Cíl byl ambiciózní: zvýšení životnosti o minimálně 30 procent v různých vrtacích aplikacích. „Náš centrální přístup spočíval v tom, že jsme se záměrně nezačali vývojem vrstvy,“ vysvětluje Dr.-Ing. Ivan Iovkov, který v oblasti výzkumu a vývoje Oerlikon Balzers významně ovlivnil vývoj BALINIT OPTURA. Místo toho byla v předchozím projektu po dobu více než jednoho roku nejprve vypracována spolehlivá testovací metodika pro vrtací procesy. Cílem byla vysoká srovnatelnost výsledků a čisté oddělení vlivových faktorů, aby byla získána spolehlivá datová základna pro pozdější vývoj.
Všechny nástroje, substráty, řezné hrany a mikrogeometrie byly systematicky charakterizovány. Testy byly navrženy jak pro vysokovýkonná nasazení, tak pro mírné řezné hodnoty. Dalšími důraznými oblastmi byly cílené tepelné zpracování a podrobná analýza materiálů. Každá zkušební destička byla charakterizována měřením tvrdosti a síly na definovaných místech, aby se zachytily kolísání šarží a materiálové nehomogenity. Aby se vyrovnaly jejich vlivy, byla pořadí vrtání randomizována.
Rozšířená měřicí technika a moderní senzory pomohly zaznamenat posuvné síly a vrtací momenty během celých zkušebních řad. Data poskytla cenné informace o vývoji opotřebení a základních mechanismech v procesu. Díky použití nejmodernější technologie upínání nástrojů Hydrodehn bylo možné snížit vlivy způsobené vibracemi. Mikroskopie vývoje opotřebení probíhala částečně automatizovaně, vyhodnocení bylo datově založené a částečně podporováno umělou inteligencí.
Návrh vrstvy se zakládá na mechanismech opotřebení
Na základě výsledků této systematické testovací metodiky byla nová vrstva cíleně orientována na skutečné mechanismy opotřebení. Místo maximalizace jednotlivých vlastností byl zaměřen optimální soulad v procesu. Zatímco při vrtání do feritických ocelí se objevují především adhezivní a termické zatížení, u kalených ocelí a litiny dominují abrazivní a nárazové zatížení. Systém vícevrstvých vrstev na bázi TiAlN proto spojuje vysokou tepelnou tvrdost s dostatečnou houževnatostí a kontrolovanou plasticitou.
Důležitým krokem ve vývoji bylo cílené snížení vnitřních napětí. To umožňuje větší tloušťky vrstev bez zvýšeného rizika odlupování – výhoda zejména pro náročné vrtací aplikace a znovu zpracované nástroje. Multivrstvý design navíc stabilizuje řeznou hranu a podporuje rovnoměrné opotřebení stejně jako vysokou procesní bezpečnost.
Validace v průmyslu
Ve vlastním obráběcím laboratoři bylo testováno více než 40 variant vrstev s více než 400 000 vrtáními. Průmysloví partneři doprovázeli vývoj praktickými testy a zkušenostmi. Výsledky ukázaly výrazně zlepšenou stabilitu procesu a v průměru o více než 50 procent delší životnost ve srovnání se stávajícími řešeními.
Výkonnost BALINIT OPTURA se projevuje nejen v klasických aplikacích, jako je 42CrMo4+QT. V měkčí oceli C35 se počet vrtání zvýšil oproti řešení na bázi AlTiN o přibližně 57 procent.
V oceli s vysokou pevností se životnost zlepšila oproti znovu zpracovanému VHM vrtáku s dvojitým povlakem o přibližně 89 procent. Při hlubokém vrtání do litiny se množství životnosti zvýšilo oproti standardnímu řešení na bázi AlTiN o více než 80 procent.
Výsledkem je, že vrstva podporuje delší životnost, méně výměn nástrojů a efektivnější opětovné zpracování. „Celkový vývoj BALINIT OPTURA ukazuje, že cílená spolupráce testovací metodiky, porozumění procesu, analýzy materiálů, návrhu vrstev a průmyslové validace vede k přesvědčivým řešením, která mohou stanovit nové standardy,“ shrnuje Dr.-Ing. Ivan Iovkov.
Kontakt:
