Usługi regeneracji powierzchni tnących - ostrzenie narzędzi

Koszt narzędzi stosowanych przy profesjonalnej obróbce metalu bywa wysoki, ze względu na duże wymagania co do ich jakości, czasu użytkowania i niezawodności. Podczas eksploatacji powierzchnie tnące noży tokarskich, frezów, wierteł i dłut ulegają stopniowemu zużyciu, prowadząc do pogorszenia parametrów pracy. Dla uniknięcia konieczności wydania sporej kwoty na nowe narzędzie można zdecydować się na regenerację ostrzy.

Narzędzia do cięcia i skrawania oraz ich konstrukcja

Powierzchnie tnące są niezbędnymi elementami większości procesów związanych z obróbką mechaniczną. Dzięki nim jest możliwe wykonywanie różnych czynności wchodzących w skład obróbki plastycznej – cięcia za pomocą nożyc, gilotyn czy wykrojników, obróbki skrawaniem – toczenia, frezowania, wiercenia oraz dłutowania i przeciągania. We wszystkich tych przypadkach praca narzędzia jest możliwa dzięki jego odpowiedniej twardości. Pozwala ona na wywarcie odpowiedniego nacisku przekraczającego granicę sprężystości i plastyczności powodującego zamierzone pękanie w przypadku obróbki plastycznej albo na odspojenie wióra o odpowiedniej geometrii i usunięcie z przedmiotu obrabianego zbędnego naddatku, kiedy chodzi o obróbkę skrawaniem

– wyjaśnia specjalista z firmy Dana, która jest dostawcą profesjonalnych rozwiązań do obróbki drewna i metalu.

Dla uzyskiwania zamierzonych rezultatów używane podczas obróbki narzędzia muszą dysponować nie tylko powierzchniami tnącymi o wymaganej twardości, ale także o precyzyjnie dobranym kształcie. Liczyć się będzie zarówno sama powierzchnia natarcia, jak i przyłożenia, a także ich styk będący główną krawędzią tnącą lub skrawającą. Od jej ukształtowania zależy możliwość uzyskania odpowiedniej geometrii obróbki lub powierzchni rozdzielenia, ale również stopnia chropowatości powierzchni albo liczby powstających przy cięciu zadziorów lub zaokrągleń. Przy obróbce skrawaniem doskonałość krawędzi tnącej wpływa bezpośrednio na możliwy do osiągnięcia poziom dokładności elementu.

Dla uzyskania właściwych przy danym rodzaju obróbki efektów konieczne jest stosowanie materiałów odpowiednio twardych, a jednocześnie wytrzymałych na ścieranie i obciążenia termiczne. Dotyczy to zarówno elementów korpusu narzędzia, jak i samych ostrzy. Narzędzia stosowane do cięcia i skrawania mogą być wykonane zarówno jako monolityczne, kiedy i korpus i ostrza są zrobione z identycznego materiału, jak i kombinowane, gdy ostrza są wykonane z innego materiału i trwale łączone z korpusem przez lutowanie lub zgrzewanie, a także składane, w sytuacji, w której ostrza są wymienne i mocowane na narzędziach mechanicznie.

Z jakich materiałów mogą być wykonane powierzchnie tnące narzędzi tnących i skrawających?

Ostrza narzędzi przeznaczonych do cięcia i skrawania metalu muszą być wykonane z materiałów o odpowiedniej wytrzymałości. Najpowszechniej wykorzystywanym surowcem, z którego robi się zarówno korpusy, jak i elementy tnące jest stal narzędziowa. Powstaje jako stop składający się nie tylko z węgla i żelaza, ale również dodatku metali podnoszących odporność mechaniczną i termiczną, takich jak chrom, nikiel, molibden, wolfram albo wanad. Twardość ostrzy ze stali narzędziowej nie jest jednak zbyt wysoka, niezbyt dobrze nadają się też do pracy z większymi prędkościami obrotowymi.

Materiał, który lepiej znosi obciążenia, a zwłaszcza podwyższoną temperaturę dochodzącą nawet do 600°C to stal szybkotnąca (HSS). Są to stopy, które mają w swoim składzie domieszkę węgla na poziomie 0,75–1,45% i aż do 25% kobaltu, wanadu, molibdenu, wolframu czy chromu. Ich twardość mierzona w skali HRC dochodzi nawet do 66. Narzędzia z HSS są zwykle wykonywane jako monolityczne, ostrza mogą być jednak także pokrywane specjalnymi powłokami poprawiającymi ich parametry, np. tytanem, glinem lub cyrkonem.

Do zastosowań wiążących się z wyższymi prędkościami obróbki oraz twardszymi materiałami są przeznaczone narzędzia z powierzchniami tnącymi z węglików spiekanych (HW). Mogą one pracować w temperaturze dochodzącej do 900°C. Wśród różnych typów węglików stosowane są węgliki tytanu z dodatkiem kobaltu, wolframu, które mogą być wzbogacane węglikiem tantalu, niobu, chromu albo wanadu. Także w tym przypadku dodatkowym elementem wzmacniającym mogą być powłoki z azotku boru albo diamentu polikrystalicznego (DIA).

