Wymóg był ambitny: zwiększenie trwałości narzędzi o co najmniej 30 procent w różnych zastosowaniach wiercenia. „Naszym centralnym podejściem było świadome nie rozpoczynanie od rozwoju powłok” - wyjaśnia Dr.-Ing. Ivan Iovkov, który w badaniach i rozwoju Oerlikon Balzers znacząco wpłynął na rozwój BALINIT OPTURA. Zamiast tego, w projekcie wstępnym przez ponad rok opracowywano solidną metodologię testową dla procesów wiercenia. Celem była wysoka porównywalność wyników i czyste oddzielenie czynników wpływających, aby uzyskać wiarygodną bazę danych do późniejszego rozwoju.
Wszystkie narzędzia, podłoża, krawędzie skrawające i mikrogeometrie zostały systematycznie scharakteryzowane. Testy były zaprojektowane zarówno dla zastosowań wysokowydajnych, jak i dla umiarkowanych wartości skrawania. Dalsze punkty skupienia dotyczyły celowego hartowania oraz szczegółowej analizy materiałów. Każda próbka testowa była charakteryzowana przez pomiary twardości i siły w określonych pozycjach, aby uchwycić wahania partii i niejednorodności materiałowe. Aby zrównoważyć ich wpływ, kolejność wierceń została zrandomizowana.
Rozszerzona technika pomiarowa i nowoczesna sensorika pomogły uchwycić siły posuwu i momenty wiercenia w całych seriach testowych. Dane dostarczyły cennych wskazówek dotyczących rozwoju zużycia oraz podstawowych mechanizmów w procesie. Dzięki zastosowaniu najnowocześniejszej technologii mocowania narzędzi Hydrodehn udało się zredukować wpływy związane z drganiami. Mikroskopia rozwoju zużycia odbywała się częściowo automatycznie, a analiza była oparta na danych i częściowo wspierana przez AI.
Projektowanie powłok opiera się na mechanizmach zużycia
Na podstawie wyników tej systematycznej metodologii testowej nowa powłoka została celowo dostosowana do rzeczywistych mechanizmów zużycia. Zamiast maksymalizować pojedyncze właściwości, skupiono się na optymalnej współpracy w procesie. Podczas wiercenia w stalach ferrytycznych występują głównie obciążenia adhezyjne i termiczne, podczas gdy w przypadku stali hartowanych i żeliwa dominują obciążenia ścierne i uderzeniowe. Oparte na TiAlN wielowarstwowe systemy powłokowe łączą zatem wysoką twardość w wysokich temperaturach z wystarczającą ciągliwością i kontrolowaną plastycznością.
Ważnym krokiem w rozwoju była celowa redukcja naprężeń własnych. Umożliwia to większe grubości powłok bez zwiększonego ryzyka odpryskiwania - co jest szczególnie korzystne dla wymagających zastosowań wiercenia i narzędzi odnawianych. Projekt wielowarstwowy stabilizuje również krawędź skrawającą i wspiera równomierne zużycie, jak również wysoką niezawodność procesu.
Walidacja w przemyśle
W własnym laboratorium obróbczo-skrawarskim przetestowano ponad 40 wariantów powłok z więcej niż 400.000 wierceniami. Partnerzy przemysłowi towarzyszyli rozwojowi poprzez testy i doświadczenia praktyczne. Wyniki wykazały wyraźnie poprawioną stabilność procesu oraz średnio o ponad 50 procent dłuższe czasy pracy w porównaniu do istniejących rozwiązań.
Wydajność BALINIT OPTURA objawia się nie tylko w klasycznych zastosowaniach, takich jak 42CrMo4+QT. W przypadku miększej stali C35 liczba wierceń wzrosła o około 57 procent w porównaniu do rozwiązania opartego na AlTiN.
W przypadku stali o wysokiej wytrzymałości trwałość wzrosła w porównaniu do odnawianego wiertła VHM z podwójną powłoką o około 89 procent. Podczas wiercenia głębokiego w żeliwie trwałość wzrosła w porównaniu do standardowego rozwiązania opartego na AlTiN o ponad 80 procent.
W rezultacie powłoka wspiera dłuższe czasy pracy, mniej wymian narzędzi i bardziej efektywne odnawianie. „Całościowy rozwój BALINIT OPTURA pokazuje, że celowe współdziałanie metodologii testowej, zrozumienia procesu, analizy materiałów, projektowania powłok i walidacji przemysłowej prowadzi do przekonujących rozwiązań, które mogą ustanowić nowe standardy” - podsumowuje Dr.-Ing. Ivan Iovkov.
Kontakt:
