Együttműködés a jövőért: az ólommentes sárgaréz megbízható megmunkálása
Együttműködés a jövőért: az ólommentes sárgaréz megbízható megmunkálása
REACH és RoHS: Az Európai Unió szabályozási előírásai néhány éve alapjaiban változtatják meg az alapanyagok piacát. A rendeletekkel az EU jelentősen korlátozza az egészségre ártalmas anyagok használatát. A fókuszban különösen az ólom rézalapú ötvözetekhez való hozzáadása áll. Számos alkalmazási területen – például a szanitertechnikában, az elektrotechnikában vagy az autóiparban – a törvényhozók és az ügyfelek ólommentes anyagokat követelnek meg. Ezzel viszont kiesik egy olyan ötvözőelem, amely évtizedeken át döntően hozzájárult a sárgaréz jó forgácsolhatóságához. A Paul Horn GmbH és a rézből, valamint rézötvözetekből készült félkész termékek világelső beszállítója, a Wieland Csoport szoros technológiai együttműködéssel válaszol erre a kihívásra. Az együttműködés célja az ólommentes sárgaréz anyagok gazdaságos, folyamatbiztos és kiváló alkatrészminőséget biztosító megmunkálása.
A klasszikus automata sárgarézötvözetekben az ólom több funkciót is betölt. A mikrostruktúrában (szövetszerkezetben) finoman eloszlott részecskék formájában van jelen a szemcsehatárokon. Ezek a forgácsolás során forgácstörőként működnek. A forgács időben eltörik, a forgácsolóerők csökkennek, a forgácselvezetés pedig ellenőrzötté válik. Ezenkívül a puha ólom kenőfilmként hat a szerszám és a munkadarab között. Csökkenti a súrlódást, mérsékli a hőmérsékletet a vágóélen, és minimalizálja a szerszámkopást. Ha az ólom kiesik, megváltozik a forgácsolási viselkedés. Az ólommentes sárgarézötvözetek mikrostruktúrájából hiányoznak azok az ólomrészecskék, amelyek az ólomtartalmú változatokban helyi elválasztási pontként működnek anélkül, hogy magát az anyagot gyengítenék. Emiatt az ólommentes sárgaréz hajlamosabb a szalagos forgácsképződésére. Emellett növekednek a forgácsolóerők és a vágóél termikus terhelése is. A gyakorlatban ez a forgácstörés hiányában, a munkatérben fellépő forgácselakadásban, valamint a fokozott hát- és homlokkopásban nyilvánul meg.
A szövetszerkezet befolyásolása
A Wieland ezekre a követelményekre az ecoline® termékcsaládba tartozó, speciálisan kifejlesztett ólommentes ötvözetekkel reagál. A módosított ötvözetösszetételek, a célzott szövetszerkezet-befolyásolás és az optimalizált gyártási folyamatok révén a vállalat olyan alapanyagokat biztosít, amelyek elérik vagy akár meg is haladják a klasszikus automata sárgarézötvözetek mechanikai tulajdonságait és korrózióállóságát. Ezek az intézkedések együttesen jelentősen javítják a forgácstörési viselkedést. A forgácsolás ennek ellenére nagyobb kihívást jelent, mint korábban az ólom alkalmazásával, és az anyag, a szerszám, valamint a paraméterek összehangolt kölcsönhatása vezet csak stabil folyamatokhoz.
A Wieland célzottan a magas követelményeket támasztó alkalmazásokhoz – többek között a szaniter- és elektrotechnikához – fejleszti forgácsolható sárgarézötvözeteit. Az ötvözetek egy finoman összehangolt szövetszerkezeten alapulnak, amely az ötvözet összetételétől függően az alkalmazásnak megfelelően biztosítja az olyan fontos tulajdonságokat, mint a szilárdság, az alakíthatóság és a vezetőképesség. Az ötvözőelemek, valamint a termo-mechanikus folyamatlépések precíz szabályozásával a Wieland egy homogén, finomszemcsés szerkezetet hoz létre, amely nagyban elősegíti a megmunkálhatóságot, különösen a forgácsolást.
Ez a homogén és finomszemcsés szerkezet egyúttal az állandó tulajdonságok és a reprodukálható anyagviselkedés alapját is képezi. Ebbe a szövetszerkezetbe célzottan olyan veszélytelen elemeket mikroötvöznek, mint a szilícium, a foszfor és a kén. Ezek az elemek ólom használata nélkül is célzottan elősegítik a forgácsolhatóságot és a korrózióállóságot, és ezeket a tulajdonságokat a klasszikus ólomtartalmú automata ötvözetekével összehasonlítható szintre emelik. Ezáltal a Wieland olyan állandó anyagoldali bázist teremt, amelyen az összehangolt szerszámgeometriák ellenőrzött és folyamatbiztos forgácsolási folyamatot tesznek lehetővé. Ugyanakkor az évtizedek óta bevált, könnyen elérhető és újrahasznosítás-barát elemek alkalmazása olyan jövőbiztos megoldást kínál, amely nem zavarja meg a meglévő anyagkörforgásokat.
