona Pro. Oerlikon oficjalnie podaje, że EVO zastępuje Alcrona Pro.

Nie oznacza to jednak, że Alcrona EVO jest zawsze najbardziej ekonomicznym wyborem. Duży frez HSS wykonujący krótką serię może nie wykorzystać potencjału i dodatkowego kosztu zaawansowanej powłoki.

Powłoki do aluminium i metali nieżelaznych

Przy obróbce aluminium problemem może być nie tyle wysoka temperatura, co:

• przywieranie materiału do ostrza,
• tworzenie narostu,
• zaklejanie przestrzeni wiórowych,
• pogorszenie jakości powierzchni,
• wzrost sił skrawania.

Dlatego powłoki stosowane do stali nie powinny być automatycznie przenoszone na narzędzia do aluminium.

W zależności od konkretnego stopu i procesu analizuje się:

• bardzo ostrą geometrię,
• polerowane powierzchnie natarcia,
• powłoki o niskim współczynniku tarcia,
• CrN,
• DLC,
• specjalne powłoki do metali nieżelaznych.

Również przy obróbce aluminium nie rekomendujemy automatycznie rezygnacji z powłoki. Należy natomiast zastosować warstwę i przygotowanie powierzchni przeznaczone do ograniczania adhezji i narostu, zamiast przenosić bezpośrednio rozwiązania stosowane do stali.

Czy powłokę można dobrać wyłącznie do materiału narzędzia?

Nie.

Materiał podłoża wyznacza podstawowy poziom powłoki, ale nie jest jedynym kryterium jej doboru. Przyjmujemy następujący punkt wyjścia:

• HSS i mała liczba części – TiN,
• HSSE i standardowa produkcja – minimum Alcrona Pro,
• PM-HSS i regularna produkcja – Alcrona Pro,
• większe serie oraz maksymalizacja wydajności – Alcrona EVO,
• wymienne płytki do dłutowania – najczęściej TiCN albo TiAlN.

Jak dobrać materiał i powłokę do konkretnego narzędzia?

Materiał podłoża i powłokę należy dobierać jako jeden układ. Nawet bardzo dobra powłoka nie wykorzysta swoich właściwości, jeżeli materiał narzędzia jest niedostosowany do wielkości serii, obrabianego materiału, prędkości skrawania albo sztywności maszyny.

Poniższe zalecenia odnoszą się do narzędzi CTI oferowanych przez Tradensa. Zakładamy w nich zastosowanie identyfikowalnego materiału od sprawdzonego dostawcy, prawidłowej obróbki cieplnej oraz powłoki Oerlikon Balzers. Sama nazwa gatunku nie zastępuje kontroli pochodzenia i jakości półfabrykatu.

W Tradensa nie rekomendujemy narzędzi skrawających do uzębień w wykonaniu niepokrywanym. Powłoka stanowi integralną część współczesnego narzędzia i wpływa na:

• odporność powierzchni na zużycie,
• tarcie pomiędzy ostrzem a wiórem,
• ograniczenie narostu,
• ochronę podłoża przed temperaturą,
• trwałość pomiędzy kolejnymi ostrzeniami,
• możliwość wykorzystania wyższych parametrów,
• całkowity koszt wykonania jednej części.

Przy doborze uwzględniamy przede wszystkim:

• rodzaj i konstrukcję narzędzia,
• jego średnicę, długość i masę,
• HSS, HSSE, PM-HSS albo węglik,
• materiał oraz twardość obrabianej części,
• liczbę planowanych detali,
• prędkość skrawania,
• obróbkę ciągłą albo przerywaną,
• pracę na mokro lub na sucho,
• stan i sztywność obrabiarki,
• planowaną liczbę ostrzeń,
• koszt wymiany i ustawiania narzędzia,
• oczekiwany koszt jednej prawidłowo wykonanej części.

Praktyczna zasada doboru powłoki

Dla większości monolitycznych narzędzi do obróbki kół zębatych i wielowypustów stosujemy następujący kierunek:

Warunki produkcji	Zalecane wykonanie	Podstawowe uzasadnienie
Pojedyncze części i krótkie serie	HSS + TiN	Najniższy uzasadniony koszt wykonania narzędzia
Standardowa produkcja seryjna	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	Korzystny kompromis pomiędzy ceną, trwałością i możliwością regeneracji
Większe serie i intensywne wykorzystanie maszyny	PM-HSS + Alcrona EVO	Większa trwałość i ograniczenie liczby wymian narzędzia
Maksymalna wydajność na szybkiej, sztywnej maszynie	PM-HSS lub węglik + Alcrona EVO	Wykorzystanie wysokich parametrów i minimalizacja kosztu cyklu
Dłutaki z wymiennymi płytkami	Płytki węglikowe TiCN lub TiAlN	Dostosowanie do relatywnie niskich prędkości i ekonomiki wymiennych ostrzy
Materiały nieżelazne i silnie adhezyjne	Powłoka specjalna do danego materiału	Ograniczenie narostu i przywierania obrabianego materiału

Najprostsza praktyczna zasada jest następująca:

TiN stosujemy przede wszystkim na narzędziach HSS przeznaczonych do małej liczby części. Od poziomu HSSE rekomendujemy co najmniej Alcronę Pro, natomiast Alcronę EVO dobieramy do większych serii i procesów nastawionych na maksymalną trwałość oraz wydajność.

