A legnagyobb iparágak, mint autó-, repülőgép- és élelmiszeripar által megmunkált anyagminőségek jelentősen befolyásolják a forgácsoló szerszámok anyagát, geometriáját és bevonatait. A gyárak szüntelenül keresik és vezetik be az új anyagminőségeket, amik könnyebbek és erősebbek, továbbá gazdaságosabban megmunkálhatók. Ezen anyagok költség- és termeléshatékony megmunkálhatósága a szerszámok fejlesztésének a célja, mégpedig az elérhető legnagyobb termelékenység mellett.
A hangsúly a szerszám anyagának, a bevonatnak és a geometriának a finomhangolásán van, hogy aztán az elkészült vágószerszám a forgácsolással foglalkozó vállalkozásokat képessé tegye minél több alkatrész minél gyorsabb megmunkálására, a gyártási költségek csökkentése mellett.
A fejlesztés folyamatos és interaktív az összes résztvevővel.

A szerszámgeometriák fejlődése
A szerteágazó forgácsolás világának közös halmaza a termelékenység és gazdaságosság növelésének célja. A forgácsoló szerszámok rohamléptékű fejlődésével az elkészült alkatrész minőségét meghatározó mikro és makro geometria kapcsolata egyre fontosabbá válik. A keletkező forgács alakítása, az éltartam és a kész munkadarab tulajdonságai nagy mértékben javíthatók a mikro és makro geometriák különböző kombinációival, az alkalmazásnak, a forgácsolási körülményeknek és megmunkált anyagminőségnek megfelelően.
A forgács és a keletkező hő elvezetése, a keletkező erők csökkentése stb. növelik a szerszámok teljesítményét.
A nem vas fémek megmunkálása
A gyártandó anyagminőség befolyása a szerszámok változásaira jól megfigyelhető az alumíniumok elterjedése kapcsán. A hatékonyság maximalizálásának zászlója alatt vonulva, az autógyárak folyamatosan növelik az alumínium alkatrészek mennyiségét a gépjárművekben.
1980-ban az alumínium az autó kb. 3%-át tette ki, mi 1990-re 5% körül alakult.
Egyes előrejelzések szerint a jövő autóiban használt alumínium mennyisége 10-20% között lesz, beleértve a motorblokkot és hengerfejet is, az üzemanyag fogyasztás csökkentés érdekében.
A bevonat nélküli keményfém és polikristályos gyémánt szerszámok bár ma is uralják az alumínium megmunkálási piacot, azonban a vékony gyémánt bevonatos karbid vágó szerszámok fejlődése jelentősen gyorsulni látszik.
Összehasonlítva a polikristályos gyémánt szerszámokkal elmondható, hogy a bevonatos gyémánt eszközök kopásállósága kiemelkedő, több vágóéllel rendelkeznek és tetszés szerint variálható a forgácstörő geometria.
És éppen a kopásállóság és a forgácstörő geometria terén kialakított rugalmasság teszi jó jelöltté a bevonat nélküli keményfém és PCD szerszámok kiváltására.
A gyémántbevonat a komplexebb geometriákra is rátehető, mint fúró és maró szerszámok.
A hipoeutektikus alumíniumok és magnézium ötvözetek esetén a gőzfázisú leválasztási eljárással (PVD) felhordott titán-diborid bevonatok további termelékenységi előnyöket is kínálnak.

Vasöntvények megmunkálása
A járműgyártásban nagyon jellemző, mondhatni meghatározó szürke öntvényt a gömbgrafitos öntvény váltja fel olyan alkatrészek esetén, mint házak, főtengelyek, vezérműtengelyek.
A gömbgrafitos anyagok előnye a szívóssági és szilárdsági tulajdonságaik, de épp ezek teszik nehezen megmunkálhatóvá.
Az ilyen anyagok megmunkálására kopásálló, a megszakított felületek megmunkálása során fellépő fokozott igénybevételnek ellenálló szerszámok szükségesek. Természetesen a gyártási hatékonyságnak a korábbiakhoz képest növekedni kell.
A gömbgrafitos vasöntvények megmunkálását jellemzően keményfém lapkákkal, CVD bevonattal végzik. A technológia kb. 30 éve rendelkezésre áll, tehát bizonyította alkalmasságát. Hátránya, hogy a bevonat határfelületén egyfajta ridegség alakul ki, a gyártási eljárásnak köszönhetően.
Ez a ridegség megszakított felületek, vagy a nem homogén öntvények megmunkálása során jelent problémát, ugyanis a szerszám eltörik.
A nemrégiben fejlesztett eljárás (MTCVD) során, alacsonyabb hőmérsékleten történik a bevonat képzése, ami csökkenti ezt a kialakult ridegséges a bevonat határfelületén.
Az eredmény nagyobb ellenállás a hősokkal és más igénybevételekkel szemben.
Száraz megmunkálás
Akár a környezetvédelmi előírásoknak, akár iparági szabályozásoknak is betudható, hogy a hűtő- kenő közeg nélküli megmunkálások egyre elterjedtebbek.
Természetesen a száraz megmunkálás nem minden esetben megoldható, vannak azonban olyan anyagok, amik megfelelő szerszám választással forgácsolhatók kenőközeg használata nélkül.
Száraz megmunkálásra alkalmas szerszám lehet az, amelyik vastag aluminium-oxid bevonatot kapott. Így növelt előtolással, a fogásban töltött idő minimalizálása mellett végezhető vele forgácsolás. Kisebb a forgácsolási zónában kialakult hő, amitől a megmunkálás produktív és gazdaságilag is hatékony lesz.
A vastag aluminium-oxid bevonatok mellett a PVD és TiAIN bevonatok is jó teljesítményt nyújtanak minimálkenés használata mellett.
A száraz megmunkálásokra alkalmas szerszámok fejlesztése jelenleg is nagyon intenzíven zajlik.