Az ólomtartalmú sárgarézről az ólommentesre való átállás kezdetben sok felhasználót állított jelentős kihívások elé. A bevált forgácsolási paraméterek és standard geometriák nem hoztak kielégítő eredményeket. Különösen kritikusnak bizonyult a folyamatbiztos forgácstörés hiánya beszúráskor, hosszesztergáláskor és a belső megmunkálás során. A Horn a Wielanddal közösen, szisztematikusan elemzi az új ötvözetek forgácsolási viselkedését. A modern esztergaközpontokon végzett kiterjedt kísérletsorozatok megmutatták, hogy különösen az acélmegmunkálásból származó forgácstörő geometriák ígéretes eredményeket hoznak. A közepes szilárdságú acélokhoz kifejlesztett, markáns forgácsformáló elemekkel ellátott lapkák az ólommentes sárgarézben is rövid, ellenőrzött forgácsot képeznek.
Speciális geometriák
Ezen túlmenően a Horn speciális, lézerrel megmunkált speciális geometriákat fejlesztett ki, amelyek célzottan feltorlasztják és törésre kényszerítik a forgácsot. A meghatározott éllekerekítés (élkielégítés) stabilizálja a vágóélt, és csökkenti a mikrokicsorbulásokat. Ezzel egy időben a Horn a bevonatokat is hozzáigazítja a megnövekedett termikus és mechanikai terheléshez. A nagy melegkeménységű és optimalizált tapadású, modern keményréteg-bevonatok jelentősen meghosszabbítják a szerszámélettartamot.
Beszúráskor és hosszesztergáláskor a forgácsképződés döntően befolyásolja a folyamatbiztonságot. A hosszú szalagos forgácsok a munkadarabra vagy a szerszámra tekeredhetnek, és megzavarhatják az automatizált üzemet. A Horn itt markáns forgácsterelő lépcsőkkel és szűk forgácshornyokkal ellátott lapkákat alkalmaz. Ezek a geometriák helyileg növelik a forgács alakváltozási fokát. A forgács erős görbületet szenved, és már kis fogásvételeknél is megbízhatóan törik. A Wielanddal együttműködésben végzett kísérletek megmutatták, hogy a módosított geometria, a megfelelő szerszámanyag-választás és az optimalizált forgácsolási paraméterek kombinációjával stabil folyamatok valósíthatók meg. A felhasználók profitálnak a reprodukálható szerszámélettartamból, a minimális ciklusidő-eltérésekből és az alkatrészek kiváló felületi minőségéből. Ezzel egy időben csökken a gyártási folyamat során szükséges kézi beavatkozások igénye is.
Fókuszban a belső megmunkálás
Az ólommentes sárgaréz forgácsolásának egyik legnagyobb kihívását a belső megmunkálás jelenti. Belső esztergáláskor vagy furatmegmunkáláskor gyakran hosszú, szívós forgácsok keletkeznek. Ezek rátekerednek a szerszámra, eltömítik a mély furatokat, vagy a legrosszabb esetben szerszámtöréshez vezetnek. A szabályozatlan forgácsképződés kockázata különösen kis átmérőknél és kismértékű fogásvételeknél növekszik meg. Korábban sok felhasználó speciálisan lézerrel megmunkált vagy köszörült forgácsforma-geometriákra támaszkodott. Bár ezek a megoldások jó eredményeket hoztak, jelentősen megemelték a váltólapka költségeit. A Horn ezért olyan szinterezett forgácsforma-geometriával ellátott, univerzális szerszámrendszereket fejlesztett ki, amelyek egyesítik a gazdaságosságot és a folyamatbiztonságot.
A 105-ös típusú Superminivel, valamint az I-geometriájú Mini típussal a Horn nagyteljesítményű kiesztergáló szerszámokat kínál az alkalmazások széles köréhez. A szinterezett forgácsforma-geometria mélyen benyúlik a váltólapka csúcssugarába. Ezáltal még egészen kis fogásvételeknél is biztosítja a forgácsszabályozást. A forgács már a folyamat elején alakváltozást szenved, és az elvezetése ellenőrzötté válik. A szerszámok nemcsak a klasszikus belső esztergálásra alkalmasak, hanem sík-, másoló- és hátrafelé esztergálásra is. A felhasználók így profitálnak a nagyfokú rugalmasságból, és csökkenthetik a használt szerszámok változatosságát. Ezzel egy időben a stabil kialakítású szerszámtartók nagy merevséget garantálnak, ami különösen nagy kinyúlások esetén döntő fontosságú.
Fókuszban a gyakorlati példák: csőcsatlakozó és dugaszoló csatlakozó
Egy közös rendezvény keretében a Horn és a Wieland két gyakorlati példán – egy szanitertechnikai sárgaréz csőcsatlakozón (fittingen) és egy elektrotechnikai, nagy pontosságú dugaszoló csatlakozón – keresztül mutatja be együttműködésének eredményeit.
A Wieland eco SZ3® (CW728R) anyagból készült sárgaréz csőcsatlakozó mintapéldája a komplex kontúrokkal, menetekkel és tömítőfelületekkel rendelkező alkatrészeknek. Többféle esztergálási, beszúrási és belső megmunkálási műveletet igényel. Különösen a belső meneteknél és a mély furatoknál mutatott az ólommentes sárgaréz kezdetben kifejezett hajlamot a hosszú forgácsok képződésére. A módosított beszúró geometriák, valamint a szinterezett forgácsforma-geometriával ellátott, 105-ös típusú Supermini alkalmazásával a partnerek biztonságos forgácstörést és stabil sorozatgyártást érnek el. A szerszámok és az alapanyag kombinációja szűk tűréseket, tiszta tömítőfelületeket és kiváló felületi minőséget garantál – ezek a szivárgásmentes kötések döntő kritériumai.
A Wieland eco SZ5® (CW509L) anyagból készült dugaszoló csatlakozó jól szemlélteti az elektrotechnika követelményeit. Itt a mérettartás, a sorjamentesség és a kiváló felületi minőség állnak az előtérben. Ezzel egy időben a nagy darabszámok rövid ciklusidőket és folyamatbiztos munkafolyamatokat követelnek meg. A filigrán érintkezők hosszesztergálásakor, valamint a leszúráskor az acélmegmunkálásból származó forgácstörő geometriák gondoskodnak a rövid, ellenőrzött forgácsokról. A meghatározott éllekerekítés (élkielégítés) minimalizálja a sorjaképződést, és csökkenti az utómunka igényét. A partnerek így gazdaságos gyártást valósítanak meg az alkatrészek magas fokú funkcionális biztonsága mellett.
Átfogó megközelítés a fenntartható gyártás érdekében
A Horn és a Wieland közötti együttműködés megmutatja, hogy a szabályozási követelmények és a gazdaságos gyártás nem zárják ki egymást. Mindkét vállalat holisztikus megközelítést alkalmaz. A Wieland folyamatosan optimalizálja ólommentes sárgarézötvözeteit a legkülönbözőbb ügyféligények szerint. A Horn ezzel párhuzamosan olyan testreszabott szerszámmegoldásokat fejleszt, amelyeket pontosan ezekhez az alapanyagokhoz igazítanak. A gyakorlati körülmények között végzett intenzív tesztek révén a partnerek meghatározzák a megfelelő forgácsolási paramétereket, értékelik a szerszámélettartamot és elemzik a kopást. A megszerzett tapasztalatok közvetlenül beépülnek az alapanyag és a szerszám továbbfejlesztésébe. A felhasználók így kipróbált megoldásokat kapnak egy kézből, és csökkentik a kockázatukat az ólommentes anyagokra való átállás során.
A ólommentes sárgarézötvözetek magasabb követelményeket támasztanak a szerszámokkal, a folyamatokkal és a műszaki szaktudással szemben, mint a jól bevált ólomtartalmú ötvözetek. Az ólom kenő és forgácstörő hatásának hiánya alapjaiban változtatja meg a forgácsolási viselkedést. A hosszú forgácsok, a megnövekedett forgácsolóerők és a fokozott szerszámkopás innovatív megoldásokat követelnek meg. A Horn és a Wieland közötti szoros együttműködés megmutatja, hogyan lehet ezeket a kihívásokat sikeresen leküzdeni. A Wieland ecoline® termékcsaládjába tartozó ötvözetekkel, a módosított forgácsforma-geometriákkal, az optimalizált bevonatokkal és az olyan univerzális szerszámrendszerekkel, mint a 105-ös típusú Supermini vagy az I-geometriájú Mini típus, a Horn folyamatbiztos megmunkálási stratégiákat valósít meg a modern ólommentes sárgaréz anyagokhoz.