Nie oznacza to, że Alcrona EVO musi być stosowana w każdym narzędziu produkcyjnym. Droższa powłoka jest uzasadniona przede wszystkim wtedy, gdy jej potencjał może zostać wykorzystany przez wielkość serii, odpowiednią maszynę i stabilne warunki skrawania.

TiN – ekonomiczne pokrycie narzędzi HSS

TiN jest właściwym wyborem przede wszystkim dla narzędzi wykonanych z klasycznej stali szybkotnącej HSS, gdy:

• planowana jest produkcja jednostkowa,
• wykonywana jest mała liczba części,
• narzędzie ma duże wymiary,
• koszt początkowy ma większe znaczenie niż maksymalna trwałość,
• stosowane są umiarkowane prędkości skrawania,
• obrabiarka nie umożliwia pełnego wykorzystania nowoczesnego PM-HSS,
• proces jest uruchamiany sporadycznie.

Typowe zastosowania to:

• duże frezy krążkowe do krótkich serii,
• specjalne frezy odtworzeniowe,
• duże frezy do kół łańcuchowych,
• frezy palcowe do pojedynczych dużych kół,
• narzędzia wykonywane jako zamienniki starszych frezów VIS,
• duże dłutaki używane jedynie okresowo.

TiN zapewnia podstawową ochronę powierzchni, ogranicza tarcie i zwiększa trwałość w porównaniu z narzędziem niepokrywanym, a jednocześnie nie podnosi nadmiernie kosztu wykonania narzędzia.

Nie traktujemy jednak TiN jako podstawowego pokrycia narzędzi HSSE i PM-HSS. W takim przypadku koszt lepszego podłoża powinien być wykorzystany przez bardziej zaawansowaną powłokę.

Alcrona Pro – standard do regularnej produkcji

Alcrona Pro jest zalecanym standardem dla narzędzi HSSE i PM-HSS wykorzystywanych w normalnej, powtarzalnej produkcji.

Rekomendujemy ją przede wszystkim, gdy:

• narzędzie regularnie wraca do produkcji,
• wykonywane są powtarzalne partie,
• parametry są wyższe niż w przypadku klasycznego narzędzia HSS,
• wymagane jest ograniczenie zużycia ściernego i cieplnego,
• narzędzie będzie wielokrotnie ostrzone i ponownie powlekane,
• istotna jest stabilna trwałość pomiędzy regeneracjami,
• proces jest już sprawdzony i nie wymaga maksymalizacji parametrów za wszelką cenę.

Alcrona Pro może być stosowana między innymi na:

• frezach ślimakowych HSSE i PM-HSS,
• frezach krążkowych i palcowych,
• dłutakach Fellowsa,
• narzędziach do Power Skivingu,
• przeciągaczach i przepychaczach,
• wiórkownikach,
• nożach do produkcji kół stożkowych.

W typowej produkcji seryjnej połączenie HSSE lub PM-HSS z Alcroną Pro zapewnia zwykle korzystny kompromis pomiędzy ceną narzędzia, trwałością, odpornością na wykruszenie i możliwością wielokrotnej regeneracji.

Alcrona EVO – większe serie i maksymalizacja wydajności

Alcrona EVO rekomendujemy do nowych i istniejących procesów, w których najważniejsze są:

• duża liczba wykonywanych części,
• możliwie wysoka trwałość pomiędzy ostrzeniami,
• ograniczenie liczby zmian narzędzia,
• wykorzystanie podwyższonych parametrów,
• duży koszt przestoju obrabiarki,
• praca w wysokiej temperaturze,
• obróbka na sucho albo przy ograniczonym chłodzeniu,
• maksymalizacja wykorzystania nowoczesnej maszyny CNC.

Największe uzasadnienie ekonomiczne Alcrona EVO występuje przy:

• szybkich frezach ślimakowych,
• narzędziach do Power Skivingu,
• frezach węglikowych,
• frezach PM-HSS pracujących w produkcji wielkoseryjnej,
• dłutakach Fellowsa używanych w intensywnej produkcji,
• przeciągaczach, których wymiana generuje długi przestój,
• narzędziach o wysokim jednostkowym koszcie regeneracji.

Wyższy koszt powłoki może zostać zrekompensowany przez:

• większą liczbę części wykonanych pomiędzy ostrzeniami,
• mniejszą liczbę wymian narzędzia,
• ograniczenie czasu ustawiania,
• możliwość zastosowania wyższych parametrów,
• większą stabilność jakości,
• niższy koszt narzędzia przypadający na jedną część.

Alcrona EVO nie powinna być jednak wybierana wyłącznie dlatego, że jest powłoką nowszej generacji. Przy dużym frezie przeznaczonym do wykonania kilkunastu części różnica w trwałości może nie zostać wykorzystana.

Frezy ślimakowe

Frezy ślimakowe mogą być wykonywane z HSS, HSSE, PM-HSS oraz pełnego węglika spiekanego.

Dobór materiału

• HSS – duże frezy, pojedyncze zlecenia, krótkie serie i starsze obrabiarki;
• HSSE – większe narzędzia pracujące przy wyższych obciążeniach cieplnych;
• PM-HSS – podstawowy kierunek do regularnej produkcji seryjnej;
• węglik – szybka produkcja na sztywnej maszynie z minimalnym biciem i stabilnym mocowaniem.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – duże frezy i mała liczba części;
• HSS + Alcrona Pro – większa liczba części albo trudniejszy materiał obrabiany;
• HSSE + Alcrona Pro – standardowe wykonanie do produkcji seryjnej;
• PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja przy podwyższonych parametrach;
• PM-HSS + Alcrona EVO – duże serie i ograniczenie liczby regeneracji;
• węglik + Alcrona EVO – maksymalna wydajność na nowoczesnej frezarce obwiedniowej.

