Mik azok a ritka, vagy különleges fémek, esetleg szuper ötvözetek? Nevezhetjük őket egzotikusnak? Valójában miért ritkák? A téma értelmezéséhez, kezdjük a kifejezés meghatározásával. 

Az iparban használt legjellemzőbb anyagok az acél, a rozsdamentes acél és például az öntött vas. Itt vannak a szerkezeti acélok, szerszámacélok, rugóacélok és így tovább.
Gyakran megmunkált anyagok még a színesfém alapú ötvözetek, azaz az alumíniumötvözetek, sárgaréz vagy bronz. Aki nem dolgozik velük nem is gondolná, milyen sokféle változata létezik és mennyire színes a felhasználása ezeknek.

De a modern világ kihívásai életre hívtak a fent említett leggyakoribb anyagokon túl néhány ritka, egzotikus fémet is. Ezek általános létjogosultságát az adja, hogy valamilyen speciális igényt elégítenek ki. Könnyűek, nagy a szakítószilárdságuk, szívósak, vagy valami egyéb okból különlegesek. Mivel ritkák, jellemzően drágák. És bizony a megmunkálásuk is különleges módszert igényel.

Ún. egzotikus anyagok, vagy különleges fémek szigorúan vett értelmezésben nem léteznek. Legalábbis a szakirodalom nem szolgál erre vonatkozó definícióval. A szakmabeliek az olyan fémekre használják, mint berillium, cirkónium és ezek ötvözetei, kerámiái valamint kompozitjai.
Amikor ez a téma felmerül fontos megkülönböztetni a szuper ötvözeteket és a kompozitokat. A fémmegmunkáló ipar számára is ezek a legfontosabbak.

Szuperötvözetek és kompozitok

A magas hőmérsékletű szuper ötvözetek (HTSA) nagy mechanikai igénybevétel és magas hőmérséklet együttes fennállásakor is megtartják előnyös tulajdonságaikat, azaz a belőlük készült alkatrészek ellátják a feladataikat. Példa lehet a felhasználásra a gázturbina, különféle szelepek vagy petrolkémiai berendezések. A szuper ötvözetek különlegességéhez még hozzá tesz a létrehozásukkor alkalmazott kohászati eljárás, ami kimagasló kopásállóságot biztosít és rendkívüli erőkkel szemben is ellenállóvá teszi.

Fő komponens szerint a szuper ötvözetek három csoportra bonthatók. nikkel, kobalt és vas alapú szuper ötvözetek. Ezek közül a nikkel és kobalt alapúak a nehezen megmunkálható kategóriát erősítik.

A szuper ötvözetekkel szemben a kompozitok több komponensű anyagok. Fémekkel összehasonlítva (acéllal vagy alumíniummal) a kompozit közelebb áll a hálóhoz. Jellemző rá továbbá, hogy az esetek többségében nem igényel jelentős anyagleválasztást.
Ugyanakkor mivel a kompozit anyag összetevői eltérő tulajdonságokkal bírnak, ami az előnyüket adja, heterogén szerkezetűek. És ez okozza a nehéz megmunkálhatóságot.

A kompozit anyagon történő forgácsolást közelebbről vizsgálva inkább tűnik törésnek, mint vágásnak. A kompozitok abrazív tulajdonsága gyorsan koptatja a szerszámot, vagy redukálja a megmunkálás pontosságát. 

A fémmegmunkálás világa sokat fejlődött a szuper ötvözetek és kompozit anyagok megmunkálása terén. Ami néhány éve elképzelhetetlen volt, mára nagyon is lehetséges.
Az egyik legnagyobb előrelépés a 3D nyomtatás, ami jelentősen csökkenti a lemunkálandó anyag mennyiségét. De a CAM szoftverek megmunkálási stratégiái és a szerszámgépek képességei is jelentősen javultak.
A szűk keresztmetszet nagyon is a forgácsoló szerszámok területén keresendő. Bár itt is van fejlődés, ezen anyagok megmunkálásának magas költsége a forgácsoló szerszámok alacsony hatékonyságában keresendő. 

A cél magas produktivitású és pontos szerszámok készítése. A tétet növeli, hogy maga az alapanyag is drága, így a hibázás esélyét a lehető legkisebbre kell csökkenteni szerszám oldalon is. A fejlesztés a múltból aligha táplálkozhat. Az anyagok ugyanis olyannyira különböznek a korábban használtaktól mechanikai és megmunkálhatósági tulajdonságok területén, hogy a korábbi fejlesztések nem sokat segítenek. A megoldást a teljesen újragondolt megmunkáló szerszámok gyártása jelenti. 

Kerámia szerszámok alkalmazása

A marási feladatokra alkalmazott szerszámok ma is döntő többségben cementált keményfémek. Évtizedekkel ezelőtt ez forradalmasította a forgácsolási hatékonyságot. De sajnos a szuper ötvözetek esetén elérhető vágósebesség csupán 25-50 m/perc. Ez viszont messze elmarad a ma hatékonynak mondottól. 