Vágóélek és egyebek
A PVD, azaz fizikai gőzfázisú bevonatok bizonyos esetekben előnyösebbek a CVD bevonatoknál.
Az 1980-as években fejlesztett PVD bevonatolás lehetővé teszi az éles lapkák széleinek a bevonatolását.
A CVD lapkák éleit bevonatolás előtt jellemzően megcsiszolják, hogy a ridegedés kedvezőtlen hatását csökkentsék. Az éles, de erős élek nélkülözhetetlenek az olyan forgácsolási műveleteknél, mint marás, fúrás, menetfúrás, illetve a hosszú forgácsú (alacsony széntartalmú acél) anyagok esztergálása.
A PVC bevonatos szerszámok létjogosultsága titán és nikkel alapú ötvözetek forgácsolása során jelentkezik.
Az éles szerszámélek használata során ébredő erők kisebbek, amik nélkülözhetetlenné teszik őket például a vékony falú alkatrészek megmunkálásakor.
Az első PVD bevonatok a titán-nitrid-ek voltak. A nemrégiben fejlesztett PVD bevonatolási technológiák közé soroljuk a titán-karbonitrid és titán-aluminium-nitrid bevonatolásokat. Ezek nagyobb keménységet, fokozott szívósságot és jobb kopásállóságot kínálnak. Mindezeknek köszönhetően nagyobb vágósebességgel és előtolással használhatók.
A PVD bevonatolási technológia egy iránya, hogy az úgynevezett puha és kemény bevonatot kombinálják egy szerszámon belül. A kemény réteg a kopásállóságot szolgáltatja, míg a puha a keletkezett forgács áramlását gyorsítja a forgácsolási zónából.

Cermet szerszámok alkalmazásai
A cermet vágószerszámok legnagyobb létjogosultsága az öntött és kovácsolt alkatrészek megmunkálásában rejlik. A cél ezen alkatrészeknél, hogy az előmunkálás a lehető legkevesebb forgácsolandó plusz anyagot biztosítsa, amit gyorsan és hatékonyan el lehet távolítani.
Többnyire TiCN-ből és nikkel-kobalt anyagból álló fémkerámia kémiailag stabil és rendkívül kopásálló. A cermet azon anyagoknál működik jól, ahol a keletkezett forgács képlékeny. Ilyen az acél és a gömbgrafitos vasöntvény. Magas vágósebesség mellett is jó felületi érdesség érhető el velük.
A napjainkban is zajló fejlesztések eredményeként a cermet lapkák kiválóan ellenállnak a geometriai deformációnak és a kémiai kopásnak. A PVD bevonatok tovább javíthatják a forgácsolási teljesítményüket a legtöbb megmunkálandó anyagminőségben.

Keménymegmunkálás
Jellemző ipari trend az edzett anyagok végső megmunkálására használt köszörő gépeket esztergákkal való kiváltása. A forgácsolószerszámok gyártói intenzíven fejlesztik a keménymegmunkálásra szánt szerszámaikat, melyekkel a korábbiaknál jóval nagyobb termelékenység érhető el.
Az ilyen feladatra szánt szerszámok rendkívüli keménységű összetevőkből állnak, például polikristályos köbös bór-nitridből, illetve kerámiából.
A keményesztergálásra fejlesztett szerszámok bevonatai a súrlódásból adódó hő kialakulásának csökkentését célozzák. A valós termelési körülmények között zajló tesztek azt igazolják, hogy 20-100%-kal felül lehet múlni a PCBN bevonatú szerszámokat.
A bevonatolás a kerámia szerszámok esetén is hatásosnak bizonyult. Az olyan esetekben, ahol nincs megszakított felület, azaz a szerszám nem végez ütőmunkát, a kerámia alapú, bevonatos szerszámok a jó alternatívái a PCBN szerszámoknak.
Kerámia szerszámok a nehezen megmunkálható anyagok ellen
A kerámia szerszámok fejlesztési eredményei lehetővé tették a szélesebb körű felhasználásukat. A kopásálló CVD aluminium-oxid bevonatnak köszönhetően a nehezen forgácsolható anyagoknál is helyt álltak, mint a repülőgép iparban jellemző inconel, vagy más nagy szilárdságú ötvözetek.
A CNC forgácsolást érintő minden terület folyamatos fejlesztés alatt áll. A fejlesztések szinte kivétel nélkül a gyártási költségek csökkentését és a termelékenység növekedését szolgálják. De egyre inkább előtérbe kerül a környezetvédelem is.
A szerszámok kiválasztásánál nem érdemes a megszokásokra hagyatkozni, akár új, akár meglévő projekteknél javasolt a forgalmazók bevonása a forgácsolási folyamat fejlesztésébe, mert az ő technikai előrelépéseik bármely gyártó cég számára előnyösek lehetnek.
Szerző: Sipos Ádám