Podstatou výskumu nazvaného „Aplikácia povrchovo textúrovaných tvárniacich nástrojov v praxi“ je sledovať a vyhodnotiť vplyv povrchovej textúry na aktívnej časti tvárniaceho nástroja pre rotačné kovotlačenie (čo je technológia spadajúca do oblasti plošného tvárnenia používaná pri výrobe dutých osovo-symetrických výtvarkov) tak, aby sa zabezpečilo použitie čo najmenšieho množstva maziva, a aby sa predĺžila životnosť nástroja.
Ako vysvetľujú jeho riešitelia Ing. Barbora Ludrovcová a Ing. Martin Frnčík z Materiálovotechnologickej fakulty Slovenskej technickej univerzity (MTF STU) v Bratislave, technológia povrchového textúrovania nástrojov je jedna z metód modifikácie tribologických podmienok na aktívnych častiach nástrojov aplikovaných v technológiách obrábania. V poslednej dobe sa však stále častejšie rozširuje aj do oblasti tvárniacich procesov.
Zjednodušene povedané to znamená, že na tvárniaci nástroj v tvare rotačnej kladky sa na jeho aktívnu časť (plocha nástroja v priamom kontakte s tvárneným materiálom) technológiou laserového mikroobrábania vyrobí definovaná povrchová textúra pozostávajúca z pravidelne usporiadaných priehlbín definovaného tvaru s rozmermi na úrovni mikrometrov (Obr. 1). „Tieto priehlbiny plnia funkciu mikro-zásobníkov aplikovaného kvapalného maziva, čo v neposlednom rade prispieva k podstatnému zníženiu koeficientu kontaktného trenia medzi nástrojom a tvárneným materiálom,“ hovorí B. Ludrovcová a jej kolega M. Frnčík ju dopĺňa: „Cieľom je teda definovať vplyv povrchovej textúry tvárniaceho nástroja na tvarové a rozmerové charakteristiky výtvarkov vyrobených technológiou rotačného kovotlačenia v porovnaní s povrchovo netextúrovaným nástrojom.“
Potreba skúmania v tejto oblasti podľa riešiteľov projektu vyvstala kvôli tomu, že okrem tradičných spôsobov povrchovej modifikácie kontaktných povrchov nástrojov (ako napr. povlakovanie, aplikácia mazív) sa v posledných obdobiach zaznamenal výrazný rozvoj práve rôznych progresívnych spôsobov povrchovej modifikácie nástrojov, medzi ktoré sa zaraďuje aj okrem iných technológia laserového textúrovania. A práve oblasť laserového textúrovania nástrojov otvára možnosti, ako „uspokojiť“ všetky strany – teda podniky znižovaním nákladov na mazivá, nástroje, nepodarky; environment – znížením používania mazív, teda aj znížením množstva odpadu a pri menšej spotrebe sa zmenší aj dopyt po nich; a v neposlednom rade aj odberateľov, nakoľko by sa zvýšila kvalita a presnosť výrobkov. A o skúmanie akých nástrojov presne ide? „Ide o nástroje používané pri plošnom tvárnení, konkrétne ide o rotačné kovotlačenie. Technológia kovotlačenia (metal spinning) alebo aj ohýbanie za rotácie je skupina tvárniacich procesov, ktorá umožňuje výrobu dutých, osovo symetrických tenkostenných výtvarkov,“ upresňuje B. Ludrovcová. Dodáva, že v procese tlačenia dochádza k postupnému, inkrementálnemu pretvoreniu rotujúceho tvárneného materiálu – prístrihu (výtvarok alebo rúra) tlačným nástrojom (pri CNC tlačení je to najčastejšie tlačná kladka), ktorý v styčnom mieste pôsobí na polotovar a formuje ho do požadovaného tvaru natláčaním na tvárnicu (úvodný obrázok). „Výhodami tejto technológie sú nízke tvárniace sily, jednoduchá konštrukcia náradia, flexibilita výrobného procesu, vysoká kvalita povrchu a dobré mechanické vlastnosti výtvarku,“ zdôrazňuje M. Frnčík.
Riešitelia projektu predpokladajú, že skúmaním sa preukáže, že povrchová textúra aplikovaná na tvárniaci nástroj výrazným spôsobom prispeje k redukcii koeficientu kontaktného trenia medzi nástrojom a výtvarkom. Na jednej strane to prispeje k zvýšeniu tvarovej a rozmerovej presnosti vyrábaných výtvarkov a na druhej strane k zníženiu tvárniacich síl a k zníženiu veľkosti samotného opotrebovania tvárniaceho nástroja. V neposlednom rade sa očakáva znížená spotreba procesných mazív. Prvotné experimenty výskumu povrchových textúr preukázali podstatné zníženie koeficientu trenia, pri aplikácii vhodnej textúry sa podarilo znížiť trenie takmer o 40 %, pri kombinácii povrchovej textúry a kvapalného maziva sa trenie znížilo o ďalších 30 %.
Praktickým prínosom tohto projektu by mohlo teoreticky byť, že podniky, ktoré technológiu kovotlačenia reálne využívajú pri výrobe svojich produktov, by aplikáciou textúrovaných nástrojov mohli znížiť používanie procesného maziva, ktorého likvidácia, ako aj výroba výrazne zaťažujú životné prostredie. Znížená spotreba mazív by znamenala aspoň mierne zlepšenie tohto negatívneho efektu na prírodu. Samozrejme, podnikom by sa podarilo ušetriť náklady spojené s nižšími požiadavkami na mazivá. Nakoniec, čo je aj priamym cieľom tohto výskumu, by sa mohla dosiahnuť vyššia tvarová a rozmerová presnosť a kvalita výrobkov, s čím súvisí aj množstvo nepodarkov, tým pádom by sa znova šetrili finančné prostriedky a aj množstvo odpadu. Aplikácia technológie textúrovania povrchov nástrojov však nie je striktne limitovaná iba na oblasť tvárniacich procesov, dá sa uplatniť prakticky kdekoľvek kde vysoké kontaktné trenie negatívne a nad mieru ovplyvňuje technologický proces.
*********************************************
Rektor STU Robert Redhammer udeľoval granty mladým vedcom už po 9. raz. Každý z podporených mladých vedcov získal príspevok vo výške tisíc eur. Odovzdávanie grantov sa uskutočnilo v začiatkom mája 2018. Granty si prevzali mladí vedci zo všetkých fakúlt Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Univerzitný grantový program pre mladých je „školou“ písania úspešných projektov a vyzýva riešiteľov, aby sa postupne uchádzali o národné a medzinárodné granty a nadväzovali kontakty s výskumnými kolektívmi v zahraničí. Na tento grantový program nadväzuje na STU ďalší pre skúsenejších vedcov – Grantový program na podporu excelentných tímov mladých výskumníkov. STU finančne odmeňuje aj najlepšie vedecké publikácie a aj tímy, ktoré sa zapájajú do medzinárodných konzorcií a uchádzajú sa o medzinárodné granty.
Odborní garanti textu a foto poskytli: Ing. Martin Frnčík a Ing. Barbora Ludrovcová, Materiálovotechnologická fakulta, Slovenská technická univerzita v Bratislave
Spracovala: Andrea Devánová, NCP VaT pri CVTI SR
Uverejnila: VČ