A különleges ipari kerámiák forgácsoló szerszámok palettáján is megtalálhatók. Esetükben az elérhető legmagasabb vágósebesség fényévekkel magasabb, azaz akár 1000 m/perc is lehet. Így a relatív magas ár ellenére a HTSA anyagok megmunkálásánál fokozottan teret nyernek a kerámia szerszámok.

A fejlesztések egyik iránya a kagyló alakú kétoldalas, magas kerámia tartalmú lapka. Elsősorban nagyolásra szolgál, másodsorban elősimításra is alkalmas lehet bizonyos esetekben. A fejlesztés célja a magas vágósebesség és a nagy anyagleválasztási ráta elérése volt. Ehhez a lapkákban többféle kerámia került felhasználásra, ötvözve ezek legelőnyösebb tulajdonságait. 

De fejlesztések célozzák a szármaró kivitelű szerszámok gyártását is. A cél itt is az anyagleválasztás gyorsaságának növelése, ami számszerűen akár 50 x -es vágósebességet jelent. A nikkel alapú szuper ötvözetek megmunkálása esetén is igaz, hogy szemben a szerkezeti- és szerszámacélokkal, illetve vasöntvényekkel, a szerszám élettartamának megállapítását nem lehet a szerszám külleméből elvégezni. A szerszám által készített homlokfelület, vagy a mart felületen maradó sorja az, ami segít eldönteni, hogy megérett-e a cserére az adott szerszám. 

Ipari gyémántból készült szerszámok

A szuper ötvözetekből a kompozit anyagok világába átlépve az elsődleges forgácsolási műveletté a fúrás válik. Így a fejlesztés célkeresztjébe a fúrók kerülnek. Bevált módszer lehet a PCD, azaz polikristályos gyémánt alkalmazása. De a gyémántbevonat is hasonlóan a PCD-hez nagy kopásállóságot biztosít a fúróknak. Természetesen több féle geometria és kivitel létezik hosszokat és átmérőket tekintve. Közös jellemző, ami egyben a gazdaságosságának egyik kulcsa, hogy ezen szerszámok újraélezhetők. Az újraélezés után is képesek megtartani eredeti képességeiket, feltéve, hogy az élezés körülményei megfelelőek voltak. 

Léteznek továbbá gyémánt bevonatos keményfém fúrók is, amik például egy hullámos vágóél esetén előnyösen befolyásolják a sorjaképződést szénszál erősítésű műanyagok és alumínium kötegek fúrásakor.

A hűtés jelentősége

A hűtés jelentősége szuper ötvözetek megmunkálásakor nagyobb, mintsem gondolnánk. A hő elvezetésével a szerszám kopása csökkenthető, az élrátét keletkezése megakadályozható. A keletkezett forgács lemosásával a forgácsolási terület tisztán tartható, ami szintén a nem kívánt kopások elkerülését segíti. A hűtés jelentőségének felismerése a szerszámgyártók részéről rég megtörtént, azonban sok üzem most sem kezeli a helyén ezt.
A cél lehet a nagy térfogatáram, ami inkább egyfajta lemosatás és hőmérséklet csökkentés, de lehet a nagy nyomás is, ami viszont a keletkező forgács alakját és méretét is képes befolyásolni. Ebben az esetben a lemosási képesség korlátozott.

Gyakoriak az olyan szerszámtartó kialakítások esztergagépen,ami a külső hűtőfúvókák helyett magába a szerszámtartóba integrálja a hűtőfolyadék kivezetést. Előnye, hogy kevésbé sérülékeny, nem igényel plusz alkatrészt és a tervezésnek köszönhetően mindig a forgácsolási zónába juttatja a szükséges folyadékot.Így a gépkezelő részéről szinte semmilyen odafigyelést nem igényel. Ez a rendszer ellátja a feladatát a normál 10-15 bar nyomás esetén is, de ha a gép magasnyomású hűtőegységgel van szerelve, akkor is remekül funkcionál bárminemű módosítás szükségessége nélkül. 

Az esztergaszerszámok közül a forgács elakadásra a be- és leszúró szerszámok a legérzékenyebbek, így ezeknél különösen fontos a helyes nyomással, megfelelően célzott hűtővíz alkalmazása. Az ilyen jellegű megmunkálásoknál a hűtővíz komoly forgácstörő szerepet is betöltenek, így a magas nyomás alkalmazása javasolt. 