Dla dużego freza przeznaczonego do krótkiego zlecenia HSS z TiN może zapewnić niższy koszt części niż PM-HSS z Alcroną EVO. Przy małym frezie pracującym codziennie w produkcji wielkoseryjnej bardziej zaawansowane wykonanie może być znacznie korzystniejsze.

W wykonaniach PM-HSS CTI stosuje między innymi materiały Erasteel ASP 2030, ASP 2052 i ASP 2060 oraz Böhler S390 i S290, zależnie od wielkości freza, wymaganej trwałości i warunków produkcji.

Frezy krążkowe, modułowe i palcowe

Frezy krążkowe, modułowe i palcowe występują w bardzo szerokim zakresie wymiarów. W tej grupie szczególnie duże znaczenie ma koszt półfabrykatu.

Dobór materiału

• duży frez do pojedynczych części – HSS;
• duży frez do bardziej wymagającego materiału – HSSE;
• mały lub średni frez do produkcji seryjnej – PM-HSS;
• mały frez do stabilnej produkcji wielkoseryjnej – opcjonalnie węglik.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – duże frezy, części zamienne i krótkie serie;
• HSS + Alcrona Pro – większa liczba części lub wymagający materiał;
• HSSE + Alcrona Pro – standardowa produkcja seryjna;
• PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja małymi i średnimi frezami;
• PM-HSS + Alcrona EVO – większe serie i intensywne wykorzystanie freza;
• węglik + Alcrona EVO – indywidualnie potwierdzone procesy wysokowydajne.

Przy dużych frezach do kół łańcuchowych najczęściej najbardziej racjonalnym rozwiązaniem pozostaje HSS albo HSSE. PM-HSS ma większe uzasadnienie przy mniejszych i średnich narzędziach, natomiast pełny węglik stosuje się w tej grupie bardzo rzadko.

Przy małych i średnich frezach seryjnych stosowane mogą być między innymi stale proszkowe Erasteel ASP oraz Böhler Microclean. Przy bardzo dużych narzędziach koszt półfabrykatu powinien być zawsze zestawiony z rzeczywistą liczbą planowanych części.

Dłutaki Fellowsa

Dłutaki Fellowsa i noże Fellowsa pracują w warunkach cyklicznego wejścia ostrza w materiał. Z tego względu wymagają zarówno odporności na zużycie, jak i odpowiedniej ciągliwości.

Dobór materiału

• HSS – duże dłutaki i małe serie;
• HSSE – standardowe oraz bardziej obciążone zastosowania;
• PM-HSS – regularna produkcja seryjna i podwyższone parametry;
• pełny węglik – nietypowe rozwiązania wymagające indywidualnego potwierdzenia.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – sporadyczna produkcja i umiarkowana liczba skoków;
• HSS + Alcrona Pro – większa liczba części albo trudniejszy materiał;
• HSSE + Alcrona Pro – podstawowe wykonanie do produkcji seryjnej;
• PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja przy wyższych obciążeniach;
• PM-HSS + Alcrona EVO – duże serie, wysoka liczba skoków i kosztowne przestoje.

W przypadku dłutaków nie można analizować wyłącznie odporności na ścieranie. Powłoka i mikrogeometria krawędzi muszą również ograniczać ryzyko wykruszeń podczas powtarzalnego wejścia narzędzia w materiał.

Dla standardowej produkcji CTI stosuje między innymi HSSE-M35 oraz stale proszkowe Erasteel i Böhler. Ze względu na przerywany charakter procesu materiał musi łączyć odporność na zużycie z odpowiednią ciągliwością.

Narzędzia do Power Skivingu

Narzędzia do Power Skivingu pracują przy wysokich, precyzyjnie zsynchronizowanych prędkościach narzędzia i części.

Proces jest szczególnie wrażliwy na:

• bicie,
• sztywność mocowania,
• synchronizację wrzecion,
• geometrię powierzchni natarcia,
• przygotowanie krawędzi,
• adhezję powłoki,
• stabilność cieplną warstwy.

Dobór materiału

• HSSE – mniej intensywne albo specjalne procesy;
• PM-HSS – podstawowe wykonanie zapewniające dobrą trwałość i możliwość regeneracji;
• węglik – wysokowydajna produkcja na bardzo szybkiej i sztywnej maszynie.

Dobór powłoki

• HSSE + Alcrona Pro – standardowa i mniej intensywna produkcja;
• PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja seryjna;
• PM-HSS + Alcrona EVO – większe serie i maksymalizacja trwałości;
• węglik + Alcrona EVO – wysokie prędkości i wykorzystanie pełnego potencjału maszyny.

W narzędziach węglikowych do Power Skivingu bardzo duże znaczenie ma również geometria powierzchni natarcia. W zależności od procesu stosuje się ujemny kąt natarcia, często w zakresie około −10° do −15°, co może istotnie zwiększać trwałość w porównaniu z klasycznym wykonaniem o zerowym kącie natarcia.