W zastosowaniach specjalnych używane są narzędzia o jeszcze wyższych parametrach wytrzymałościowych, np. z powierzchniami tnącymi z cermetali, które stanowią połączenie spieków np. węglika tytanu lub azotku tytanu z kobaltem albo niklem. Wykorzystywane są także spieki ceramiczne z tlenkiem glinu, azotkiem krzemu oraz mieszanką tlenku glinu i węglika tytanu.

Uszkodzenia i zużycie powierzchni tnących

Wszystkie krawędzie tnące ulegają podczas pracy postępującemu zużyciu. Pojawia się ono wskutek działania różnych czynników, wśród których największe znaczenie ma duży nacisk mechaniczny wywierany na krawędzie i powierzchnie ostrza, wysoka temperatura związana z dużym tarciem oraz problemami z odprowadzaniem powstającego ciepła. Utrata właściwości skrawających związana ze zużyciem krawędzi tnących ma wiele przyczyn. Wśród nich szczególne ważne będą te o charakterze mechanicznym, jednak liczą się także kwestie związane z adhezją, wysoką temperaturą, dyfuzją oraz utlenianiem.

Ścieranie mechaniczne powierzchni tnących jest spowodowane połączonym oddziaływaniem wysokiej temperatury, która działając punktowo, może prowadzić do naprężeń związanych z kurczeniem się i rozszerzaniem metalu, a także zwiększeniem jego podatności na odkształcenia plastyczne, jak również dużych sił działających na krawędź ostrza. Zużycie adhezyjne wiąże się z przyleganiem do ostrza cząsteczek metalu oraz wytworzenia między nimi a tymi, które są włączone w jego strukturę krystaliczną sił adhezji, okazują się większe od sił kohezji spajających atomy ostrza. Taka sytuacja sprawia, że podczas odspajania wióra z narzędzia są stopniowo usuwane cząsteczki tworzącego je materiału. Problemem może być również utlenianie się metali tworzących ostrze lub jego powłoki. W podwyższonej temperaturze może dochodzić do reakcji prowadzącej do powstania na powierzchni metalu warstwy tlenku. Ponieważ mają one znacznie mniejszą twardość, podczas kontaktu z wiórem są systematycznie usuwane.

Ciągły ubytek masy metalu tworzącego ostrze prowadzi do powstania widocznych oznak zużycia. Mogą to być tworzące się na krawędzi tnącej wręby, starcie powierzchni przyłożenia powodujące zmniejszenie możliwej do uzyskania dokładności wymiarowej oraz stopnia wykończenia powierzchni obrabianej, jak również tworzenie się wgłębień na powierzchni natarcia, co zaburza odprowadzanie wiórów. Podczas obróbki może dojść do nagłych defektów krawędzi skutkujących pęknięciem ostrza, jego wykruszeniem, wyłamaniem lub ścięciem. Ryzyko powstania uszkodzeń krawędzi tnących rośnie wraz ze zwiększaniem prędkości obrotowej oraz prędkości posuwu ostrza.

Wymiana i regeneracja powierzchni tnących

Zły stan używanych narzędzi objawia się pogorszeniem parametrów otrzymanego wyrobu – problemami z osiągnięciem zakładanej dokładności wymiarowej, a zatem niemieszczeniem się ich w zakładanej tolerancji, dużą chropowatością powierzchni czy powstawaniem zadziorów. Poza nimi w większości przypadków można też zauważyć podwyższony hałas podczas pracy urządzenia, zwiększenie wibracji i drgań, wzrost temperatury, a nawet - ze względu na większe opory - zwiększenie zapotrzebowania na energię elektryczną.

Sposobem na przedłużenie żywotności narzędzia oraz zapobieganie jego poważnym uszkodzeniom jest profesjonalnie przeprowadzone ostrzenie narzędzi, które pozwala na odbudowanie geometrii ostrza. Naprawa narzędzi tnących może być prowadzona  w przypadku różnych materiałów i powłok. Regeneruje się zarówno ostrza ze stali szybkotnącej, jak i węglików spiekanych czy diamentów polikrystalicznych. Naprawiać można także systemy mocowania w przypadku narzędzi składanych.

Procedury związane z naprawą poszczególnych narzędzi zależą od rodzaju i skali uszkodzeń. W wielu przypadkach wystarczające będzie przywrócenie geometrii za pomocą dokładnego skrawania i szlifowania połączonego ewentualnie z nałożeniem odpowiedniej powłoki, a niekiedy niezbędne będzie napawanie brakujących fragmentów materiału, a następnie przywrócenie właściwych wymiarów. Jednocześnie warto pamiętać, że nie każde uszkodzenie będzie możliwe do naprawienia zarówno z przyczyn technologicznych, jak i ekonomicznych. Zwykle jednak korzystanie z usługi regeneracji powierzchni tnących oznacza dużą oszczędność w porównaniu z kosztami zakupu nowego urządzenia, kształtując się na poziomie od 1/5 do 1/3 ceny. Nie można też zapominać, że dzięki profesjonalnej naprawie i ostrzeniu przewidywany czas dalszej eksploatacji zbliża się do 100% żywotności nowego narzędzia.