Az élgeometriák fejlesztése szüntelen

Az élgeometriák fejlesztésének nem lehet a végére érni. Ha a lapkák alap formái nem is újulnak meg heti rendszerességgel, a forgácstörő geometriák folyamatosan változnak. És a laikus számára szemmel észrevehetetlen a különbség, a gyakorlati jelentősége óriási.
A szuper ötvözetek megmunkálását célzó esztergaszerszámok fejlesztésének alapja már bevát, forgatható geometriák alkalmazása, mint a WNMG és CNMG.
A forgácstörő jelentősége a simítási eljárásoknál a legfontosabb, mert itt a kis fogásmélység miatt a forgács vastagsága nem teszi lehetővé, hogy az megtörjön. Az alkalmazható előtolás maximuma pedig a kívánt felületi minőség elérése érdekében limitált. Így technológiával nem, lapkageometriával viszont megtörhető a forgács. A pozítív lapkageometriák kisebb vágóerők ébredését eredményezik, ami szintén fontos tényező lehet egyes esetekben, például a munkadarab vagy szerszámbefogás merevsége miatt.

A szerszámgépek tekintetében a szuper ötvözetek megmunkálása jellemzően nagy merevséget igényel. A merevség előnye különösen a megmunkálás pontosságában és a szerszámok tartósságában mutatkozik meg. A merevség azonban nem csak a gépen és a munkadarab rögzítésén múlik, hanem a szerszám befogásán is.
A szerszám stabilitása, kiegyensúlyozottsága és radiális ütése mind olyan tényezők, melyek különösen hosszú távon jelentősen befolyásolják a termelés hatékonysági mutatóinak alakulását. 

Szerszámbefogás megmunkáló központon

A marószerszámok zsugor tartóban való befogásának számos előnye van. A köztudatban mégis az terjedt el, hogy a nagy kinyúlást igénylő szerszámok befogására a legalkalmasabb megoldás, mert úgy nevezett nyújtott, vékony tartókkal egészen mélyre lehet leérni a befogott szerszámmal. Ez különösen öttengelyes vagy 3+2 tengelyes megmunkálásoknál szükséges.
De valójában a zsugortartók előnyei itt közel sem értek véget.
A közhiedelemben ugyanakkor egy félelem is él ezekkel kapcsolatosan, mégpedig az, hogy komoly teljesítmény marásoknál, nagy mennyiségű anyag leválasztásánál, tehát durva nagyolásnál nem szerepelnek jól.
Az állítás igaz is lehet abban az esetben, ha adott applikációra nem a megfelelő szerszámtartó lett kiválasztva. Léteznek ugyanis robosztus megmunkálásra gyártott zsugortartók is. Természetesen esetükben a melegítést végző berendezésnek a feladatra alkalmasnak kell lenni, de ha a Haimer kínálatából választ az ügyfél, a vastagabb szerszámtartó átmelegítése sem okoz problémát.
A zsugortartók mellett szóló érv a szerelés konzekvenciája. Mivel a hőtágulás és zsugorodás a dolgozón kívül álló tényezők, így hibát elkövetni nem igazán lehetséges.
Haimer által fejlesztett Safe-Lock rendszer pedig megakadályozza a szerszámok szerszámtartóból való kicsúszását, ami nagyoló megmunkálásoknál jellemző hiba. 

A német Haimer termékinnovációi specifikusan veszik célba a repülő és energiaipar területeit, mely területeken jellemzően előfordulnak szuper ötvözetek és speciális kompozitok is.

A Haimer zsugortartói nem csak a zsugortechnológiára jellemző kicsi radiális ütést, de a rendkívüli kiegyensúlyozottságot, magas szorító erőt is garantál.
Az olyan nagy igénybevételt jelentő megmunkálásoknál, mint a szuper ötvözetek forgácsolása a költségek magasabbak, mint például szerkezeti acélok marása esetén. Ugyanakkor a felmerülő költségek optimalizálása elengedhetetlen egy vállalat versenyképességének erősítéséhez. 

A fémmegmunkáló ipar folyamatos változását számos tényező indokolja. Ilyen az egyre rövidebb határidő iránti elvárások, a növekvő minőség iránti igény, de a megjelenő új anyagminőségek is. A forgácsoláshoz szükséges számos összetevő közül a legnehezebben mozgatható a szerszámgép, így azok cseréje, vagy átalakítása a legmagasabb költséget és időráfordítást igényli.
Ugyanakkor a szerszámok és szerszámtartók fejlesztése rendkívüli hatékonyságnövelést hozhatnak. Előbbi az elért technológia, azzal együtt a ciklusidő tekintetében, utóbbi a pontosság és éltartam vonatkozásában.
A szuper ötvözetek és speciális kompozit anyagok megmunkálása egy olyan új világ a megmunkálással foglalkozó vállalatok számára, ahol a költségcsökkentés csak hosszú távon, magas minőségű eszközök profi használatával érhető el.

A Haimer szerszámok és befogók forgalmazását a HÓD Industrial Solutions végzi.

Szerző: GépészPresszó