Przy narzędziach PM-HSS szczególne znaczenie ma jednorodna struktura materiału i stabilność cienkich krawędzi. Dlatego CTI wykorzystuje stale proszkowe renomowanych producentów, zamiast anonimowych zamienników o niepotwierdzonej powtarzalności.

Przeciągacze i przepychacze

Przeciągacze i przepychacze mają wiele kolejnych ostrzy, które rozdzielają naddatek pomiędzy część zgrubną, półwykańczającą, wykańczającą i kalibrującą.

Dobór materiału

• HSS – mniejsza liczba części i prostsze zastosowania;
• HSSE – standardowa produkcja oraz większe obciążenia cieplne;
• PM-HSS – duże serie, materiały ścierne i wysoki koszt przestoju;
• węglikowe segmenty lub wkładki – specjalne konstrukcje wysokowydajne.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – krótkie serie i ekonomiczne wykonania narzędzi;
• HSS + Alcrona Pro – bardziej wymagające materiały lub większa liczba części;
• HSSE + Alcrona Pro – standardowa produkcja seryjna;
• PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja i trudniejsze materiały;
• PM-HSS + Alcrona EVO – duże serie oraz procesy o wysokim koszcie wymiany narzędzia.

Przy przeciągaczach należy przeanalizować również sposób usuwania starej powłoki, możliwość ponownego powlekania oraz wpływ kolejnych regeneracji na część kalibrującą.

Noże, segmenty i głowice do kół stożkowych

Noże, segmenty i głowice do produkcji kół stożkowych występują w wielu odmiennych systemach i konstrukcjach.

Stosuje się między innymi:

• noże HSS,
• ostrza HSSE,
• ostrza PM-HSS,
• noże i płytki węglikowe,
• stalowe głowice z wymiennymi elementami skrawającymi.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – krótkie serie, starsze systemy i umiarkowane parametry;
• HSS + Alcrona Pro – większa liczba części;
• HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro – standardowa produkcja seryjna;
• PM-HSS lub węglik + Alcrona EVO – duże serie i wysokie parametry.

Dobór musi uwzględnić konkretny system maszyny, obróbkę zgrubną lub wykańczającą, sposób chłodzenia oraz możliwość regeneracji pojedynczych noży.

Wiórkowniki

Wiórkowniki do kół zębatych wymagają wysokiej dokładności profilu i stabilności rowków skrawających.

Dobór materiału

Najczęściej stosuje się:

• HSS,
• HSSE,
• PM-HSS.

Dobór powłoki

• HSS + TiN – krótka lub sporadyczna produkcja;
• HSS + Alcrona Pro – większa liczba części;
• HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro – regularna produkcja seryjna;
• PM-HSS + Alcrona EVO – większe serie, po potwierdzeniu wyniku w konkretnym procesie.

W przypadku wiórkowników trzeba uwzględnić wpływ grubości i przygotowania powłoki na mikrogeometrię rowków, kontakt z obrabianym kołem oraz późniejsze ostrzenie i reprofilowanie.

Dłutaki na płytki i oprawki napędzane

Dłutaki na płytki i oprawki napędzane składają się zazwyczaj ze stalowego korpusu oraz wymiennej płytki węglikowej lub HSS-E.

W tej grupie nie stosujemy bezpośrednio schematu TiN – Alcrona Pro – Alcrona EVO właściwego dla monolitycznych frezów i dłutaków.

Najczęściej rekomendujemy płytki pokryte:

• TiCN – do wielu zastosowań przy niższych prędkościach i dużych obciążeniach mechanicznych;
• TiAlN – do bardziej wymagających materiałów, wyższej temperatury oraz procesów potrzebujących większej odporności cieplnej.

Dłutowanie na tokarkach i centrach CNC odbywa się zwykle przy relatywnie niskich prędkościach skrawania. Z tego względu droższe powłoki projektowane do wysokowydajnej obróbki nie zawsze są w stanie ekonomicznie obronić swoją cenę.

O doborze płytki decydują przede wszystkim:

• materiał obrabiany,
• szerokość rowka,
• długość skoku,
• głębokość skrawania,
• sztywność oprawki,
• rodzaj wejścia w materiał,
• dłutowanie statyczne albo live broaching,
• sposób podawania chłodziwa,
• oczekiwana liczba części.

Przy małych seriach najważniejsza może być dostępność i uniwersalność płytki TiCN. W bardziej wymagających stalach i przy większym obciążeniu cieplnym lepszym kierunkiem może być TiAlN.

Sprawdziany do wielowypustów i uzębień

Sprawdziany do wielowypustów, uzębień i rowków wpustowych nie są narzędziami skrawającymi, dlatego ich materiał i wykończenie dobiera się według innych kryteriów.

Najważniejsze są:

• stabilność wymiarowa,
• odporność na ścieranie,
• możliwość precyzyjnego szlifowania,
• powtarzalność obróbki cieplnej,
• odporność na korozję,
• liczba planowanych kontroli.

W zależności od intensywności użytkowania stosuje się:

• hartowane stale narzędziowe,
• stale szybkotnące,
• materiały proszkowe,
• węglikowe powierzchnie robocze,
• konstrukcje stalowo-węglikowe,
• dodatkowe warstwy zwiększające odporność na zużycie.

Przy sporadycznej kontroli właściwie wykonany sprawdzian stalowy może być w pełni wystarczający. W produkcji wielkoseryjnej większy koszt powierzchni węglikowych może zostać uzasadniony przez znacznie wolniejsze zużycie wymiarowe.

Praktyczny dobór materiału i powłoki według rodzaju narzędzia

Rodzaj narzędzia	Mała liczba części	Standardowa produkcja seryjna	Duża seria i maksymalna wydajność
Frez ślimakowy	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS lub węglik + Alcrona EVO
Frez krążkowy	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS, wyjątkowo węglik + Alcrona EVO
Frez do koła łańcuchowego	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS + Alcrona EVO; węglik bardzo rzadko
Dłutak Fellowsa	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS + Alcrona EVO
Narzędzie do Power Skivingu	HSSE + Alcrona Pro	PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS lub węglik + Alcrona EVO
Przeciągacz lub przepychacz	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS lub konstrukcja specjalna + Alcrona EVO
Noże do kół stożkowych	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS lub węglik + Alcrona EVO
Wiórkownik	HSS + TiN	HSSE lub PM-HSS + Alcrona Pro	PM-HSS + Alcrona EVO po potwierdzeniu procesu
Dłutak na płytki	Płytka węglikowa TiCN	Płytka TiCN lub TiAlN	Płytka TiAlN lub dedykowany gatunek do materiału
Sprawdzian	Hartowana stal narzędziowa	Materiał o zwiększonej odporności na zużycie	Powierzchnie robocze z węglika lub konstrukcja składana

Tabela przedstawia rekomendowany punkt wyjścia:

TiN – wyłącznie jako ekonomiczne pokrycie narzędzi HSS; Alcrona Pro – minimalny zalecany poziom dla HSSE i standard produkcji seryjnej; Alcrona EVO – większe serie i maksymalizacja wydajności.

Obróbka na mokro czy na sucho?

Obróbka z chłodziwem

Chłodziwo może:

• ograniczać temperaturę krawędzi,
• wypłukiwać wióry,
• zmniejszać narost,
• smarować strefę skrawania,
• poprawiać warunki pracy narzędzia HSS lub HSSE.

Podawanie chłodziwa musi być jednak stabilne. Cykliczne nagrzewanie i gwałtowne chłodzenie krawędzi może zwiększać ryzyko szoku termicznego oraz pęknięć powłoki i podłoża.

Obróbka na sucho

Obróbka na sucho może ograniczyć koszty gospodarki chłodziwem i uprościć odprowadzanie wiórów, ale wymaga:

• materiału zachowującego twardość w wysokiej temperaturze,
• powłoki odpornej cieplnie,
• skutecznego usuwania gorących wiórów,
• odpowiedniej konstrukcji maszyny,
• sztywnego mocowania,
• stabilnych parametrów.

W takich warunkach szczególne uzasadnienie mogą mieć PM-HSS lub węglik pokryte Alcroną EVO.

Przejście z obróbki mokrej na suchą nie powinno polegać wyłącznie na wyłączeniu chłodziwa. Wymaga ponownego doboru materiału, powłoki, parametrów i sposobu usuwania wiórów.

Regeneracja, ostrzenie i ponowne powlekanie

Narzędzia do obróbki kół zębatych są zwykle projektowane tak, aby mogły przejść kilka lub wiele cykli regeneracji.

Prawidłowy proces może obejmować:

• ocenę charakteru zużycia,
• kontrolę wykruszeń i pęknięć,
• pomiar aktualnej geometrii,
• usunięcie starej powłoki, jeżeli jest wymagane,
• ostrzenie powierzchni natarcia,
• korekcję profilu,
• przygotowanie mikrogeometrii krawędzi,
• mycie i przygotowanie powierzchni,
• ponowne powlekanie,
• wygładzanie warstwy, jeżeli wymaga tego proces,
• końcową kontrolę narzędzia.

Czy po ostrzeniu trzeba ponownie powlekać narzędzie?

Takie postępowanie traktujemy jako standard.

Podczas ostrzenia powłoka zostaje usunięta z powierzchni natarcia. Pozostawienie narzędzia w tym stanie zmienia:

• warunki tarcia,
• sposób tworzenia i odprowadzania wióra,
• rozkład temperatury,
• odporność powierzchni natarcia na zużycie,
• trwałość narzędzia,
• stabilność pomiędzy kolejnymi cyklami produkcyjnymi.

Dlatego narzędzie po regeneracji powinno wracać do produkcji z właściwie odtworzoną powłoką. Pozwala to zachować powtarzalne warunki pracy oraz porównywać trwałość kolejnych cykli.

Czy można nałożyć nową warstwę na starą powłokę?

Nie należy automatycznie nakładać kolejnej powłoki na zużytą lub uszkodzoną warstwę.

Może to powodować:

• pogorszenie adhezji,
• łuszczenie powłoki,
• nadmierną całkowitą grubość,
• zmianę mikrogeometrii,
• nadmierne zaokrąglenie krawędzi,
• niekorzystne naprężenia.

Przed ponownym powlekaniem trzeba ocenić stan starej warstwy i dobrać bezpieczny dla podłoża sposób jej usunięcia.

Czy powłoka zmienia wymiar narzędzia?

Grubość powłoki jest niewielka, ale przy bardzo dokładnych narzędziach do uzębień musi zostać uwzględniona.

Powłoka może wpływać na:

• promień krawędzi,
• mikrogeometrię ostrza,
• rzeczywiste wymiary profilu,
• warunki kontaktu powierzchni przyłożenia,
• łatwość wejścia krawędzi w materiał.

Planowane powlekanie powinno zostać uwzględnione już podczas projektowania, szlifowania i przygotowania krawędzi narzędzia.

Jak rozpoznać dominujący mechanizm zużycia?

Zużycie powierzchni przyłożenia

Możliwe przyczyny:

• naturalne zużycie ścierne,
• zbyt wysoka prędkość,
• materiał części o wysokiej ścieralności,
• zbyt słaba powłoka,
• niewłaściwa geometria krawędzi,
• nierównomierne obciążenie ostrzy.

Przy prawidłowym, równomiernym zużyciu można rozważyć zastosowanie Alcrony EVO albo zwiększenie parametrów.

Zużycie kraterowe

Powstaje na powierzchni natarcia i może być związane z:

• wysoką temperaturą,
• intensywnym tarciem wióra,
• zbyt wysoką prędkością,
• niewłaściwą powłoką,
• nieprawidłowym chłodzeniem,
• pozostawieniem niepokrytej powierzchni natarcia po ostrzeniu.

Wykruszenia krawędzi

Mogą wskazywać na:

• drgania,
• nadmierne bicie,
• zbyt kruchy materiał,
• zbyt ostrą lub niewłaściwie przygotowaną krawędź,
• zbyt agresywne wejście,
• brak sztywności mocowania,
• lokalne przeciążenie pojedynczych ostrzy.

W takim przypadku sama zmiana z Alcrony Pro na EVO może nie rozwiązać problemu. Najpierw trzeba usunąć przyczynę obciążenia udarowego.

Narost

Najczęstsze przyczyny to:

• materiał o dużej skłonności do adhezji,
• zbyt niska prędkość,
• nieodpowiednia geometria,
• niewłaściwa powłoka,
• zbyt mała gładkość powierzchni natarcia,
• niewystarczające smarowanie.

Pęknięcia cieplne

Mogą być efektem:

• cyklicznego nagrzewania i chłodzenia,
• niestabilnego podawania chłodziwa,
• zbyt dużego obciążenia termicznego,
• niewłaściwego przygotowania podłoża,
• niedopasowania powłoki do warunków procesu.

Najczęstsze błędy przy wyborze materiału i powłoki

Zamawianie narzędzia niepokrywanego

Rezygnacja z powłoki obniża koszt początkowy, ale zwykle zwiększa zużycie, liczbę wymian i całkowity koszt procesu. Dlatego w standardowych narzędziach skrawających do uzębień nie rekomendujemy wykonania niepokrywanego.

Stosowanie TiN na drogim podłożu HSSE lub PM-HSS

TiN jest ekonomicznym pokryciem dla narzędzi HSS. W przypadku HSSE i PM-HSS zalecamy co najmniej Alcronę Pro, aby wykorzystać potencjał droższego materiału podłoża.

Wybór Alcrony EVO bez odpowiedniej wielkości produkcji

Zaawansowana powłoka może zwiększyć trwałość, ale nie obniży kosztu części, jeżeli narzędzie wykona jedynie niewielką partię i nie zbliży się do końca swojej trwałości.

Zastosowanie węglika na niewystarczająco sztywnej maszynie

Węglik nie kompensuje drgań, bicia ani zużytego wrzeciona. W niestabilnych warunkach narzędzie PM-HSS z Alcroną Pro lub EVO może zapewnić lepszą trwałość praktyczną.

Kopiowanie wykonania ze starego narzędzia

Stary frez mógł zostać zaprojektowany dla innej maszyny, mniejszej produkcji, niższej prędkości albo niedostępnej obecnie powłoki.

Dobór powłoki wyłącznie według koloru

Kolor nie określa jednoznacznie składu, struktury, grubości, adhezji ani właściwości warstwy.

Pominięcie przygotowania krawędzi

Nawet najlepsza powłoka nie zapewni właściwego wyniku na przypalonej, wyszczerbionej albo nieprawidłowo przygotowanej powierzchni.

Brak kontroli bicia

Nadmierne bicie powoduje, że część ostrzy wykonuje większość pracy. Prowadzi to do ich szybkiego zużycia lub wykruszenia niezależnie od klasy zastosowanej powłoki.

Stosowanie zbyt drogiej powłoki na płytkach do dłutowania

Dłutaki na płytki pracują zwykle przy relatywnie niskich prędkościach. W wielu zastosowaniach TiCN lub TiAlN zapewniają lepszy wynik ekonomiczny niż droższe, bardziej zaawansowane powłoki.

Anonimowy materiał albo niepotwierdzony zamiennik gatunku

Oznaczenie HSS, HSSE albo PM-HSS nie daje jeszcze pewności, że dwie partie półfabrykatu będą miały identyczną jakość i powtarzalność. Przy narzędziach specjalnych należy zweryfikować producenta materiału, sposób jego wytworzenia oraz zgodność z zatwierdzoną specyfikacją.

CTI korzysta ze sprawdzonych materiałów Erasteel i Böhler, dzięki czemu kolejne dostawy frezów, dłutaków lub przeciągaczy nie są oparte na przypadkowo zmienianym źródle półfabrykatu.

Jak dobrać materiał i powłokę krok po kroku?

1. Określ rodzaj narzędzia

Frez ślimakowy, frez krążkowy, dłutak Fellowsa, narzędzie do Power Skivingu i przeciągacz pracują w odmiennych warunkach.

2. Określ jego wymiary

Średnica, długość i masa wpływają na koszt półfabrykatu, opłacalność PM-HSS oraz możliwość wykonania narzędzia z węglika.

3. Określ materiał obrabiany

Należy podać:

• gatunek materiału,
• twardość,
• stan obróbki cieplnej,
• obecność zgorzeliny,
• rodzaj wcześniejszej obróbki.

4. Ustal wielkość produkcji

• pojedyncze części i mała seria – HSS + TiN;
• standardowa produkcja – minimum HSSE + Alcrona Pro;
• większe serie – PM-HSS + Alcrona EVO;
• maksymalna wydajność – PM-HSS albo węglik + Alcrona EVO.

5. Sprawdź możliwości maszyny

Najważniejsze są:

• zakres obrotów,
• moc i moment,
• sztywność,
• stan wrzeciona,
• bicie,
• sposób mocowania,
• chłodzenie,
• skuteczność odprowadzania wiórów.

6. Określ warunki procesu

• obróbka na mokro czy na sucho,
• ciągła czy przerywana,
• zgrubna czy wykańczająca,
• stabilna czy podatna na drgania,
• realizowana na nowoczesnej czy starszej maszynie.

7. Zidentyfikuj obecny mechanizm zużycia

Zdjęcia zużytych krawędzi mogą wskazać, czy problem wynika z materiału, powłoki, mikrogeometrii, parametrów czy bicia.

8. Ustal plan regeneracji

Należy określić:

• przewidywaną liczbę ostrzeń,
• sposób usuwania starej powłoki,
• zakres szlifowania powierzchni natarcia,
• wymaganą kontrolę po ostrzeniu,
• rodzaj powłoki nakładanej ponownie.

9. Porównaj koszt jednej części

W kalkulacji należy uwzględnić:

• cenę nowego narzędzia,
• koszt powłoki,
• trwałość do ostrzenia,
• liczbę możliwych regeneracji,
• koszt regeneracji,
• czas wymiany i ustawiania,
• koszt godziny pracy maszyny,
• liczbę braków,
• rzeczywisty czas cyklu.

Jakie dane przesłać do doboru materiału i powłoki?

Najlepiej przekazać:

• rysunek obrabianej części,
• rysunek albo zdjęcia obecnego narzędzia,
• rodzaj uzębienia lub profilu,
• moduł, DP albo CP,
• liczbę zębów,
• materiał i twardość części,
• wymaganą klasę dokładności,
• producenta oraz model maszyny,
• sposób mocowania,
• zakres obrotów i dostępny moment,
• obecne parametry skrawania,
• sposób chłodzenia,
• wielkość partii i produkcję roczną,
• aktualną trwałość narzędzia,
• liczbę dotychczasowych ostrzeń,
• zdjęcia zużytych krawędzi,
• informacje o wykruszeniach, narostach lub przegrzewaniu,
• obecny materiał i powłokę, jeżeli są znane.

Najczęściej zadawane pytania

Czy rekomendujecie narzędzia niepokrywane?

Nie. W przypadku współczesnych narzędzi skrawających do obróbki kół zębatych i wielowypustów powłokę traktujemy jako integralną część narzędzia. Rezygnacja z niej zwykle zwiększa zużycie i koszt produkcji.

Kiedy stosować TiN?

TiN rekomendujemy przede wszystkim na narzędziach HSS przeznaczonych do pojedynczych części, krótkich serii i umiarkowanych parametrów.

Jaka powłoka jest zalecana dla HSSE?

Dla narzędzi HSSE rekomendujemy co najmniej Alcronę Pro. TiN nie wykorzystuje w pełni potencjału droższego podłoża.

Kiedy wybrać Alcronę Pro?

Alcrona Pro jest podstawowym wyborem do standardowej, regularnej produkcji seryjnej narzędziami HSSE i PM-HSS.

Kiedy warto zastosować Alcronę EVO?

Przy większych seriach, wysokim wykorzystaniu maszyny, dużym koszcie przestojów i procesach nastawionych na maksymalną trwałość oraz wydajność.

Czy Alcrona EVO zawsze jest bardziej opłacalna od Alcrony Pro?

Nie. W małej serii jej większa trwałość może nie zostać wykorzystana. O wyborze powinna decydować liczba części i koszt jednej prawidłowo wykonanej sztuki.

Czy PM-HSS zawsze jest lepsza od HSSE?

Nie. PM-HSS może zapewnić większą trwałość i wyższe parametry, ale przy dużym narzędziu albo krótkiej serii HSSE może być bardziej ekonomiczne.

Kiedy warto zastosować frez węglikowy?

Gdy obrabiarka jest szybka i sztywna, bicie jest minimalne, mocowanie stabilne, a wielkość produkcji pozwala wykorzystać wyższe parametry i krótszy czas cyklu.

Jaką powłokę stosować na dłutakach z wymiennymi płytkami?

Najczęściej TiCN albo TiAlN. Dłutowanie odbywa się przy stosunkowo niskich prędkościach skrawania, dlatego droższa powłoka nie zawsze zapewnia proporcjonalne obniżenie kosztu części.

Czy narzędzie trzeba ponownie powlekać po ostrzeniu?

Tak. Ponowne powlekanie traktujemy jako standardowy element regeneracji. Pozwala ono odtworzyć właściwości powierzchni natarcia i zachować powtarzalne warunki produkcji.

Czy ten sam materiał i powłoka są właściwe dla freza ślimakowego i dłutaka Fellowsa?

Nie należy tego zakładać. Frezowanie obwiedniowe i dłutowanie posuwisto-zwrotne inaczej obciążają ostrze, dlatego mogą wymagać odmiennego podłoża, przygotowania krawędzi i powłoki.

Z jakich materiałów korzysta CTI?

CTI korzysta ze sprawdzonych materiałów renomowanych producentów, w tym Erasteel i Böhler. W zależności od narzędzia stosowane mogą być między innymi HSS-M2, HSSE-M35, Erasteel ASP 2030, ASP 2052 i ASP 2060 oraz Böhler S390 i S290.

Kto wykonuje powłoki narzędzi CTI?

Powłoki narzędzi oferowanych przez Tradensa wykonywane są przez Oerlikon Balzers. W zależności od materiału podłoża, wielkości serii i warunków procesu stosujemy między innymi TiN, Alcronę Pro oraz Alcronę EVO.

Dobierz materiał i powłokę do rzeczywistych warunków produkcji

Potrzebujesz nowego freza, dłutaka, przeciągacza, wiórkownika albo narzędzia do Power Skivingu? Obecne narzędzie zużywa się zbyt szybko, ulega wykruszeniu albo nie pozwala osiągnąć zakładanego czasu cyklu?

Prześlij nam:

• rysunek części lub narzędzia,
• materiał i twardość obrabianego detalu,
• model maszyny,
• wielkość produkcji,
• obecne parametry,
• sposób chłodzenia,
• zdjęcia zużytych krawędzi,
• informacje o dotychczasowej trwałości.

Przeanalizujemy:

• HSS, HSSE, PM-HSS albo węglik,
• TiN, Alcronę Pro lub Alcronę EVO,
• TiCN albo TiAlN dla płytek skrawających,
• przygotowanie krawędzi,
• możliwość regeneracji,
• opłacalność droższego wykonania,
• koszt narzędzia przypadający na jedną dobrą część.

Narzędzia CTI oferowane przez Tradensa wykonywane są ze sprawdzonych materiałów Erasteel i Böhler, a powłoki realizowane są przez Oerlikon Balzers. Klient otrzymuje więc nie tylko ogólne oznaczenie HSS, HSSE lub PM-HSS, ale konkretnie dobraną i powtarzalną specyfikację wykonania.

Prześlij rysunek i dobierz wykonanie narzędzia

Zobacz pełną ofertę narzędzi do kół zębatych

Narzędzia do produkcji i kontroli uzębień

Frezy ślimakowe nasadzane i trzpieniowe

Frezy do obwiedniowej produkcji kół zębatych, wielowypustów, ślimacznic, kół łańcuchowych, kół pasowych oraz profili specjalnych.

Frezy krążkowe, modułowe i palcowe

Narzędzia do kształtowej obróbki uzębień, dużych modułów, profili specjalnych, produkcji jednostkowej oraz krótkich serii.

Dłutaki Fellowsa i noże Fellowsa

Dłutaki do uzębień zewnętrznych i wewnętrznych, kół przy kołnierzu, wielowypustów oraz części o ograniczonym wybiegu narzędzia.

Narzędzia do Power Skivingu

Narzędzia PM-HSS i węglikowe do wysokowydajnej obróbki uzębień wewnętrznych, zewnętrznych oraz wielowypustów.

Przeciągacze i przepychacze

Narzędzia do wielowypustów, uzębień wewnętrznych, rowków wpustowych, otworów wielokątnych i profili specjalnych.

Noże, segmenty i głowice do kół stożkowych

Narzędzia do produkcji kół stożkowych o zębach prostych, łukowych, spiralnych oraz hipoidalnych.

Wiórkowniki do kół zębatych

Narzędzia do wykańczania profilu i linii zęba przed obróbką cieplną.

Dłutaki na płytki i oprawki napędzane

Systemy z płytkami TiCN lub TiAlN do wykonywania rowków, wielowypustów i profili wewnętrznych na tokarkach oraz centrach CNC.

Sprawdziany do wielowypustów i uzębień

Sprawdziany pierścieniowe i trzpieniowe GO/NOGO do kontroli seryjnej wielowypustów, uzębień i profili specjalnych.

Źródła:

• Cichosz P., Narzędzia skrawające, WNT, Warszawa, 2006, ISBN 83-204-3181-6
• Bayer A., Becherer A., Vasco T., High-Speed Toll Steels, ASM Handbook, Volume 16: Machining, ASM Handbook Committee, s. 51-59
• Maili I., Rabitsch R., Liebfahrt W., Makovec H., Putzgruber E., New Böhler Powder Metllurgy High Speed Steel with Excellent Hot Hardness, International Conference on Tooling, Leoben 1999, s. 377-384  
• https://www.lmt-tools.com/fileadmin/user_upload/content_lmt-tools/content/segmente/verzahnen/downloads/LMT-Tools-Katalog-Verzahnen-s.pdf, 17:10, 18.10.2018
• Norma ISO 513:2012, Classification and application of hard cutting materials for metal removal with defined cutting edges - Designation of the main groups and groups of application
• http://www.eifeler.com/de/, 16:40, 16.10.2018
• https://www.oerlikon.com/balzers/com/en/, 16:50, 16.10.2018